专利名称：用于驱动扬声器的设备和方法
技术领域：
本发明涉及用于驱动扬声器的设备和方法，并且适合应用于具有信号放大器的扬声器单元。
背景技术：
参考图1，一种类型的扬声器单元1通过信号放大器3来放大由信号源2所再现的音频信号S1，并且基于所获得的音频信号S2从扬声器4输出声音，所述信号源2是外部再现设备，例如小型盘(MD)播放器或调谐器。
例如，如图2所示，锥形(cone)扬声器4具有两端开口的锥形振动膜(diaphragm)10。所述锥形振动膜10的外部开口由通过垫圈13的框架11中所形成的边棱12来支撑，以及其内部开口由被连接到所述框架11的减震器(damper)14来支撑，这样，所述锥形振动膜10可以关于所述框架11来回振动。
具有音圈15的筒形音圈轴16被固定到所述锥形振动膜的内部开口，所述音圈15是绕所述轴缠绕的导线。另外，半球形的头帽(headcap)17被连接，以便覆盖所述锥形振动膜10的内部开口。
用于来回振动所述锥形振动膜10的磁路18被连接到所述框架11的底部。所述磁路18具有彼此固定的盘形磁轭19、环形磁体20和环形板(plate)21，所述盘形磁轭19具有在中央所形成的圆柱极块(column pole piece)19A。
尽管所述磁路18被连接到所述框架11的底部，但是，具有绕其缠绕的音圈15的所述音圈轴16在所述极块19A和所述板21之间的间隙g内没有接触。
另外，在这个扬声器4中，在所述框架11的底部所形成的突出部分11p处提供具有多个连接端的连接器22，以使得例如外部MD或调谐器的再现设备(即，图1的信号源2)可以通过线路经由所述信号放大器3(图1)而被连接到连接端。从所述连接器22的每个连接端拉出一条导线，所述导线与所述音圈15的导线15A导通。
当所述扬声器4接收到来自于所述信号放大器3的音频信号S2时，在所述磁路18的极块19A和板21之间的磁隙g中产生根据基于所述音频信号S2所施加的电流的磁场。因此，当所述锥形振动膜10由于所述磁隙g中的所述音圈15的吸引和排斥而来回振动时，产生了基于所述音频信号S2的音波(例如，参见日本专利申请53-48087)。
发明内容
在图1所示的扬声器单元1中，当根据经由信号放大器3来自于信号源2的音频信号S2的信号电流流入扬声器4的磁路18(图2)中时，通过磁耦合而感应出根据所述信号电流的次级电流，以及在佛莱明(Fleming)左手定则下，根据所述信号电流的驱动力被提供给所述音圈15。
此时，由于所述锥形振动膜10的振动，在所述音圈15(图2)中产生反电动势(electromotive force)，这可以使得根据所述反电动势的电流流入所述信号放大器3(图1)中。在这种情况下，由于来自于所述扬声器4的音圈15的电流，所述信号放大器3可以引起所放大的音频信号S2中的电压失真，这导致基于所述音频信号S2的声音的声音质量恶化。
特别地，所述音频信号S2的电压的放大率或频率的突然改变趋向于引起所述音频信号S2的大的电压失真。
本发明是考虑前面的内容而被设计的，并且打算提供一种设备和方法，用于在有效地防止基于音频信号的声音携带噪声的情况下驱动扬声器。
根据本发明的一个实施例，提供了一种用于通过经由第一放大电路放大输入音频信号并且将所获得到音频信号的电压提供给扬声器来驱动所述扬声器的设备。所述扬声器驱动设备被提供有用于检测失真的失真检测器，由于所述扬声器的负载所产生的反电动势而在音频信号的电压中引起所述失真，以及被提供有用于从所述音频信号的电压中消除由所述失真检测器所检测的失真电压的失真消除器，并且，所述扬声器驱动设备被设计，以便在通过所述第一放大电路执行放大之后，提供所述失真消除器所输出的音频信号给所述扬声器。
因此，所述扬声器驱动设备可以预先防止所述音频信号具有失真，并且不会对所述第一放大电路所放大的音频信号造成由于所述扬声器的负载所产生的反电动势的影响。这意味着所述扬声器驱动设备能够有效地防止基于音频信号的声音携带噪声。
另外，根据本发明的一个实施例，提供了一种扬声器驱动方法，用于通过放大输入音频信号并且然后提供所获得的音频信号的电压给扬声器来驱动所述扬声器。在所述扬声器驱动方法中，检测由于所述扬声器的负载所产生的反电动势而在所述音频信号的电压中引起的失真，从所述音频信号的电压中消除所检测的失真电压，以及不具有所述失真电压的音频信号被放大并被提供给所述扬声器。
因此，根据本扬声器驱动方法，所述音频信号可以被预先防止失真，并且不会对所放大的信号造成由所述扬声器的负载所产生的反电动势的影响。这意味着，所述扬声器驱动方法能够有效地防止基于音频信号的声音携带噪声。
结合附图，根据下面的详细描述，本发明的特性、原理和用途将变得更加明显，其中，相同的部分由相同的参考标记或字符所指示。
在附图中
图1是在相关技术中的扬声器单元的框图；图2是在相关技术中的扬声器单元的内部配置的示意性剖面图；图3是根据本发明的一个实施例的扬声器单元的框图；图4A至4E是解释如何从音频信号中消除电压失真的信号波形图；以及图5是根据另一个实施例的扬声器单元的框图。
具体实施例方式
将会参考附图来描述本发明的优选实施例在图3中，参考标记30示出了根据一个实施例的扬声器单元，其中，相同的参考标记被用于和图1中相对应的部分。除了在信号源2和信号放大器3之间提供用于通过反馈控制来纠正所述信号放大器3的输出电压的失真纠正电路31之外，所述扬声器单元30与前述的扬声器单元1是同样的，其中所述信号源2是例如小型盘(MD)播放器或调谐器的外部再现设备。
所述失真纠正电路31具有参考电压放大器32、误差放大器33、以及减法放大器34，所述误差放大器33是用于误差电压检测的差分放大器，所述减法放大器是用于误差电压减法的差分放大器。所述参考电压放大器32预先被设置，以便具有和所述信号放大器3相同的开环电压增益。所述误差放大器33具有两个输入一个被连接到所述参考电压放大器32的输出；而另一个被连接到所述信号放大器3的输出。
所述减法放大器34具有两个输入一个被连接到所述信号源2；而另一个被连接到所述误差放大器33的输出。在所述减法放大器34的所述一个输出和所述信号源2之间，连接所述参考电压放大器32的输入。
实际上，在所述失真纠正电路中，所述误差放大器33检测来自于所述信号源2并经历所述信号放大器3的放大的音频信号S2的电压和来自于所述信号源2并经历所述参考放大器32的放大的音频信号S3的电压之间的差，并且提供所得到的差别(differential)信号S4给所述减法放大器34的另一个输入。
当所述扬声器4接收到经历所述信号放大器3的放大的音频信号S2时，由于锥形振动膜(未显示)的振动而从音圈15中产生反电动势，并且由此，根据所述反电动势的电流流进所述信号放大器3中。因此，当所述信号放大器3放大来自于所述信号源2的所述音频信号S1(图4A)时，由于所述反电动势而在所得到的音频信号S2的电压中发生失真(图4B)。
由于所述信号放大器3和所述参考电压放大器32具有相同的开环电压增益，因此，从所述误差放大器33输出的差别信号S4的电压是误差电压(图4D)，所述误差电压表示由于从所述音圈15所产生的反电动势而引起的失真，所述差别信号S4是在通过所述信号放大器3所获得的音频信号S2的电压(图4B)和通过所述参考电压放大器32所获得的音频信号S3的电压(图4C)之间的差。
随后，所述减法放大器34提供差别电压给所述信号放大器3的输入，通过将所述误差放大器33所提供的误差电压从所述信号源2所提供的音频信号S1的电压中减去，而获得所述差别电压。即，所述减法放大器34从所述音频信号S2的电压中，消除了由于所述扬声器4的音圈15所产生的反电动势而引起的失真(图4D)。这意味着，当所述信号放大器3放大来自于所述信号源2的音频信号时，其提供纠正了失真的音频信号S2’的电压(图4E)给所述音圈15。
如上所述，在所述扬声器单元30中，所述信号放大器3放大来自于所述信号源2的音频信号S2，并且然后，所述失真纠正电路31通过反馈控制来纠正所述信号放大器3的输出电压中所引起的失真，以及所述扬声器4输出基于所述音频信号S2’的声音。
(2)根据所述实施例的操作和效果通过上面所描述的配置，在所述扬声器单元30中，当所述扬声器4接收到来自于所述信号源2并且经历所述信号放大器3的放大的音频信号S2时，由于所述扬声器中锥形振动膜的振动而从所述音圈15中产生反电动势，因此，根据所述反电动势的电流流进所述信号放大器3中。
此时，所述失真纠正电路31从所述信号放大器3所输出的音频信号S2的电压中检测误差电压，所述误差电压表示由于从所述音圈15中所产生的反电动势而引起的失真，所述失真纠正电路31从所述音频信号S1的电压中减去所述误差电压，并且提供所获得的音频信号给所述信号放大器3。
因此，由于对由于所述音圈15所产生的反电动势而引起的失真，已经通过反馈控制纠正了经历所述信号放大器3的放大的所述音频信号S2’的电压，因此，即使当所述音频信号S2’被提供给所述扬声器4时，也可以预先防止所述音频信号S2’具有失真，并且所述信号不受所述音圈15所产生的反电动势的影响。
如上所述，所述扬声器单元30被提供有在所述信号放大器3的前级的失真纠正电路31。所述失真纠正电路31基于来自于所述信号源2并且经历所述信号放大器3的放大的音频信号S2来检测误差电压，所述误差电压表示由于所述扬声器4的音圈15所产生的反电动势而引起的失真，以及，所述失真纠正电路31从所述原始的音频信号S1的电压中减去所述误差电压。因此，基于经历所述信号放大器3的放大的音频信号S2’的声音不受所述音圈15所产生的反电动势的影响，并且可以有效地防止所述声音携带噪声。
(3)其它实施例上述实施例描述了将本发明应用于图3所示的扬声器单元30中的情况。然而，本发明不限于此，只要扬声器单元输出基于放大的音频信号的声音，则本发明可以广泛地被应用于具有除了锥形扬声器之外的扬声器的扬声器单元。
另外，上述实施例描述了这样的情况，其中，所述扬声器驱动设备具有信号放大器3和图3所示的失真纠正电路31，借助于通过所述信号放大器3(第一放大电路)放大所述输入音频信号S1以及然后提供所获得的音频信号S2的电压给所述扬声器4，所述扬声器驱动设备驱动所述扬声器4。然而，本发明不限于此，只要扬声器驱动设备可以放大音频信号S1并驱动扬声器，则本发明可以广泛地被应用于各种扬声器驱动设备。
另外，上述实施例描述了这样的情况，其中，图3所示的扬声器单元30的失真纠正电路31中的所述参考电压放大器32和所述误差放大器33被用作失真检测器，用于检测由于所述扬声器4的音圈(负载)15所产生的反电动势而在所述音频信号S2的电压中引起的失真。然而，本发明不限于此，并且所述失真检测器还有其它种类的配置。
例如，所述实施例的失真检测器具有参考电压放大器(第二放大电路)32，所述参考电压放大器32具有与所述信号放大器(第一放大电路)3相同的电压增益并且放大所述输入音频信号S1，以及所述失真检测器具有误差放大器(比较电路)33，用于将所述信号放大器(第一放大电路)3所输出的音频信号的电压与被用作参考的所述参考电压放大器(第二放大电路)32的输出电压进行比较。
如上所述，所述失真纠正电路31具有参考电压放大器(第二放大电路)32，所述参考电压放大器具有和所述信号放大器(第一放大电路)3相同的电压增益，以及所述音频信号S1被输入到所述信号放大器(第一放大电路)3和所述参考电压放大器(第二放大电路)32中，并且然后，它们的输出由所述误差放大器(比较电路)33所比较。通过所述技术，与下面的情况相比，可以简化电路配置，在所述情况中，不同地提供电路用于新产生信号，所述信号具有与所述信号放大器(第一放大电路)3所输出的音频信号S2相同的电压。
另外，所述实施例描述了这样的情况，在所述情况中，图3所示的扬声器单元30的失真纠正电路31中的减法放大器34被用作失真消除器，用于从所述音频信号S2的电压中，消除由所述参考电压放大器32和所述误差放大器33(误差检测器)所检测的失真的电压。然而，本发明不限于此，并且可以使用其它种类的失真消除器。
例如，除了在误差纠正电路41中提供减法器42来替代在所述失真纠正电路31中的减法放大器34之外，图5所示的扬声器30与图3所示的扬声器单元30是同样的，在图5中，相同的参考标记被应用于和图3中相对应的部分。
所述失真纠正电路41可以被设计，以使得所述减法器42通过从来自于信号源2的音频信号S1的电压中减去误差放大器33所给出的误差电压(差别信号S4)，从而从音频信号S2的电压中消除由于扬声器4的音圈15所产生的反电动势而引起的失真。
本领域的普通技术人员应当知道，在修改、组合、子组合以及改变都在所附权利要求及其等同物的范围内的情况下，根据设计的需要以及其它因素，可以产生各种修改、组合、子组合以及改变。
权利要求
1.一种用于借助于通过第一放大电路放大输入音频信号并将所获得到音频信号的电压提供给扬声器来驱动所述扬声器的设备，包括失真检测装置，所述失真检测装置检测由于所述扬声器的负载所产生的反电动势而在所述音频信号的电压中引起的失真，以及失真消除装置，所述失真消除装置从所述音频信号的电压中消除由所述失真检测装置所检测的失真电压，其中从所述失真消除装置所输出的音频信号由所述第一放大电路所放大，并且被提供给所述扬声器。
2.根据权利要求1的设备，其中，所述失真检测装置包括第二放大电路，所述第二放大电路具有与所述第一放大电路相同的电压增益，并且放大所述输入音频信号；以及比较电路，用于比较从所述第一放大电路所接收的音频信号的电压和将被用作参考的所述第二放大电路的输出电压。
3.一种用于通过放大输入音频信号并提供所放大的音频信号的电压给扬声器来驱动所述扬声器的方法，包括以下步骤第一步骤，检测由于所述扬声器的负载所产生的反电动势而在所放大的音频信号的电压中引起的失真；第二步骤，从所述输入音频信号的电压中消除所检测的失真电压；以及第三步骤，放大无失真的音频信号，并提供所述信号给所述扬声器。
4.根据权利要求3的方法，其中，所述第一步骤将具有由于所述扬声器的所述负载所产生的反电动势而引起的失真的音频信号的电压与通过以相同电压增益来放大所述音频信号所获得的作为参考的信号电压进行比较。
全文摘要
检测由于扬声器的负载所产生的反电动势而在音频信号的电压中产生的失真，从所述音频信号的电压中消除所检测的失真电压，以及不具有失真电压的音频信号被放大并被提供给所述扬声器。
文档编号H04R3/00GK1735282SQ200510089590
公开日2006年2月15日 申请日期2005年8月4日 优先权日2004年8月4日
发明者串田秀明, 斋藤浩 申请人:索尼株式会社