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TWI651971B - 手持式電子裝置、聲音產生系統及其聲音產生的控制方法 - Google Patents

手持式電子裝置、聲音產生系統及其聲音產生的控制方法 Download PDF

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TWI651971B
TWI651971B TW105113060A TW105113060A TWI651971B TW I651971 B TWI651971 B TW I651971B TW 105113060 A TW105113060 A TW 105113060A TW 105113060 A TW105113060 A TW 105113060A TW I651971 B TWI651971 B TW I651971B
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李淳民
漢熙 唐
陳雷
蕭哲宜
黃金國
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宏達國際電子股份有限公司
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Abstract

手持式電子裝置、聲音產生系統及其聲音產生的控制方法。聲音產生系統包括揚聲器、回授單元、增益單元以及補償單元。揚聲器依據輸出聲音訊號來產生可聽聲。回授單元產生第一偵測參數，其中，第一偵測參數代表揚聲器的偵測偏移。增益單元接收輸入聲音訊號，並依據增益值放大輸入聲音訊號以產生增益聲音訊號。補償單元接收增益聲音訊號以及第一偵測參數，預測增益聲音訊號對應的該揚聲器的偏移以產生預測偏移參數，並依據第一偵測參數以及預測偏移參數對增益聲音訊號進行補償以產生輸出聲音訊號。

Description

手持式電子裝置、聲音產生系統及其聲音產生的控制方法
本發明是有關於一種手持式電子裝置及其聲音產生系統與聲音產生的控制方法，且特別是有關於一種可補償揚聲器諧波失真的手持式電子裝置及其聲音產生系統與聲音產生的控制方法。
近年來，為提供更高品質的多媒體功能，電子裝置中常需要配置有高品質的聲音產生系統。而在習知的技術領域中，聲音產生系統中的揚聲器常受到其最大偏移、溫度上昇、換能器的非線性特性以及與揚聲器所對應的放大器所引起的非線性的因素所限制。故此，製造廠商決定了驅動揚聲器的運作方式，並使揚聲器在較長時期中在額定功率下驅動，且使揚聲器在較短時期中在最高功率下驅動。上述的驅動功率限制條件目的在使揚聲器 的最大偏移和溫度上昇限制在安全範圍內。而為了重現具有大動態範圍的訊號而不失真，揚聲器的響度會變小，此種情況尤其是發生在功率限制條件下運作的手持裝置上。對此，近幾十年來常利用動態範圍壓縮(dynamic range compression)技術來控制揚聲器的驅動動作，並藉以在失真與響度之間做出權衡。
此外，習知技術另有提出針對輸入聲音訊號先進行補償，後針對補償後的聲音訊號進行放大的作法，然而針對原始的輸入聲音訊號所進行的補償動作較為複雜，而要完成精確的補償動作，在實施上也會有較高的難度。
本發明提供一種聲音產生系統以及聲音產生的控制方法，可有效補償揚聲器的諧波失真現象。
本發明另提供一種手持式電子裝置，應用上述的聲音產生系統以及聲音產生的控制方法，提升聲音播放的品質。
本發明的聲音產生系統包括揚聲器、回授單元、增益單元以及補償單元。揚聲器依據輸出聲音訊號來產生可聽聲。回授單元耦接至揚聲器，用以產生第一偵測參數，其中，第一偵測參數代表揚聲器的偵測偏移。增益單元接收輸入聲音訊號，並依據增益值放大輸入聲音訊號以產生增益聲音訊號。補償單元耦接至增益單元及回授單元。補償單元接收增益聲音訊號以及第一偵測參數，預測增益聲音訊號對應的該揚聲器的偏移以產生預測偏移 參數，並依據第一偵測參數以及預測偏移參數對增益聲音訊號進行補償以產生輸出聲音訊號。
本發明的聲音產生的控制方法包括：產生第一偵測參數，其中，第一偵測參數代表揚聲器的偵測偏移；接收輸入聲音訊號，並依據增益值放大輸入聲音訊號以產生增益聲音訊號；以及，接收增益聲音訊號以及第一偵測參數，預測增益聲音訊號對應的揚聲器的偏移以產生預測偏移參數，並依據第一偵測參數以及預測偏移參數對該增益聲音訊號進行補償以產生輸出聲音訊號。
此外，本發明的手持式電子裝置包括處理單元以及如前述說明的聲音產生系統。其中，處理單元產生輸入聲音訊號，聲音產生系統耦接處理單元並接收輸入聲音訊號，聲音產生系統並依據輸出聲音訊號來產生可聽聲。
基於上述，本發明針對輸入聲音訊號先行進行放大，並針對放大後的增益聲音訊號進行補償的動作，如此一來，補償單元的硬體結構以及動作方式都可以有效的被簡化，並進一步提升補償單元所能達成的諧波失真的補償功效。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
101‧‧‧聲音產生系統
102‧‧‧音頻控制器
103‧‧‧驅動電路
104‧‧‧聲音產生系統
110‧‧‧自動增益控制器
120‧‧‧延遲單元
130‧‧‧多頻帶動態範圍控制器
140‧‧‧驅動電路
150‧‧‧振幅控制器
IN_AU‧‧‧輸入音頻信號
SPK‧‧‧揚聲器
CIN_AU‧‧‧經預放大的音頻信號
CP_AU‧‧‧輸出音頻
GCI‧‧‧第一增益控制信號
FV‧‧‧回饋電壓
FC‧‧‧回饋電流
UAG‧‧‧放大增益
200、300‧‧‧聲音產生系統
210、310‧‧‧增益單元
220、320‧‧‧補償單元
AMP‧‧‧放大器
230、330‧‧‧回授單元
340‧‧‧訊號轉換器
321‧‧‧偏移預測裝置
322‧‧‧非線性補償裝置
331‧‧‧訊號轉換器
332‧‧‧溫度偵測裝置
333‧‧‧偏移偵測裝置
350‧‧‧偏壓調整單元
351‧‧‧位準偵測裝置
352‧‧‧升壓控制裝置
GAU‧‧‧增益聲音訊號
PF1、PF2‧‧‧偵測參數
PF3‧‧‧參數
OAU、DOAU、AOAU‧‧‧輸出聲音訊號
SFB、SFB1、SFB2‧‧‧回授信號
CV1、CV2‧‧‧曲線
x1‧‧‧預測偏移
K‧‧‧揚聲器剛性
X‧‧‧偏移
TH1、TH2‧‧‧門檻值
610‧‧‧訊號調節單元
f0‧‧‧共振頻率
XR、XC‧‧‧特性曲線
ω‧‧‧頻率
HF‧‧‧轉換函數
S810~S830‧‧‧聲音產生控制步驟
900‧‧‧手持式電子裝置
910‧‧‧處理單元
920‧‧‧聲音播放系統
Z‧‧‧阻抗
BI‧‧‧力因子
圖1A說明根據本申請案的示範性實施例的聲音產生系統。
圖1B說明根據本發明的示範性實施例的另一聲音產生系統104的方塊圖。
圖2繪示本發明另一實施例的聲音產生系統的示意圖。
圖3繪示本發明再一實施例的聲音產生系統的示意圖。
圖4繪示揚聲器剛性與偏移的關係曲線，圖5繪示揚聲器力因子與偏移的關係曲線。
圖5繪示揚聲器力因子與偏移的關係曲線。
圖6繪示本發明再一實施例的聲音產生系統的示意圖。
圖7A繪示揚聲器阻抗與頻率對應關係圖。
圖7B繪示揚聲器的逆補償特性曲線圖。
圖7C繪示不同的逆補償特性曲線圖。
圖8繪示本發明一實施例的聲音產生控制方法的流程圖。
圖9繪示本發明一實施例的手持式電子裝置的示意圖。
參看圖1A，圖1A說明根據本申請案的示範性實施例的聲音產生系統。聲音產生系統101包含音頻控制器102、驅動電路103和揚聲器SPK。揚聲器SPK用於產生可聽得到的聲音。驅動電路103耦接到揚聲器SPK且提供用於驅動揚聲器SPK的信號。音頻控制器102耦接到揚聲器SPK和驅動電路103。音頻控制器102經配置以接收且處理輸入音頻信號IN_AU，且產生輸出音頻 信號並將其轉換為驅動電壓。驅動電路103將驅動電壓提供到揚聲器SPK以驅動揚聲器SPK。
詳細地說，音頻控制器102接收放大增益且用放大增益預放大輸入音頻信號IN_AU以獲得經預放大的音頻信號。接著，音頻控制器102對經預放大的音頻信號進行多頻帶動態範圍控制操作以產生輸出音頻信號。此外，音頻控制器102可將輸出音頻信號轉換為驅動電壓，且驅動電壓可通過驅動電路103而傳送到揚聲器SPK以驅動揚聲器SPK。
另一方面，音頻控制器102在驅動電路103上進行檢測以獲得揚聲器SPK的至少一個振幅參數。音頻控制器102可回應於驅動電壓根據至少一個振幅參數來確定揚聲器SPK的所估計的振幅。且，音頻控制器102根據所估計的振幅來調整放大增益。
此處，請注意，音頻控制器102可對經預放大的音頻信號進行多頻帶動態範圍控制以產生經壓縮的音頻信號。接著，音頻控制器102可通過將限制增益應用到經壓縮的音頻信號以限制輸出音頻信號的準位並獲得所限制的音頻信號作為輸出音頻信號而將經壓縮的音頻信號的總電壓值限制於閾值電壓值。限制增益還可由音頻控制器102根據揚聲器SPK的所估計的振幅來調整。
音頻控制器102還操作以緩衝經預放大的音頻信號，且在至少兩個頻帶上對所緩衝的經預放大的音頻信號進行濾波以獲得各自對應於至少兩個頻帶中的一者的至少兩個經濾波的音頻信號。音頻控制器102分別對至少兩個經濾波的音頻信號進行至少 兩個分開的動態範圍控制以獲得至少兩個經壓縮的經濾波的音頻信號。此外，音頻控制器102通過對至少兩個經壓縮的經濾波的音頻信號求和而獲得經壓縮的音頻信號。
關於所估計的振幅，音頻控制器102在驅動電路103上接收驅動電流，且因此產生第一振幅參數。其中，驅動電流是響應於在揚聲器SPK上施加的驅動電壓而產生，且驅動電流從揚聲器SPK回饋到音頻控制器102。另一方面，由音頻控制器102產生的輸出音頻信號可用於產生第二振幅參數。也就是說，音頻控制器102可基於第一振幅參數和第二振幅參數回應於驅動電壓而確定揚聲器SPK的所估計的振幅。
在所述操作中，輸入音頻信號IN_AU被連續地傳送到音頻控制器102。音頻控制器102可延遲輸入音頻信號IN_AU以獲得用於預見的第一輸入音頻信號。基於第一輸入音頻信號，可由音頻控制器102確定回應於第一輸入音頻信號的揚聲器SPK的所估計的振幅，且可因此確定第一所估計的振幅是否進入揚聲器SPK的力因數(force factor)或剛度(stiffness)的非線性區域。當所估計的振幅進入非線性區域時，音頻控制器102可補償第一輸入音頻信號以產生第二輸入音頻信號，且音頻控制器102可用放大增益預放大第二輸入音頻信號以獲得經預放大的音頻信號。此外，基於回應於第一輸入音頻信號的揚聲器SPK的所估計的振幅，可因此確定揚聲器SPK的振幅是否超過最大允許值。當揚聲器SPK的所估計的振幅超過振幅閾值(其中振幅閾值對應於在音 頻控制器102可假設揚聲器SPK的振幅已超過最大允許值時的所估計的振幅的值)時，音頻控制器102可減小放大增益，且揚聲器SPK的振幅可受到控制而防止超過最大允許值且防止對揚聲器SPK的損壞。振幅閾值可根據揚聲器的物理特性來預定。振幅閾值還可為音頻控制器102可對輸出音頻信號進行硬削波或軟削波以防止揚聲器SPK受到損害的預定閾值。
關於驅動電路103，數位類比轉換器和放大器可設置在驅動電路103中。數位類比轉換器用於將輸出音頻信號轉換為類比輸出信號，且放大器用於在偏壓電壓下放大類比輸出音頻信號以獲得驅動電壓。偏壓電壓可從音頻控制器102控制，且音頻控制器102可檢測一時間間隔內的第一輸入音頻信號的信號準位，且基於第一輸入音頻信號的信號準位來調整偏壓電壓的電壓值。也就是說，可監控第一輸入音頻信號的信號準位，且當將具有較小音量的第一輸入音頻信號輸入到音頻控制器102時，可減小放大器的偏壓電壓的電壓值，且可節省電力消耗。
參看圖1B，圖1B說明根據本發明的示範性實施例的另一聲音產生系統104的方塊圖。聲音產生系統104包含自動增益控制器(AGC)110、延遲單元120、多頻帶動態範圍控制器(MBDRC)130、限制器(未圖示)、驅動電路140和振幅控制器150。聲音產生系統104用於驅動揚聲器SPK。
自動增益控制器110接收輸入音頻信號IN_AU和放大增益UAG，其中放大增益UAG由應用處理器根據播放程式的設置 或來自用戶的指令來提供，且自動增益控制器110控制輸入音頻信號IN_AU的增益以根據放大增益UAG而產生經預放大的音頻信號CIN_AU。延遲單元120耦接在自動增益控制器110的輸出與多頻帶動態範圍控制器130的輸入之間。延遲單元120提供延遲時間以將經預放大的音頻信號CIN_AU傳送到多頻帶動態範圍控制器130的輸入。多頻帶動態範圍控制器130耦接到延遲單元120以從延遲單元120接收經預放大的音頻信號CIN_AU，且多頻帶動態範圍控制器130對經預放大的音頻信號CIN_AU進行多頻帶動態範圍控制操作以產生輸出音頻CP_AU。增益限制器可用於限制輸出音頻CP_AU的準位。在圖1B中，輸出音頻CP_AU被傳送到驅動電路140，且驅動電路140放大輸出音頻CP_AU以驅動揚聲器SPK。
另一方面，振幅控制器150耦接在驅動電路140與自動增益控制器110之間以形成回饋電路。振幅控制器150接收由放大器140接收的電壓信號以形成回饋電壓FV，且振幅控制器150還接收流經揚聲器SPK的電流以形成回饋電流FC。振幅控制器150根據輸入音頻信號IN_AU、回饋電壓FV和回饋電流FC而產生第一增益控制信號GC1，且將第一增益控制信號GC1提供到自動增益控制器110以通知自動增益控制器110揚聲器SPK的所估計的振幅是否進入揚聲器的力因數或剛度的非線性區域。因此，當自動增益控制器110接收通知揚聲器SPK的所估計的振幅進入非線性區域的第一增益控制信號GC1時，聲音產生系統104 可補償第一輸入音頻信號以產生第二輸入音頻信號。
詳細地說，多頻帶動態範圍控制器130根據多個不同頻帶而將經預放大的音頻信號CIN_AU劃分為多個部分。多頻帶動態範圍控制器130分別對經預放大的音頻信號CIN_AU的多個部分進行多個控制(壓縮或擴張)操作。分別對應於頻帶的控制操作可不同。也就是說，可分別通過不同方法來壓縮或擴張經預放大的音頻信號CIN_AU的不同頻帶，可獲得優化的音頻信號。
在另一方面，請參照圖2，圖2繪示本發明另一實施例的聲音產生系統的示意圖。聲音產生系統200包括增益單元210、補償單元220、放大器AMP、揚聲器SPK以及回授單元230。增益單元210接收輸入聲音訊號IN_AU並依據增益值放大輸入聲音訊號IN_AU以產生增益聲音訊號GAU，其中，增益值可以為大於1的任意實數。補償單元220耦接增益單元210，並接收放大後的增益聲音訊號GAU。另外，補償單元220亦耦接至回授單元230，並接收由回授單元230所傳送的偵測參數PF1。其中，偵測參數PF1代表揚聲器SPK的偵測偏移。補償單元220針對增益聲音訊號GAU對應使揚聲器SPK產生的偏移進行預測，並藉以產生預測偏移參數，補償單元220並依據偵測參數PF1以及預測偏移參數來對增益聲音訊號GAU進行補償以產生輸出聲音訊號OAU。
另外，回授單元230耦接至揚聲器SPK，並針對揚聲器SPK的隔膜所產生的偏移(亦即隔膜的振幅)進行偵測，並依據偵測結果產生對應揚聲器SPK的偵測偏移的偵測參數PF1。在本 實施例中，回授單元230可以依據揚聲器SPK所傳送的一個或多個的回授信號SFB來進行其偏移的偵測動作。回授信號SFB可以是揚聲器SPK上的電壓訊號以及電流訊號的至少其中之一。
以下請參照圖3，圖3繪示本發明再一實施例的聲音產生系統的示意圖。聲音產生系統300包括增益單元310、補償單元320、放大器AMP、揚聲器SPK、回授單元330、訊號轉換器340以及偏壓調整單元350。補償單元320包括偏移預測裝置321以及非線性補償裝置322。回授單元330包括訊號轉換器331、溫度偵測裝置332以及偏移偵測裝置333。偏壓調整單元350則包括位準偵測裝置351以及升壓控制裝置352。
在動作細節上，增益單元310接收輸入聲音訊號IN_AU，並依據一個增益值來對輸入聲音訊號IN_AU進行放大以產生增益聲音訊號GAU。在本實施例中，增益單元310並接收來自於溫度偵測裝置332以及偏移偵測裝置333所分別產生的偵測參數PF1以及PF2。其中，偵測參數PF1用以指示揚聲器SPK的偵測偏移，而偵測參數PF2則用以指示揚聲器SPK的偵測溫度。
特別值得一提的是，增益單元310可依據偵測參數PF1和PF2來設定增益值，並對應偵測參數PF1和PF2至少其中之一的變動來調整增益值。具體來說明，若偵測參數PF1代表揚聲器SPK的偏移增加時，增益單元310可在適當的狀態下減少增益值，並藉以控制揚聲器SPK的偏移在揚聲器SPK的最大偏移之下。另外，增益單元310在當偵測參數PF2指示揚聲器SPK的溫 度過度增加時，增益單元310可依據偵測參數PF2來減少增益值，並藉以控制揚聲器SPK的溫度以免過高。
增益聲音訊號GAU被直接傳送至補償單元320中的偏移預測裝置321。在此，偏移預測裝置321接收增益聲音訊號GAU，並對揚聲器SPK對應增益聲音訊號GAU所可能產生的偏移進行預測，並藉此產生預測偏移參數。非線性補償裝置322則耦接至偏移預測裝置321以及回授單元330中的偏移偵測裝置333。非線性補償裝置322接收偏移預測裝置321所產生的預測偏移參數以及偏移偵測裝置333偵測到的偵測參數PF1。非線性補償裝置322可決定預測偏移參數是否進入揚聲器SPK力因子或揚聲器SPK剛性的非線性區域中，以回應增益聲音訊號GAU和來自偏移預測裝置321的預測偏移參數。並且，當非線性補償裝置322決定預測偏移參數進入揚聲器SPK力因子或揚聲器SPK剛性之非線性區域中，非線性補償裝置322更基於增益聲音訊號GAU、預測偏移參數和第一偵測參數PF1來產生輸出聲音訊號DOAU，以回應增益聲音訊號GAU。
附帶一提的，當非線性補償裝置322可決定預測偏移參數未進入揚聲器SPK力因子或揚聲器SPK剛性的非線性區域中時，可直接傳送增益聲音訊號GAU為輸出聲音訊號DOAU。
關於非線性補償裝置322的實施細節，請參照圖4及圖5，其中，圖4繪示揚聲器剛性與偏移的關係曲線，圖5繪示揚聲器力因子與偏移的關係曲線。在圖4中，曲線CV1示意揚聲器 剛性K與偏移X之關係，其中當預測偏移x1對應到曲線CV1上一個大於門檻值TH1的數值時，表示預測偏移x1進入了非線性區域。
另外，在圖5中，曲線CV2示意揚聲器力因子BI與偏移X之關係，其中，當預測偏移x1對應到曲線CV2上一個大於門檻值TH2的數值時，表示預測偏移x1進入了非線性區域。而上述的判斷方式亦只是舉例說明而已，其更可用其他方式實現。
另外，有關補償方式，非線性補償裝置322可利用描述揚聲器SK的物理特性之方程式來作為第一模型。並依據第一模型和預測參數PF1，若增益聲音訊號GAU進入揚聲器SPK的第一物理參數之非線性區域時，則可預期由揚聲器SPK所重現出來的可聽音是增益聲音訊號GAU的一個失真版本，記作Sa1d。在一例子中，此失真版本可以增益聲音訊號GAU和失真分量(記作disn)來表示，其中：Sa1d(t)=m1*GAU(t)+disn(t)，或可以用數位形式表示，其中m1代表一縮放系數。依此方式，非線性補償裝置322可依據第一模型進行補償以產生輸出聲音訊號OAU，使得輸出聲音訊號OAU包括此預期的失真分量對應的一逆分量(記取disn-1(t))。輸出聲音訊號OAU可表示為：OAU(t)=m2*GAU(t)+disn-1(t)，其中m2代表一系數。如此，此逆分量可以補償失真使揚聲器SPK以較小的失真或無失真的方式重現此聲音訊號。
訊號轉換器340則耦接在非線性補償裝置322及放大器 AMP間，訊號轉換器340接收數位格式的輸出聲音訊號DOAU，並將數位格式的輸出聲音訊號DOAU轉換為類比格式的輸出聲音訊號AOAU，且將類比格式的輸出聲音訊號AOAU傳送至放大器AMP。放大器AMP則依據輸出聲音訊號AOAU來驅動揚聲器以發出可聽聲。
關於回授單元330，其中，訊號轉換器331接收揚聲器SPK以及放大器AMP上的類比格式的回授訊號SFB1及SFB2，並將類比格式的回授訊號SFB1及SFB2轉換為數位格式以傳送至溫度偵測裝置332以及偏移偵測裝置333。溫度偵測裝置332以及偏移偵測裝置333則分別依據所接收到的訊號來分別偵測出偵測參數PF2以及PF1。
其中，偏移偵測裝置333可依據一阻抗模型而得的揚聲器SPK的偵測偏移。此阻抗模型例如可表示為：(v-．Bl(x))/Z=i(方程式1)，其中x是偏移對時間的導數；i是電流，其可由電流回授訊號SFB1所代表；v代表電壓，其可由電壓回授訊號SFB2所代表；Bl(x)是有關偏移x的揚聲器力因子；Z是揚聲器SPK的阻抗。又例如，方程式1可以離散微分方程式表示並據以解出偏移x[n]。
溫度偵測裝置332則可依據揚聲器SPK的溫度與電阻之間的關係以輸出代表揚聲器SPK的溫度的偵測參數PF2。揚聲器SPK的溫度與電阻之間的關係，例如可表示為：R=R0[1+α(T-T∞)](方程式2)，其中參數T∞是環境溫度，R0，參數α是常數。故此， 揚聲器SPK的溫度的變化是與電阻變化成正比，並且，可依據偵測到的電阻而得以決定。
關於偏壓調整單元350，偏壓調整單元350包括位準偵測裝置351和升壓控制裝置352。位準偵測裝置351偵測輸入聲音訊號IN_AU的位準以決定是否需要提升放大器AMP的偏壓。升壓控制裝置352則依據來自位準偵測裝置351的偵測結果以調整供應給放大器AMP的偏壓的電壓大小。
以下請參照圖6，圖6繪示本發明再一實施例的聲音產生系統的示意圖。與圖3的實施例不同的，聲音產生系統600更包括訊號調節單元610。訊號調節單元610耦接在增益單元310接收輸入聲音訊號IN_AU的路徑間。訊號調節單元610基於訊號調節為基礎以進行共振頻率追蹤動作。在本發明一實施例中，訊號調節單元610採用共振頻率追蹤以及逆補償的訊號調節。也就是說，可在訊號調節單元610中實現訊號處理操作從而對一輸入聲音訊號IN_AU(例如以數位訊號方式表示)進行訊號調節，其中訊號處理操作例如是訊號濾波器並依據一逆補償特性諸如無限脈衝回應(Infinite impulse response，IIR)數位濾波器對輸入聲音訊號IN_AU進行濾波。此濾波器具有針對揚聲器SPK偏移的共振尖峰之逆補償及動態補償的特性，並藉由電流回授訊號SFB1和電壓回授訊號SFB2以及對應的阻抗分析而進行。
以下並請同時參照圖6以及圖7A~圖7C，其中，圖7A繪示揚聲器阻抗與頻率對應關係圖；圖7B繪示揚聲器的逆補償 特性曲線圖；圖7C繪示不同的逆補償特性曲線圖。為了進行共振頻率追蹤，訊號調節單元610接收參數PF3。其中，參數PF3代表揚聲器的共振頻率的目前變化的資訊。參數PF3例如由偏移偵測裝置333所產生。例如，訊號調節單元610得知共振頻率的初始值，並且依據如圖7B所示的逆補償特性曲線，或稱為轉換函數HF，以執行訊號調節。如圖7B所示的轉換函數HF是藉由將阻抗分析的結果(如圖7A所示的結果)進行逆運算而得。轉換函數HF稱為逆補償的特性曲線，其具有與揚聲器SPK的共振頻率對應的最小值。在圖7A中，顯示了從揚聲器SPK所偵測到的阻抗Z和頻率ω之間的關係，其中具有共振頻率f0。如此，當輸入聲音訊號IN_AU具有與揚聲器SPK的共振頻率f0接近的頻率分量時，輸入聲音訊號IN_AU可被調整和特別地降低。對於數位訊號數值來說，已調節後的訊號比輸入聲音訊號IN_AU在位元數上實質地具有較大的動態餘量(headroom)。藉由增益單元310的增益值的控制以及後續階段的其他處理之幫助，得以利用超越其特性曲線的增益位準來提昇由揚聲器SPK所重現的聲音訊號。請參考圖7C，其中聲音產生系統300的一實施例所輸出以作重現的聲音訊號對應的偏移對頻率ω的特性曲線(記作XC)，與在額定功率下揚聲器的偏移對頻率ω的特性曲線(記作XR)相比較的示意圖。在圖7C中，實線XC對應的偏移在此頻率範圍下相對地比虛線XR對應的偏移來得大。故此，揚聲器SPK受到保護，而揚聲器SPK的響度亦得以增強。
此外，所有功能方塊(包括使用軟體模組、硬體元件、裝置、或單元之實作)具有各自的初始控制參數，例如在增益單元中諸如最大增益、起始時間(attack time)、釋放時間(release time)等參數。在一些實施例中，當偵測到聲學條件起了激烈的變化時(例如藉由回授單元偵測)，應該把初始參數切換到另一組參數以確保能穩健地進行控制。例如，增益單元310偵測到偵測參數PF1和偵測參數PF2分別代表偏移和溫度。當溫度初始時接近一溫度門檻值時，增益單元310將目標增益值切換為一較小的數值。當偏移遠離一偏移門檻值時，增益單元310將目標增益值切換為一適合的數值。若聲學條件改變導致共振頻率亦改變，則應將溫度門檻值和偏移門檻值切換到另一組門檻值以確保能穩健地進行增益控制。此外，其他參數例如揚聲器SPK的彈性亦可納入作為判斷條件從而用以切換參數組。
以下請參照圖8，圖8繪示本發明一實施例的聲音產生控制方法的流程圖。在步驟S810中產生第一偵測參數，其中，第一偵測參數代表揚聲器的偵測偏移。接著，在步驟S820中，接收輸入聲音訊號，並依據增益值放大輸入聲音訊號以產生增益聲音訊號；以及，在步驟S830中，接收增益聲音訊號以及第一偵測參數，預測增益聲音訊號對應的揚聲器的偏移以產生預測偏移參數，並依據第一偵測參數以及預測偏移參數對增益聲音訊號進行補償以產生輸出聲音訊號。
關於上述步驟的實施細節，在前述多個實施例中已有詳 盡的說明，在此恕不多贅述。
以下請參照圖9，圖9繪示本發明一實施例的手持式電子裝置的示意圖。手持式電子裝置900包括處理單元910以及聲音播放系統920。處理單元910耦接至聲音播放系統920並提供輸入聲音訊號IN_AU至聲音播放系統920。聲音播放系統920可應用前述實施例的聲音播放系統200、300及600其中的任一來實施。處理單元910可藉由諸如處理器(processor)、數位訊號處理器、或特定應用積體電路來實現，或是利用可程式化積體電路如微控制器、元件可程式邏輯閘陣列(FPGA，Field Programmable Gate Array)之類的電路來實現，其中例如使用硬體描述語言(HDL，Hardware description language)來進行設計。
綜上所述，本發明提供補償單元以對放大後的增益聲音訊號進行補償動作。也就是說，本發明的聲音產生系統是直接針對用來驅動揚聲器的放大後的增益聲音訊號所對應產生的揚聲器的偏移來執行補償動作的。這樣一來，補償的動作可以更為直接且更具效率，並且，補償單元所執行的補償動作也可以更為簡化，提升聲音產生系統的效率。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

Claims (19)

  1. 一種聲音產生系統，包括：一揚聲器，依據一輸出聲音訊號來產生可聽聲；一回授單元，耦接至該揚聲器，用以產生一第一偵測參數，該第一偵測參數代表該揚聲器的一偵測偏移；一增益單元，接收一輸入聲音訊號，並依據一增益值放大該輸入聲音訊號以產生一增益聲音訊號；以及一補償單元，耦接至該增益單元及該回授單元，該補償單元接收該增益聲音訊號以及該第一偵測參數，預測該增益聲音訊號對應的該揚聲器的偏移以產生一預測偏移參數，並依據該第一偵測參數以及該預測偏移參數對該增益聲音訊號進行補償以產生該輸出聲音訊號，其中當該預測偏移參數進入揚聲器力因子或揚聲器剛性之一非線性區域中時，該補償單元對該增益聲音訊號進行補償以產生該輸出聲音訊號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的聲音產生系統，其中該補償單元包括：一偏移預測裝置，直接接收該增益聲音訊號，並藉由預測與該增益聲音訊號對應的該揚聲器的偏移以產生該預測偏移參數；以及一非線性補償裝置，耦接該偏移預測裝置，用以決定該預測偏移參數是否進入該揚聲器力因子或該揚聲器剛性之該非線性區 域中，以回應該增益聲音訊號和來自該偏移預測裝置的該預測偏移參數，並且當該預測偏移參數進入該揚聲器力因子或該揚聲器剛性之該非線性區域中，該非線性補償裝置更用以基於該增益聲音訊號、該預測偏移參數和該第一偵測參數產生該輸出聲音訊號，以回應該增益聲音訊號。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的聲音產生系統，其中更包括：一訊號轉換器，耦接在該非線性補償裝置與該揚聲器間，轉換數位格式的該輸出聲音訊號為類比格式，並將類比格式的該輸出聲音訊號透過一放大器傳送至該揚聲器。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的聲音產生系統，其中該回授單元更用以產生一第二偵測參數，該第二偵測參數代表該揚聲器的一偵測溫度，其中當該第二偵測參數表示該揚聲器的溫度增加，該增益單元依據該第二偵測參數減少該增益值以控制該揚聲器的溫度。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的聲音產生系統，其中該回授單元包括：一訊號轉換器，耦接至該揚聲器以接收至少一回授訊號；一偏移偵測裝置，耦接至該訊號轉換器，用以依據該揚聲器之一阻抗模型輸出該第一偵測參數，以回應由該訊號轉換器以數位形式所輸出的該至少一回授訊號； 一溫度偵測裝置，耦接至該訊號轉換器，用以依據該揚聲器的溫度與電阻之間的關係以輸出一第二偵測參數，以回應該至少一回授訊號；其中該第一偵測參數和該第二偵測參數被提供至該增益單元，該增益單元並依據該第一偵測參數和該第二偵測參數來決定該增益值。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的聲音產生系統，其中若該第一偵測參數代表該揚聲器的偏移增加，該增益單元減少該增益值以控制該揚聲器的偏移於該揚聲器的一最大偏移之下。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的聲音產生系統，其中更包括：一偏壓調整單元，用以：偵測該輸入聲音訊號的訊號位準；以及當該輸入聲音訊號的訊號位準超過一門檻值時，調整一偏壓訊號的位準，其中該偏壓訊號用以供應給一放大器使用，該放大器耦接至用來重現聲音以回應該輸出聲音訊號之該揚聲器。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的聲音產生系統，更包括：一訊號調節單元，耦接至該回授單元以及該增益單元接收該輸入聲音訊號的路徑間，該訊號調節單元用以：接收來自該回授單元的一參數以及該輸入聲音訊號，該參數代表與該揚聲器的一共振頻率對應的資訊；依據一逆補償特徵對該輸入聲音訊號進行濾波，其中該逆補 償特徵代表以該揚聲器的一偏移轉換函數之逆轉換為基礎之一轉換函數，該轉換函數具有該揚聲器的該共振頻率；輸出以該濾過之該輸入聲音訊號為基礎的第一聲音訊號，其中該逆補償特徵具有與該揚聲器的該共振頻率對應的一最小值，又該第一聲音訊號比起該輸入聲音訊號在位元數上實質地具有較大的動態餘量(headroom)；以及使用代表與該揚聲器的該共振頻率對應的資訊的該參數以修改代表該逆補償特徵之該轉換函數。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的聲音產生系統，其中若該輸入聲音訊號具有與該揚聲器的該共振頻率接近的頻率分量時，該訊號調節單元更用以降低該輸入聲音訊號。
  10. 一種手持式電子裝置，包括：一處理單元，其中該處理單元產生一輸入聲音訊號；以及如申請專利範圍第1項所述的聲音產生系統，耦接該處理單元並接收該輸入聲音訊號，並依據該輸出聲音訊號來產生可聽聲。
  11. 一種聲音產生的控制方法，包括：產生一第一偵測參數，該第一偵測參數代表一揚聲器的一偵測偏移；接收一輸入聲音訊號，並依據一增益值放大該輸入聲音訊號以產生一增益聲音訊號；以及接收該增益聲音訊號以及該第一偵測參數，預測該增益聲音訊號對應的該揚聲器的偏移以產生一預測偏移參數，並依據該第 一偵測參數以及該預測偏移參數對該增益聲音訊號進行補償以產生輸出聲音訊號，其中當該預測偏移參數進入揚聲器力因子或揚聲器剛性之一非線性區域中時，對該增益聲音訊號進行補償以產生該輸出聲音訊號。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的聲音產生的控制方法，其中預測該增益聲音訊號對應的該揚聲器的偏移以產生該預測偏移參數的步驟包括：接收該增益聲音訊號，並藉由預測與該增益聲音訊號對應的該揚聲器的偏移以產生該預測偏移參數。
  13. 如申請專利範圍第11項所述的聲音產生的控制方法，其中依據該第一偵測參數以及該預測偏移參數對該增益聲音訊號進行補償以產生該輸出聲音訊號的步驟包括：決定該預測偏移參數是否進入該揚聲器力因子或該揚聲器剛性之該非線性區域中，以回應該增益聲音訊號和來自偏移預測裝置的該預測偏移參數；以及並且當該預測偏移參數進入該揚聲器力因子或該揚聲器剛性之該非線性區域中，非線性補償裝置更用以基於該增益聲音訊號、該預測偏移參數和該第一偵測參數產生該輸出聲音訊號，以回應該增益聲音訊號和該增益值。
  14. 如申請專利範圍第11項所述的聲音產生的控制方法，更包括： 轉換數位格式的該輸出聲音訊號為類比格式，並將類比格式的該輸出聲音訊號透過一放大器傳送至該揚聲器。
  15. 如申請專利範圍第11項所述的聲音產生的控制方法，更包括：產生一第二偵測參數，該第二偵測參數代表該揚聲器的一偵測溫度；以及當該第二偵測參數表示該揚聲器的溫度增加，依據該第二偵測參數減少該增益值以控制該揚聲器的溫度。
  16. 如申請專利範圍第15項所述的聲音產生的控制方法，更包括：若該第一偵測參數代表該揚聲器的偏移增加，減少該增益值以控制該揚聲器的偏移於該揚聲器的一最大偏移之下。
  17. 如申請專利範圍第11項所述的聲音產生的控制方法，更包括：偵測該輸入聲音訊號的訊號位準；以及當該輸入聲音訊號的訊號位準超過一門檻值時，調整一偏壓訊號的位準，其中該偏壓訊號用以供應給一放大器使用，該放大器耦接至用來重現聲音以回應該輸出聲音訊號之該揚聲器。
  18. 如申請專利範圍第11項所述的聲音產生的控制方法，更包括：依據該揚聲器的一共振頻率來產生一參數； 依據一逆補償特徵對該輸入聲音訊號進行濾波，其中該逆補償特徵代表以該揚聲器的一偏移轉換函數之逆轉換為基礎之一轉換函數，該轉換函數具有該揚聲器的該共振頻率；以及輸出以該濾過之該輸入聲音訊號為基礎的第一聲音訊號，其中該逆補償特徵具有與該揚聲器的該共振頻率對應的一最小值，又該第一聲音訊號比起該輸入聲音訊號在位元數上實質地具有較大的動態餘量(headroom)；以及使用代表與該揚聲器的該共振頻率對應的資訊的該參數以修改代表該逆補償特徵之該轉換函數。
  19. 如申請專利範圍第18項所述的聲音產生的控制方法，更包括：若該輸入聲音訊號具有與該揚聲器的該共振頻率接近的頻率分量時，降低該輸入聲音訊號。
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