本发明是有关于一种用于耳机单体(headphonespeaker)的耳机放大器电路(headphoneamplifiercircuit)及其操作方法，且特别是一种考虑到改良耳机放大器电路的输出级为差动输出(differentialoutput)结构，以及使用有上述耳机放大器电路的一种具有usb接口的耳机装置。
背景技术：
对于目前的耳机单体而言，当该耳机单体的接线是耦接到耳机放大器电路时，会因为耳机放大器电路本身的输出级是采用单端(single-ended)输出结构，因此使得耳机单体的左右声道在播放声音时，右声道会些许地听得到左声道的声音，而左声道也会些许地听得到右声道的声音。
举例来说，请参阅图1，图1是熟知单端输出结构的耳机放大器电路的示意图。如图1所示，耳机放大器电路12是制作于一集成电路(integratedcircuit，ic)10中，且集成电路10上包含有至少三个接点hpo_r、hpo_l、gnd_ref，而这三个接点hpo_r、hpo_l、gnd_ref则分别通过接线连接至耳机单体14上的三个不同接点r、l、gnd。另一方面，耳机单体14更包含了一右耳耳机14_r及一左耳耳机14_l。
当耳机单体14与集成电路10相结合，且耳机放大器电路12开始运作时，耳机放大器电路12所产生的左耳音频信号将会经由集成电路10上的接点hpo_l与耳机单体14上的接点l，来传递至左耳耳机14_l中，而耳机放大器电路12所产生的右耳音频信号则会经由集成电路10上的接点hpo_r与耳机单体14上的接点r，来传递至右耳耳机14_r中。
然而，如图1所示，由于左耳耳机14_l与右耳耳机14_r共用同一个参考接地点(referenceground)，因此当在集成电路10由接点hpo_r输出右耳音频信号时，有部分的右耳音频信号会耦合至接点gnd与接点gnd_ref之间的接线，后续这些耦合信号则会传送到左耳耳机14_l中，而造成使用者会由左耳耳机14_l听到右耳音频信号，因此影响到收听的质量。
有鉴于此，如何有效解决上述左右声道相互串音干扰(crosstalk)的问题，并且进而增加左右声道的分离度(isolation)，确为所属领域亟需解决的问题。
技术实现要素：
本发明实施例提供一种用于耳机单体的耳机放大器电路。其中，此耳机单体用来播放一左声道和/或一右声道的声音，且其包含一第一左声道输入接点、一第二左声道输入接点、一第一右声道输入接点、一第二右声道输入接点、一左耳耳机及一右耳耳机。所述耳机放大器电路包括一音频处理电路及至少一相位调整器。音频处理电路用来产生一左耳音频信号及一右耳音频信号。相位调整器则耦接于音频处理电路，并且用来分别对左耳音频信号及右耳音频信号进行相位调整，以产生出与左耳音频信号振幅相同而相位相反的一第一调整信号，以及与右耳音频信号振幅相同而相位相反的一第二调整信号。
本发明实施例另提供一种用于耳机单体的耳机放大器电路的操作方法。其中，此耳机单体用来播放一左声道和/或一右声道的声音，且其包含一第一左声道输入接点、一第二左声道输入接点、一第一右声道输入接点、一第二右声道输入接点、一左耳耳机及一右耳耳机。所述操作方法包括以下步骤。首先，利用一音频处理电路，产生一左耳音频信号及一右耳音频信号。接着，利用至少一相位调整器，来分别对左耳音频信号及右耳音频信号进行相位调整，以产生出与左耳音频信号振幅相同而相位相反的一第一调整信号，以及与右耳音频信号振幅相同而相位相反的一第二调整信号。
本发明实施例另提供一种具通用串行总线(universalserialbus，usb)接口的耳机装置。所述耳机装置包括一usb插头、一usb数字转换器(usbsignaltodigitalaudioconverter)、一数字模拟转换器(digitaltoanalogaudioconverter，dac)、一耳机放大器电路及一耳机单体。usb插头用来与一计算机主机上的usb插座相结合。usb数字转换器则用来通过usb插头接收自于此计算机主机所提供而来的一数字usb信号，并且将此数字usb信号转换成为一音频数字信号。数字模拟转换器则耦接于此usb数字转换器，并用来将此音频数字信号转换成为一音频模拟信号。耳机放大器电路，耦接于该数字模拟转换器，并且用来产生出一左耳音频信号、一右耳音频信号、一第一调整信号及一第二调整信号。耳机单体，耦接于该耳机放大器电路，并且用来播放一左声道和/或一右声道的声音。其中，耳机单体包含了一第一左声道输入接点、一第二左声道输入接点、一第一右声道输入接点、一第二右声道输入接点、一左耳耳机及一右耳耳机，且耳机放大器电路包括一音频处理电路及至少一相位调整器。音频处理电路，用来根据此音频数字信号，以产生出左耳音频信号及右耳音频信号。相位调整器则用来分别对左耳音频信号及右耳音频信号进行相位调整，以产生出与左耳音频信号振幅相同而相位相反的第一调整信号，以及与右耳音频信号振幅相同而相位相反的第二调整信号。
优选的，所述耳机放大器电路是设置于一集成电路中，且此集成电路上包含一第一左声道输出接点、一第二左声道输出接点、一第一右声道输出接点以及一第二右声道输出接点，以用来分别与此耳机单体上的第一左声道输入接点、第二左声道输入接点、第一右声道输入接点以及第二右声道输入接点相连接。
优选的，当此耳机单体用来播放左声道的声音时，音频处理电路所产生的左耳音频信号将会经由此集成电路上的第一左声道输出接点与此耳机单体上的第一左声道输入接点，来传递至左耳耳机中；同时，相位调整器所产生出的与左耳音频信号振幅相同而相位相反的第一调整信号，则会经由此集成电路上的第二左声道输出接点与此耳机单体上的第二左声道输入接点，来传递至左耳耳机中。
优选的，当此耳机单体用来播放右声道的声音时，音频处理电路所产生的右耳音频信号将会经由此集成电路上的第一右声道输出接点与此耳机单体上的第一右声道输入接点，来传递至右耳耳机中；同时，相位调整器所产生出的与右耳音频信号振幅相同而相位相反的第二调整信号，则会经由此集成电路上的第二右声道输出接点与此耳机单体上的第二右声道输入接点，来传递至右耳耳机中。
综上所述，本发明实施例所提供的用于耳机单体的耳机放大器电路及其操作方法，以及使用其的具有usb接口的耳机装置，可以是藉由改良耳机放大器电路的输出级为差动输出结构，以有效解决左右声道相互串音干扰的问题，并且进而增加左右声道的分离度，使得音讯内容中所蕴含的空间感及距离感能有更具体的呈现。除此之外，透过上述操作，本发明实施例所提供的用于耳机单体的耳机放大器电路及其操作方法、以及使用其的具有usb接口的耳机装置，也将可以同时解决现有技术中输出信号振幅不足以及辐射干扰的问题。
为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，但是此等说明与所附图式仅是用来说明本发明，而非对本发明的权利范围作任何的限制。
附图说明
图1是已知单端输出结构的耳机放大器电路的示意图。
图2是本发明实施例所提供的用于耳机单体的耳机放大器电路的电路示意图。
图3是图2的耳机放大器电路所对于消除辐射干扰的示意图。
图4是本发明实施例所提供的用于耳机单体的耳机放大器电路的操作方法的流程示意图。
图5是本发明实施例所提供的具有usb接口的耳机装置的功能方块示意图。
符号说明
10、20、20’：集成电路
12、22、22’：耳机放大器电路
220、220’：音频处理电路
222、222’：相位调整器
hpo_r、hpo_l、gnd_ref、r、l、gnd、hpo_l1、hpo_l2、hpo_r1、hpo_r2、l1、l2、r1、r2、hpo_l1’、hpo_l2’、hpo_r1’、hpo_r2’、l1’、l2’、r1’、r2’：接点
14、24、24’：耳机单体
14_r、24_r、24’_r：右耳耳机
14_l、24_l、24’_l：左耳耳机
sl、sl’：左耳音频信号
sr、sr’：右耳音频信号
sa1、sa1’：第一调整信号
sa2、sa2’：第二调整信号
s401～s407：流程步骤
5：耳机装置
52：usb插头
54：usb数字转换器
56：数字模拟转换器
susb：数字usb信号
sd：音频数字信号
sa：音频模拟信号
具体实施方式
在下文中，将藉由图式说明本发明的各种实施例来详细描述本发明。然而，本发明概念可能以许多不同形式来体现，且不应解释为限于本文中所阐述的例示性实施例。此外，在图式中相同参考数字可用以表示类似的组件。
首先，请参阅图2，图2是本发明实施例所提供的用于耳机单体的耳机放大器电路的电路示意图。所述耳机放大器电路22主要包括一音频处理电路220及至少一相位调整器222。其中，上述各组件可以是透过纯硬件电路来实现，或者是透过硬件电路搭配固件或软件来实现。总而言之，本发明并不限制耳机放大器电路22的具体实现方式。除此之外，上述音频处理电路220及相位调整器222可以是整合或是分开设置，且本发明亦不以此为限制。
进一步来说，音频处理电路220是用来产生一左耳音频信号sl以及一右耳音频信号sr，而相位调整器222则是耦接于音频处理电路220，并且用来分别对左耳音频信号sl及右耳音频信号sr进行相位调整，以产生出与左耳音频信号sl振幅相同而相位相反的一第一调整信号sa1，以及与右耳音频信号sr振幅相同而相位相反的一第二调整信号sa2。
然而，由于耳机放大器电路22的运作原理为本技术领域中具有通常知识者所习知，因此有关于音频处理电路220及相位调整器222的详细内容于此便不多加赘述。值得注意的是，本发明并不限制音频处理电路220所产生出左耳音频信号sl及右耳音频信号sr的具体实现方式，故本技术领域中具有通常知识者应可依据实际需求或应用来进行设计。
如同前面内容所述，耳机放大器电路22可制作于一集成电路20中。因此，在本实施例中，集成电路20上便主要包含有四个接点hpo_l1、hpo_l2、hpo_r1、hpo_r2。另外，耳机单体24上可同样包含有四个接点l1、l2、r1、r2，而集成电路20上的这四个接点hpo_l1、hpo_l2、hpo_r1、hpo_r2则分别通过接线连接到耳机单体24上的这四个接点l1、l2、r1、r2。需要说明的是，本发明并不限制耳机单体24与集成电路20相连接时的具体实现方式，故本技术领域中具有通常知识者应可依据实际需求或应用来进行设计。
于实务中，集成电路20上的这四个接点hpo_l1、hpo_l2、hpo_r1、hpo_r2可先分别通过接线来连接到一音效插座(未绘示)上的四个不同端点。另一方面，耳机单体24则可包含有一音效插头(未绘示)，且该音效插头上便设置有接点l1、l2、r1及r2。因此，当耳机单体24的音效插头插入至音效插座时，也就可以指的是将耳机单体24与集成电路20相结合。同理，耳机单体24可用来播放一左声道和/或一右声道的声音，因此耳机单体24包含了一右耳耳机24_r及一左耳耳机24_l。
于是，在耳机放大器电路22有进行放音动作的情况下，当耳机单体24用来播放左声道的声音时，音频处理电路220所产生的左耳音频信号sl将会经由集成电路20上的接点hpo_l1与耳机单体24上的接点l1，来传递至左耳耳机24_l中；同时，相位调整器222所产生出的与左耳音频信号sl振幅相同而相位相反的第一调整信号sa1，则会经由集成电路20上的接点hpo_l2与耳机单体24上的接点l2，来传递至左耳耳机24_l中。
另一方面，当耳机单体24用来播放右声道的声音时，音频处理电路220所产生的右耳音频信号sr将会经由集成电路20上的接点hpo_r1与耳机单体24上的接点r1，来传递至右耳耳机24_r中；同时，相位调整器222所产生出的与右耳音频信号sr振幅相同而相位相反的第二调整信号sa2，则会经由集成电路20上的接点hpo_r2与耳机单体24上的接点r2，来传递至右耳耳机24_r中。
显然地，有别于图1中的左右声道是利用一根信号传输线搭配一根接地线的传统作法，而本发明实施例中的左右声道则是同时利用两根接线(亦即，接点hpo_l1至接点l1间的接线与接点hpo_l2至接点l2间的接线，或接点hpo_r1至接点r1间的接线与接点hpo_r2至接点r2间的接线)来都传输信号，且这两根接线所传输的信号(亦即，左耳音频信号sl与第一调整信号sa1，或右耳音频信号sr与第二调整信号sa2)则是彼此振幅相同，但相位相反。换言之，这两根接线所传输的信号就可视作为一差动信号。
对此，从图2中可知，即便是只有在播放单一声道(例如，左声道或右声道)的声音情况下，由于左耳耳机24_l与右耳耳机24_r并不共享同一个参考接地点的缘故，因此左耳的音讯内容或右耳的音讯内容，也就不会耦合到其他的传输在线。根据以上内容的教示，本技术领域中具有通常知识者应可理解到，本发明的耳机放大器电路22主要精神之一便是在于，改良其输出级为差动输出结构，以有效解决左右声道相互串音干扰的问题，并且进而增加左右声道的分离度，使得音讯内容中所蕴含的空间感及距离感能有更具体的呈现。
另一方面，透过上述操作，本技术领域中具有通常知识者亦可理解到，由于耳机放大器电路22的输出级改良为差动输出结构，因此本发明的耳机放大器电路22也将可同时解决现有技术中输出信号振幅(亦即，音量)不足的问题。具体来说，一般的单端输出结构都会有输出信号振幅(outputswing)的限制。因此，若以低功耗的耳机放大器电路为例，图1中的耳机放大器电路12所能输出的信号振幅，最大约可为1vrms，而用这样的信号振幅要来推动高阻抗的耳机(例如，600ohm)，将很容易会面临到瓦数不足的问题。
换句话说，输出信号振幅不足的问题，更会连带地影响到所搭配耳机的阻抗限制。然而，如图2所示，由于耳机放大器电路22的输出级改良为差动输出结构，因此本发明的耳机放大器电路22所能输出的信号振幅，便相对可多增加一倍(例如，1vrms变成2vrms)。如此一来，本发明的耳机放大器电路22更能容易推动高阻抗的耳机，并藉以增加所搭配耳机的阻抗范围。
另一方面，由于每一信号传输线可类似于一条天线，因此容易引发天线效应而受到辐射干扰(radiointerference)的影响。但，请一并参阅到图3，图3是图2的耳机放大器电路所对于消除辐射干扰的示意图。根据差动输出的技术可知，此辐射干扰一般会是等值且同时地被加载到两根信号传输在线(例如，接点hpo_l1至接点l1间的接线与接点hpo_l2至接点l2间的接线)，而其差值则为0。因此，本发明的耳机放大器电路22将可亦有效地消除辐射干扰的影响，并藉此改善音讯内容的清晰度。
接着，为了更进一步说明关于耳机放大器电路22的运作流程，本发明进一步提供其操作方法的一种实施方式。请参阅图4，图4是本发明实施例所提供的用于耳机单体的耳机放大器电路的操作方法的流程示意图。本例所述的操作方法可以在图2所示的耳机放大器电路22中执行，因此请一并照图2至图4以利理解。另外，详细步骤流程如前述实施例所述，于此仅作概述而不再多加冗述。
首先，在步骤s401中，利用一音频处理电路，产生一左耳音频信号及一右耳音频信号。其次，在步骤s403中，利用至少一相位调整器，来分别对左耳音频信号及右耳音频信号进行相位调整，以产生出与左耳音频信号振幅相同而相位相反的一第一调整信号，以及与右耳音频信号振幅相同而相位相反的一第二调整信号。
接着，在步骤s405中，当耳机单体用来播放左声道的声音时，利用集成电路上的第一左声道输出接点(例如，图2中的接点hpo_l1)与耳机单体上的第一左声道输入接点(例如，图2中的接点l1)，来将音频处理电路所产生的左耳音频信号传递至左耳耳机中；同时，利用集成电路上的第二左声道输出接点(例如，图2中的接点hpo_l2)与耳机单体上的第二左声道输入接点(例如，图2中的接点l2)，来将相位调整器所产生出的第一调整信号传递至左耳耳机中。
另外，在步骤s407中，当耳机单体用来播放右声道的声音时，利用集成电路上的第一右声道输出接点(例如，图2中的接点hpo_r1)与耳机单体上的第一右声道输入接点(例如，图2中的接点r1)，来将音频处理电路所产生的右耳音频信号传递至右耳耳机中；同时，利用集成电路上的第二右声道输出接点(例如，图2中的接点hpo_r2)与耳机单体上的第二右声道输入接点(例如，图2中的接点r2)，来将相位调整器所产生出的第二调整信号传递至右耳耳机中。
应当理解的是，步骤s405及步骤s407则为并行执行且未冲突的步骤。另外，值得注意的是，本发明亦不限制集成电路上的这四个接点与耳机单体上的这四个接点所连接时的具体实现方式，故本技术领域中具有通常知识者应可依据实际需求或应用来进行设计。
另一方面，近年来，具有usb接口的耳机装置正逐渐崛起，尤其以新的type-c规格更拥有许多创新的功能。因此，本发明的目的之一也在于，提供出一种使用有上述耳机放大器电路的具有usb接口的耳机装置。请参阅图5，图5是本发明实施例所提供的具有usb接口的耳机装置的功能方块示意图。其中，图5中部分与图2相同或相似的组件以相同或相似的图号标示，故于此便不再多加详细其细节。
如图5所示，耳机装置5主要包括一usb插头52、一usb数字转换器54、一数字模拟转换器56、耳机放大器电路22及耳机单体24。其中，上述usb数字转换器54、数字模拟转换器56及耳机放大器电路22可以是整合或是分开设置，且本发明并不以此为限制。usb插头52用来与一计算机主机(未绘示)上的usb插座相结合，而usb数字转换器54则用来通过usb插头52接收自于该计算机主机所提供而来的一数字usb信号susb，并且将该数字usb信号susb转换成为一音频数字信号sd。接着，数字模拟转换器56则耦接于usb数字转换器54，并且用来将该音频数字信号sd转换成为一音频模拟信号sa。
另外，耳机放大器电路22’耦接于数字模拟转换器54，并且用来产生左耳音频信号sl’、右耳音频信号sr’、第一调整信号sa1’以及第二调整信号sa2’。最后，耳机单体24’则耦接于耳机放大器电路22’，并且用来播放一左声道和/或一右声道的声音。其中，图5中的耳机放大器电路22’，便类似于图2中的耳机放大器电路22，且图5中的耳机单体24’，则类似于图2中的耳机单体24。因此，图5中的耳机放大器电路22’同样包括有一音频处理电路220’及至少一相位调整器222’，而图5中的耳机单体24’则同样包含有一右耳耳机24’_r及一左耳耳机24’_l。
然而，由于usb数字转换器54及数字模拟转换器56的运作原理为本技术领域中具有通常知识者所熟知，因此有关于其详细内容于此就不多加赘述。需要说明的是，在本实施例中，上述所谓的“具有usb接口”，也可以指的是usb插头52符合type-c规格，但本发明并不以此为限制。换言之，本发明并不限制usb插头52的具体实现方式。除此之外，如同前面内容所述，在本实施例中，usb数字转换器54、数字模拟转换器56及耳机放大器电路22是可以整合设置，因此usb数字转换器54及数字模拟转换器56，也可以是与耳机放大器电路22’共同地制作于同一集成电路20’中，但本发明亦不以此为限制。
于是，显然地，图5中的集成电路20’上亦主要包含有四个接点hpo_l1’、hpo_l2’、hpo_r1’、hpo_r2’。另外，图5中的耳机单体24’上则包含有四个接点l1’、l2’、r1’、r2’，而集成电路20’上的这四个接点hpo_l1’、hpo_l2’、hpo_r1’、hpo_r2’可分别通过接线连接到耳机单体24’上的这四个接点l1’、l2’、r1’、r2’。需要再次说明的是，本发明亦不限制集成电路20’上的这四个接点hpo_l1’、hpo_l2’、hpo_r1’、hpo_r2’与耳机单体24’上的这四个接点l1’、l2’、r1’、r2’所连接时的具体实现方式，故本技术领域中具有通常知识者应可依据实际需求或应用来进行设计。
因此，根据以上内容的教示，本技术领域中具有通常知识者应可理解到，图5中的音频处理电路220’则会是用来根据该音频模拟信号sa，以产生出左耳音频信号sl’及右耳音频信号sr’。另外，图5中的相位调整器222’则同样用来分别对左耳音频信号sl’及右耳音频信号sr’进行相位调整，以产生出与左耳音频信号sl’振幅相同而相位相反的第一调整信号sa1’，以及与右耳音频信号sr’振幅相同而相位相反的第二调整信号sa2’。
值得注意的是，数字模拟转换器56所产生的音频模拟信号sa，即可例如为一多声道的音频模拟信号sa。换言之，该音频模拟信号sa中包含了左声道的音频模拟信号，以及右声道的音频模拟信号。因此，上述音频处理电路220’所执行的操作，则可视作为预先对左声道/右声道的音频模拟信号进行调整(例如，进行增益的调整)，以产生出合适的左耳音频信号sl’及右耳音频信号sr’。总而言之，本发明亦不限制音频处理电路220’所根据该音频数字信号sa而产生出左耳音频信号sl’及右耳音频信号sr’的具体实现方式，故本技术领域中具有通常知识者应可依据实际需求或应用来进行设计。
因此，当耳机单体24’用来播放左声道的声音时，音频处理电路220’所产生的左耳音频信号sl’将会经由集成电路20’上的接点hpo_l1’与耳机单体24’上的接点l1’，来传递至左耳耳机24’_l中；同时，相位调整器222’所产生出的与左耳音频信号sl’振幅相同而相位相反的第一调整信号sa1’，则会经由集成电路20’上的接点hpo_l2’与耳机单体24’上的接点l2’，来传递至左耳耳机24’_l中。
另外，当耳机单体24’用来播放右声道的声音时，音频处理电路220’所产生的右耳音频信号sr’将会经由集成电路20’上的接点hpo_r1’与耳机单体24’上的接点r1’，来传递至右耳耳机24’_r中；同时，相位调整器222’所产生出的与右耳音频信号sr’振幅相同而相位相反的第二调整信号sa2’，则会经由集成电路20’上的接点hpo_r2’与耳机单体24’上的接点r2’，来传递至右耳耳机24’_r中。
然而，由于数字模拟转换器56及耳机放大器电路22也可以是整合设置。因此，根据以上内容的教示，本技术领域中具有通常知识者应可理解到，在其它一些实施方式中，图5的相位调整器222’也可以是直接地实现于数字模拟转换器56之中。如此一来，数字模拟转换器56所产生的音频模拟信号sa，即可包含为左声道/右声道的二个音频模拟信号，以及与左声道/右声道的这二个音频模拟信号振幅相同而相位相反的另二个音频模拟信号。类似地，音频处理电路220’所执行的操作，则可视作为预先对上述这四个音频模拟信号进行增益调整，以产生出左耳音频信号sl’、右耳音频信号sr’、第一调整信号sa1’及第二调整信号sa2’。总而言之，上述耳机装置5所采用的实现方式在此仅只是举例，其并非用以限制本发明，故本技术领域中具有通常知识者应可依据实际需求或应用来进行相关设计。
综上所述，本发明实施例所提供的用于耳机单体的耳机放大器电路及其操作方法，以及使用其的具有usb接口的耳机装置，可以是藉由改良耳机放大器电路的输出级为差动输出结构，以有效解决左右声道相互串音干扰的问题，并且进而增加左右声道的分离度，使得音讯内容中所蕴含的空间感及距离感能有更具体的呈现。除此之外，透过上述操作，本发明实施例所提供的用于耳机单体的耳机放大器电路及其操作方法、以及使用其的具有usb接口的耳机装置，也将可以同时解决现有技术中输出信号振幅不足以及辐射干扰的问题。
以上所述仅为本发明的实施例，其并非用以局限本发明的专利范围。