整合濾波電路及功率調整電路的微型揚聲裝置的製作方法

2023-07-12 10:57:36 1

專利名稱：整合濾波電路及功率調整電路的微型揚聲裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種微型揚聲裝置，尤其涉及一種整合濾波電路及功率調 整電路的微型揚聲裝置。
背景技術：
隨著科技的進步與人類對於生活質量需求的提升，附帶音響功能的產品己 逐漸遍及生活上的電子產品。而其中能將聲音輸出的裝置稱為揚聲器。揚聲器 是一種把電能轉為機械振動再擾動空氣變成聲音的"換能器"，電子產品可通 過揚聲器發出各種聲音，以滿足人類聽覺上的需求， 一般常見使用揚聲器的電 子裝置如電話、音響、隨身聽與蜂鳴器..等等。
另一方面，為了方便攜帶使用，電子產品尺寸的設計愈來愈小，連帶使作 為聲音輸出的揚聲器也必須愈來愈小，故微型揚聲裝置應運而生。微型揚聲裝
置是一種體積極小的發聲裝置，通常是10立方公分以下，甚至5立方公分以 下。
目前市面上的微型揚聲裝置，僅有將電氣信號轉換完聲音的功能，至於輸 出聲音的質量好壞，完成由連接於微型揚聲裝置前端的電子裝置來決定，也就 是說不管是什麼樣的電氣信號輸入微型揚聲裝置，微型揚聲裝置就必須將該電 氣信號轉換為聲音並輸出，如此存在以下的缺點需要改進。
電氣信號通常會伴隨噪聲或幹擾信號，微型揚聲裝置將具有噪聲的電氣信 號轉換為聲音並輸出時會有失真現象產生，使得人類無法順利聽到正確且令人 感到舒適的聲音，甚至完全不了解輸出聲音所要表達的涵義。
另外，由於人類耳朵的聽覺頻率範圍為20Hz到20000Hz之間，依據不同 的年齡、情緒、個人體質不同會有些微的差距。若微型揚聲裝置所接收的電氣 信號超過此頻率範圍，將該信號轉換的聲音輸出人耳並無法接收。
通常解決方式是於揚聲器前端加裝一濾波器，較常見的濾波器種類有四 種低通濾波器，可使低於特定頻率的信號通過並衰減該頻率以上的信號；高
通濾波器，可使高於特定頻率的信號通過並衰減該頻率以下的信號；帶通濾波 器，可使特定頻段的信號通過並衰減頻段外的信號；帶拒濾波器，可衰減特定 頻段的信號並使頻段外的信號通過。
配合人耳的聽覺特性，較常使用的為帶通濾波器與帶拒濾波器。帶通濾波 器可將輸入信號頻率限制在人耳可接收的範圍內，而帶拒濾波器則可以消除特 定頻率的噪聲，然揚聲器前端的裝置不一定會配置此濾波器，如此會造成揚聲 器的運作效能非常差。
再一個問題，微型揚聲裝置本身所能承受的輸入信號功率有一定的限度， 當微型揚聲裝置前端的電子裝置將過大功率的電氣信號輸入微型揚聲裝置時， 即可能會影響微型揚聲裝置運作或是造成其損壞，當微型揚聲裝置前端的電子 裝置將過小功率的電氣信號輸入微型揚聲裝置時，其所轉換出來的聲音強度太 小，可能會使人耳聽不清楚或甚至完全聽不到。
綜上所述，如何能提供一種高性能併兼具較高可靠度的微型揚聲裝置，遂 成為目前亟待解決的課題。
發明內容
為解決前述現有技術的缺失，本實用新型提供一種整合濾波電路及功率調 整電路的微型揚聲裝置，其將濾波電路及功率調整電路整合於一微型揚聲裝 置，使得聲音輸入信號可由濾波電路過濾幹擾噪聲以獲得人耳聽感範圍的特定 頻段信號，並且利用功率調整電路調整聲音輸出信號的功率。
本實用新型的整合濾波電路及功率調整電路的微型揚聲裝置，包括信號 濾波模塊，用以對接收的聲音信號進行濾波，並輸出特定頻率的聲音信號；功 率調整模塊，用以對該特定頻率的聲音信號進行功率放大或衰減；以及揚聲器 模塊，用以將放大或衰減的聲音信號輸出，其中，該整合濾波電路及功率調整 電路的微型揚聲裝置的體積為IO立方公分以下。
相較於現有的微型揚聲裝置，本實用新型的整合濾波電路及功率調整電路 的微型揚聲裝置，能通過信號濾波模塊過濾幹擾噪聲，並依據使用者不同需求 以獲得特定頻段的信號，或依人耳聽感範圍的特性作信號濾波模塊設計，使輸 入揚聲器的聲音信號有效率的轉換成人耳聽感範圍內。又利用功率調整電路調 整聲音輸出信號的功率。功率調整電路依據不同裝置最大輸出信號的功率與揚聲器可承受的功率，設計最佳放大/衰減倍率，可防止輸入信號的功率高於揚聲 器可承受的功率導致揚聲器損壞，並將功率保持在人類聽覺可察覺的範圍內。 據此，能有效的提升微型揚聲裝置的性能併兼具較高的可靠度。
以下結合附圖和具體實施例對本實用新型進行詳細描述，但不作為對本實 用新型的限定。

圖1為本實用新型的整合濾波電路及功率調整電路的微型揚聲裝置的一實施例的裝置架構圖；圖2為顯示於圖1的微型揚聲裝置包含射頻濾波模塊的另一實施例的裝置 架構圖；圖3為顯示於圖2的微型揚聲裝置包含電源切換模塊的又一實施例的裝置 架構圖；以及
圖4為本實用新型的微型揚聲裝置整合於一電路板的具體實施電路圖。 其中，附圖標記
1 整合濾波電路及功率調整電路的微型揚聲裝置
11 信號濾波模塊
12 功率調整模塊
13 揚聲器模塊
14 射頻濾波模塊
15 電源切換模塊
2 電路板
20 運算放大器晶片
21 排線
22 揚聲器 R1，R2，R3， R4電阻
Cl， C2， C3， C4， C5, C6， C7 電容 Ll， L2 電感
具體實施方式
以下由特定的具體實施例說明本實用新型的實施方式，熟悉此技術的人士 可由本說明書所揭示的內容輕易地了解本實用新型的其它優點與功效。本實用 新型亦可由其它不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節亦 可基於不同觀點與應用，在不悖離本實用新型的精神下進行各種修飾與變更。
請參閱圖1，其用以顯示本實用新型的整合濾波電路及功率調整電路的微 型揚聲裝置的裝置架構圖。如圖l所示，本實用新型的整合濾波電路及功率調 整電路的微型揚聲裝置1包括信號濾波模塊11，功率調整模塊12與揚聲器模
塊13。
信號濾波模塊11用以針對所接收的輸入聲音信號進行濾波，並輸出特定 頻率的聲音信號，依據使用者不同需求，信號接收模塊可為低通濾波器、高通 濾波器、帶通濾波器、帶拒濾波器或其它相類似的濾波器。
功率調整模塊12用以對該特定頻率的聲音信號進行功率放大或衰減，於 本實施例中，使用運算放大器，由調整其輸出增益的大小，放大或衰減信號電 壓，以獲得符合微型揚聲裝置操作範圍的功率。
揚聲器模塊13用以將聲音信號(通常為電氣信號)轉換成音頻聲響。其中， 揚聲器模塊13可由數個揚聲器組成，且數個揚聲器之間可使用排線、絞線、 單芯線、多芯線、軟質印刷電路板、連接插頭、硬質印刷電路板、集成電路或 其它相類似的方式相互連接。
於本實施例中，本實用新型的整合濾波電路及功率調整電路的微型揚聲裝 置可應用於具有音樂播放功能的行動電話中，當行動電話的音樂播放模塊或處 理單元將聲音信號傳送至信號濾波模塊11時(此處為一帶通濾波器)，可通 過信號濾波模塊11將聲音信號限制於人耳可接受的頻率範圍內，再以功率調 整模塊12進行功率放大或衰減，若輸入功率已大於揚聲器模塊13可承受的額 定功率範圍，即衰減輸出至揚聲器模塊13的功率，以避免損壞揚聲器模塊13， 若輸入功率太小無法驅動揚聲器模塊13，則放大功率使揚聲器模塊13能輸出 聲音。包含上述模塊的整合濾波電路及功率調整電路的微型揚聲裝置體積於 10立方公分以下。更佳地於5立方公分以下。
請參閱圖2，於本實用新型的一較佳的實施例中，本實用新型的整合濾波 電路及功率調整電路的微型揚聲裝置又包括射頻濾波模塊14，其用以衰減或 消除耦合於聲音信號的射頻幹擾信號。射頻濾波模塊14連接於功率調整模塊
12與揚聲器模塊13之間，當聲音信號受到射頻信號幹擾時，射頻濾波模塊14 能衰減或甚至消除射頻信號幹擾，使揚聲器模塊13輸出聲音時不會受射頻信 號影響。
請參閱圖3，於本實用新型的一更佳的實施例中，本實用新型的整合濾波 電路及功率調整電路的微型揚聲裝置還包括電源切換模塊15，其用以根據電 源控制信號開啟/關閉電源供應。當電源切換模塊15開啟電源供應時，能使整 個微型揚聲裝置獲得運作時所需要的電能以進行聲音輸出，當電源切換模塊 15關閉電源供應時，微型揚聲裝置因無法獲得運作所需的電能而停止動作(停 止輸出聲音)。此種操作模式的一個優點在於可阻擋某些不希望人耳聽見的聲 音信號輸出。舉例來說，如前述的行動電話可能會因為執行某些功能(如開啟 電源)造成信號突波或幹擾，此時揚聲器輸出的聲音通常會使人耳感到不舒服， 然而通過電源切換模塊15關閉電源使微型揚聲裝置停止運作，即可隔絕此類 聲音的輸出。另一個優點在於當行動電話不使用聲音輸出功能時，還可通過電 源切換模塊15關閉供應給微型揚聲裝置的電源，待需要聲音輸出時再開啟電 源供應，如此能有效節省電力浪費。除應用在行動電話外，亦可應用於其它攜 帶型電子裝置如筆記型計算機、隨身聽等，可提高其待機時間。
請參閱圖4，其為本實用新型的微型揚聲裝置整合於一電路板的具體實施 電路圖，如圖4所示，信號濾波模塊ll、功率調整模塊12、射頻濾波模塊14 與電源切換模塊整合於電路板2。然除上述的信號濾波模塊ll，功率調整模塊 12，電源切換模塊15以外，在其它實施例中亦可將信號濾波模塊ll，功率調 整模塊12，揚聲器模塊13，射頻濾波模塊14及/或電源切換模塊15整合於電 路板2。
電路板2可例如為硬質印刷電路板、軟質印刷電路板、集成電路板或其它 相類似的電路板。電路板2可通過排線、軟性電路板或連接插頭，以接收聲音 信號、電源輸入信號、電源控制信號及/或其它種類信號。本實施例中使用排 線21來接收聲音信號、電源輸入及電源控制信號。
電路板2中包括運算放大器晶片20、電阻(R1-R4)、電容(C1-C5)以及電 感(L1，L2)，整合成一具有帶通濾波功能、功率放大功能、射頻濾波功能及電 源切換功能的裝置。電源由排線21輸入至該電路板2，可供給整個微型揚聲 裝置的運作。GND(TP5)為接地端，作為整個微型揚聲裝置各個組件的接地使用。
SHUTD0麗(TP2)為電源控制信號的輸入端，運算放大器晶片20可依據不同電源 控制信號開始或停止放大器運作，以達到上述電源切換的功能。AUDIO IN+(TP3) 與AUDIO IN-(TP4)為兩個相反相位的聲音信號輸入，由電路板2的處理，可 輸出極佳的聲音，詳細說明如下。
電路板2的電路由運算放大器晶片20、電阻R1 R4、電容C1 C5與電感 Ll、 L2所組成。此外，電容C7作為運算放大器晶片20的旁路電容，用於當 運算放大器晶片20工作時提供直流穩壓的效果。電容C6連接於電源輸入與接 地端之間，用於提供輸入電源濾波的效果。
依據使用者預先決定的帶通頻率及功率增益來設計RC電路(由Cl， C2， C3， C4， Rl， R2， R3， R4所組成)，相位相反的音源信號(AUDIO IN+， AUDIO IN-) 由排線21輸入運算放大器晶片20配合RC電路進行帶通濾波及調整功率增益， 用以將聲音信號調整至人耳接受範圍甚至配合人耳聽覺特性最佳化輸出的聲 音，並且放大或衰減信號功率輸出提高揚聲器使用效率及可靠度。
舉例來說，當使用者依據人耳聽覺特性將預設頻率波段定於Fl至F2之間 時，帶通濾波器會將該Fl至F2以外的頻率衰減，使得最後輸入的聲音只有該 Fl至F2頻段的信號。當然該頻段的信號介於人類耳朵的聽覺頻率範圍20Hz 到20kHz之間。又假設揚聲器的最大承受功率為Pl時，當輸入微型揚聲裝置 的聲音信號功率大於P1時，就必須將其衰減以避免揚聲器燒掉。
電路板2後端LC電路(由Ll， L2， C5所組成)具有高頻濾波的功能，當射頻 信號通過射頻接收器(例如天線)幹擾聲音信號時，利用電感Ll及L2的特性可 阻擋高頻信號，故正相位聲音信號(AUDIO IN+)可利用電感Ll阻擋高頻噪聲輸 入揚聲器22，負相位聲音信號(AUDIO IN-)可利用電感L2阻擋高頻噪聲輸入 揚聲器22。而電容C5用於當有射頻信號幹擾時，極高的頻率使C5導通，而 正相位聲音信號與負相位聲音信號幹擾噪聲的差異性會降低，最後將兩相位相 反的聲音信號相減時，聲音信號會放大而噪聲則會衰減或甚至消除，如此即可 實現高頻濾波的效果。
綜上所述，本實用新型的整合濾波電路及功率調整電路的微型揚聲裝置， 能通過信號濾波模塊過濾幹擾噪聲，並依據使用者不同需求以獲得特定頻段的 信號，或依人耳聽感範圍的特性作信號濾波模塊設計，使輸入揚聲器的聲音信 號有效率的轉換成人耳聽感範圍內。又利用功率調整電路調整聲音輸出信號的 功率。功率調整電路依據不同裝置最大輸出信號的功率與揚聲器可承受的功率， 設計最佳放大/衰減倍率，可防止輸入信號的功率高於揚聲器可承受的功率導 致揚聲器損壞，並將功率保持在人類聽覺可察覺的範圍內。據此，能有效的提 升微型揚聲裝置的性能併兼具較高的可靠度。
當然，本實用新型還可有其它多種實施例，在不背離本實用新型精神及其 實質的情況下，熟悉本領域的技術人員當可根據本實用新型作出各種相應的改 變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬於本實用新型所附的權利要求的保 護範圍。
權利要求1、一種整合濾波電路及功率調整電路的微型揚聲裝置，其特徵在於，包括信號濾波模塊，用以對輸入的聲音信號進行濾波，並輸出特定頻率的聲音信號；功率調整模塊，用以對該特定頻率的聲音信號進行功率放大或衰減；以及揚聲器模塊，用以將經過放大或衰減的該聲音信號輸出，其中，該功率調整模塊放大或衰減功率在該揚聲器模塊的額定功率範圍內。
2、 根據權利要求1所述的整合濾波電路及功率調整電路的微型揚聲裝置， 其特徵在於，該信號濾波模塊為低通濾波器。
3、 根據權利要求1所述的整合濾波電路及功率調整電路的微型揚聲裝置， 其特徵在於，該信號濾波模塊為高通濾波器。
4、 根據權利要求1所述的整合濾波電路及功率調整電路的微型揚聲裝置， 其特徵在於，該信號濾波模塊為帶通濾波器。
5、 根據權利要求1所述的整合濾波電路及功率調整電路的微型揚聲裝置， 其特徵在於，該信號濾波模塊為帶拒濾波器。
6、 根據權利要求1所述的整合濾波電路及功率調整電路的微型揚聲裝置， 其特徵在於，該揚聲器模塊由數個揚聲器組成。
7、 根據權利要求6所述的整合濾波電路及功率調整電路的微型揚聲裝置， 其特徵在於，該數個揚聲器之間使用排線、絞線、單芯線、多芯線、軟質印刷 電路板、硬質印刷電路板、連接插頭或集成電路方式相互連接。
8、 根據權利要求1所述的整合濾波電路及功率調整電路的微型揚聲裝置， 其特徵在於，還包括一射頻濾波模塊，用以衰減或消除耦合於該聲音信號的射 頻幹擾信號。
9、 根據權利要求1所述的整合濾波電路及功率調整電路的微型揚聲裝置， 其特徵在於，還包括一電源切換模塊，根據電源控制信號用以開啟/關閉電源 供應。
10、 根據權利要求9所述的整合濾波電路及功率調整電路的微型揚聲裝 置，其特徵在於，該信號濾波模塊、該功率調整模塊、該揚聲器模塊、該射頻 濾波模塊及/或該電源切換模塊整合於電路板上。
11、 根據權利要求10所述的整合濾波電路及功率調整電路的微型揚聲裝 置，其特徵在於，該電路板為硬質印刷電路板、軟質印刷電路板或集成電路板。
12、 根據權利要求10所述的整合濾波電路及功率調整電路的微型揚聲裝 置，其特徵在於，該電路板通過排線、軟性電路板或連接插頭，以接收該聲音 信號、該電源輸入信號及/或該電源控制信號。
13、 根據權利要求1所述的整合濾波電路及功率調整電路的微型揚聲裝置，其特徵在於，該整合濾波電路及該功率調整電路的微型揚聲裝置的體積為10立方公分以下。
專利摘要一種整合濾波電路及功率調整電路的微型揚聲裝置，主要使聲音輸入信號由濾波電路過濾幹擾噪聲以獲得特定頻段的信號，並且利用功率調整電路調整聲音輸出信號的功率，濾波電路除過濾幹擾噪聲的功能外，還可依人耳聽感範圍的特性作設計，使輸入揚聲器的聲音信號有效率的轉換成人耳聽感範圍內，而功率調整電路依據不同裝置最大輸出信號的功率與揚聲器可承受的功率，設計最佳放大/衰減倍率，可防止輸入信號的功率高於揚聲器可承受的功率導致揚聲器損壞。據此，能有效的提升微型揚聲裝置的性能併兼具較高的可靠度。
文檔編號H04R3/00GK201178491SQ20082000522
公開日2009年1月7日 申請日期2008年3月18日 優先權日2008年3月18日
發明者楊雅龍, 陳財銘 申請人:樺勳有限公司