扬声器的驱动讯号的产生装置及方法
【专利摘要】本发明涉及一种扬声器的驱动讯号的产生装置及方法，其中所述方法包括下列步骤：输出驱动电压予扬声器；量测流经扬声器的操作电流量；根据所述操作电流量与所述扬声器电性阻抗值，运算取得对应于所述操作电流量通过所述扬声器的电性阻抗的一对应电压值，并根据所述驱动电压或其对应值和所述对应电压值，计算差值得到一反电动势值；积分反电动势值，得到一积分值，所述积分值正相关于扬声器的振膜的位移量；利用所述积分值调控驱动电压，以进行扬声器的保护。
【专利说明】扬声器的驱动讯号的产生装置及方法
【【技术领域】】
[0001]本发明关于一种扬声器的驱动讯号的产生装置及方法，特别是一种可以预测扬声器的振膜位移量(diaphragm excursion),以避免振膜遭受物理性伤害的扬声器驱动讯号的产生装置及方法。
【【背景技术】】
[0002]为了保护扬声器的物理结构，避免造成结构上的永久性伤害，扬声器的驱动方式往往并非以音源讯号进行线性放大后直接驱动，以免当驱动讯号过大时，造成太大的振膜位移量，甚至超出其限制的范围，而导致振膜在特性上的改变、使用寿命的缩短、或者甚至是结构上直接的破坏。然而，当用户希望将扬声器的输出音量推展到极限，以获得最佳的视听效果时，扬声器的振膜位移量势必将非常接近其所能承受的上限。也因此，如何侦测或是预测扬声器的振膜位移量，使能在扬声器的输出音量以及扬声器的保护之间进行取舍，得到优化的结果，是扬声器及其驱动电路进行设计时，不可避免的一个课题。
[0003]图1为习知的扬声器100的等效电路图。扬声器100为一双端组件，通过在其双端的输入端口 Iio上施以驱动电压U，以造成振膜的振动，进而产生人耳能够觉知的声波。在扬声器100的等效电路中，电性阻抗以及反电动势的电路，等效仿真了扬声器100电性特性的部份，而电磁力以及机械阻抗的电路，则等效仿真了扬声器100机械特性的部份。说明如下。
[0004]驱动电压u在输入端口 110上形成一操作电流i，而在机械特性的部份，则由于感应了操作电流i而形成一电磁力，大小为Φ*?，其中Φ为磁力强度值，为扬声器的特性参数。所述电磁力使得具有机械阻抗Zm的扬声器的振膜，形成一位移速度V，且具有如下的关系式:
[0005]Φ.i=Zm.V......(I)`
[0006]由第⑴式可得到位移速度V的表示函式。又从图1的等效电路中，可知反电动势的大小为Φ*ν。因此从此一等效电路可以解释，驱动电压u并非完全作用于电性阻抗Ze上，这是因为扬声器的机械部份，产生了一个大小为Φ*ν的反电动势的电压，串接于电性阻抗Ze上，亦即，所述电性阻抗Ze上的跨压为驱动电压u减去反电动势的大小Φ*ν。
[0007]请参考欧洲专利ΕΡ2355542Β1。在此一前案中，利用如图1的扬声器的等效电路，得出了一个频域上的「输入电压对位移量」的转移函数Hvx:
[0008]H (jw) 二--
VX V?_/ J /-7 /.、 r-v /.、
(jw)......⑵，
[0009]其中Zm为机械阻抗经拉普拉斯转换(Laplace transformation)后在频域的表示式，Z为输入电压除以操作电流后经拉普拉斯转换后在频域的表示式，jw表示频域上的频率变量，Φ为磁力强度值。此处的位移量是指扬声器的振膜位移量。其中Zm可进一步表示如下:
【权利要求】
1.一种扬声器的驱动讯号的产生方法，其特征在于，所述驱动讯号的产生方法包含下列步骤: 输出一驱动电压予一扬声器； 量测流经所述扬声器的一操作电流量； 根据所述操作电流量与一扬声器电性阻抗值，运算取得对应于所述操作电流量通过所述扬声器的电性阻抗的一对应电压值，并根据所述驱动电压或其对应值和所述对应电压值，计算差值得到一反电动势值； 积分所述反电动势值，得到一积分值，所述积分值正相关于所述扬声器的振膜的一位移量；以及 利用所述积分值调控所述驱动电压，以进行所述扬声器的保护。
2.如请求项第I项所述的驱动讯号的产生方法，其特征在于，其中计算所述反电动势值的步骤，更包括以所述操作电流量乘以所述扬声器电性阻抗值得到一乘积，并计算所述驱动电压减去所述乘积的差值以得到所述反电动势值。
3.如请求项第I项所述的驱动讯号的产生方法，其特征在于，其中更包含将所述积分值除以所述扬声器的一磁力强度值，以得到所述位移量，并利用所述位移量调控所述驱动电压，以进行所述扬声器的保护。
4.如请求项第3项所述的驱动讯号的产生方法，其特征在于，其中所述磁力强度值为所述位移量的一函式。
5.如请求项第I至4项中任一项所述的驱动讯号的产生方法，其特征在于，其中进行所述扬声器的保护，是指线性或非线性地控`制所述驱动电压的振幅，使振膜的所述位移量不大于一极限值。
6.—种扬声器的驱动讯号的产生装置,用以输出一驱动电压以驱动一扬声器，其特征在于，所述驱动讯号的产生装置包含: 一驱动电路，耦接于所述扬声器，以接收一控制讯号并产生所述驱动电压； 一电流感测单元，耦接于所述扬声器，以量测流经所述扬声器的一电流并产生一操作电流量讯号； 一位移计算单元，耦接于所述电流感测单元，利用所述驱动电压、所述操作电流量讯号以及一扬声器电性阻抗值进行计算，以得到一反电动势值，并积分所述反电动势值以得到一积分值；以及 一讯号处理单元，耦接于所述位移计算单元以及所述驱动电路，所述讯号处理单元接受一音源讯号以产生所述控制讯号，并参考所述积分值以调控所述控制讯号，以进行所述扬声器的保护。
7.如请求项第6项所述的驱动讯号的产生装置，其特征在于，其中所述位移计算单元根据所述操作电流量讯号与所述扬声器电性阻抗值，运算取得对应于所述操作电流量讯号通过所述扬声器的电性阻抗的一对应电压值，并根据所述驱动电压或其对应值和所述对应电压值，计算差值得到一反电动势值。
8.如请求项第6项所述的驱动讯号的产生装置，其特征在于，其中所述位移计算单元根据所述所述操作电流量讯号乘以所述扬声器电性阻抗值得到一乘积，并计算所述驱动电压减去所述乘积的差值以得到所述反电动势值。
9.如请求项第6项所述的驱动讯号的产生装置，其特征在于，其中所述讯号处理单元包含一数字信号处理器以及一数字模拟转换器，所述数字信号处理器耦接于所述位移计算单元并接收所述音源讯号，所述数字模拟转换器耦接于所述数字信号处理器以及所述驱动电路，所述数字模拟转换器将产生所述控制讯号。
10.如请求项第6项所述的驱动讯号的产生装置，其特征在于，其中所述电流感测单元包含一感测电路以及一模拟数字转换器，所述感测电路耦接于所述扬声器以量测流经所述扬声器的所述电流，所述模拟数字转换器耦接于所述感测电路以及所述位移计算单元，以输出所述操作电流量的讯号。
11.如请求项第6项所述的驱动讯号的产生装置，其特征在于，其中所述位移计算单元更将所述积分值除以所述扬声器的一磁力强度值，以得到所述位移量，且所述讯号处理单元参考所述位移量以调控所述控制讯号，以进行所述扬声器的保护。
12.如请求项第11项所述的驱动讯号的产生装置，其特征在于，其中所述磁力强度值为所述位移量的一函式。
13.如请求 项第6至12项中任一项所述的驱动讯号的产生装置，其特征在于，其中进行所述扬声器的保护，是指所述讯号处理单元线性或非线性地控制所述驱动电压的振幅，使振膜的所述位移量不大于一极限值。
【文档编号】H04R3/00GK103763659SQ201310750136
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2013年12月31日 优先权日:2013年12月31日
【发明者】蔡国势 申请人:立锜科技股份有限公司