專(zhuān)利名稱(chēng)：一種能夠消除揚(yáng)聲器熱效應(yīng)的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種主動(dòng)式揚(yáng)聲器系統(tǒng)，特別是涉及一種能夠消除揚(yáng)聲器熱效應(yīng)的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在傳統(tǒng)的被動(dòng)式揚(yáng)聲器系統(tǒng)里包括一個(gè)或更多的動(dòng)圈式揚(yáng)聲器和分頻網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)電子功率放大器推動(dòng)揚(yáng)聲器音圈的時(shí)候，音圈會(huì)產(chǎn)生熱量并且音圈阻抗相應(yīng)的增加，輸出功率越大，則音圈產(chǎn)生的熱量越多，阻抗增加就越多。揚(yáng)聲器通常連接到輸出阻抗很低的電壓源的功率放大器上。如果音圈在受熱的時(shí)候不會(huì)改變阻抗，則輸出聲壓和功率放大器的輸入電壓成比例，而且電子功率放大器輸出到揚(yáng)聲器上的功率以及揚(yáng)聲器產(chǎn)生的聲功率都和輸入電壓的平方成正比。但是當(dāng)音圈阻抗增加時(shí)，電子功率放大器輸出到揚(yáng)聲器上的功率就比輸入電壓的平方增長(zhǎng)的少，揚(yáng)聲器在大功率時(shí)產(chǎn)生的聲功率也比輸入電壓的平方增長(zhǎng)的少，這種影響就被稱(chēng)為動(dòng)圈式揚(yáng)聲器的熱效應(yīng)。從以上可以看出熱效應(yīng)導(dǎo)致了揚(yáng)聲器的動(dòng)態(tài)范圍受到了限制。
圖1為由普通的放大器如電壓放大器驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器時(shí)揚(yáng)聲器的聲壓(P)103與輸入電壓(Vin)104的函數(shù)關(guān)系。直線(xiàn)101表示在沒(méi)有聲音線(xiàn)圈發(fā)熱時(shí)的揚(yáng)聲器的聲壓，曲線(xiàn)102表示實(shí)際的揚(yáng)聲器的聲壓。
一個(gè)揚(yáng)聲器系統(tǒng)通常包括幾個(gè)揚(yáng)聲器單體，揚(yáng)聲器通過(guò)被動(dòng)分頻網(wǎng)絡(luò)與外接的放大器連接。這些分頻網(wǎng)絡(luò)實(shí)際上就是與頻率相關(guān)的電壓分配器并加載在揚(yáng)聲器的阻抗上，形成理想的揚(yáng)聲器的總頻率響應(yīng)。由于動(dòng)圈揚(yáng)聲器的阻抗與音圈電阻間成函數(shù)關(guān)系，而音圈阻抗又與輸入功率成函數(shù)關(guān)系，因此整個(gè)揚(yáng)聲器的頻率響應(yīng)在高功率時(shí)會(huì)失真。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能夠消除揚(yáng)聲器熱效應(yīng)的系統(tǒng)，以消除揚(yáng)聲器在高功率時(shí)的失真現(xiàn)象。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為一種能夠消除揚(yáng)聲器熱效應(yīng)的系統(tǒng)，其包括一功率放大器，具有正輸入端、反輸入端和一輸出端；一動(dòng)圈式揚(yáng)聲器，其一端連接到所述的功率放大器的輸出端，另一端連接到所述的功率放大器的反輸入端；一個(gè)等化補(bǔ)償電路，其包括一個(gè)電阻、一個(gè)電容、一個(gè)電感，串聯(lián)后和所述的揚(yáng)聲器并聯(lián)；一個(gè)音圈阻抗修正電路，其包括一個(gè)電阻和電容，串聯(lián)后和上面所述的揚(yáng)聲器并聯(lián)；一個(gè)負(fù)反饋電阻，其一端接到所述的功率放大器的反輸入端，另一端接地。
上述揚(yáng)聲器、電阻、等化補(bǔ)償電路和音圈修正電路組成了放大器的負(fù)反饋線(xiàn)路。這種配置下的放大器形成了揚(yáng)聲器、等化電路和補(bǔ)償電路的電流源。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于在揚(yáng)聲器系統(tǒng)中通過(guò)增加等化補(bǔ)償電路、音圈阻抗修正電路和負(fù)反饋電阻，能夠消除揚(yáng)聲器系統(tǒng)的熱效應(yīng)。此外，本發(fā)明還提供了一種形成理想的整個(gè)頻率響應(yīng)的系統(tǒng)，并且改進(jìn)了揚(yáng)聲器聲音的再現(xiàn)。


圖1為用傳統(tǒng)的功率放大器如電壓驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器時(shí)聲壓與輸入電壓的函數(shù)圖；圖2為用本發(fā)明驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器時(shí)聲壓與輸入電壓的函數(shù)圖；圖3為單聲道揚(yáng)聲器的典型的阻抗曲線(xiàn)，由傳統(tǒng)的放大器驅(qū)動(dòng)時(shí)的頻率響應(yīng)曲線(xiàn)和由電流源驅(qū)動(dòng)時(shí)的頻率響應(yīng)曲線(xiàn)；圖4為單聲道揚(yáng)聲器的本發(fā)明的優(yōu)先實(shí)施例的電路圖；圖5為多聲道揚(yáng)聲器的本發(fā)明的優(yōu)先實(shí)施例的電路圖；圖6為由傳統(tǒng)的放大器驅(qū)動(dòng)的頻率響應(yīng)曲線(xiàn)和用現(xiàn)有電流源放大器驅(qū)動(dòng)的頻率響應(yīng)曲線(xiàn)，多個(gè)動(dòng)圈揚(yáng)聲器和分頻電路的多聲道揚(yáng)聲器的負(fù)載曲線(xiàn)。
具體實(shí)施例方式
以下根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)方面，結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。盡管本發(fā)明采用這些圖形和例子來(lái)進(jìn)行說(shuō)明，但其并不是將本發(fā)明限制到這些公開(kāi)的實(shí)施例中。相反，其目的是要覆蓋由所述的權(quán)利要求所確定的本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和保護(hù)范圍的所有變化、改進(jìn)和等同替換。
當(dāng)加上功率時(shí)，動(dòng)圈揚(yáng)聲器的音圈發(fā)熱，音圈的阻抗也相應(yīng)的增加。所加的功率越大，則增加的阻值越大。揚(yáng)聲器由具有較低的輸出阻抗的放大器驅(qū)動(dòng)，因此其采用電壓驅(qū)動(dòng)。
如果發(fā)熱時(shí)，音圈沒(méi)有改變阻值，聲壓值會(huì)與放大器輸出電壓成正比，并且應(yīng)用到揚(yáng)聲器的電功率和由此產(chǎn)生的實(shí)際功率與放大器的輸入電壓的平方值成正比。但是，隨著音圈阻抗增加，加到揚(yáng)聲器上的電功率其增加值卻低于放大器的輸入電壓的平方值，而且在較高功率時(shí)，聲壓的增加也低于輸入電壓平方值的增加。這種效應(yīng)叫做動(dòng)圈揚(yáng)聲器的熱效應(yīng)，熱效應(yīng)導(dǎo)致了上述的動(dòng)態(tài)變化范圍的受限。
圖1為由普通的放大器如電壓放大器驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器時(shí)揚(yáng)聲器的聲壓(P)103與輸入電壓(Vin)104的函數(shù)關(guān)系。直線(xiàn)101表示在沒(méi)有聲音線(xiàn)圈發(fā)熱時(shí)的揚(yáng)聲器的聲壓，曲線(xiàn)102表示實(shí)際的揚(yáng)聲器的聲壓。從頻率105向右處為熱效應(yīng)區(qū)域。
實(shí)際上在不同的聲壓時(shí)熱效應(yīng)的差異很小。
本發(fā)明給出了一種能夠消除揚(yáng)聲器熱效應(yīng)的系統(tǒng)。
如果揚(yáng)聲器不是由傳統(tǒng)的低輸出阻抗的放大器如電壓源驅(qū)動(dòng)，而是由比揚(yáng)聲器的阻抗高出許多的放大器如電流源來(lái)驅(qū)動(dòng)，這樣的放大器的輸出電流只是由輸入電壓Vin460決定而和負(fù)荷阻抗無(wú)關(guān)。因此輸出電流和音圈溫度無(wú)關(guān)。如果音圈溫度上升，并且阻抗上升，即使Vin是固定的，應(yīng)用到聲音線(xiàn)圈的電流也會(huì)上升。這個(gè)效應(yīng)叫熱效應(yīng)。
圖2為由電流源功率放大器驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器時(shí)揚(yáng)聲器(P)103的聲壓與輸入電壓(Vin)104的函數(shù)關(guān)系。直線(xiàn)201表示在沒(méi)有音圈發(fā)熱時(shí)的揚(yáng)聲器的聲壓，曲線(xiàn)202表示實(shí)際的揚(yáng)聲器的聲壓。圖中從頻率105向右處為熱效應(yīng)區(qū)域。
圖3為單路揚(yáng)聲器的典型阻抗曲線(xiàn)301，及其由普通的放大器驅(qū)動(dòng)時(shí)的頻率響應(yīng)曲線(xiàn)302，由傳統(tǒng)電壓放大器驅(qū)動(dòng)時(shí)的頻率響應(yīng)曲線(xiàn)303。阻抗曲線(xiàn)在揚(yáng)聲器單體共振時(shí)有一個(gè)峰值，并且在頻率高于305時(shí)有由音圈感應(yīng)而引起的上升。頻率響應(yīng)在較低的頻率304和較高的截止頻率306間成線(xiàn)性。
如果揚(yáng)聲器由現(xiàn)有電流源放大器來(lái)驅(qū)動(dòng)，則其響應(yīng)曲線(xiàn)在接近驅(qū)動(dòng)器共振頻率處有一峰值，并且從頻率305到最大頻率307間升高，因此其響應(yīng)曲線(xiàn)303有一與負(fù)荷曲線(xiàn)301相似的形狀。為了達(dá)到曲線(xiàn)平衡，建議采用下面所述的特殊電路。
圖4為本發(fā)明的單路揚(yáng)聲器的優(yōu)先實(shí)施例。揚(yáng)聲器405一端406連接放大器401的輸出端404，另一端407連接放大器401的反輸入端403和電阻408。電阻408的另一端接地409。揚(yáng)聲器405和電阻408組成了放大器401的負(fù)反饋電路，同時(shí)也作為放大器的負(fù)荷。
輸入電壓Vin460作用于放大器401的正輸入端402。在這種結(jié)構(gòu)下，放大器401形成了揚(yáng)聲器405的電流源。電流源放大器消除了熱效應(yīng)，但揚(yáng)聲器頻率響應(yīng)曲線(xiàn)303與負(fù)載曲線(xiàn)301的形狀相似，這也是不能接受的。
為得到理想的頻率響應(yīng)的形狀，在揚(yáng)聲器中并聯(lián)二種電路一等化補(bǔ)償電路410，包括一電阻413、一電容412和一線(xiàn)圈411，這些電器元件串聯(lián)；一音圈補(bǔ)償電路420，包括一電阻421和一電容422串聯(lián)。電路410和420也與揚(yáng)聲器405和電阻409一起形成放大器401的負(fù)反饋電路。
由于電路410的中心頻率和Q值分別與揚(yáng)聲器的共振頻率和Q值相等，因此電路410減少了在揚(yáng)聲器405共振頻率304處的放大器401的整個(gè)阻抗值，并且消除了該頻率附近的峰值。如有必要，電路410的Q值可以通過(guò)改變電容值和感應(yīng)系數(shù)而變化，因此可以獲得接近頻率304處的頻率響應(yīng)的峰值或補(bǔ)償值。
電路420補(bǔ)償由揚(yáng)聲器單體音圈自感應(yīng)引起的阻抗的增加和頻率高于305處的相應(yīng)的頻率響應(yīng)的升高。
如果在高頻時(shí)揚(yáng)聲器響應(yīng)有一個(gè)復(fù)制，則可以通過(guò)聲音線(xiàn)圈阻抗的不完全補(bǔ)償或不使用電路420來(lái)補(bǔ)償。即使這樣，所述的較佳實(shí)施例仍具有消除揚(yáng)聲器的熱效應(yīng)的性質(zhì)。
如果揚(yáng)聲器頻率響應(yīng)有其自己的峰值而與阻抗無(wú)關(guān)，幾個(gè)象電路410的補(bǔ)償電路可與揚(yáng)聲器并聯(lián)，這些電路的中心頻率和Q值與這些峰值的中心頻率和Q值相對(duì)應(yīng)。
因?yàn)檩敵鲭娏鱅out470的一部分分流到了電路410和420，因此就會(huì)出現(xiàn)阻抗峰值的補(bǔ)償。整個(gè)電流輸出Iout470與放大器的輸入電壓Vin460成正比，并且其阻抗和揚(yáng)聲器405和電路410和420的總阻抗無(wú)關(guān)。
圖5為本發(fā)明的第二個(gè)較佳實(shí)施例，采用多路揚(yáng)聲器。一個(gè)三路揚(yáng)聲器550包括動(dòng)圈揚(yáng)聲器551、552和553，以及分頻電路554、555和556，見(jiàn)圖中。每個(gè)揚(yáng)聲器產(chǎn)生自己的頻寬。
揚(yáng)聲器550的一端557連接放大器501的輸出端504，另一端558連接到放大器501的反輸入端503和電阻508，電阻508的另一端接地509。
每一個(gè)分頻電路與其自己的揚(yáng)聲器單體連接電路554與揚(yáng)聲器551相連，電路555與揚(yáng)聲器552相連，電路556與揚(yáng)聲器553相連。揚(yáng)聲器的第二端與揚(yáng)聲器550的接入端558相連。
等化補(bǔ)償電路510、等化補(bǔ)償電路520、等化補(bǔ)償電路530和音圈補(bǔ)償電路540與揚(yáng)聲器550的557端和558端并聯(lián)。
圖6顯示了多路揚(yáng)聲器550的阻抗曲線(xiàn)601，在傳統(tǒng)的放大器驅(qū)動(dòng)下的頻率相應(yīng)曲線(xiàn)603，及在大輸出阻抗的放大器(例如電流)的驅(qū)動(dòng)下的頻率響應(yīng)曲線(xiàn)602。這種頻率響應(yīng)也可在沒(méi)有電路510、520、530、540下取得。圖5中的系統(tǒng)的實(shí)際總響應(yīng)頻率曲線(xiàn)像曲線(xiàn)603。阻抗曲線(xiàn)601有三個(gè)峰點(diǎn)低音揚(yáng)聲器553共振頻率605，低音與中音分頻點(diǎn)606，中音與高音分頻點(diǎn)607，頻率高于608時(shí)由聲音線(xiàn)圈感應(yīng)引起的上升。頻率響應(yīng)曲線(xiàn)602有三個(gè)在頻率605、606和607處的與阻抗曲線(xiàn)相對(duì)應(yīng)的三個(gè)峰值。
電路510有一中心頻率，其中心頻率與頻率605相等，電路520有一中心頻率，其中心頻率與頻率606相等，以及電路530有一中心頻率，其中心頻率與頻率607相等。在頻率高于305處，電路540補(bǔ)償由于揚(yáng)聲器音圈自感應(yīng)引起的阻抗升高和相應(yīng)的頻率響應(yīng)的升高。
如果揚(yáng)聲器或單一揚(yáng)聲器的頻率響應(yīng)在某個(gè)頻率處有一個(gè)峰值，它可以由一個(gè)象電路510、電路520和電路530這樣的中心頻率等于該頻率的等化補(bǔ)償電路所補(bǔ)償，因此該系統(tǒng)中可以包括無(wú)數(shù)個(gè)補(bǔ)償電路。
盡管本發(fā)明的能夠模仿的實(shí)施例已經(jīng)在上面列出和詳細(xì)說(shuō)明，但很顯然，那些掌握現(xiàn)有技術(shù)的人對(duì)本發(fā)明可作某些改變、改進(jìn)或替換，但這些變化均未脫離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)。例如，可以采用多路揚(yáng)聲器，而本發(fā)明上述描述中所說(shuō)的為三路；可以有二個(gè)或更多的驅(qū)動(dòng)器，也可有許多不同的被動(dòng)式補(bǔ)償電路(例如串聯(lián)分頻補(bǔ)償電路)。揚(yáng)聲器也可使用不同盒體(如封閉的和彎曲的)。所有這些變化、改進(jìn)和替換均應(yīng)該被看作落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種能夠消除揚(yáng)聲器熱效應(yīng)的系統(tǒng)，其特征在于其包括一功率放大器，具有正輸入端、反輸入端和一輸出端；一動(dòng)圈式揚(yáng)聲器，其一端連接到所述的功率放大器的輸出端，另一端連接到所述的功率放大器的反輸入端；一個(gè)等化補(bǔ)償電路，其包括一個(gè)電阻、一個(gè)電容、一個(gè)電感，串聯(lián)后和所述的揚(yáng)聲器并聯(lián)；一個(gè)音圈阻抗修正電路，其包括一個(gè)電阻和電容，串聯(lián)后和所述的揚(yáng)聲器并聯(lián)；一個(gè)負(fù)反饋電阻，其一端接到所述的功率放大器的反輸入端，另一端接地。
2.如權(quán)利要求1所述的能夠消除揚(yáng)聲器熱效應(yīng)的系統(tǒng)，其特征在于所述的動(dòng)圈式揚(yáng)聲器至少包括2只動(dòng)圈式揚(yáng)聲器和2個(gè)分頻網(wǎng)絡(luò)，所述的每一個(gè)揚(yáng)聲器的一端接到分頻網(wǎng)絡(luò)的一端，另一端接到所述的功率放大器的反輸入端。
3.如權(quán)利要求2所述的能夠消除揚(yáng)聲器熱效應(yīng)的系統(tǒng)，其特征在于至少包括二個(gè)等化補(bǔ)償電路，所述的每個(gè)等化補(bǔ)償電路其共振頻率等于所述的揚(yáng)聲器的阻抗峰或頻率響應(yīng)峰對(duì)應(yīng)的頻率。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種能夠消除揚(yáng)聲器熱效應(yīng)的系統(tǒng)，其包括一功率放大器，具有正輸入端、反輸入端和一輸出端；一動(dòng)圈式揚(yáng)聲器，其一端連接到所述的功率放大器的輸出端，另一端連接到所述的功率放大器的反輸入端；一個(gè)等化補(bǔ)償電路，包括一個(gè)電阻、一個(gè)電容、一個(gè)電感，串聯(lián)后和所述的揚(yáng)聲器并聯(lián)；一個(gè)音圈阻抗修正電路，包括一個(gè)電阻和電容，串聯(lián)后和所述的揚(yáng)聲器并聯(lián)；一個(gè)負(fù)反饋電阻，其一端接到所述的功率放大器的反輸入端，另一端接地。其優(yōu)點(diǎn)為在揚(yáng)聲器系統(tǒng)中通過(guò)增加等化補(bǔ)償電路、音圈阻抗修正電路和負(fù)反饋電阻，從而消除揚(yáng)聲器系統(tǒng)的熱效應(yīng)。還提供了形成理想的整個(gè)頻率響應(yīng)的系統(tǒng)，并且改進(jìn)了揚(yáng)聲器聲音的再現(xiàn)。
文檔編號(hào)H04R9/00GK1589065SQ20041005370
公開(kāi)日2005年3月2日 申請(qǐng)日期2004年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月13日
發(fā)明者佘爾基·弗明, 尤利·弗明, 黃新民, 黃韻英 申請(qǐng)人:黃新民, 佘爾基·弗明, 黃韻英, 尤利·弗明