一种压电扬声器驱动装置制造方法
【专利摘要】一种压电扬声器驱动装置，包括驱动放大单元、信号调谐单元，以及压电扬声器；其中，驱动放大单元，用于放大信号源，并将放大后的信号输出给信号调谐单元；信号调谐单元，用于对放大后的信号进行滤波，滤除高频噪声；调整压电陶瓷的阻抗特性，提高驱动电路在高频部分的负载阻抗，降低高频段的驱动电流；并将调整后的驱动信号输出给压电扬声器，以驱动压电扬声器。其中，信号调谐单元可以包括低通滤波电路和调整阻抗。通过本实用新型压电扬声器驱动装置，在不调整压电扬声器结构和装配的情况下，简单地实现了改善压电扬声器高频部分重放音质，并改善了因压电陶瓷元件高频段阻抗低导致的驱动功耗升高以及电路自激问题。
【专利说明】一种压电扬声器驱动装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及扬声器技术，尤指一种包含扬声器的电子产品如手机、平板电脑等中压电扬声器驱动装置。
【背景技术】
[0002]当压电晶体或压电陶瓷受到外电场的作用时，压电晶体或压电陶瓷会产生与电场强度成线性关系的机械形变，这个现象称为逆压电效应。因此，当在压电陶瓷上施加电信号时，压电陶瓷自身会发生相应的机械振动，并进一步推动附近的空气振动，从而发出声音。
[0003]与传统的动圈扬声器相比,压电扬声器具有体积小、轻薄、抗冲击、低电磁福射、低功耗等优点。但是，由于压电扬声器的核心压电陶瓷为电容性负载，其阻抗频率特性接近电容。图1为现有压电陶瓷的阻抗随频率变化的曲线示意图，其中横坐标为频率(单位为Hz)，纵坐标为阻抗(单位为ohm)，如图1中的曲线I所示，在高频时阻抗极低。正因为这样，压电扬声器驱动电路需要能够提供较高的电流输出，因此，需要特殊设计的驱动电路才能满足稳定驱动。
[0004]在申请号为“200880125607.5”，发明名称为“一种低功耗的压电放大器及方法”的申请中，也指出了在高频部分电流增大的问题，并提出了使用开关和比较器来控制电路电流流向的方案。但是，这样的方法在实际应用中，不仅电路和控制设计软件复杂，而且也容易因为元件的参数失配带来电路的自激振荡，而导致压电元件发出高频嘯叫声。
[0005]在申请号为“200810110462.3”，发明名称为“功率放大电路”的申请中，提到了一种专门针对压电驱动的功率放大电路，其中通过设置2组不同的功放电压(其中一组高压通过电荷泵产生)，可以有效的改善功放的输出效率。但是，该电路没有考虑压电扬声器中，由于高频阻抗降低带来的电流增加与输入信号增大带来的电流增加的差异，而只是采用一致的降低电压的方法来防止电路输出电流过大的问题。这样，会带来因驱动电路产生的信号失真，并极大的损害了重放音质。
[0006]之外，由于压电扬声器在一定的电压下变形幅度一定，因此，随频率升高，其声压频率响应一般也会升高，这种现象与声音的高保真重放要求中的频率响应需要保持尽可能平坦是不符的。当前，大多数压电扬声器的重放系统表现为听感声音发尖，就是由于高频部分响应远高于扬声器中低频响应而造成的。
[0007]在申请号为“201020149309.4”，发明名称为“一种带有配重结构及阻尼结构的矩阵式压电平板扬声器”的申请中，提到了通过在压电扬声器结构中，增加配重和阻尼结构，以相应改善压电扬声器中高频响应的不平坦性。但是，该方法会增加产品装配上的难度，同时也增加了产品总厚度。
【发明内容】
[0008]为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种压电扬声器驱动装置，能够在不调整压电扬声器结构和装配的情况下，简单地实现改善压电扬声器高频部分重放音质，并能够改善因压电陶瓷元件高频段阻抗低导致的驱动功耗升高以及电路自激问题。
[0009]为了达到本实用新型目的，本实用新型公开了一种压电扬声器驱动装置，包括用于放大信号源的驱动放大单元、压电扬声器，其特征在于，还包括:信号调谐单元，
[0010]用于对经所述驱动放大单元放大后的信号进行滤波，滤除高频噪声；调整压电扬声器中的压电陶瓷的阻抗特性；将调整后的驱动信号输出给压电扬声器，以驱动压电扬声器。
[0011]所述信号调谐单元包括低通滤波电路和调整阻抗。
[0012]所述驱动放大单元包括功放，用于给功放供电的电源；
[0013]所述低通滤波器由串联在功放的输出回路中的电感，和并联在功放的输出回路中的电容构成，用于滤除来自功放的放大后的信号中的高频噪声，同时将压电扬声器的声压频率响应曲线中高频部分进行衰减；
[0014]所述调整阻抗为串联在功放的输出回路中的电阻，用于调整压电扬声器中的压电陶瓷的阻抗特性。
[0015]所述电感，或电容，或电阻的值，根据压电扬声器中高频部分的谐振峰谷对应的频点来确定。
[0016]所述电感为IOuH?IOmH间的贴片磁性低频电感；
[0017]所述电容为InF?IuF间的贴片陶瓷电容；
[0018]所述电阻为10?IOOohm间的贴片金属膜电阻。
[0019]所述电感为130uH ;所述电容为0.47uF ;所述电阻为22ohm。
[0020]本申请技术方案提供的压电扬声器驱动装置包括驱动放大单元、信号调谐单元，以及压电扬声器；其中，驱动放大单元，用于放大信号源，并将放大后的信号输出给信号调谐单元；信号调谐单元，用于对放大后的信号进行滤波，滤除高频噪声；调整压电陶瓷的阻抗特性，提高驱动电路在高频部分的负载阻抗，降低高频段的驱动电流；并将调整后的驱动信号输出给压电扬声器，以驱动压电扬声器。其中，信号调谐单元可以包括低通滤波电路和调整阻抗。通过本实用新型压电扬声器驱动装置，在不调整压电扬声器结构和装配的情况下，简单地实现了改善压电扬声器高频部分重放音质，并改善了因压电陶瓷元件高频段阻抗低导致的驱动功耗升高以及电路自激问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中:
[0022]图1为现有压电陶瓷的阻抗随频率变化的曲线示意图；
[0023]图2为本实用新型压电扬声器驱动装置的组成结构示意图；
[0024]图3为本实用新型压电扬声器驱动装置的实施例的具体电路图；
[0025]图4为现有压电陶瓷在共振点附近工作时的等效电路图；
[0026]图5为现有压电扬声器驱动电路下的频率响应和THD示意图；
[0027]图6为本实用新型压电扬声器驱动电路下的频率响应和THD示意图。【具体实施方式】
[0028]图2为本实用新型压电扬声器驱动装置的组成结构示意图，如图2所示，包括驱动放大单元、信号调谐单元，以及压电扬声器；其中，
[0029]驱动放大单元，用于放大信号源，并将放大后的信号输出给信号调谐单元；驱动放大单元的具体实现数据现有技术。
[0030]信号调谐单元，用于对放大后的信号进行滤波，滤除高频噪声；调整压电陶瓷的阻抗特性，提高驱动电路在高频部分的负载阻抗，降低高频段的驱动电流；并将调整后的驱动信号输出给压电扬声器，以驱动压电扬声器。
[0031]其中，信号调谐单元可以包括低通滤波电路和调整阻抗。
[0032]通过本实用新型压电扬声器驱动装置，在不调整压电扬声器结构和装配的情况下，简单地实现了改善压电扬声器高频部分重放音质，并改善了因压电陶瓷元件高频段阻抗低导致的驱动功耗升高以及电路自激问题。
[0033]具体实施例参见图3，图3为本实用新型压电扬声器驱动装置的实施例的具体电路图，如图3所示,驱动放大单元包括功放2,电源3 ;信号调谐单元包括电感4、电容5、电阻6 ;此外还包括压电扬声器7，及待放大的信号源I。具体地，
[0034]信号源1，即未经放大的原始电信号，根据不同的应用场合，信号源I可以是语音(如在手机通话的情况下)，或者是音乐(如在平板电脑上播放MP3乐曲)。信号源I的电压一般在IVPP左右。
[0035]功放2，用于将来自信号源I的原始电信号放大到IOVpp?20Vpp，输出给信号调谐单元。比如常用的功放2可以是美国德州仪器公司的信号为TPA2100P1的功放。
[0036]电源3，用于给功放提供电源。如，在手机中，电源3通常为3.7V锂离子电池。
[0037]串联在功放2的输出回路中的电感4和并联在功放2的输出回路中的电容5，构成低通滤波器，用于滤除来自功放2的放大后的信号中的高频噪声，同时将压电扬声器的声压频率响应曲线中高频部分进行衰减，让声音变得更柔和。
[0038]串联在功放2的输出回路中的电阻6，用于调整压电陶瓷的阻抗特性，通过串联电阻6，使驱动电路在高频部分的负载阻抗提高，有效降低了高频段的驱动电流，使得系统功耗降低，同时电路的稳定性得到了改善。
[0039]其中，电感4，可以选择IOuH?IOmH间的贴片磁性低频电感；电容5，可以选择InF?IuF间的贴片陶瓷电容；电阻6，可以选择10?IOOohm间的贴片金属膜电阻。
[0040]压电扬声器7,用于被信号调谐单兀输出的信号驱动，并通过压电扬声器中的压电陶瓷振动带动附近空气发声。
[0041]需要说明的是，图3仅仅是一个实施例，并不用于限定本实用新型的保护范围。本领域技术人员根据本实用新型图2所示的压电扬声器驱动装置的组成结构，是可以得出不同的具体实现电路的，本实用新型强调的是在现有驱动电路的输出回路增加信号调谐单元，一方面对放大后的信号进行滤波，滤除高频噪声；另一方面调整压电陶瓷的阻抗特性，提高驱动电路在高频部分的负载阻抗，降低高频段的驱动电流；并将调整后的驱动信号输出给压电扬声器，以驱动压电扬声器。
[0042]通过本实用新型提供的压电扬声器驱动装置，由信号调谐单元中低通滤波器单元修正并减小了压电扬声器高频部分的起伏，改善了音质；并且通过信号调谐单元中的调整阻抗提高了高频部分的负载阻抗，降低了功耗，增加了电路稳定性。本实用新型压电扬声器驱动装置解决了压电扬声器在便携电子设备中应用中音质不佳的问题，充分发挥了压电扬声器的薄形化，低功耗等优点。
[0043]为了使得本实用新型压电扬声器驱动装置的驱动效果更优，电感4、电容5、电阻6的参数根据压电扬声器中高频部分的谐振峰谷对应的频点来确定。具体如下:
[0044]压电扬声器的核心部分为压电陶瓷，其在共振点附近工作时在电路上等效为一个静态电容CO与一组电容Cl，电感LI，电阻Rl的并联，如图4所示，图4为现有压电陶瓷在共振点附近工作时的等效电路图。
[0045]静态电容CO与电容5，电感4构成的低通滤波器电路的谐振频率，可以根据压电扬声器中高频间峰值与谷值的中间频点(即阻抗谐振相位过零点)设定，并可通过微调电容5或电感4的值以进行优化。
[0046]电阻6可以调整相应匹配电路的品质因数即Q值，调整时应结合压电扬声器中高频过渡区域的频率响应低谷的Q值，从而提升并改善输出频率响应曲线的谷值。
[0047]下面结合实际应用中的实施例，对本实用新型的具体实现及效果进行详细分析。
[0048]以精拓丽音科技(北京)有限公司的型号为PS2327的压电扬声器为例，其驱动放大单元中的功放使用的是美国德州仪器TPA2100PI压电专用驱动电路。型号为PS2327的压电扬声器使用的压电陶瓷静态电容CO为1.4±0.2uF ;驱动电路中电容5选择参数为0.47uF;电感4选择为130uH，电阻6选择22ohm。压电扬声器中高频间峰值与谷值的中间频点约为IOkHz落在高频峰(参见图5，约13kHz)和中频谷即压电扬声器频响谷值对应的频点(参见图6，约7kHz)中间。
[0049]对于同一压电扬声器样品，图5为现有压电扬声器驱动电路下的频率响应和总谐波失真(THD)示意图，如图5所示,横坐标表示频率(单位为Hz),左侧纵坐标表示声压级(SPL)(单位为dB)，右侧纵坐标表示THD (单位为％);曲线I为频率响应曲线，曲线2为THD曲线，高频部分的声压波动值约在25dB (峰值Pl约为105dB，谷值P2约为80dB)左右。
[0050]图6为本实用新型压电扬声器驱动电路下的频率响应和THD示意图，如图6所示，横坐标表示频率(单位为Hz),左侧纵坐标表示SPL (单位为dB),右侧纵坐标表示THD (单位为％)；曲线3为频率响应曲线，曲线4为THD曲线，可以明显看到，在本实用新型压电扬声器驱动电路下，波动降低到IOdB左右(峰值P3约为88dB，谷值P4约为IOOdB),相应的衡量音质的失真指标也有大幅降低。
[0051]以上所述，仅为本实用新型的较佳实例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种压电扬声器驱动装置，包括用于放大信号源的驱动放大单元、压电扬声器，其特征在于,还包括:信号调谐单元， 用于对经所述驱动放大单元放大后的信号进行滤波，滤除高频噪声；调整压电扬声器中的压电陶瓷的阻抗特性；将调整后的驱动信号输出给压电扬声器，以驱动压电扬声器。
2.根据权利要求1所述的压电扬声器驱动装置，其特征在于，所述信号调谐单元包括低通滤波电路和调整阻抗。
3.根据权利要求2所述的压电扬声器驱动装置，其特征在于，所述驱动放大单元包括功放，用于给功放供电的电源； 所述低通滤波器由串联在功放的输出回路中的电感，和并联在功放的输出回路中的电容构成，用于滤除来自功放的放大后的信号中的高频噪声，同时将压电扬声器的声压频率响应曲线中高频部分进行衰减； 所述调整阻抗为串联在功放的输出回路中的电阻，用于调整压电扬声器中的压电陶瓷的阻抗特性。
4.根据权利要求3所述的压电扬声器驱动装置，其特征在于，所述电感，或电容，或电阻的值，根据压电扬声器中高频部分的谐振峰谷对应的频点来确定。
5.根据权利要求3所述的压电扬声器驱动装置，其特征在于， 所述电感为IOuH?IOmH间的贴片磁性低频电感； 所述电容为InF?IuF间的贴片陶瓷电容； 所述电阻为10?IOOohm间的贴片金属膜电阻。
6.根据权利要求3所述的压电扬声器驱动装置，其特征在于，所述电感为130uH;所述电容为0.47uF ;所述电阻为22ohm。
【文档编号】H04R3/00GK203482389SQ201320581345
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年9月18日 优先权日:2013年9月18日
【发明者】秦世军, 袁世民, 卞学恒 申请人:中兴通讯股份有限公司