一種能夠消除揚聲器熱效應的系統的製作方法
2023-11-08 00:52:37 1
專利名稱：一種能夠消除揚聲器熱效應的系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種主動式揚聲器系統，特別是涉及一種能夠消除揚聲器熱效應的系統。
背景技術：
在傳統的被動式揚聲器系統裡包括一個或更多的動圈式揚聲器和分頻網絡，當電子功率放大器推動揚聲器音圈的時候，音圈會產生熱量並且音圈阻抗相應的增加，輸出功率越大，則音圈產生的熱量越多，阻抗增加就越多。揚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候不會改變阻抗，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聲器上的功率以及揚聲器產生的聲功率都和輸入電壓的平方成正比。但是當音圈阻抗增加時，電子功率放大器輸出到揚聲器上的功率就比輸入電壓的平方增長的少，揚聲器在大功率時產生的聲功率也比輸入電壓的平方增長的少，這種影響就被稱為動圈式揚聲器的熱效應。從以上可以看出熱效應導致了揚聲器的動態範圍受到了限制。
圖1為由普通的放大器如電壓放大器驅動揚聲器時揚聲器的聲壓(P)103與輸入電壓(Vin)104的函數關係。直線101表示在沒有聲音線圈發熱時的揚聲器的聲壓，曲線102表示實際的揚聲器的聲壓。
一個揚聲器系統通常包括幾個揚聲器單體，揚聲器通過被動分頻網絡與外接的放大器連接。這些分頻網絡實際上就是與頻率相關的電壓分配器並加載在揚聲器的阻抗上，形成理想的揚聲器的總頻率響應。由於動圈揚聲器的阻抗與音圈電阻間成函數關係，而音圈阻抗又與輸入功率成函數關係，因此整個揚聲器的頻率響應在高功率時會失真。
發明內容
本實用新型的目的是提供一種能夠消除揚聲器熱效應的系統，以消除揚聲器在高功率時的失真現象。
本實用新型解決上述技術問題所採用的技術方案為一種能夠消除揚聲器熱效應的系統，其包括一功率放大器，具有正輸入端、反輸入端和一輸出端；一動圈式揚聲器，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；一個等化補償電路，其包括一個電阻、一個電容、一個電感，串聯後和所述的揚聲器並聯；一個音圈阻抗修正電路，其包括一個電阻和電容，串聯後和上面所述的揚聲器並聯；一個負反饋電阻，其一端接到所述的功率放大器的反輸入端，另一端接地。
上述揚聲器、電阻、等化補償電路和音圈修正電路組成了放大器的負反饋線路。這種配置下的放大器形成了揚聲器、等化電路和補償電路的電流源。
與現有技術相比，本實用新型的優點在於在揚聲器系統中通過增加等化補償電路、音圈阻抗修正電路和負反饋電阻，能夠消除揚聲器系統的熱效應。此外，本實用新型還提供了一種形成理想的整個頻率響應的系統，並且改進了揚聲器聲音的再現。
圖1為用傳統的功率放大器如電壓驅動揚聲器時聲壓與輸入電壓的函數圖；圖2為用本實用新型驅動揚聲器時聲壓與輸入電壓的函數圖；圖3為單聲道揚聲器的典型的阻抗曲線，由傳統的放大器驅動時的頻率響應曲線和由電流源驅動時的頻率響應曲線；圖4為單聲道揚聲器的本實用新型的優先實施例的電路圖；圖5為多聲道揚聲器的本實用新型的優先實施例的電路圖；圖6為由傳統的放大器驅動的頻率響應曲線和用現有電流源放大器驅動的頻率響應曲線，多個動圈揚聲器和分頻電路的多聲道揚聲器的負載曲線。
具體實施方式
以下根據本實用新型的各個方面，結合附圖實施例對本實用新型作進一步詳細描述。儘管本實用新型採用這些圖形和例子來進行說明，但其並不是將本實用新型限制到這些公開的實施例中。相反，其目的是要覆蓋由所述的權利要求所確定的本實用新型的實質和保護範圍的所有變化、改進和等同替換。
當加上功率時，動圈揚聲器的音圈發熱，音圈的阻抗也相應的增加。所加的功率越大，則增加的阻值越大。揚聲器由具有較低的輸出阻抗的放大器驅動，因此其採用電壓驅動。
如果發熱時，音圈沒有改變阻值，聲壓值會與放大器輸出電壓成正比，並且應用到揚聲器的電功率和由此產生的實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，加到揚聲器上的電功率其增加值卻低於放大器的輸入電壓的平方值，而且在較高功率時，聲壓的增加也低於輸入電壓平方值的增加。這種效應叫做動圈揚聲器的熱效應，熱效應導致了上述的動態變化範圍的受限。
圖1為由普通的放大器如電壓放大器驅動揚聲器時揚聲器的聲壓(P)103與輸入電壓(Vin)104的函數關係。直線101表示在沒有聲音線圈發熱時的揚聲器的聲壓，曲線102表示實際的揚聲器的聲壓。從頻率105向右處為熱效應區域。
實際上在不同的聲壓時熱效應的差異很小。
本實用新型給出了一種能夠消除揚聲器熱效應的系統。
如果揚聲器不是由傳統的低輸出阻抗的放大器如電壓源驅動，而是由比揚聲器的阻抗高出許多的放大器如電流源來驅動，這樣的放大器的輸出電流只是由輸入電壓Vin460決定而和負荷阻抗無關。因此輸出電流和音圈溫度無關。如果音圈溫度上升，並且阻抗上升，即使Vin是固定的，應用到聲音線圈的電流也會上升。這個效應叫熱效應。
圖2為由電流源功率放大器驅動揚聲器時揚聲器(P)103的聲壓與輸入電壓(Vin)104的函數關係。直線201表示在沒有音圈發熱時的揚聲器的聲壓，曲線202表示實際的揚聲器的聲壓。圖中從頻率105向右處為熱效應區域。
圖3為單路揚聲器的典型阻抗曲線301，及其由普通的放大器驅動時的頻率響應曲線302，由傳統電壓放大器驅動時的頻率響應曲線303。阻抗曲線在揚聲器單體共振時有一個峰值，並且在頻率高於305時有由音圈感應而引起的上升。頻率響應在較低的頻率304和較高的截止頻率306間成線性。
如果揚聲器由現有電流源放大器來驅動，則其響應曲線在接近驅動器共振頻率處有一峰值，並且從頻率305到最大頻率307間升高，因此其響應曲線303有一與負荷曲線301相似的形狀。為了達到曲線平衡，建議採用下面所述的特殊電路。
圖4為本實用新型的單路揚聲器的優先實施例。揚聲器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。揚聲器405和電阻408組成了放大器401的負反饋電路，同時也作為放大器的負荷。
輸入電壓Vin460作用於放大器401的正輸入端402。在這種結構下，放大器401形成了揚聲器405的電流源。電流源放大器消除了熱效應，但揚聲器頻率響應曲線303與負載曲線301的形狀相似，這也是不能接受的。
為得到理想的頻率響應的形狀，在揚聲器中並聯二種電路一等化補償電路410，包括一電阻413、一電容412和一線圈411，這些電器元件串聯；一音圈補償電路420，包括一電阻421和一電容422串聯。電路410和420也與揚聲器405和電阻409一起形成放大器401的負反饋電路。
由於電路410的中心頻率和Q值分別與揚聲器的共振頻率和Q值相等，因此電路410減少了在揚聲器405共振頻率304處的放大器401的整個阻抗值，並且消除了該頻率附近的峰值。如有必要，電路410的Q值可以通過改變電容值和感應係數而變化，因此可以獲得接近頻率304處的頻率響應的峰值或補償值。
電路420補償由揚聲器單體音圈自感應引起的阻抗的增加和頻率高於305處的相應的頻率響應的升高。
如果在高頻時揚聲器響應有一個複製，則可以通過聲音線圈阻抗的不完全補償或不使用電路420來補償。即使這樣，所述的較佳實施例仍具有消除揚聲器的熱效應的性質。
如果揚聲器頻率響應有其自己的峰值而與阻抗無關，幾個象電路410的補償電路可與揚聲器並聯，這些電路的中心頻率和Q值與這些峰值的中心頻率和Q值相對應。
因為輸出電流Iout470的一部分分流到了電路410和420，因此就會出現阻抗峰值的補償。整個電流輸出Iout470與放大器的輸入電壓Vin460成正比，並且其阻抗和揚聲器405和電路410和420的總阻抗無關。
圖5為本實用新型的第二個較佳實施例，採用多路揚聲器。一個三路揚聲器550包括動圈揚聲器551、552和553，以及分頻電路554、555和556，見圖中。每個揚聲器產生自己的頻寬。
揚聲器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。
每一個分頻電路與其自己的揚聲器單體連接電路554與揚聲器551相連，電路555與揚聲器552相連，電路556與揚聲器553相連。揚聲器的第二端與揚聲器550的接入端558相連。
等化補償電路510、等化補償電路520、等化補償電路530和音圈補償電路540與揚聲器550的557端和558端並聯。
圖6顯示了多路揚聲器550的阻抗曲線601，在傳統的放大器驅動下的頻率相應曲線603，及在大輸出阻抗的放大器(例如電流)的驅動下的頻率響應曲線602。這種頻率響應也可在沒有電路510、520、530、540下取得。圖5中的系統的實際總響應頻率曲線像曲線603。阻抗曲線601有三個峰點低音揚聲器553共振頻率605，低音與中音分頻點606，中音與高音分頻點607，頻率高於608時由聲音線圈感應引起的上升。頻率響應曲線602有三個在頻率605、606和607處的與阻抗曲線相對應的三個峰值。
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。在頻率高於305處，電路540補償由於揚聲器音圈自感應引起的阻抗升高和相應的頻率響應的升高。
如果揚聲器或單一揚聲器的頻率響應在某個頻率處有一個峰值，它可以由一個象電路510、電路520和電路530這樣的中心頻率等於該頻率的等化補償電路所補償，因此該系統中可以包括無數個補償電路。
儘管本實用新型的能夠模仿的實施例已經在上面列出和詳細說明，但很顯然，那些掌握現有技術的人對本實用新型可作某些改變、改進或替換，但這些變化均未脫離本實用新型的實質。例如，可以採用多路揚聲器，而本實用新型上述描述中所說的為三路；可以有二個或更多的驅動器，也可有許多不同的被動式補償電路(例如串聯分頻補償電路)。揚聲器也可使用不同盒體(如封閉的和彎曲的)。所有這些變化、改進和替換均應該被看作落在本實用新型的範圍內。
權利要求1.一種能夠消除揚聲器熱效應的系統，其特徵在於其包括一功率放大器，具有正輸入端、反輸入端和一輸出端；一動圈式揚聲器，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；一個等化補償電路，其包括一個電阻、一個電容、一個電感，串聯後和所述的揚聲器並聯；一個音圈阻抗修正電路，其包括一個電阻和電容，串聯後和所述的揚聲器並聯；一個負反饋電阻，其一端接到所述的功率放大器的反輸入端，另一端接地。
2.如權利要求1所述的能夠消除揚聲器熱效應的系統，其特徵在於所述的動圈式揚聲器至少包括2隻動圈式揚聲器和2個分頻網絡，所述的每一個揚聲器的一端接到分頻網絡的一端，另一端接到所述的功率放大器的反輸入端。
3.如權利要求2所述的能夠消除揚聲器熱效應的系統，其特徵在於至少包括二個等化補償電路，所述的每個等化補償電路其共振頻率等於所述的揚聲器的阻抗峰或頻率響應峰對應的頻率。
專利摘要本實用新型涉及一種能夠消除揚聲器熱效應的系統，其包括一功率放大器，具有正輸入端、反輸入端和一輸出端；一動圈式揚聲器，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；一個等化補償電路，包括一個電阻、一個電容、一個電感，串聯後和所述的揚聲器並聯；一個音圈阻抗修正電路，包括一個電阻和電容，串聯後和所述的揚聲器並聯；一個負反饋電阻，其一端接到所述的功率放大器的反輸入端，另一端接地。其優點為在揚聲器系統中通過增加等化補償電路、音圈阻抗修正電路和負反饋電阻，從而消除揚聲器系統的熱效應。還提供了形成理想的整個頻率響應的系統，並且改進了揚聲器聲音的再現。
文檔編號H04R9/00GK2779775SQ20042008180
公開日2006年5月10日 申請日期2004年8月13日 優先權日2004年8月13日
發明者佘爾基·弗明, 尤利·弗明, 黃新民, 黃韻英 申請人:黃新民, 佘爾基·弗明, 黃韻英, 尤利·弗明