專利名稱：高效音頻再現(xiàn)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高效音頻再現(xiàn)。更加具體地講，本發(fā)明涉及一種能夠為換能器產(chǎn)生高效驅(qū)動信號的設(shè)備和相應(yīng)的方法。本發(fā)明此外還涉及一種用于將音頻信號的頻率范圍調(diào)整得適合于換能器的設(shè)備和相應(yīng)的方法。
背景技術(shù)：
眾所周知，聲音頻率具有從接近20Hz到接近20KHz的范圍。雖然中間范圍(接近1-10KHz)可以由常規(guī)揚聲器可靠地產(chǎn)生，但是對于較低和較高的頻率范圍，一般來說需要專用的換能器。高保真音像系統(tǒng)一般包括用來再現(xiàn)高音頻率范圍的小換能器(高音喇叭)和用來再現(xiàn)低音頻率范圍的相對較大的換能器(低音喇叭)。以適當(dāng)音量忠實再現(xiàn)最低聲頻(接近20-100Hz)所需要的換能器會占用相當(dāng)大的空間。不過，對小型音像組合的需求在不斷增長。顯然，大換能器和小音像器材的要求是不可兼顧的。
曾經(jīng)建議利用心理聲學(xué)現(xiàn)象來解決這一問題，比如利用“虛擬音質(zhì)(virtual pitch)”。通過產(chǎn)生低頻信號分量的諧波，能夠使人感覺到存在這些信號分量，而實際上沒有對它們進行再現(xiàn)。
例如，美國專利說明書US6134330(Philips)公開了一種配備有用來增強音頻信號的增強裝置的音響系統(tǒng)。這些公知的增強裝置包括諧波發(fā)生器，諧波發(fā)生器用于產(chǎn)生音頻信號的第一部分的諧波，從而造成這樣的錯覺所感受到的音頻信號包括頻率比實際可得到的頻率更低的分量。
雖然這種公知的解決方案效果相當(dāng)好，但是它并不能代替真實再現(xiàn)低頻(低音)信號分量。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的這些和其它問題并且提供再現(xiàn)音頻信號的設(shè)備和方法，該設(shè)備和方法能夠?qū)崿F(xiàn)整個聲音頻率范圍的更為有效的再現(xiàn)，并且尤其是低頻信號分量的再現(xiàn)。
本發(fā)明的另一個目的是提供用于再現(xiàn)音頻信號的設(shè)備和方法，能夠針對換能器自動調(diào)節(jié)所述音頻信號，從而提供最大效率。
因此，本發(fā)明給出了一種用于為換能器產(chǎn)生驅(qū)動信號的設(shè)備，該驅(qū)動信號具有基本上等于換能器的諧振頻率的頻率和由外部信號控制的幅度，該設(shè)備配備有控制裝置，用于將驅(qū)動信號的頻率自動調(diào)節(jié)到換能器的諧振頻率。
通過以基本上等于換能器的諧振頻率的頻率驅(qū)動換能器，使得換能器的效率極高，在給定電輸入功率下，產(chǎn)生最大聲音輸出功率。通過配備用于自動將驅(qū)動信號的頻率調(diào)節(jié)到換能器的諧振頻率的控制裝置，確保了換能器總是以其最大效率進行工作，不管溫度、大氣壓和其它因素如何變化。此外，換能器特性的任何延展都可以得到自動補償。因此能夠用類似但不相同的其它換能器替代原換能器，而不需要對設(shè)備進行手工調(diào)試。
控制裝置可以根據(jù)一個或多個換能器屬性(比如(瞬時)阻抗)來控制和/或調(diào)節(jié)驅(qū)動信號頻率。眾所周知，換能器的阻抗是取決于頻率的。具體來說，換能器的阻抗與相移相關(guān)，該相移在換能器的(主)諧振頻率下等于零。本發(fā)明人認(rèn)識到，確定這個相移并且對驅(qū)動信號的頻率進行控制以使該相移最小，是使驅(qū)動信號頻率與諧振頻率匹配的便捷途徑。因此，按照本發(fā)明的設(shè)備的優(yōu)選實施方式，控制裝置包括相位確定裝置，用于確定換能器引入的任何相移。
更加具體地講，相位確定裝置最好包括組合單元，用于對代表驅(qū)動信號電壓的相位的第一信號和代表驅(qū)動信號電流的第二信號進行組合，從而產(chǎn)生相位差信號；和控制單元，用于根據(jù)相位差信號產(chǎn)生頻率控制信號。這樣的方案使得驅(qū)動信號的相位能夠被用于控制同一信號的頻率。
按照第一實施方式，第一信號是驅(qū)動信號。就是說，將驅(qū)動信號與第二信號進行組合，以產(chǎn)生相位差信號。按照第二實施方式，第一信號是輔助振蕩器信號。按照這個第二實施方式，除了主振蕩器信號(由其得出驅(qū)動信號)之外，還提供了輔助振蕩器信號，該信號典型地但并非必須地經(jīng)過了90°(π/2弧度)的相移。利用這一輔助振蕩器信號，可以實現(xiàn)相位檢測的改善。
按照一種有益的實施方式，該設(shè)備此外還包括相位補償單元，用于將補償性相移引入到輔助振蕩器信號中，從而產(chǎn)生經(jīng)過相移的輔助振蕩器信號。該補償性相移設(shè)計成基本上與由放大器、濾波器和任何其它元器件引入的任何相移相等。
該設(shè)備可以此外還包括與換能器串聯(lián)設(shè)置的電阻器，用于響應(yīng)于驅(qū)動電流產(chǎn)生第二信號。就是說，流過電阻器的驅(qū)動電流產(chǎn)生第二信號。結(jié)果，第二信號的相位等于驅(qū)動電流的相位。此外或者備選地，本發(fā)明的設(shè)備還可以包括加速度檢測器，用于檢測換能器的加速度，和/或位移檢測器，用于檢測換能器的位移。
本發(fā)明的設(shè)備此外還可以包括發(fā)生器，用于產(chǎn)生頻率基本上等于換能器的諧振頻率的振蕩信號；和另一個組合單元，用于對該振蕩信號與幅度控制信號進行組合，從而產(chǎn)生幅度控制驅(qū)動信號。
此外，該設(shè)備此外還可以包括放大器，用于對驅(qū)動信號進行放大，和/或低通濾波器，用于對驅(qū)動信號進行濾波。
本發(fā)明此外還給出了一種頻率調(diào)整設(shè)備，用于針對換能器來調(diào)整音頻信號的頻率范圍，該設(shè)備包括檢測裝置，用于檢測在第一聲音頻率范圍內(nèi)的第一信號分量；發(fā)生器裝置，用于產(chǎn)生第二聲音頻率范圍內(nèi)的第二信號分量；和幅度控制裝置，用于響應(yīng)于第一信號分量的幅度對第二信號分量的幅度進行控制；和控制裝置，用于根據(jù)換能器屬性確定第二聲音頻率范圍，其中，第二聲音頻率范圍比第一聲音頻率范圍窄得多，并且其中，換能器在第二聲音頻率范圍上具有最大效率。
通過產(chǎn)生第二聲音頻率范圍(遠(yuǎn)窄于第一頻率范圍)內(nèi)的第二信號分量、第二信號分量的幅度是響應(yīng)于第一信號分量的幅度而加以控制的，將音頻信號的能量集中到了第二頻率范圍內(nèi)。結(jié)果，第一頻率范圍的帶寬得到了有效減小，并且將音頻信號的能量集中到了相當(dāng)窄的(第二)范圍內(nèi)。這具有這樣的優(yōu)點可以將音頻信號的能量集中在使換能器效率特別高的范圍內(nèi)，這樣得到了更加有效的發(fā)聲效果。第二頻率范圍可以極窄，實際上僅僅包括使換能器效率最高的頻率，典型地是諧振頻率。較佳的情況是，第二頻率范圍部分或全部處于第一頻率范圍內(nèi)。
按照優(yōu)選實施方式，將控制裝置設(shè)置成根據(jù)換能器屬性(比如(瞬時)阻抗)自動控制第二頻率范圍。
本發(fā)明還提供了一種為換能器產(chǎn)生驅(qū)動信號的方法，該驅(qū)動信號具有基本上等于換能器的諧振頻率的頻率和由外部信號控制的幅度，該方法包括將驅(qū)動信號的頻率自動調(diào)節(jié)到換能器的諧振頻率的步驟。
該方法此外還可以有益地包括確定由換能器引入的任何相移的步驟。按照優(yōu)選實施方式，本發(fā)明的方法此外還包括步驟對代表驅(qū)動信號電壓的相位的第一信號和代表驅(qū)動信號電流的第二信號進行組合，從而產(chǎn)生相位差信號；和根據(jù)相位差信號產(chǎn)生頻率控制信號。第一信號可以是驅(qū)動信號或輔助振蕩器信號。在后一種情況下，該方法此外還包括步驟將補償性相移引入到輔助振蕩器信號中，從而產(chǎn)生相移輔助振蕩器信號。第二信號可以是響應(yīng)于換能器的驅(qū)動電流而產(chǎn)生的。
按照另一種有益的實施方式，該方法可以此外或備選地包括檢測換能器的加速度或位移的步驟。
較佳的情況是，該方法此外還包括步驟產(chǎn)生頻率基本上等于換能器的諧振頻率的振蕩信號；和對該振蕩信號與幅度控制信號進行組合，從而產(chǎn)生幅度控制驅(qū)動信號。
該方法此外還可以包括對驅(qū)動信號進行放大和/或濾波的步驟。
本發(fā)明此外還提供了一種針對換能器來調(diào)整音頻信號的頻率范圍的頻率調(diào)整方法，該方法包括步驟選擇頻率范圍、檢測所選擇的頻率范圍內(nèi)的信號和按照上面定義的方法為換能器產(chǎn)生驅(qū)動信號。


下面將參照附圖中所圖解說明的示范性實施方式對本發(fā)明進行進一步的解釋說明，其中附圖1示意性地表示按照本發(fā)明的設(shè)備的第一實施方式。
附圖2示意性地表示按照本發(fā)明的設(shè)備的第二實施方式。
附圖3示意性地表示按照本發(fā)明的設(shè)備的第三實施方式。
附圖4示意性地表示按照本發(fā)明的設(shè)備的第四實施方式。
附圖5示意性地表示按照本發(fā)明的音頻系統(tǒng)。
附圖6示意性地表示按照本發(fā)明的第一和第二頻率范圍。
具體實施例方式
附圖1中僅僅作為非限定性實例示出的設(shè)備1包括第一濾波器2、檢測器3、第二濾波器4、組合單元5、發(fā)生器6和控制路徑8。換能器7與組合單元5耦合。
附圖1的設(shè)備1(用于針對換能器來調(diào)整音頻信號的頻率范圍)包括兩個部分由第一濾波器2、檢測器3和(根據(jù)需要選用的)第二濾波器4構(gòu)成的第一部分和由組合單元5、發(fā)生器6和控制路徑8構(gòu)成的第二部分。第一部分用來根據(jù)選定的(音頻)輸入信號頻率范圍產(chǎn)生幅度控制信號，而第二部分用來產(chǎn)生幅度控制換能器驅(qū)動信號。
帶通(第一)濾波器2、檢測器3和低通(第二)濾波器4產(chǎn)生基于輸入信號Vin的幅度控制(即，調(diào)制)信號。這一輸入信號Vin典型地是音頻信號，尤其是音頻信號的低音(低頻)部分。帶通濾波器2(按照某些實施方式，可由低通濾波器代替)選擇頻率范圍并且輸出具有有限頻率范圍(例如20Hz到120Hz)的音頻信號VF。在檢測器3中檢測這一選定頻率范圍的信號分量，該檢測器產(chǎn)生包絡(luò)(即，幅度控制)信號VE。檢測器3最好是本身公知的包絡(luò)檢測器，但是也可以是本身公知的峰值檢測器。按照非常經(jīng)濟的實施方式，檢測器3可以由二極管構(gòu)成。注意，第二(低通)濾波器4僅僅用于對包絡(luò)信號VE進行平滑，并且可以省略該濾波器。
如上面所解釋的，(包絡(luò))檢測器3的輸出信號VE代表存在于由濾波器2選擇的第一頻率范圍(附圖6中的I)內(nèi)的輸入信號分量的幅度。這個信號VE隨后用作幅度控制信號。為此，組合單元5(按照所示實施方式，該組合單元是由乘法器構(gòu)成的)對這一幅度控制信號VE與由發(fā)生器(振蕩器)6產(chǎn)生的振蕩器信號V0進行組合(相乘)，從而形成用于驅(qū)動換能器7的驅(qū)動信號VM。這個驅(qū)動信號VM將會具有由發(fā)生器6定義的頻率和由信號VE’(或VE，如果不存在第二濾波器4的話)定義的幅度。
后面將參照附圖6更加詳細(xì)地解釋說明，發(fā)生器6的頻率基本上等于換能器7的諧振頻率。這使得換能器能夠以其最大效率進行工作。在歐洲專利申請第03103396.2號(PHNL031135)中介紹了適用的換能器。雖然換能器7典型地是由揚聲器構(gòu)成的，但是也可以想到其它的換能器，比如引起其它物體振動的所謂“振動器”。單獨一個換能器7可以用一組兩個或更多個換能器代替。
控制路徑8用來控制發(fā)生器6的頻率，并且更加具體地講，用來將發(fā)生器的頻率基本上保持在換能器的選定諧振頻率上(換能器典型地具有多個諧振頻率，但是最好選擇能夠使期望的聲音輸出得到實現(xiàn)的諧振頻率)，例如60Hz。控制路徑8使得發(fā)生器6能夠依據(jù)換能器參數(shù)(比如(瞬時)阻抗(或其絕對值)、換能器振動面的實際運動和/或聲壓)調(diào)節(jié)頻率(并且最好還有相位)。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將會清楚地了解，這些參數(shù)使得確定換能器的效率(輸出功率除以輸入功率)成為可能。由于效率在一般情況下會隨著頻率變化，因此頻率調(diào)節(jié)將會使得效率能夠得到優(yōu)化。為此，發(fā)生器可以引入小的(并且可能是隨機的)頻率變化來確定當(dāng)前值附近各種不同頻率下的效率。如果在這些備選頻率中的任何一個頻率下效率較大，則可以改變頻率的設(shè)定值。這樣，可以實現(xiàn)發(fā)生器6的自動調(diào)整，即使在沒有控制路徑8的情況下也是如此。不過，較佳的選擇是直接控制發(fā)生器的頻率，而不引入任何頻率變化。
要直接控制發(fā)生器6的頻率，控制路徑8可以將適當(dāng)?shù)念l率控制信號饋送給發(fā)生器6，這個頻率控制信號是由一個或多個換能器參數(shù)導(dǎo)出的。按照優(yōu)選實施方式，使用流過換能器7的電流IL的相位來控制發(fā)生器頻率，如附圖2中示意性示出的。發(fā)生器6最好由本身公知的VCO(壓控振蕩器)構(gòu)成。
附圖2的設(shè)備1也包括(第一)濾波器2、包絡(luò)檢測器3、組合單元(乘法器)5和發(fā)生器6。除掉了第二濾波器4，而將放大器9插入到了組合單元5與換能器7之間，用來為換能器7提供適當(dāng)?shù)尿?qū)動電路IL。放大器9(并且因此驅(qū)動電流IL)是由驅(qū)動電壓VM控制的。
按照附圖2所示的示范性實施方式，將控制路徑8表示為包括電阻器10、另一個(或第二個)組合單元11和控制單元12。驅(qū)動電流IL流過換能器7和電阻器10到達(dá)地(或者適當(dāng)?shù)幕亓鬟B接線路)，在電阻器10上產(chǎn)生電阻電壓VR。組合單元11(也是由乘法器構(gòu)成的)對這一電阻電壓VR與驅(qū)動電壓VM進行組合(相乘)，以產(chǎn)生送到控制單元12的組合電壓VD?？刂茊卧?2(可由低通濾波器構(gòu)成)將組合電壓VD轉(zhuǎn)換成適當(dāng)?shù)陌l(fā)生器控制電壓VC，來控制發(fā)生器6的頻率。
如上面所提到的，控制路徑?jīng)Q定驅(qū)動電流IL的相位。從數(shù)學(xué)的角度講，這可以表達(dá)為下述形式。
驅(qū)動電壓VM是發(fā)生器信號V0與幅度信號VB的乘積VM＝VE·V0＝VE·sin(Ωt)，其中，ω＝2π·f，f是發(fā)生器頻率。電阻器R上的電阻電壓VR的量值是驅(qū)動電壓VM的量值的C倍，其中C取決于換能器7的阻抗、電阻器10和放大器9的增益。由于換能器7引入了相移φ，因此現(xiàn)在可以將電阻電壓VR記為VR＝C·VE·sin(ωt+φ)相移φ是取決于頻率的，并且在換能器7的諧振頻率下基本上等于零。當(dāng)組合單元11將這個電阻信號VR與驅(qū)動信號VM進行了相乘時，組合信號VD可以記為VD＝VM·VR＝VE·sin(ωt)·C·VE·sin(ωt+φ)，或VD＝·C·VE2·{cos(φ)-cos(2ωt+φ)}。
在控制單元12處進行的低通濾波(傳遞函數(shù)H)將得到VC＝·C·VE2·cos(φ)，它與頻率ω(＝2π·f)無關(guān)并且對于φ＝0最大。因此，按照本實施方式，將發(fā)生器6設(shè)置成使控制電壓VC最大，因為這將會使發(fā)生器頻率等于諧振頻率。
注意，附圖2的電路結(jié)構(gòu)僅僅是示范性的，本發(fā)明的原理同樣可以很好地應(yīng)用于其它電路結(jié)構(gòu)。例如，可以將電阻器10設(shè)置在放大器9與換能器7之間。另外，可以使用額外的換能器(拾音元件)來確定流過換能器的電流(的相位)。而且，可以使用額外的傳感器來記錄換能器的加速度、速度和/或激勵，以確定換能器參數(shù)，比如由換能器7引入的任何相位差。如果換能器7是由揚聲器構(gòu)成的，例如，可以使用安裝在紙盆上的加速度檢測器或位移檢測器，例如使用激光技術(shù)的檢測器。
此外還要注意，設(shè)備1可以使用模擬和/或數(shù)字技術(shù)實現(xiàn)。在使用數(shù)字技術(shù)的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會意識到，在設(shè)備1中可以存在適當(dāng)?shù)腄/A(數(shù)字/模擬)和A/D(模擬/數(shù)字)轉(zhuǎn)換器。按照數(shù)字技術(shù)的實施方式，控制單元12可以由微控制器或微處理器構(gòu)成。
附圖3的實施方式也包括濾波器2、檢測器3、第一組合單元5、放大器9、電阻器10、第二組合單元11、控制單元12和發(fā)生器6。不過，按照這種實施方式，發(fā)生器6是所謂的正交發(fā)生器，設(shè)置為用于產(chǎn)生兩個頻率相同但相互之間有90°(＝π/2弧度)相差的輸出信號。這些發(fā)生器信號因此可以分別記為sin(ωt)和cos(ωt)。按照附圖3的實施方式，將這個第二發(fā)生器信號V0’＝cos(ωt)饋送給另一個組合單元(乘法器)11，而不是饋送驅(qū)動信號VM。第二組合單元11的輸出信號VD現(xiàn)在可以記為VD＝V0’·VR＝cos(ωt)·C·VE·sin(ωt+φ)，或VD＝·C·VE·{sin(2ωt+φ)+sin(φ)}由控制單元12進行的低通濾波得出控制電壓VCVC＝·C·VE·sin(φ)它與頻率ω(＝2π·f)無關(guān)并且對于φ＝0等于零。因此，按照本實施方式，將發(fā)生器6設(shè)置成使控制電壓VC等于零，因為這將會使發(fā)生器頻率等于諧振頻率。
注意，正交振蕩器是本領(lǐng)域公知的。數(shù)字正交振蕩器的特別經(jīng)濟且適用的實施方式包括產(chǎn)生頻率為期望發(fā)生器頻率四倍的信號的多頻振蕩器和將該信號除以因數(shù)二的觸發(fā)電路。在該數(shù)據(jù)信號的上升邊緣上將結(jié)果得到的信號(頻率為期望頻率的兩倍)除以二會產(chǎn)生第一發(fā)生器信號V0＝sin(ωt)，而在下降邊緣上除以二會產(chǎn)生第二發(fā)生器信號V0’＝cos(ωt)。雖然這一實施方式具有不需要多頻振蕩器信號對稱的優(yōu)點，但是發(fā)生器6的特定結(jié)構(gòu)對并非本發(fā)明的本質(zhì)。
附圖4的實施方式在很大程度上與附圖3的實施方式相同。不過，加入了(第二)濾波器4來對檢測器輸出信號VE進行低通濾波，和附圖1中一樣。而且，將(第三)低通濾波器13插在了組合單元5與放大器9之間，以便在進行放大之前對組合單元輸出的組合信號VM進行低通濾波。這些可選的濾波器4和13除掉了任何不希望有的信號分量。
此外，加入了相位補償單元14來對由放大器9(和/或第三濾波器13)引入的任何相移進行補償。這個相位補償單元14將相移Δφ加在第二發(fā)生器信號V0’上，從而得到了相移的第二發(fā)生器信號V0”＝cos(ωt+Δφ)。相移Δφ的準(zhǔn)確值可以采用試驗方式、暫時用電阻器替代換能器來消除任何換能器相移而確定出來。加入相位補償單元14為更加精確地調(diào)整發(fā)生器6提供了可能。
按照所有的實施方式，可以將本身公知的限幅器設(shè)置在組合單元(乘法器)11與換能器7和電阻器10間的連接線路之間。這可以使得組合單元11能夠非常經(jīng)濟地實現(xiàn)為EXOR門。
在附圖5中示意性地示出了具體實施本發(fā)明的音響系統(tǒng)。將該音頻系統(tǒng)20表示為包括第一音頻處理單元21和第二音頻處理單元1。第一音頻處理單元21接收來自適當(dāng)源(比如CD播放器、DVD播放器、MPEG播放器、無線電調(diào)諧器、電視調(diào)諧器、計算機硬盤、因特網(wǎng)或其它的源)的音頻輸入信號Vaud。將音頻輸入信號Vaud的低頻部分傳送給第二音頻處理單元2，作為輸入信號Vin，而中頻和高頻部分在第一音頻處理設(shè)備21中進行處理，然后通過連接線路24饋送給換能器(或者換能器組)22。第二音頻處理單元1(可以與按照附圖1到4中任何一個的設(shè)備相同)對輸入信號Vin進行處理并且將經(jīng)過處理的信號經(jīng)由連接線路23輸出到換能器7。按照本發(fā)明，設(shè)置了從換能器7到第二音頻處理單元1的控制路徑8，用于調(diào)節(jié)音頻處理單元1的發(fā)生器頻率。
在附圖6中，示意性地繪制出了表示聲音頻率分布的曲線圖。曲線30表示特定頻率f(水平軸)下音頻信號的幅度Amp(垂直軸)。如圖所示，音頻信號實際上不包含低于接近10Hz的信號分量。由于下面的討論將會把重點放在曲線30的低頻部分上，因此為了圖解說明清楚起見，略去了該曲線的中頻和高頻部分。
在本發(fā)明的頻率調(diào)整設(shè)備中，將第一個頻率范圍映射到第二個較小的頻率范圍上，該第二個頻率范圍最好包含在第一頻率范圍內(nèi)。在附圖6的非限定性例子中，第一頻率范圍I是從20Hz到120Hz的范圍，而第二范圍II是60Hz周圍的范圍，例如55-65Hz。這個第一范圍I基本上覆蓋了音頻信號的“低頻”部分，而將附圖6的第二個范圍II選擇成與特定的換能器(比如揚聲器)對應(yīng)，并且該第二個范圍取決于換能器的特性。這一第二范圍II對應(yīng)于使換能器效率最高的頻率，得到最高發(fā)聲效果。
將會理解，第二范圍II的大小(帶寬)也可以取決于(多個)換能器的特性。使其效率最高的頻率(可能有多個諧振頻率)的范圍較寬的換能器或換能器陣列將會受益于較寬的第二范圍II。具有單獨一個最高效率頻率(典型地是諧振頻率)的換能器或換能器陣列可以受益于極窄的第二范圍II，因為這樣會將所有能量集中在所述單獨一個頻率上。
注意，在所示出的例子中，第二范圍II位于第一范圍I內(nèi)。這意味著，第一范圍I得到了有效壓縮，并且第一范圍之外的頻率沒有受到影響。
因此，也可以將本發(fā)明的設(shè)備定義為用幅度調(diào)制信號驅(qū)動換能器的設(shè)備，該設(shè)備包括發(fā)生裝置，用于產(chǎn)生具有一頻率的信號，調(diào)制裝置，用于使用調(diào)制信號對所產(chǎn)生的信號進行幅度調(diào)制，反饋裝置，用于將來自換能器的反饋信號提供給發(fā)生裝置，其中，將反饋裝置設(shè)置成用于調(diào)節(jié)所產(chǎn)生的信號的頻率，以使其基本上等于換能器的諧振頻率。
本發(fā)明可以有益地應(yīng)用于家電設(shè)備，比如電視機、音響組合、家庭影院系統(tǒng)、車載音響系統(tǒng)、膝上型計算機和桌上型計算機。尤其是在所謂的平板電視機中，本發(fā)明可以改善聲音質(zhì)量，因為在這樣的電視機中，可用于揚聲器的空間一般來說是有限的。用相對較小的諧振換能器(按照本發(fā)明以其諧振頻率對其進行驅(qū)動)取代低音喇叭將會明顯改善低音感受，同時僅需要非常有限的空間。
本發(fā)明基于這樣的見解通過提供從換能器到產(chǎn)生驅(qū)動信號頻率的發(fā)生器的反饋路徑，諧振換能器的驅(qū)動信號頻率可以得到精確調(diào)整。本發(fā)明受益于另一個見解可以有效地利用驅(qū)動電流的相位來確定換能器是否工作在其諧振頻率上。注意，本文中使用的任何術(shù)語都不應(yīng)理解為是對本發(fā)明范圍的限定。具體來說，詞“包括”和“包括有”并不意味著排除了沒有具體列出的任何元件。單獨一個(電路)元件可以由多個(電路)元件或它們的等價物替代。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會理解，本發(fā)明并不局限于上面圖解說明的實施方式，并且可以進行很多修改和添加，而不會超出所附權(quán)利要求書中定義的本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于為換能器(7)產(chǎn)生驅(qū)動信號(VM)的設(shè)備，該驅(qū)動信號具有基本上等于換能器的諧振頻率的頻率和由外部信號(VB)控制的幅度，該設(shè)備配備有控制裝置(8；10，11，12)，用于將驅(qū)動信號的頻率自動調(diào)節(jié)到換能器的諧振頻率。
2.按照權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中控制裝置(8；10，11，12)包括相位確定裝置(11，12)，用于確定由換能器(7)引入的任何相移。
3.按照權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中相位確定裝置包括組合單元(11)，用于對代表驅(qū)動信號電壓的相位的第一信號(VM，V0’，V0”)和代表驅(qū)動信號電流的第二信號(VR)進行組合，從而產(chǎn)生相位差信號(VD)；和控制單元(12)，用于根據(jù)相位差信號(VD)產(chǎn)生頻率控制信號(VC)。
4.按照權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中第一信號是驅(qū)動信號(VM)。
5.按照權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中第一信號是輔助振蕩器信號(V0’，V0”)。
6.按照權(quán)利要求5所述的設(shè)備，此外還包括相位補償單元(14)，用于將補償性相移引入到輔助振蕩器信號(V0’)中，從而產(chǎn)生經(jīng)過相移的輔助振蕩器信號(V0”)。
7.按照權(quán)利要求3所述的設(shè)備，此外還包括與換能器(7)串聯(lián)設(shè)置的電阻器(10)，用于響應(yīng)于驅(qū)動電流(IL)產(chǎn)生第二信號(VR)。
8.按照權(quán)利要求1所述的設(shè)備，此外還包括加速度檢測器，用于檢測換能器(7)的加速度。
9.按照權(quán)利要求1所述的設(shè)備，此外還包括位移檢測器，用于檢測換能器(7)的位移。
10.按照權(quán)利要求1所述的設(shè)備，此外還包括發(fā)生器(6)，用于產(chǎn)生頻率基本上等于換能器的諧振頻率的振蕩信號(V0)；和另一個組合單元(5)，用于對該振蕩信號(V0)與幅度控制信號(VB)進行組合，從而產(chǎn)生幅度控制驅(qū)動信號(VM)。
11.按照權(quán)利要求1所述的設(shè)備，此外還包括放大器(9)，用于對驅(qū)動信號(VM)進行放大。
12.按照權(quán)利要求1所述的設(shè)備，此外還包括低通濾波器(13)，用于對驅(qū)動信號(VM)進行濾波。
13.一種頻率調(diào)整設(shè)備(1)，用于針對換能器(7)來調(diào)整音頻信號的頻率范圍，該設(shè)備包括濾波器(2)，用于選擇一個頻率范圍；檢測器(3)，用于在所選擇的頻率范圍內(nèi)檢測信號；和按照權(quán)利要求1的用于為換能器(7)產(chǎn)生驅(qū)動信號(VM)的設(shè)備。
14.一種頻率調(diào)整設(shè)備(1)，用于針對換能器(7)來調(diào)整音頻信號的頻率范圍，該設(shè)備包括-檢測裝置(3)，用于檢測在第一聲音頻率范圍(I)內(nèi)的第一信號分量，-發(fā)生器裝置(6)，用于產(chǎn)生第二聲音頻率范圍(II)內(nèi)的第二信號分量，和-幅度控制裝置(5)，用于響應(yīng)于第一信號分量的幅度對第二信號分量的幅度進行控制，和-控制裝置(8；10，11，12)，用于根據(jù)換能器屬性確定第二聲音頻率范圍(II)，其中，第二聲音頻率范圍(II)比第一聲音頻率范圍(I)窄得多，并且其中，換能器(7)在第二聲音頻率范圍(II)上具有最大靈敏度。
15.按照權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中將控制裝置(8；10，11，12)設(shè)置成根據(jù)換能器屬性自動控制第二頻率范圍(II)。
16.一種為換能器(7)產(chǎn)生驅(qū)動信號(VM)的方法，該驅(qū)動信號具有基本上等于換能器的諧振頻率的頻率和由外部信號(VB)控制的幅度，該方法包括將驅(qū)動信號的頻率自動調(diào)節(jié)到換能器的諧振頻率的步驟。
17.按照權(quán)利要求16所述的方法，此外還包括確定由換能器(7)引入的任何相移的步驟。
18.按照權(quán)利要求17所述的方法，此外還包括步驟對代表驅(qū)動信號電壓的相位的第一信號(VM，V0’，V0”)和代表驅(qū)動信號電流的第二信號(VR)進行組合，從而產(chǎn)生相位差信號(VD)；和根據(jù)相位差信號(VD)產(chǎn)生頻率控制信號(VC)。
19.按照權(quán)利要求18所述的方法，其中第一信號是驅(qū)動信號(VM)。
20.按照權(quán)利要求18所述的方法，其中第一信號是輔助振蕩器信號(V0’，V0”)。
21.按照權(quán)利要求20所述的方法，此外還包括步驟將補償性相移引入到輔助振蕩器信號(V0’)中，從而產(chǎn)生相移的輔助振蕩器信號(V0”)。
22.按照權(quán)利要求18所述的方法，此外還包括響應(yīng)于驅(qū)動電流(IL)產(chǎn)生第二信號(VR)的步驟。
23.按照權(quán)利要求16所述的方法，此外還包括檢測換能器(7)的加速度的步驟。
24.按照權(quán)利要求16所述的方法，此外還包括檢測換能器(7)的位移的步驟。
25.按照權(quán)利要求16所述的方法，此外還包括步驟產(chǎn)生頻率基本上等于換能器的諧振頻率的振蕩信號(V0)；對該振蕩信號(V0)與幅度控制信號(VB)進行組合，從而產(chǎn)生幅度控制驅(qū)動信號(VM)。
26.按照權(quán)利要求16所述的方法，此外還包括對驅(qū)動信號(VM)進行放大的步驟。
27.按照權(quán)利要求16所述的方法，此外還包括對驅(qū)動信號(VM)進行濾波的步驟。
28.一種針對換能器(7)來調(diào)整音頻信號的頻率范圍的頻率調(diào)整方法，該方法包括步驟選擇一個頻率范圍、檢測所選擇的頻率范圍內(nèi)的信號和按照權(quán)利要求16為換能器(7)產(chǎn)生驅(qū)動信號(VM)。
全文摘要
一種設(shè)置成用于為換能器(7)(比如揚聲器)產(chǎn)生驅(qū)動信號(V
文檔編號H04R29/00GK1853443SQ200480026648
公開日2006年10月25日 申請日期2004年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月16日
發(fā)明者R·M·阿茨 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司