用於輸出音頻信號的方法和設備的製作方法
2023-07-20 11:47:16 2
用於輸出音頻信號的方法和設備的製作方法
【專利摘要】提供一種用於輸出具有改良音質的音頻信號的設備。所述設備包括：調製和放大單元，用於對輸入音頻信號進行脈衝調製和開關放大並產生與輸入音頻信號相應的放大的信號；真空管放大單元，用於將真空管信號輸入到調製和放大單元以提供柔和聲音，其中，通過對放大的信號進行衰減並將真空管的諧波添加到放大的信號來產生所述真空管信號。
【專利說明】用於輸出音頻信號的方法和設備
【技術領域】
[0001]本發明構思涉及一種用於輸出音頻信號的方法和設備。更具體地講，本發明構思涉及一種用於輸出音頻信號的方法和設備，藉此可提高音頻信號的音質。
[0002]本發明構思還涉及一種用於輸出音頻信號的方法和設備，藉此可減少在開關放大操作期間會發生的噪聲和誤差。
【背景技術】
[0003]A類放大器、B類放大器、AB類放大器和D類放大器被用作音頻功率放大器，其中，所述音頻功率放大器可響應於音頻信號輸出聽覺上可被識別的信號。在這些放大器之中，由於D類放大器降低發生在A級放大器、B類放大器和AB類放大器上的放大效率退化，因此D類放大器被廣泛使用。
[0004]D類放大器是數字放大器，其中，所述數字放大器將以模擬形式輸入的音頻信號轉換為數位訊號，對經數字轉換的音頻信號執行信號處理(諸如噪聲消除等)，並對經數字轉換的音頻信號進行放大。經數字轉換的音頻信號被放大為處於高壓電平的信號。這裡，由開關放大器執行放大操作。處於高壓電平和低壓電平的電源被提供給開關放大器。開關放大器根據輸入到開關放大器的數位訊號來執行開關操作，從而分別輸出處於高壓電平的音頻信號和處於低壓電平的音頻信號。
[0005]數字放大器具有高放大效率。然而，輸出音頻信號的聲音是生硬的而不是柔和的。例如，「生硬的聲音」相應於機械聲音或具有單調聲調的聲音，「柔和的聲音」相應於諧音或具有柔和聲調的聲音。另外，由於由數字放大器產生的諧波分量可發生聲音的簡單失真。
[0006]另外，當由開關放大器執行開關操作時，發生開關噪聲。此外，開關噪聲造成開關放大器的信噪比(SNR)降低。此外，電源噪聲(諸如漣波)存在於提供給開關放大器的電源中。電源噪聲也造成SNR降低。另外，在開關放大期間發生的開關損耗和開關驅動信號的下降時間和上升時間的延遲造成輸出音頻信號的非線性。
[0007]因此，需要提供一種可解決涉及單調聲音、SNR降低和非線性的問題的方法和設備。
【發明內容】
[0008]技術問題
[0009]本發明構思提供一種用於輸出音頻信號的方法和設備，其中，所述方法和設備可提聞首頻?目號的首質。
[0010]本發明構思還提供一種用於輸出音頻信號的方法和設備，其中，所述方法和設備可實現與真空管相應的聲音並可同時執行高速開關放大操作。
[0011]本發明構思還提供一種用於輸出音頻信號的方法和設備，其中，所述方法和設備可實現與真空管相應的聲音並可同時降低可在開關放大操作期間發生的噪聲和非線性，藉此提聞首頻?目號的首質。[0012]解決方案
[0013]根據本發明構思的一方面，提供一種用於輸出音頻信號的設備，所述設備包括:調製和放大單元，用於對輸入音頻信號進行脈衝調製和開關放大並產生與輸入音頻信號相應的放大的信號；真空管放大單元，將真空管信號輸入到調製和放大單元，其中，通過對放大的信號進行衰減並將真空管的諧波添加到放大的信號來產生所述真空管信號。
[0014]真空管放大單元可包括:真空關衰減器，通過將預定負增益值和二次諧波兩者施加到放大的信號來產生真空管信號。
[0015]真空管衰減器可包括:真空管放大器，具有預定負增益值，並通過施加預定負增益值來對放大的信號進行負放大並輸出負放大的信號。
[0016]調製和放大單元可包括:脈衝信號產生單元，接收輸入音頻信號並通過脈衝調製來產生與輸入音頻信號相應的調製的信號；驅動器，產生與調製的信號相應並控制開關放大操作的驅動信號；功率開關放大單元，用於通過響應於驅動信號執行開關放大操作來輸出放大的信號。
[0017]脈衝信號產生單元可通過從輸入音頻信號減去真空管信號來產生校正後的音頻信號，並可通過對校正後的音頻信號進行脈衝調製來產生調製的信號。
[0018]脈衝信號產生單元可包括:三角積分調製器(SDM)，用於通過對輸入音頻信號進行三角積分調製來輸出調製的信號。
[0019]三角積分調製器(SDM)可包括:加法器，用於從輸入音頻信號減去真空管信號；環路濾波器，用於接收加法器的輸出信號，對加法器的輸出信號進行積分和輸出；量化單元，用於對環路濾波器的輸出信號進行量化並輸出調製的信號。
[0020]SDM可還包括高階I比特單迴路SDM。
[0021]功率開關放大單元可包括響應於驅動信號被打開或關閉的放大器，並可包括用於執行開關放大操作的至少一個開關元件。
[0022]至少一個開關元件可包括從由氮化鎵(GaN)電晶體、砷化鎵(GaAs)電晶體和碳化矽(SiC)電晶體組成的組選擇的至少一個。
[0023]脈衝信號產生單元可通過使用具有第一頻率的第一載波信號或第一採樣時鐘信號對一個信道中的輸入音頻信號進行脈衝調製來產生調製的信號，並且驅動器可通過使用具有第二頻率的第二載波信號或第二採樣時鐘信號對調製的信號進行脈衝調製來產生驅動信號。
[0024]第二頻率的值可等於或大於第一頻率的值。
[0025]根據本發明構思的另一方面，提供一種輸出音頻信號的設備，所述設備包括:真空管放大單元，通過將真空管的諧波添加到輸入音頻信號來產生真空管信號；脈衝信號產生單元，產生與真空管信號相應並被脈衝調製的調製的信號；驅動器，用於產生與調製的信號相應並控制開關放大操作的驅動信號；功率開關放大單元，用於通過響應於驅動信號執行開關放大操作來輸出放大的信號。
[0026]所述設備可還包括反饋迴路。
[0027]反饋迴路可包括:衰減器，通過將預定負增益值施加到放大的信號來對放大的信號進行衰減；加法器，用於將通過從輸入音頻信號減去衰減器的輸出信號而產生的校正後的音頻信號發送到真空管放大單元。[0028]根據本發明構思的另一方面，提供一種輸出音頻信號的方法，所述方法包括:對輸入音頻信號進行脈衝調製和開關放大；產生與輸入音頻信號相應的放大的信號；將真空管信號反映到輸入音頻信號，其中，通過對放大的信號進行衰減並將真空管的諧波添加到放大的信號來產生所述真空管信號。
[0029]根據本發明構思的另一方面，提供一種輸出音頻信號的方法，所述方法包括:通過將真空管的諧波添加到輸入音頻信號來產生真空管信號；產生與真空管信號相應並被脈衝調製的調製的信號；產生與調製的信號相應並控制開關放大操作的驅動信號；並通過響應於驅動信號執行開關放大操作來輸出放大的信號。
[0030]根據本發明構思的另一方面，提供一種輸出音頻信號的設備，所述設備包括:調製器和放大器，產生與輸入音頻信號相應的放大的信號；真空管放大器，輸入真空管信號，其中，通過對放大的信號進行衰減並將真空管放大器的調製器和放大器諧波添加到放大的信號來產生所述真空管信號。真空管放大器可包括真空管衰減器，其中，所述真空管衰減器通過將預定負增益值施加到放大的信號並將二次諧波添加到放大的信號來產生真空管信號。
[0031]有益效果
[0032]根據一個或更多個實例性實施例的輸出音頻信號的設備和方法，通過將真空管的諧波與音頻信號進行混合來執行脈衝調製操作。因此，可輸出具有與真空管相應的柔和聲音的音頻信號。另外，可提高輸出音頻信號的音質。
[0033]此外，在根據一個或更多個實例性實施例的輸出音頻信號的設備和方法中，通過使用包括可高速運行的開關元件的功率開關放大單元根據高頻來執行開關放大操作。因此，可使開關噪聲最小化，並可提高信噪比(SNR)。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0034]通過參照附圖詳細描述本發明構思的示例性實施例，本發明構思的上述和其他特徵和優點將變得更加清楚，其中:
[0035]圖1是示出根據示例性實施例的用於輸出音頻信號的設備的框圖；
[0036]圖2是示出根據另一示例性實施例的用於輸出音頻信號的設備的框圖；
[0037]圖3是示出根據另一示例性實施例的用於輸出音頻信號的設備的框圖；
[0038]圖4A至圖4C示出將由圖3中示出的用於輸出音頻信號的設備輸入/輸出的信號;
[0039]圖5是示出由圖1中示出的真空管放大單元輸出的信號的分量的曲線圖；
[0040]圖6A和圖6B示出將由圖1中示出的設備輸出的信號；
[0041]圖7是示出根據示例性實施例的信號處理方法的流程圖；
[0042]圖8是示出根據另一示例性實施例的信號處理方法的流程圖；
[0043]圖9是示出根據另一示例性實施例的用於輸出音頻信號的設備的框圖；
[0044]圖10是示出根據另一示例性實施例的用於輸出音頻信號的設備的框圖；以及
[0045]圖11是示出根據另一示例性實施例的信號處理方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0046]如在此使用的，術語「和/或」包括相關列出項目中的一個或更多個的任意組合和全部組合。當諸如「……中的至少一個」的表達位於一列元件之後時，所述表達修飾整列元件而不修飾所述列中的單個元件。
[0047]現將參照附圖對本發明構思進行更全面的描述，在所述附圖中，本發明構思的示例性實施例被示出。
[0048]模擬放大器可以是A級模擬放大器、B類模擬放大器或AB類模擬放大器。A類模擬放大器、B類模擬放大器和AB類模擬放大器均使用電晶體或真空管作為它們各自的輸出單元，並保證輸出音頻信號的線性。模擬放大器具有極好的線性但電源使用效率比數字放大器低的多。另外，由於低電源使用效率，熱量可從模擬放大器散發。結果，模擬放大器的老化特性受到不利影響。此外，由於低電源使用效率，可增加模擬放大器的內部元件的尺寸以達到高輸出，並且可增加模擬放大器的尺寸。
[0049]然而，模擬放大器具有輸出音頻信號的良好的線性並可從真空管實現足夠的聲
曰?
[0050]以下，將詳細描述用於輸出音頻信號的方法和設備，藉此使用真空管來實現數字放大器以通過去除數字放大器的缺點提高音頻信號的線性並實現足夠的聲音。
[0051]圖1是示出根據示例性實施例的用於輸出音頻信號的設備100的框圖。
[0052]參照圖1，根據本不例性實施例的用於輸出音頻信號的設備100可包括修改和放大單元110和真空管放大單元120。
[0053]修改和放大單元110可對輸入音頻信號S_IN進行脈衝調製和開關放大以產生與輸入音頻信號S_IN相應的放大的信號S_0UT。
[0054]真空管放大單元120可對放大的信號S_0UT進行衰減並將真空管信號SI輸入到修改和放大單元110。通過將真空管的二次諧波添加到放大的信號S_0UT將真空管信號SI產生到修改和放大單元110。
[0055]真空管的二次諧波是當預定信號通過真空管元件(即，真空管放大單元120)時產生的信號分量。真空管的二次諧波指示具有作為預定信號的頻率的偶數倍的頻率的二次諧波，其中，所述預定信號被輸入到真空管元件。二次諧波通過增強預定信號來產生整體聲音諧波和柔和聲調。因此，真空管信號Si包括放大的信號S_0UT的原始頻率信號分量和與原始頻率信號分量相應的二次諧波。以下將參照圖5詳細描述上述二次諧波。
[0056]圖2是示出根據另一示例性實施例的用於輸出音頻信號的設備200的框圖。
[0057]參照圖2，用於輸出音頻信號的設備200包括修改和放大單元210和真空管放大單兀220。由於圖2中不出的用於輸出音頻信號的設備200的修改和放大單兀210和真空管放大單元220分別與圖1中示出的修改和放大單元110和真空管放大單元120相應，所以將省略對修改和放大單元210和真空管放大單元220的多餘描述。
[0058]修改和放大單元210包括脈衝信號產生單元211、驅動器212和功率開關放大單元213。
[0059]將輸入音頻信號3_爪輸入到脈衝信號產生單元211，並且脈衝信號產生單元211產生與輸入音頻信號S_IN相應並被脈衝調製的修改的信號。
[0060] 具體說來，脈衝信號產生單元211通過從輸入音頻信號S_IN減去真空管信號SI來產生校正後的音頻信號(未示出)，並通過對校正後的音頻信號(未示出)進行脈衝調製來產生修改的信號S2。[0061]例如，脈衝信號產生單元211可包括脈寬調製(PWM)單元(未示出)或脈衝密度調製(PDM)單元(未示出)。
[0062]例如，當脈衝信號產生單元211包括PWM單元(未示出)時，脈衝信號產生單元211通過對輸入音頻信號S_IN進行脈寬調製來產生脈寬調製的信號作為調製的信號S2。
[0063]具體說來，PWM單元(未示出)將作為具有預定頻率的載波信號的第一載波信號與作為模擬信號的輸入音頻信號S_IN進行比較。另外，PWM單元(未示出)根據比較結果產生與輸入音頻信號S_IN相應的脈寬調製信號作為調製的信號S2。例如，通過將載波信號的電平與輸入音頻信號S_IN的電平進行比較，PWM單元(未示出)可在輸入音頻信號S_IN的電平高於載波信號的電平的區段產生處於邏輯高電平的調製的信號S2，並可在輸入音頻信號S_IN的電平低於載波信號的電平的區段產生處於邏輯低電平的調製的信號S2。
[0064]作為另一示例，當脈衝信號產生單元211包括PDM單元(未示出)時，脈衝信號產生單元211通過使用第一採樣時鐘信號對輸入音頻信號S_IN進行脈衝密度調製來產生脈衝密度調製的信號作為調製的信號S2，其中，第一採樣時鐘信號是具有預定頻率的採樣時鐘信號。例如，PDM單元(未示出)可包括三角積分調製器(SDM)。
[0065]以下，在脈衝信號產生單元211中使用的第一載波信號和第一採樣時鐘信號的頻率稱為第一頻率。
[0066]驅動器212產生與調製的信號S2相應的驅動信號S3，並且驅動信號S3用於控制開關放大操作。
[0067]功率開關放大單元213通過響應於驅動信號S3執行開關放大操作來產生放大的信號S_0UT。
[0068]真空管放大單元220可包括真空管衰減器221，其中，真空管衰減器221通過將預定負增益值施加到放大的信號S_0UT並通過將二次諧波添加到放大的信號S_0UT來產生真空管信號SI。
[0069]具體說來，由於作為功率開關放大單元213的輸出信號的放大的信號S_0UT是具有高電壓的信號，因此在放大的信號S_0UT沒有任何改變的情況下將放大的信號S_0UT輸入到脈衝信號產生單元211時，由於高輸入電壓可發生振蕩。因此，真空管衰減器221根據輸入音頻信號S_IN的電平降低放大的信號S_0UT的電壓電平以便防止這種振蕩。
[0070]在通過功率開關放大單元213後輸出的真空管信號SI包括真空管分量並具有衰減的振幅。
[0071]具體說來，真空管衰減器221可被配置為具有預定負增益值的真空管放大器，並通過施加預定負增益值來對放大的信號s_0UT進行負放大和輸出。這裡，可根據用於輸出音頻信號的設備200的額定輸出、規格等對預定負增益值進行優化和設置。可由用於輸出音頻信號的設備200或用戶調整設置。例如，預定負增益值可被設置為通過根據輸入音頻信號S_IN的電平降低放大的信號S_0UT的電平獲得的增益值。
[0072]圖3是示出根據另一示例性實施例的用於輸出音頻信號的設備300的框圖。圖3中用於輸出音頻信號的設備300更詳細地示出了圖2中示出的用於輸出音頻信號的設備200。具體地講，由於脈衝信號產生單元310、驅動器320、功率開關放大單元330和真空管放大單元340分別與脈衝信號產生單元211、驅動器212、功率開關放大單元213和真空管放大單元220相應，所以將省略圖2的多餘描述。另外，與圖2中示出的用於輸出音頻信號的設備200不同,用於輸出音頻信號的設備300可還包括低通濾波器350和揚聲器單兀360。
[0073]在用於輸出音頻信號的設備300中，脈衝信號產生單元310包括三角積分調製器(SDM)。以下，脈衝信號產生單元310被稱為SDM310。
[0074]具體說來，SDM310通過對輸入音頻信號S_IN進行三角積分調製來輸出調製的信號S2。詳細地，SDM310通過執行噪聲整形操作來輸出噪聲分量被過濾的調製的信號S2，藉此將包括在輸入音頻信號S_IN中的噪聲分量移動到不同於有效頻帶的帶外。噪聲分量可包括在開關放大操作期間發生的開關噪聲，包括在供應的電力中的噪聲等。
[0075]另外，SDM310可包括高階I比特單迴路SDM。高階I比特單迴路SDM將包括在輸入音頻信號S_IN中的噪聲分量進一步移動到不同於有效頻帶的帶外，導致高噪聲過濾性能。
[0076]SDM310包括加法器311、環路濾波器312和量化單元314。另外，SDM310可還包括時鐘產生器313。
[0077]加法器311從輸入音頻信號S_IN減去真空管信號SI。
[0078]具體說來，真空管信號SI和輸入音頻信號S_IN被輸入到加法器311。另外，加法器311通過從輸入音頻信號S_IN減去真空管信號SI來輸出校正後的音頻信號S_IN1。通過使用加法器311將真空管信號SI的值反映到輸入音頻信號S_IN來產生校正後的音頻信號S_IN1，使得SDM310可根據用於輸出音頻信號的設備300的目標增益或最大額定輸出來執行精確增益控制。
[0079]具體說來，SDM310包括加法器311，藉此鑑於放大的信號S_0UT的增益和相位來調整被輸入到SDM310的環路濾波器312的校正後的音頻信號S_IN1的增益和相位中的至少一個。因此，SDM310可根據用於輸出音頻信號的設備300的目標增益或最大額定輸出來執行精確增益控制。
[0080]作為加法器311的輸出信號的校正後的音頻信號S_IN1被輸入到環路濾波器312，並且環路濾波器312對輸入的校正後的音頻信號S_IN1進行積分和輸出。
[0081]具體說來，環路濾波器312包括通過使用至少一個積分器(未示出)來對校正後的音頻信號S_IN1進行積分的至少一個積分器(未示出)。另外，環路濾波器312根據預定噪聲傳遞函數(NTF)朝外部頻帶對包括在校正後的音頻信號S_IN1中的噪聲進行整形。
[0082]從環路濾波器312輸出的信號被輸入到量化單元314，並且量化單元314對輸入信號進行量化並產生脈衝信號形式的調製的信號S2。
[0083]時鐘產生器313產生用於設置環路濾波器312的採樣周期的時鐘信號S_CLK，以將具有第一頻率的時鐘信號S_CLK提供給環路濾波器312。因此，環路濾波器312通過使用作為採樣時鐘信號的具有第一頻率的時鐘信號S_CLK來執行積分操作。
[0084]如上所述，圖3中示出的用於輸出音頻信號的設備300通過包括SDM310作為脈衝信號產生單元310來執行噪聲整形操作，藉此過濾包括在用於輸出音頻信號的設備300中發生的量化噪聲、電源噪聲和電源開關噪聲等的噪聲分量，並過濾包括在輸入音頻信號3_IN中的噪聲分量。
[0085]另外，將調製的信號S2輸入到驅動器320。驅動器320可根據作為輸入信號的調製的信號S2產生用於控制開關放大操作的至少一個驅動信號S3。使用布置在功率開關放大單元330中的至少一個開關元件332來執行開關放大操作。驅動信號S3是用於控制開關元件332的打開或關閉的開關控制信號。[0086]具體說來，驅動器320可包括脈衝調製單元(未示出)，其中，所述脈衝調製單元輸出用於打開或關閉開關元件332的脈衝形式的信號。
[0087]當驅動器320被配置為如關於圖2的脈衝信號產生單元211描述的脈衝調製單元(未示出)時，作為驅動器320的脈衝調製單元(未示出)可包括PWM單元(未示出)或PDM單元(未示出)。因此，驅動320通過使用具有第二頻率的第二採樣時鐘信號和第二載波信號來執行脈衝調製操作。
[0088]功率開關放大單元330響應於驅動信號S3被打開或關閉並可包括放大器331，其中，放大器331包括用於執行開關放大操作的至少一個開關元件332。在圖3中，一個開關元件332包括在放大器331中。
[0089]高電源電壓+VDD和低電源電壓？？ VDD被提供給放大器331。放大器331響應於驅動信號S3輸出在高電源電壓+VDD與低電源電壓？？ VDD之間轉變的放大的信號S_0UT。
[0090]詳細地，包括在放大器331中的開關元件332包括來自氮化鎵(GaN)電晶體、砷化鎵(GaAs)電晶體和碳化矽(SiC)電晶體中的至少一個。
[0091]GaN電晶體和GaAs電晶體具有短傳播延遲並可在高電壓下高速運行。這裡，傳播延遲指示用於打開電晶體的控制信號被輸入到電晶體的柵極並隨後飽和的電壓信號被輸出到作為電晶體的輸出端子的源端子或漏端子的時間。
[0092]放大的信號S_0UT的處於邏輯高電平的電源電壓+VDD越高，從OV上升到高電源電壓所需的傳播延遲時間越長。因此，為了實施達到高輸出的用於輸出音頻信號的設備300，需要高速執行功率開關操作，並且放大的信號S_0UT需要從OV轉變到高電源電壓+VDD0
[0093]當GaN電晶體或GaAs電晶體被用作用於執行功率開關操作的開關元件332時，可高速執行功率開關操作。
[0094]另外，由於高速執行功率開關操作，因此可使開關噪聲最小化，並且可增加用於輸出音頻信號的設備300的信噪比(SNR)。
[0095]另外，用作開關元件的GaN電晶體可以是GaN異質結場效應電晶體(GaN HFET)。
[0096]如上所述，具有高頻的驅動信號S3對於高速驅動功率開關放大單元330是必要的。因此，第二頻率可等於或大於第一頻率。
[0097]低通濾波器350將從功率開關放大單元330輸出的放大的信號S_0UT解調為模擬音頻信號並輸出解調後的信號。也就是說，由於從功率開關放大單元330輸出的信號是數位訊號，所以低通濾波器350將數位訊號轉換為模擬信號並輸出模擬信號。
[0098]揚聲器單元360將低通濾波器350的輸出信號轉換為可被用戶的耳朵識別的物理振動信號，並輸出所述信號。
[0099]圖4A至圖4C示出將由圖3中示出的用於輸出音頻信號的設備輸入/輸出的信號。詳細地，圖4A示出輸入音頻信號S_IN的信號波形，圖4B示出從真空管放大單元340輸出的真空管信號SI的信號波形，圖4C示出從加法器311輸出的校正後的音頻信號S_IN1。在圖4A至圖4C中，X軸表示時間，y軸表示作為信號的幅度的電壓電平。
[0100]參照圖4A,輸入音頻信號S_IN410從時間tl到時間t2被輸入作為處於邏輯高電平的信號。
[0101]參照圖4B，當輸入音頻信號S_IN410通過脈衝信號產生單元310、驅動器320和功率開關放大單元330時，需要預定時間。因此，真空管信號S1420與輸入音頻信號S_IN410進行比較並具有與時間(t3-tl)相應的延遲時間。
[0102]參照圖4C，通過從輸入音頻信號S_IN410減去真空管信號S1420來輸出校正後的音頻信號S_IN1430。
[0103]環路濾波器312對校正後的音頻信號S_IN1430進行積分和輸出，藉此將作為從功率開關放大單元330實際輸出的放大的信號S_0UT的相位和振幅調整為與放大的信號S_OUT的目標相位和目標振幅相同。
[0104]圖5是不出由圖1中不出的真空管放大單兀340輸出的信號的分量的曲線圖。在圖5中，X軸表示頻率，y軸表示信號的振幅。
[0105]參照圖5,由真空管放大單兀340輸出的音頻信號包括多個信號分量550、551、552和553。信號分量550表示具有作為放大的信號S_0UT的主頻的基頻Ik的音頻信號分量。曲線圖551和553表示與二次諧波相應的音頻信號分量，其中，所述二次諧波是當音頻信號通過真空管放大單元340時產生的真空管分量。曲線圖552表示三次諧波。這裡，三次諧波指示具有作為基頻Ik的奇數倍的頻率的信號分量。
[0106]如上所述，二次諧波通過對作為基本音的目標音頻信號進行增強來產生具有柔和聲調的整體聲音。另外，可獲得聲音的自然感，可表達聲音中的微妙變化，可獲得可在廣域上聽到的柔和聲音。
[0107]與此相反，三次諧波具有單調聲調或機械聲並被認為是簡單噪聲。因此，三次諧波造成基本聲音的簡單失真。
[0108]包括圖5中示出的信號分量的真空管信號SI被輸入到脈衝信號產生單元310並被脈衝調製。因此，最後輸出的放大的信號S_0UT和低通濾波器350和揚聲器單元360的輸出信號包括真空管分量。因此，圖1、圖2或圖3中示出的用於輸出音頻信號的設備100、200或300可輸出具有柔和聲音的音頻信號。
[0109]圖6A和圖6B不出將由圖1中不出的設備輸出的信號。圖6A表不不包括作為真空管分量的二次諧波的放大的信號S_0UT610。圖6B表示包括作為真空管分量的二次諧波的放大的信號S_0UT620。由於圖6A和圖6B中示出的tl、t2、t3和t4分別與圖4A、圖4B和圖4C中示出的tl、t2、t3和t4相應，因此將省略圖4的多餘描述。
[0110]參照圖6A和圖6B，在將包括作為真空管分量的二次諧波的放大的信號S_0UT620與不包括作為真空管分量的二次諧波的放大的信號S_0UT610進行比較的情況下，由於真空管分量，放大的信號S_0UT620的邏輯高電平可從Vl增大到V2。
[0111]圖7是示出根據示例性實施例的信號處理方法700的流程圖。圖7中示出的信號處理方法700可由圖1、圖2或圖3中示出的用於輸出音頻信號的設備100、200或300執行。以下，將參照圖3和圖7描述根據本實例性實施例的信號處理方法700。
[0112]參照圖7，在操作710，根據本實施例的信號處理方法700包括輸入音頻信號S_IN的脈衝調製和開關放大以及產生與輸入音頻信號S_IN相應的放大的信號S_0UT。操作710由圖1的調製和放大單元110執行。另外，操作710可由與圖1的調製和放大單元110相應的圖3的脈衝信號產生單元310、驅動器320和功率開關放大單元330執行。
[0113]在操作720，信號處理方法700還包括將真空管信號反映到輸入音頻信號S_IN上，其中，通過對在操作710中產生的放大的信號S_0UT進行衰減並通過將真空管的諧波添加到放大的信號S_OUT來產生所述真空管信號。具體說來，操作720可包括通過將預定負增益值施加到放大的信號S_OUT並通過將二次諧波添加到放大的信號S_OUT來產生(未示出)真空管信號SI，並從輸入音頻信號S_IN減去(未示出)真空管信號SI。這裡，可由真空管放大單元340執行產生真空管信號SI的步驟。可由加法器311執行從輸入音頻信號S_IN減去真空管信號SI的步驟。
[0114]如參照圖1至圖6詳細描述，圖7中示出的信號處理方法700包括與圖1、圖2或圖3中示出的用於輸出音頻信號的設備100、200或300的操作配置相同的技術精神。因此，將省略圖1至圖6的多餘描述。
[0115]圖8是示出根據本發明構思的另一實施例的信號處理方法800的流程圖。由於圖8的操作810和830分別與圖7的操作710和720相應，因此將省略圖7的多餘描述。將參照圖3和圖8描述根據本實例性實施例的信號處理方法800。
[0116]參照圖8，在操作815，產生與輸入音頻信號S_IN相應並被脈衝調製的調製的信號
S2。具體說來，操作815可包括通過校正後的音頻信號S_IN1的三角積分調製(SMD)來產生調製的信號，其中，通過從輸入音頻信號3_爪減去真空管信號SI來獲得所述校正後的音頻信號S_IN1。由脈衝信號產生單元310執行操作815。
[0117]在操作820，產生與在操作815產生的調製的信號S2相應並被用於控制開關放大操作的驅動信號S3。由驅動器320執行操作820。
[0118]在操作825，通過響應於驅動信號S3執行開關放大操作來輸出放大的信號S_0UT。操作825包括:通過使用響應於驅動信號S3被打開或關閉的至少一個開關元件來執行(未示出)開關放大操作，並通過開關放大操作來產生和輸出放大的信號S_0UT。這裡，開關元件可包括GaN電晶體、GaAs電晶體和SiC電晶體中的至少一個。由功率開關放大單元330執行操作825。
[0119]如參照圖1至圖6詳細描述，圖8中示出的信號處理方法800包括與圖2或圖3中示出的用於輸出音頻信號的設備200或300的操作配置相同的技術精神。因此，將省略圖1至圖6的多餘描述。在操作720，信號處理方法700還包括將真空管信號反映到輸入音頻信號S_IN，其中，通過對在操作710產生的放大的信號S_0UT進行衰減並通過將真空管的諧波添加到放大的信號S_0UT來產生所述真空管信號。
[0120]圖9是示出根據另一示例性實施例的用於輸出音頻信號的設備900的框圖。
[0121]參照圖9，根據本實例性實施例的用於輸出音頻信號的設備900包括真空管放大單元910、脈衝信號產生單元930、驅動器940和功率開關放大單元950。這裡，包括脈衝信號產生單元930、驅動器940和功率開關放大單元950的塊構造與圖1的調製和放大單元110相應。
[0122]真空管放大單元910通過將真空管的諧波添加到輸入音頻信號S_IN來產生真空管信號SI。除真空管放大單元910被布置在脈衝信號產生單元930的前端並且負增益未施加到輸入信號之外，真空管放大單元910與圖1、圖2或圖3中示出的真空管放大單元120、220或340相同。因此，將省略真空管放大單元910的詳細描述。
[0123]脈衝信號產生單元930產生與真空管信號SI相應並被脈衝調製的調製的信號S2。由於脈衝信號產生單元930與圖2或圖3中示出的脈衝信號產生單元211或310相同，因此將省略脈衝信號產生單元930的詳細描述。[0124]驅動器940產生與由脈衝信號產生單元930發送的調製的信號S2相應的驅動信號S3，並且驅動信號S3被用於控制開關放大操作。由於驅動器940與上述驅動器212或320相同，因此將省略驅動器940的詳細描述。
[0125]功率開關放大單元950通過響應於驅動信號S3執行開關放大操作來輸出放大的信號S_0UT。由於功率開關放大單元950與上述功率開關放大單元213或330相同，因此將省略功率開關放大單元950的詳細描述。
[0126]圖10是不出根據另一不例性實施例的用於輸出音頻信號的設備1000的框圖。圖10中示出的用於輸出音頻信號的設備1000更詳細地示出了圖9中示出的用於輸出音頻信號的設備900。由於包括在用於輸出音頻信號的設備1000中的真空管放大單元1010、脈衝信號產生單元1030、驅動器1040和功率開關放大單元1050分別與真空管放大單元910、脈衝信號產生單元930、驅動器940和功率開關放大單元950相應，因此將省略圖9的多餘描述。
[0127]參照圖10，真空管放大單元1010通過將真空管的諧波添加到輸入音頻信號S_IN來產生真空管信號SI。
[0128]由於脈衝信號產生單元1030、驅動器1040和功率開關放大單元1050分別與參照圖3描述的脈衝信號產生單元310、驅動器320和功率開關放大單元330相應，所以將省略脈衝信號產生單元1030、驅動器1040和功率開關放大單元1050的詳細描述。
[0129]用於輸出音頻信號的設備1000可還包括反饋迴路。這裡，反饋迴路1080包括衰減器1081和加法器1082。
[0130]衰減器1081通過將預定負增益值施加到放大的信號S_0UT對放大的信號S_0UT進行衰減。詳細地，衰減器1081可將放大的信號S_0UT衰減為處於與輸入音頻信號S_IN的電平相同或相似的電平。
[0131]加法器1082將校正後的音頻信號S_IN1輸入到真空管放大單元1010，其中，通過從輸入音頻信號S_IN減去衰減器1081的輸出信號S4來產生所述校正後的音頻信號。
[0132]當用於輸出音頻信號的設備1000還包括反饋迴路1080時，真空管放大單元1010通過將真空管的諧波添加到校正後的音頻信號S_IN1來產生真空管信號SI。
[0133]另外，用於輸出音頻信號的設備1000可還包括低通濾波器1060和揚聲器單兀1070。由於低通濾波器1060和揚聲器單元1070分別與圖3的低通濾波器350和揚聲器單元360相應，所以將省略低通濾波器1060和揚聲器單元1070的詳細描述。
[0134]圖11是示出根據另一示例性實施例的信號處理方法1100的流程圖。可由圖10中示出的用於輸出音頻信號的設備1000執行圖11的信號處理方法1100。以下，將參照圖10和圖11描述根據本實例性實施例的信號處理方法1100。
[0135]參照圖11，在操作1110，通過將真空管的諧波添加到輸入音頻信號S_IN來產生真空管信號SI。另外，當用於輸出音頻信號的設備1000還包括反饋迴路1080時，可通過將真空管的諧波添加到校正後的音頻信號S_IN1來產生真空管信號SI。由真空管放大單元1010執行操作1110。
[0136]在操作1120，產生與真空管信號SI相應並被脈衝調製的調製的信號S2。由脈衝信號產生單元1030執行操作1120。
[0137]在操作1130，產生與調製的信號S2相應並被用於控制開關放大操作的驅動信號S3。可由驅動器1040執行操作1130。
[0138]在操作1140，通過響應於驅動信號S3執行開關放大操作來輸出放大的信號S_OUT。由功率開關放大單元1050執行操作1140。
[0139]圖11中示出的信號處理方法1100包括與圖10中示出的用於輸出音頻信號的設備1000的操作構造相同的技術精神。因此，將省略圖10的多餘描述。
[0140]如上所述，在根據一個或更多個實例性實施例的輸出音頻信號的設備和方法中，由將真空管的混合諧波與音頻信號混合來執行脈衝調製操作。因此，可輸出具有與真空管相應的柔和聲音的音頻信號。另外，可提高輸出音頻信號的音質。
[0141]此外，在根據一個或更多個實例性實施例的輸出音頻信號的設備和方法中，通過使用包括可高速運行的開關元件的功率開關放大單元根據高頻來執行開關放大操作。因此，可使開關噪聲最小化，並可提高信噪比(SNR)。
[0142]本發明也可被實施為計算機可讀記錄介質上的計算機可讀代碼。計算機可讀記錄介質是可存儲隨後可由計算機系統讀取的數據的任何數據存儲裝置。計算機可讀記錄介質的示例包括只讀存儲器(ROM)、隨機存取存儲器(RAM)、CD-ROM、磁帶、軟盤和光學數據存儲裝置等。計算機可讀記錄介質也可被分布在聯網的計算機系統上，使得計算機可讀代碼以分布式方式被存儲並被執行。
[0143]雖然已經參照本發明的優選示例性實施例具體地示出並描述了本發明，但是本領域普通技術人員將理解:在不脫離由權利要求限定的本發明的精神和範圍的情況下，可對其做出形式和細節上的各種改變。所述優選實施例應被視為僅僅是描述性意義並不是為了限制的目的。因此，本發明的範圍不由本發明的詳細描述來限定，而是由權利要求來限定，並且所述範圍內的所有不同將被解釋為包括在本發明中。
【權利要求】
1.一種用於輸出音頻信號的設備，所述設備包括: 調製器和放大器，用於對輸入音頻信號進行脈衝調製和開關放大，並產生與輸入音頻信號相應的放大的信號；以及 真空管放大器，輸入真空管信號，其中，通過對放大的信號進行衰減並將真空管的調製器和放大器諧波添加到放大的信號來產生所述真空管信號。
2.根據權利要求1所述的設備，其中，真空管放大器包括:真空管衰減器，通過將預定負增益值施加到放大的信號並將二次諧波添加到放大的信號來產生真空管信號。
3.根據權利要求2所述的設備，其中，真空管衰減器包括:真空管放大器，具有預定負增益值，通過施加預定負增益值對放大的信號進行負放大並輸出負放大的信號。
4.根據權利要求1所述的設備，其中，調製器和放大器包括: 脈衝信號產生器，接收輸入音頻信號並通過脈衝調製來產生與輸入音頻信號相應的調製的信號； 驅動器，產生與調製的信號相應並控制開關放大操作的驅動信號；以及 功率開關放大器，用於通過響應於驅動信號執行開關放大操作來輸出放大的信號。
5.根據權利要求4所述的設備，其中，脈衝信號產生器通過從輸入音頻信號減去真空管信號來產生校正後的音頻信號，並通過對校正後的音頻信號進行脈衝調製來產生調製的信號。
6.根據權利要求5所述的設備，其中，脈衝信號產生器包括:三角積分調製器(SDM)，用於通過對輸入音頻信號進行三角積分調製來輸出調製的信號，並且 其中，三角積分調製器(SDM)包括:加法器，從輸入音頻信號減去真空管信號；環路濾波器，接收加法器的輸出信號，對加法器的輸出信號進行積分和輸出；量化器，對環路濾波器的輸出信號進行量化並輸出量化的信號。
7.根據權利要求6所述的設備，其中，SDM還包括高階I比特單迴路SDM。
8.根據權利要求4所述的設備，其中，功率開關放大器包括響應於驅動信號被打開或關閉的放大器，並包括用於執行開關放大操作的至少一個開關元件。
9.根據權利要求8所述的設備，其中，放大器中的至少一個開關元件包括從由氮化鎵(GaN)電晶體、砷化鎵(GaAs)電晶體和碳化矽(SiC)電晶體組成的組選擇的至少一個開關元件。
10.根據權利要求9所述的設備，其中，脈衝信號產生器通過使用具有第一頻率的第一載波信號或第一採樣時鐘信號對一個信道中的輸入音頻信號進行脈衝調製來產生調製的信號，驅動器通過使用具有第二頻率的第二載波信號或第二採樣時鐘信號對調製的信號進行脈衝調製來產生驅動信號。
11.根據權利要求10所述的設備，其中，第二頻率的值等於或大於第一頻率的值。
12.一種用於輸出音頻信號的設備，所述設備包括: 真空管放大器，通過將真空管的諧波添加到輸入音頻信號來產生真空管信號； 脈衝信號產生器，產生與真空管信號相應並被脈衝調製的調製的信號； 驅動器，產生與調製的信號相應並控制開關放大操作的驅動信號；以及 功率開關放大器，通過響應於驅動信號執行開關放大操作來輸出放大的信號。
13.根據權利要求12所述的設備，還包括反饋迴路，其中，反饋迴路包括:衰減器，通過將預定負增益值施加到放大的信號來對放大的信號進行衰減；以及加法器，將通過從輸入音頻信號減去衰減器的輸出信號而產生的校正後的音頻信號發送到真空管放大器。
14.一種輸出音頻信號的方法，所述方法包括: 對輸入音頻信號進行脈衝調製和開關放大，並產生與輸入音頻信號相應的放大的信號；並且 將通過對放大的信號進行衰減並將真空管的諧波添加到放大的信號而產生的真空管信號反映到輸入音頻信號。
15.一種輸出音頻信號的方法，所述方法包括: 通過將真空管的諧波添加到輸入音頻信號來產生真空管信號；產生與真空管信號相應的調製的信號； 產生與調製的信號相應並控制開關放大操作的驅動信號；以及通過響應於驅動信號執行開關放大操作來輸 出放大的信號。
【文檔編號】H04R3/00GK104011999SQ201280062488
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2012年10月17日 優先權日:2011年10月17日
【發明者】樸海光, 文元亨 申請人:三星電子株式會社