CN101390441A

CN101390441A - 音频电路

Info

Publication number: CN101390441A
Application number: CNA2007800064162A
Authority: CN
Inventors: 黑田淳; 村田行雄; 森右京; 细川知志
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2006-03-22
Filing date: 2007-03-14
Publication date: 2009-03-18
Also published as: EP1998592A1; WO2007119362A1; US8081779B2; JPWO2007119362A1; JP5083208B2; EP1998592A4; CN103533485A; US20100226513A1

Abstract

本发明的目的在于提供一种能够抑制高音的音质恶化并防止在电容式扬声器及其驱动放大器中流经过大电流的音频电路。在用于驱动电容式扬声器的音频电路中，包括：加权电路，与音频信号的频率分量对应地进行加权；以及信号电压限制压缩电路，在加权后的信号超过预先设定的阈值电压时，根据加权电路的输出信号与阈值电压的电压差，以规定的压缩比率对输入到驱动放大器的信号或者从驱动放大器输出的信号进行压缩。并且，在用于驱动电容式扬声器的音频电路中，使电容式扬声器中再现的信号中的规定频率以下的信号分量原样地通过，并以规定的压缩比率对规定频率以上的信号分量的振幅进行压缩。

Description

音频电路

技术领域

本发明涉及用于驱动利用了压电变换机构或静电变换机构的电容式扬声器的音频电路。

背景技术

众所周知，利用了压电变换机构或静电变换机构的电容式扬声器，例如压电扬声器、电容扬声器、以及使用压电致动器的平板扬声器等的电导或电纳会随着输入信号的频率升高而增大。图11示出了电容性扬声器的电导及电纳的频率特性的例子。此外，图11的曲线1示出了电容式扬声器的电导特性，图11的曲线2示出了电容式扬声器的电纳特性。

因此，在用于驱动电容式扬声器的音频电路中，在与再现的声音或乐曲对应的信号(以下，称为音频信号)频带内，需要对频率高的信号分量(以下称为高频分量)提供大电流。因此，存在用于驱动电容式扬声器的音频电路、具备该音频电路以及电容式扬声器的电容式扬声器系统、或者具备该电容式扬声器系统的电子装置的消耗功率将增大的问题。并且，通过基于含有大量高频分量的音频信号来驱动电容式扬声器，会导致驱动放大器效率低下或被损坏。

因此，在以往的音频电路中，通过在驱动电容式扬声器的驱动放大器或者驱动放大器的输入侧安置使用电容、电阻、绕组等无源元件或晶体管等有源元件来构成的低通滤波器或带通滤波器，对电容式扬声器的高频分量的输入进行衰减。

图12是示出了以往的音频电路的结构的框图。

如图12所示，在以往的音频电路中，包括：信号发生源3，从记录介质等中读出音频信号；作为各种音响效果处理电路的DSP(Digital SignalProcessor，数字信号处理器)4，针对从信号发生源3输出的音频信号进行处理，作为解调电路或译码电路以及将补偿(equalizer)或音频信号压缩到规定电平以内的限幅器等来进行工作D/A转换器(D/A converter)，将数字信号的DSP 4的输出信号转换为模拟信号；第一滤波器6，对从D/A转换器5输出的音频信号的高频分量进行衰减；驱动放大器(Amplifier)7，包括前置放大器等，用于根据第一滤波器6的输出信号来驱动电容式扬声器；第二滤波器8，用于衰减从驱动放大器7输出的信号的高频分量或者屏蔽高频噪声；以及电容式扬声器9，根据从第二滤波器8提供的信号来再现声音或乐曲。第一滤波器6以及第二扬声器8使用了低通滤波器或者带通滤波器。

此外，例如，在专利文献1、专利文献2中记载了用于驱动电容式扬声器(压电扬声器)的电路。

专利文献1：日本专利文献特开昭59-146296号公报；

专利文献2：日本专利文献特开2002-369290号公报。

发明内容

本说明书中引用了上述专利文献的记载内容。以下是对本发明涉及的以往技术的分析。

在上述以往的音频电路中，在确定针对设置在驱动放大器的输入侧的低通滤波器或带通滤波器(第一滤波器)的截止频率或高频分量的衰减量时，将输入音频单音(audio tone)的情况设为最差条件。

但是，在设为上述条件时，针对通常的音频信号来说，会对低通滤波器或带通滤波器的衰减量或者截止频率产生过大的作用，从而妨碍忠实地进行高音再现。

例如，根据电容式扬声器及其驱动放大器的规格，在输入信号的最大允许值具有图13的10所示的频率特性时，第一滤波器6将截止频率设在1kHz，并需要进行设计以使得对于音频单音信号来说在10kHz时具有-12dB的衰减量。此外，图13的纵轴以对音频信号的电压进行了标准化的电压值来表示(以下，标准化的电压值以dB为单位)。

另一方面，音频信号通过图12所示的DSP具有的限幅功能等被限制，如图14的曲线11所示，使得最大振幅值以标准化的电压值表示在0dB以下。并且，如图15的曲线12所示，音频信号一般随着频率变高而信号振幅减小。

上述的标准的音频信号不需要将上述截止频率设为1kHz并且10kHz下的衰减量为-12bB的滤波器。当插入所述滤波器时，如图15的曲线13所示，高频分量大幅衰减，高音的音质恶化。

本发明为了解决上述以往技术具有的问题，目的在于提供一种抑制高音的音质恶化，并防止电容式扬声器及其驱动放大器中流过过大电流的音频电路。

本发明的用于实现上述目的的音频电路具有以下特征。即，第一方式提供了一种用于驱动电容式扬声器的音频电路，其特征在于，包括：驱动放大器，用于在所述电容式扬声器中提供对应于信号的功率；加权电路，针对输入所述驱动放大器的信号，与该信号的频率分量对应地进行加权，并输出所述加权后的信号；以及信号电压限制压缩电路，在所述加权电路的输出信号超过预先设定的阈值电压时，根据所述加权电路的输出信号与所述阈值电压的电压差，以规定的压缩比率来压缩输入所述驱动放大器的信号。

并且，第二方式提供了一种用于驱动电容式扬声器的音频电路，其特征在于，包括：驱动放大器，用于在所述电容式扬声器中提供与再生的信号对应的功率；加权电路，针对从所述驱动放大器输出的信号，与该信号的频率分量对应地进行加权，并输出所述加权后的信号；以及信号电压限制压缩电路，在所述加权电路的输出信号超过预先设定的阈值电压时，根据所述加权电路的输出信号与所述阈值电压的电压差，以规定的压缩比率来压缩从所述驱动放大器输出的信号。

在第一、第二方式中，所述信号电压限制压缩电路能够执行限幅器、压缩器或者高音限制器(De-esser)的工作。

或者，第三方式提供了一种用于驱动电容式扬声器的音频电路，包括：驱动放大器，用于在所述电容式扬声器中提供与再生的信号对应的功率；以及信号电压限制压缩电路，在所述电容式扬声器再生的信号中，使小于规定频率的信号分量以其原有的振幅通过，并以规定的压缩比率来压缩大于所述频率的信号分量。

在第三方式中，音频电路优选具有以下电路：第一加权电路，进行与所述电容式扬声器再现的信号的频率分量对应的加权，并将该加权后的信号提供给所述信号电压限制电路；以及第二加权电路，针对所述信号电压限制压缩电路的输出信号进行具有与所述第一加权电路相反的特性的加权，并将该加权后的信号提供给所述驱动放大器。

第四方式提供了一种具有电容式扬声器和所述音频电路的电容式扬声器系统或者音频电路。

在上述结构的音频电路中，即使在输入了含有大量高频分量的信号时，也能够由信号电压限制电路以规定的比率进行压缩，并能够防止在电容式扬声器及其驱动放大器中流过过大的电流。并且，在本发明中，将过高的高频分量的信号振幅压缩到规定的电压以下，不会使高频分量过度衰减。

(发明效果)

根据本发明，可以防止电容式扬声器及其驱动放大器中流过过大的电流。并且，由于不会使高频分量过度衰减，因此能够使高频再现的音质恶化达到最小。

附图说明

图1是示出了本发明的音频电路的第一实施方式的结构的框图；

图2是示出了图1所示的加权电路的处理的一例的曲线图；

图3是示出了图1所示信号电压限制电路的参数的设定例的示意图；

图4是示出了图1所示的信号电压限制电路的输入信号以及边链输入信号的频率特性的一例的曲线图；

图5是示出了图1所示的信号电压限制电路的输入信号以及边链输入信号的频率特性的另一例的曲线图；

图6是示出了向图1所示的信号电压限制压缩电路输入图5所示的信号时的输出信号的频率特性的曲线图；

图7是示出了本发明的音频电路的第二实施方式的结构的框图；

图8是示出了图7所示的信号电压限制压缩电路的参数的设定例的示意图；

图9是示出了本发明的音频电路的第三实施方式的结构的框图；

图10是示出了本发明的音频电路的第四实施方式的结构的框图；

图11是示出了电容式扬声器的电导以及电纳的频率特性的例子；

图12是示出了以往的音频电路的结构的框图；

图13是示出了输入信号的最大允许值的频率特性的一例的曲线图；

图14是示出了标准的音频信号的一例的波形图；

图15是示出了标准的音频信号的频率特性的一例的曲线图；

图16是示出了本发明的音频电路的第五实施方式的结构的框图。

标号说明：

3 信号发生源

4 DSP

5 D/A转换器

6 第一滤波器

7 驱动放大器

8 第二滤波器

9 电容式扬声器

14 加权电路

15、21 信号电压限制压缩电路

22 第一加权电路

23 第二加权电路

具体实施方式

下面参照附图对本发明的实施方式进行说明。

(第一实施方式)

图1是示出了本发明的音频电路的第一实施方式的结构的框图。

如图1所示，在第一实施方式的音频电路中，代替了图12所示的以往的音频电路具有的、配置在用于提供与电容式扬声器再现的信号对应的功率的驱动放大器7的输入侧的第一滤波器6，而包括信号电压限制压缩电路15和加权电路14，其中该信号电压限制压缩电路15包括一般被称为边链的信号参考用的输入端子，该加权电路14进行加强输入信号的高频分量的加权，提供给信号电压限制压缩电路15的边链端子。

如下所述，信号电压限制压缩电路15能够作为将信号振幅与频率分量无关地完全压缩到规定的阈值电压以下的限幅器(Limiter)进行工作，或作为以规定的压缩比率(Ratio)进行压缩的压缩器(Compressor)、或者仅压缩输入信号的高频分量的高频压缩器(Diessor)进行工作。并且，作为加权电路14，可使用均衡器或滤波器等。其他结构与图12所示的以往的音频电路相同，因此省略说明。此外，在图1中，对于与以往相同的结构的信号发生源、DSP、D/A转换器、驱动放大器、第二滤波器以及电容式扬声器标记与图12相同的标号。

如图1所示，在第一实施方式的音频电路中，从D/A转换器5输出的信号被分支，其中一路被输入到信号电压限制压缩电路15，另一路被输入到加权电路14。加权电路14进行与输入信号的频率相对应的加权，将加权后的信号(以下，称为边链输入信号)输入到信号电压限制电路15的边链端子。信号电压限制压缩电路15根据边链信号，对从信号端子输入的信号的振幅进行压缩，输出到驱动放大器7。

如图2所示，加权电路14例如对于从D/A转换器5输出的信号进行频率越高就越加强信号电压的加权。在图2所示的例子中，频率在10Hz到20Hz的范围内，随着频率变高，使信号电压以3dB/oct的趋势增大。加权电路14可以通过使用了DSP等的信号处理、或者使用了无源元件或晶体管等有源元件的电路而简单地实现。

并且，如图3所示，信号电压限制压缩电路15例如在振幅的压缩不过大的范围内尽可能短地设定增高时间以及释放时间，将压缩比率(compression ratio)设定为无限大：1，通过设定使得压缩的频带完全在整个再现频带(10Hz～24kHz)阈值电压以下来执行限幅器的工作。

下面说明图1所示的音频电路的动作。

当针对信号电压限制压缩电路15的边链输入信号使D/A转换器输出信号如下式所示以3dB/oct的趋势放大时，边链输入信号变成图2所示的特性16那样。

式1：

Vin_sc＝Vout_da+2^n/N-30

这里，Vin_sc是边链输入信号的电压，Vout_da是D/A转换器的输出信号的电压，N是倍频比例系数，n是依次赋予比例后的各个频带的号码。在本例中，为了防止边链端子的音频信号的过大输入，使再现频率整体一律衰减30dB。

在具有所述信号电压限制电路15的音频电路中，例如在输入具有图15的特性12的音频信号时，如图4的特性17所示，向边链端子输入加强了高频的信号。此外，具有图15的特性12的音频信号的标准化电压值通过傅立叶逆变换作为时间区域的振幅变化进行表示时为0dB，边链端子的输入电压为-23dB。

这里，当将信号电压限制压缩电路15开始进行信号电压限制压缩的阈值电压设为—20dB时，具有图15所示的特性12的音频信号在阈值电压以下，不进行压缩而直接通过。

另一方面，在如图5所示输入含有大量高频分量的音频信号时(所述信号的标准化电压值大体上为0dB)，边链输入信号的频率特性成为如图15的特性19示出的那样，边链端子的输入电压为—3.5dB。由于具有图5所示的特性18的音频信号超过了界限电压(—20dB)，因此将整个频率分量的振幅压缩该电压差，即仅压缩16.5dB。此时，从信号电压限制压缩电路15输出的信号的频率特性如图6的特性20所示。

通过以上说明的处理，驱动放大器7的输入电压在整个再现频带中都被压缩到允许值内，并被压缩成使得与所有频率分量对应的电容式扬声器9的驱动电流的总和不超过期望的电流。

此外，在上述说明中，示出了信号电压限制压缩电路15作为将再现频带的所有频率分量(10Hz～24kHz)一律完全压缩在阈值电压以下的限幅器来进行工作的例子，但通过改变边链输入信号的加权特性、比率、或者阈值等各种参数，信号电压限制压缩电路15可作为所述压缩器或高频压缩器来工作。

例如，若将阈值电压设为—30dB左右，将增高时间以及释放时间延长1秒左右，并将压缩比率下降到4：1，信号电压限制压缩电路15则会作为压缩器来工作。并且，若将压缩对象的频带设定为从4kHz到24kHz等，并进行设定以使其仅压缩高频分量，则作为高频压缩器来工作。

此外，在上述说明中，示出了将加权电路14以及信号电压限制压缩电路15安置在D/A转换器5的输出侧的例子，但是也可以使图1所示的DSP 4中具有加权电路14以及信号电压限制压缩电路15的功能，或者使驱动放大器7中具有该功能。并且，也可以与图6所示的音频电路相独立，而在外部具有加权电路14以及信号电压限制压缩电路15的功能。

根据本实施方式的音频电路，即使在输入含有大量高频分量的音频信号时，也可以通过信号电压限制压缩电路15将信号振幅压缩到期望的阈值以下，因此能够防止在电容式扬声器9及其驱动放大器7中流经过大的电流。并且，通过由加权电路14来进行与音频信号的频率分量相对应的加权，不会使高频分量过度衰减，因此能够将高音再现的音质恶化抑制到最小。

(第二实施方式)

图7是示出了本发明的音频电路的第二实施方式的结构的框图。

第二实施方式的音频电路没有第一实施方式示出的加权电路，信号电压限制压缩电路的结构与第一实施方式的音频电路不同。其他的结构是与第一实施方式相同的，因此省略其说明。此外，在图7中，对与以往相同的结构的信号发生源、DSP、D/A转换器、驱动放大器、第二滤波器、以及电容式扬声器标记与图12相同的标号。

在第二实施方式中，与高频分量相对应，仅具有一个以规定的频带将音频信号的所有频带分割成多个，并压缩信号振幅的信号电压限制压缩电路21，或者具有加权特性按所分割的每个频带而不同的多个信号电压限制电路21。

第二实施方式的音频电路包括的信号电压限制压缩电路21内部具有仅使规定频带宽度的信号分量通过的频带分割用的带通滤波器，仅对设定的频带内的信号分量的振幅以规定的压缩比率来进行压缩，使除此以外的频带的信号分量通过。

例如，如图8所示，在仅与高频分量对应而具有一个压缩信号振幅的信号电压限制压缩电路时，将分割频带设定为从1kHz到24kHz，根据图13所示的特性10，将界限电压设定为10kHz下的输入电压的界限值、即—12dB，则即使在输入1kHz到10kHz的音频信号时，也能保护驱动放大器7免遭过大电流。

与第一实施方式相同，在第二实施方式的音频电路中，即使在输入含有大量高频分量的音频信号时，也会通过信号电压限制压缩电路21将信号振幅压缩到期望的阈值以下，因此能够在防止电容式扬声器9及其驱动放大器7中流经过大的电流。并且，通过与频率分量对应地进行加权，不会使高频分量过度衰减，因此能够将高音再现的音质恶化抑制到最小。

(第三实施方式)

图9是示出了本发明的音频电路的第三实施方式的结构的框图。

第三实施方式的音频电路包括图7所示的第二实施方式示出的信号电压限制压缩电路21，在其输入侧具有第一加权电路22，输出侧具有第二加权电路23。第一加权电路22以及第二加权电路23使用均衡器或者滤波器。其他结构与第一实施方式相同，因此省略其说明。此外，在图9中，对作为与以往相同的结构的信号发生源、DSP、D/A转换器、驱动放大器、第二滤波器以及电容式扬声器标记与图12相同的标号。

如图2所示，在第三实施方式的音频电路中，通过第一加权电路22进行对于输入信号的频率分量的加权，并输出加权后的信号。信号电压限制电路21对从第一加权电路22输出的信号的振幅进行压缩。第二加权电路23以与第一加权电路22相反的特性对从信号电压限制压缩电路21输出的信号进行与各个频率分量相对的加权，并输出加权后的信号。

与第一实施方式相同，在上述构成中，即使在输入含有大量高频分量的音频信号时，也会通过信号电压限制压缩电路21将信号振幅压缩到期望的阈值以下，因此能够防止电容式扬声器9及其驱动放大器7中流经过大的电流。并且，通过与频率分量对应地进行加权，不会使高频分量过度衰减，因此能够将高频再现的音质恶化限制到最小。

(第四实施方式)

图10是示出了本发明的音频电路的第四实施方式的结构的框图。

在所述第一实施方式～第三实施方式中，示出了在驱动放大器7的输入侧具有信号电压限制压缩电路的结构，如图10所示，第四实施方式在驱动放大器7的输出侧具有信号电压限制压缩电路21。

在信号电压限制压缩电路中，可以使用第一实施方式～第三实施方式示出的结构中的任一种(图10中例示了第二实施方式所示出的信号电压限制压缩电路21)。其他结构与第一实施方式相同，因此省略其说明。此外，在图10中，对作为与以往相同的结构的信号发生源、DSP、D/A转换器、驱动放大器、第二滤波器以及电容式扬声器标记与图12相同的标号。

用于屏蔽从图10所示的驱动放大器7输出的信号的高频分量的衰减或者高频噪声的第二滤波器8具有作为用于使图12所示的高频分量衰减的第一滤波器的功能，可与信号电压限制电路15结合使用来压缩高频分量。

与第一实施方式相同，在第四实施方式的音频电路中，即使在输入含有大量高频分量的音频信号时，也会通过信号电压限制压缩电路将信号振幅压缩到期望的阈值以下，因此能够防止在电容式扬声器9及其驱动放大器7中流经过大的电流。并且，通过与频率分量对应地进行加权，不会使高频分量过度衰减，因此能够将高频再现的音质恶化限制到最小。

(第五实施方式)

图16是示出了本发明的音频电路的第五实施方式的框图。

在所述第一实施方式～第四实施方式中，示出了在D/A转换器5的后段具有信号电压限制压缩电路的结构，但如图16所示，第五实施方式是在D/A转换器5的前段的DSP内部具有信号电压限制压缩电路21。

第五实施例的优点在于，即便不设置作为独立的硬件的电路，也可在DSP内部通过基于软件的信号处理获得与第一实施方式～第四实施方式相同的效果。

在信号电压限制压缩电路21中，可以使用第一实施方式～第三实施方式所示的结构中的任一个(在图16中例示了以第二实施方式和第三实施方式所示的信号电压限制压缩电路21)。其他结构与第一实施方式相同，因此省略其说明。此外，在图16中，对与以往相同的结构的信号发生源、DSP、D/A转换器、驱动放大器、第二滤波器以及电容式扬声器标记与图12相同的标号。

用于屏蔽从图16所示的驱动放大器7输出的信号的高频信号的衰减或者高频噪声的第二滤波器8具有作为用于使图12所示的高频分量衰减的第一滤波器的功能，可与信号电压限制压缩电路21结合使用来压缩高频分量。

与第一实施方式相同，在第五实施方式的音频电路中，即使在输入含有大量高频分量的音频信号时，也会通过信号电压限制压缩电路将信号振幅压缩到期望的阈值以下，因此能够防止在电容式扬声器9及其驱动放大器7中流经过大的电流。并且，通过与频率分量对应地进行加权，不会使高频分量过度衰减，因此能够将高频再现的音质恶化限制到最小。

在本发明的全部公开(包括权利要求)的范围内，可进一步根据其基本技术思想对实施方式及实施例进行变更或调整。并且，在本发明的权利要求的范围内可对各公开要件进行多种组合及选择。

Claims

1.一种用于驱动电容式扬声器的音频电路，其特征在于，包括：

驱动放大器，用于提供与在所述电容式扬声器中再现的信号对应的功率；

加权电路，针对输入给所述驱动放大器的信号，与该信号的频率分量相对应地进行加权，并输出所述加权后的信号；以及

信号电压限制压缩电路，在所述加权电路的输出信号超过预先设定的阈值电压时，根据所述加权电路的输出信号与所述阈值电压的电压差，以规定的压缩比率对输入到所述驱动放大器的信号进行压缩。

2.一种用于驱动电容式扬声器的音频电路，其特征在于，包括：

加权电路，针对从所述驱动放大器输出的信号，与该信号的频率分量对应地进行加权，并输出所述加权后的信号；以及

信号电压限制压缩电路，在所述加权电路的输出信号超过预先设定的阈值电压时，根据所述加权电路的输出信号与所述阈值电压的电压差，以规定的压缩比率对从所述驱动放大器输出的信号进行压缩。

3.根据权利要求1或2所述的音频电路，其特征在于，所述信号电压限制压缩电路作为限幅器来进行工作。

4.根据权利要求1或2所述的音频电路，其特征在于，所述信号电压限制压缩电路作为压缩器来进行工作。

5.根据权利要求1或2所述的音频电路，其特征在于，所述信号电压限制压缩电路作为高频限制器来进行工作。

6.一种用于驱动电容式扬声器的音频电路，其特征在于，包括：

驱动放大器，用于提供与在所述电容式扬声器中再现的信号对应的功率；以及

信号电压限制压缩电路，使在电容式扬声器中再现的信号中的规定频率以下的信号分量保持原有的振幅通过，并以规定的压缩比率对所述规定频率以上的信号分量的振幅进行压缩。

7.根据权利要求6所述的音频电路，其特征在于，包括：

第一加权电路，进行与在所述电容式扬声器中再现的信号的频率分量相对应的加权，并将该加权后的信号提供给所述信号电压限制压缩电路；以及

第二加权电路，针对所述信号电压限制压缩电路的输出信号，进行具有与所述第一加权电路相反的特性的加权，并将该加权后的信号提供给所述驱动放大器。

8.一种电容式扬声器系统，其特征在于，包括：

电容式扬声器；以及

权利要求1至7中任一项所述的音频电路。

9.一种电子设备，其特征在于，包括：

电容式扬声器；以及

权利要求1至7中任一项所述的音频电路。