CN100592824C - 一种能够消除扬声器热效应的系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种能够消除扬声器热效应的系统，其包括：一功率放大器，具有正输入端、反输入端和一输出端；一动圈式扬声器，其一端连接到所述的功率放大器的输出端，另一端连接到所述的功率放大器的反输入端；一个等化补偿电路，包括一个电阻、一个电容、一个电感，串联后和所述的扬声器并联；一个音圈阻抗修正电路，包括一个电阻和电容，串联后和所述的扬声器并联；一个负反馈电阻，其一端接到所述的功率放大器的反输入端，另一端接地。其优点为：在扬声器系统中通过增加等化补偿电路、音圈阻抗修正电路和负反馈电阻，从而消除扬声器系统的热效应。还提供了形成理想的整个频率响应的系统，并且改进了扬声器声音的再现。

Description

一种能够消除扬声器热效应的系统

技术领域

本发明涉及一种主动式扬声器系统，特别是涉及一种能够消除扬声器热效应的系统。

背景技术

在传统的被动式扬声器系统里包括一个或更多的动圈式扬声器和分频网络，当电子功率放大器推动扬声器音圈的时候，音圈会产生热量并且音圈阻抗相应的增加，输出功率越大，则音圈产生的热量越多，阻抗增加就越多。扬声器通常连接到输出阻抗很低的电压源的功率放大器上。如果音圈在受热的时候不会改变阻抗，则输出声压和功率放大器的输入电压成比例，而且电子功率放大器输出到扬声器上的功率以及扬声器产生的声功率都和输入电压的平方成正比。但是当音圈阻抗增加时，电子功率放大器输出到扬声器上的功率就比输入电压的平方增长的少，扬声器在大功率时产生的声功率也比输入电压的平方增长的少，这种影响就被称为动圈式扬声器的热效应。从以上可以看出热效应导致了扬声器的动态范围受到了限制。

图1为由普通的放大器如电压放大器驱动扬声器时扬声器的声压(P)103与输入电压(Vin)104的函数关系。直线101表示在没有声音线圈发热时的扬声器的声压，曲线102表示实际的扬声器的声压。

一个扬声器系统通常包括几个扬声器单体，扬声器通过被动分频网络与外接的放大器连接。这些分频网络实际上就是与频率相关的电压分配器并加载在扬声器的阻抗上，形成理想的扬声器的总频率响应。由于动圈扬声器的阻抗与音圈电阻间成函数关系，而音圈阻抗又与输入功率成函数关系，因此整个扬声器的频率响应在高功率时会失真。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够消除扬声器热效应的系统，以消除扬声器在高功率时的失真现象。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：

一种能够消除扬声器热效应的系统，其包括：

一功率放大器，具有正输入端、反输入端和一输出端；

一动圈式扬声器，其一端连接到所述的功率放大器的输出端，另一端连接到所述的功率放大器的反输入端；

一个等化补偿电路，其包括一个电阻、一个电容、一个电感，串联后和所述的扬声器并联；

一个音圈阻抗修正电路，其包括一个电阻和电容，串联后和上面所述的扬声器并联；

一个负反馈电阻，其一端接到所述的功率放大器的反输入端，另一端接地。

上述扬声器、电阻、等化补偿电路和音圈修正电路组成了放大器的负反馈线路。这种配置下的放大器形成了扬声器、等化电路和补偿电路的电流源。

与现有技术相比，本发明的优点在于：在扬声器系统中通过增加等化补偿电路、音圈阻抗修正电路和负反馈电阻，能够消除扬声器系统的热效应。此外，本发明还提供了一种形成理想的整个频率响应的系统，并且改进了扬声器声音的再现。

附图说明

图1为用传统的功率放大器如电压驱动扬声器时声压与输入电压的函数图；

图2为用本发明驱动扬声器时声压与输入电压的函数图；

图3为单声道扬声器的典型的阻抗曲线，由传统的放大器驱动时的频率响应曲线和由电流源驱动时的频率响应曲线；

图4为单声道扬声器的本发明的优先实施例的电路图；

图5为多声道扬声器的本发明的优先实施例的电路图；

图6为由传统的放大器驱动的频率响应曲线和用现有电流源放大器驱动的频率响应曲线，多个动圈扬声器和分频电路的多声道扬声器的负载曲线。

具体实施方式

以下根据本发明的各个方面，结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。尽管本发明采用这些图形和例子来进行说明，但其并不是将本发明限制到这些公开的实施例中。相反，其目的是要覆盖由所述的权利要求所确定的本发明的实质和保护范围的所有变化、改进和等同替换。

当加上功率时，动圈扬声器的音圈发热，音圈的阻抗也相应的增加。所加的功率越大，则增加的阻值越大。扬声器由具有较低的输出阻抗的放大器驱动，因此其采用电压驱动。

如果发热时，音圈没有改变阻值，声压值会与放大器输出电压成正比，并且应用到扬声器的电功率和由此产生的实际功率与放大器的输入电压的平方值成正比。但是，随着音圈阻抗增加，加到扬声器上的电功率其增加值却低于放大器的输入电压的平方值，而且在较高功率时，声压的增加也低于输入电压平方值的增加。这种效应叫做动圈扬声器的热效应，热效应导致了上述的动态变化范围的受限。

图1为由普通的放大器如电压放大器驱动扬声器时扬声器的声压(P)103与输入电压(Vin)104的函数关系。直线101表示在没有声音线圈发热时的扬声器的声压，曲线102表示实际的扬声器的声压。从频率105向右处为热效应区域。

实际上在不同的声压时热效应的差异很小。

本发明给出了一种能够消除扬声器热效应的系统。

如果扬声器不是由传统的低输出阻抗的放大器如电压源驱动，而是由比扬声器的阻抗高出许多的放大器如电流源来驱动，这样的放大器的输出电流只是由输入电压Vin460决定而和负荷阻抗无关。因此输出电流和音圈温度无关。如果音圈温度上升，并且阻抗上升，即使Vin是固定的，应用到声音线圈的电流也会上升。这个效应叫热效应。

图2为由电流源功率放大器驱动扬声器时扬声器(P)103的声压与输入电压(Vin)104的函数关系。直线201表示在没有音圈发热时的扬声器的声压，曲线202表示实际的扬声器的声压。图中从频率105向右处为热效应区域。

图3为单路扬声器的典型阻抗曲线301，及其由普通的放大器驱动时的频率响应曲线302，由传统电压放大器驱动时的频率响应曲线303。阻抗曲线在扬声器单体共振时有一个峰值，并且在频率高于305时有由音圈感应而引起的上升。频率响应在较低的频率304和较高的截止频率306间成线性。

如果扬声器由现有电流源放大器来驱动，则其响应曲线在接近驱动器共振频率处有一峰值，并且从频率305到最大频率307间升高，因此其响应曲线303有一与负荷曲线301相似的形状。为了达到曲线平衡，建议采用下面所述的特殊电路。

图4为本发明的单路扬声器的优先实施例。扬声器405一端406连接放大器401的输出端404，另一端407连接放大器401的反输入端403和电阻408。电阻408的另一端接地409。扬声器405和电阻408组成了放大器401的负反馈电路，同时也作为放大器的负荷。

输入电压Vin460作用于放大器401的正输入端402。在这种结构下，放大器401形成了扬声器405的电流源。电流源放大器消除了热效应，但扬声器频率响应曲线303与负载曲线301的形状相似，这也是不能接受的。

为得到理想的频率响应的形状，在扬声器中并联二种电路：一等化补偿电路410，包括一电阻413、一电容412和一线圈411，这些电器元件串联；一音圈补偿电路420，包括一电阻421和一电容422串联。电路410和420也与扬声器405和电阻409一起形成放大器401的负反馈电路。

由于电路410的中心频率和Q值分别与扬声器的共振频率和Q值相等，因此电路410减少了在扬声器405共振频率304处的放大器401的整个阻抗值，并且消除了该频率附近的峰值。如有必要，电路410的Q值可以通过改变电容值和感应系数而变化，因此可以获得接近频率304处的频率响应的峰值或补偿值。

电路420补偿由扬声器单体音圈自感应引起的阻抗的增加和频率高于305处的相应的频率响应的升高。

如果在高频时扬声器响应有一个复制，则可以通过声音线圈阻抗的不完全补偿或不使用电路420来补偿。即使这样，所述的较佳实施例仍具有消除扬声器的热效应的性质。

如果扬声器频率响应有其自己的峰值而与阻抗无关，几个象电路410的补偿电路可与扬声器并联，这些电路的中心频率和Q值与这些峰值的中心频率和Q值相对应。

因为输出电流Iout470的一部分分流到了电路410和420，因此就会出现阻抗峰值的补偿。整个电流输出Iout470与放大器的输入电压Vin460成正比，并且其阻抗和扬声器405和电路410和420的总阻抗无关。

图5为本发明的第二个较佳实施例，采用多路扬声器。一个三路扬声器550包括动圈扬声器551、552和553，以及分频电路554、555和556，见图中。每个扬声器产生自己的频宽。

扬声器550的一端557连接放大器501的输出端504，另一端558连接到放大器501的反输入端503和电阻508，电阻508的另一端接地509。

每一个分频电路与其自己的扬声器单体连接：电路554与扬声器551相连，电路555与扬声器552相连，电路556与扬声器553相连。扬声器的第二端与扬声器550的接入端558相连。

等化补偿电路510、等化补偿电路520、等化补偿电路530和音圈补偿电路540与扬声器550的557端和558端并联。

图6显示了多路扬声器550的阻抗曲线601，在传统的放大器驱动下的频率相应曲线603，及在大输出阻抗的放大器(例如电流)的驱动下的频率响应曲线602。这种频率响应也可在没有电路510、520、530、540下取得。图5中的系统的实际总响应频率曲线像曲线603。阻抗曲线601有三个峰点：低音扬声器553共振频率605，低音与中音分频点606，中音与高音分频点607，频率高于608时由声音线圈感应引起的上升。频率响应曲线602有三个在频率605、606和607处的与阻抗曲线相对应的三个峰值。

电路510有一中心频率，其中心频率与频率605相等，电路520有一中心频率，其中心频率与频率606相等，以及电路530有一中心频率，其中心频率与频率607相等。在频率高于305处，电路540补偿由于扬声器音圈自感应引起的阻抗升高和相应的频率响应的升高。

如果扬声器或单一扬声器的频率响应在某个频率处有一个峰值，它可以由一个象电路510、电路520和电路530这样的中心频率等于该频率的等化补偿电路所补偿，因此该系统中可以包括无数个补偿电路。

尽管本发明的能够模仿的实施例已经在上面列出和详细说明，但很显然，那些掌握现有技术的人对本发明可作某些改变、改进或替换，但这些变化均未脱离本发明的实质。例如，可以采用多路扬声器，而本发明上述描述中所说的为三路；可以有二个或更多的驱动器，也可有许多不同的被动式补偿电路(例如串联分频补偿电路)。扬声器也可使用不同盒体(如封闭的和弯曲的)。所有这些变化、改进和替换均应该被看作落在本发明的范围内。

Claims (3)

1、一种能够消除扬声器热效应的系统，其特征在于：其包括：

一功率放大器，具有正输入端、反输入端和一输出端；

一动圈式扬声器，其一端连接到所述的功率放大器的输出端，另一端连接到所述的功率放大器的反输入端；

一个等化补偿电路，其包括一个电阻、一个电容、一个电感，串联后和所述的扬声器并联；

一个音圈阻抗修正电路，其包括一个电阻和电容，串联后和所述的扬声器并联；

一个负反馈电阻，其一端接到所述的功率放大器的反输入端，另一端接地。

2、如权利要求1所述的能够消除扬声器热效应的系统，其特征在于：至少包括2个动圈式扬声器和2个分频网络，所述的每一个扬声器的一端接到分频网络的一端，另一端接到所述的功率放大器的反输入端。

3、如权利要求2所述的能够消除扬声器热效应的系统，其特征在于：至少包括二个等化补偿电路，所述的每个等化补偿电路其共振频率等于所述的动圈式扬声器的阻抗峰或频率响应峰对应的频率。

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