CN102098597A - 一种内置速度反馈的超低频有源扬声器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种内置速度反馈的超低频有源扬声器。其包括扬声器及声频功率放大器，该扬声器后串联电感和第一电阻，该电阻另一端接地，所述扬声器与电感之间设有第一电桥输出端；为了仿真需要，所述第一电桥输出端与扬声器之间串接有一信号等效电路，该信号等效电路用于产生虚拟的动生阻抗。本发明所述的超低频有源扬声器采用了对超低频扬声器性能改善非常有效的速度反馈技术，并对速度反馈技术进行改进优化，采用电感补偿采样，同时增加信号等效电路，以提高反馈信号的质量，从而进一步优化超低频有源扬声器的放声效果。优化的另一成果是，使速度反馈技术更加成熟运用于产品批量生产。

Description

一种内置速度反馈的超低频有源扬声器
技术领域
本发明涉及一种有源扬声器，具体涉及一种内置速度反馈的超低频有源扬声器。
背景技术
有源扬声器又称为“主动式扬声器”。通常是指带有功率放大器的扬声器，如多媒体电脑扬声器、超低频有源扬声器，以及一些新型的家庭影院有源音箱等。有源扬声器由于内置了功放电路，使用者不必考虑与放大器匹配的问题，同时也便于用较低电平的音频信号直接驱动。而现有的常规超低频有源扬声器普遍存在系统阻尼差，瞬态性能差，激励信号停止而系统反应不立即停止，有“拖尾”现象、超低频段的非线性失真较大，以及频响曲线形状随激励加大波动较大、听音感觉不够真实等缺点。
为了改善上述常规超低频有源扬声器存在的缺点，早在1961年英国人E.D.Boer提出了动生反馈理论，可惜很长时间没有相关的产品问世。中国电声学专家管善群教授，先后在1964年和1978年，用动生反馈理论电声学的方法在电子管放大器和晶体管放大器上作过扬声器音质改进，取得明显效果，并公开发表了两篇论文。管善群教授1978年论文提供的有源扬声器速度反馈电路原理简图如图1所示，其包括声频功率放大器1和扬声器2及三个电阻：第一电阻R1，第二电阻R2，第三电阻R3，第三电阻R3并联一个组成电桥的电容C1.在电桥调试到位后，超低频有源扬声器性能得到较大的改善，如系统阻尼性能提高，系统瞬态性能得到改善，超低频段的非线性失真及频响曲线波动也有所改善。但是，这种采用电容采样的有源扬声器速度反馈电路设置调试适应能力较差，电桥交流平衡频率范围较窄，声频功率放大器输出信号在电桥输出端，被抑制不够(不足30dB)，批量生产每台采样调试到位非常困难，这是由于电容容量改变，在小空间很难做到“连续性”所决定的，因此有必要对其进一步改进优化，以进一步提高超低频有源扬声器的各项性能，特别是降低批量生产调试到位的难度。
发明内容
本发明的目的在于针对上述问题不足，提供一种应用电感补偿采样的电桥电路的速度反馈超低频有源扬声器，声性能各项指标有较大提高，特别是降低了批量生产调试到位的难度。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种内置速度反馈的超低频有源扬声器，其包括扬声器及声频功率放大器该扬声器后串联电感和第一电阻，该电阻另一端接地，所述扬声器与电感之间设有第一电桥输出端；所述扬声器与声频功率放大器之间的输入线路上设有一支电路，所述支电路包括串联的第二电阻和第三电阻，第三电阻另一端接地，第二电阻和第三电阻之间设有第二电桥输出端，第一电桥输出端和第二电桥输出端两点连接到声频功率放大器的差分输入进行反馈，为了仿真需要，所述第一电桥输出端与扬声器之间串接有一信号等效电路，该信号等效电路用于产生虚拟的动生阻抗。
进一步，上述信号等效电路，包括并联的电阻、电容和电感。
本发明所述的超低频有源扬声器采用了对超低频扬声器性能改善非常有效的速度反馈技术，并对速度反馈技术进行改进优化，采用电感补偿采样，同时增加信号等效电路，以提高反馈信号的质量，从而进一步优化超低频有源扬声器的放声效果。优化的另一成果是，使速度反馈技术更加成熟运用于产品批量生产。
附图说明
图1为管善群教授论文提供的有源扬声器速度反馈电路原理简图。
图2为本发明所述的超低频有源扬声器采用电感采样方式的电路原理简图。
图3为本发明所述超低频有源扬声器的辐射声频响曲线。
图4为本发明所述超低频有源扬声器的声谐波失真曲线。
图5为本发明所述超低频有源扬声器的电性能仿真结果。
图6为现有没采用速度反馈的有源扬声器辐射声频响曲线。
图7为现有没采用速度反馈的有源扬声器声谐波失真曲线。
以下通过附图和具体实施方式对本发明作进一步描述：
具体实施方式
如图2所示，本发明所述的一种内置速度反馈的超低频有源扬声器，采用电感采样。其包括扬声器2及声频功率放大器1，所述扬声器2它的静态等效电路为串联电感L1及电阻R4。所述扬声器2后串联有一电感L3，用于实现电感采样。电感L3后串联有第一电阻R1，该电阻R1另一端接地，所述扬声器2与电感L3之间为第一电桥输出端VO1；所述扬声器2与声频功率放大器1之间的输入线路上设有另一支电路，所述扬声器2、声频功率放大器1及支电路的交汇点设为功放信号输出端Vi1。进一步，上述支电路包括串联的第二电阻R2和第三电阻R3，第三电阻R3另一端接地，第二电阻R2和第三电阻R3之间为第二电桥输出端VO2。
进一步具体，为了仿真需要，上述第一电桥输出端Vi1与扬声器2之间串接有一信号等效电路3，包括并联的电阻R5、电容C2和电感L2。所述信号等效电路3用于产生虚拟的动生阻抗。上述第一电桥输出端VO1和第二电桥输出端VO2两点连接到声频功率放大器1的差分输入进行反馈。
由上可知，上述功放信号输出端Vi1与地既是功放信号输出，也是电桥输入端，所述第一电桥输出端VO1和第二电桥输出端VO2既是电桥输出端，也是采样输出端。众所周知，速度反馈技术的关键在于有效分离出代表扬声器运动的音圈感生电压，只要扬声器的电力变换运动范围足够宽，扬声器的“动生电阻抗”上的电压uD(t)就会足够大，这个信号对应扬声器辐射体的振速，设法提取出动生电压uD(t)来进行反馈，就构成了速度反馈。提取扬声器动生电压uD(t)最简便办法是用电桥电路：见图2，使电桥电路在扬声器音圈卡定时(此时动生电阻抗为零)调试电桥达到平衡，则扬声器在实际工作时(此时动生电阻抗出现)电桥的不平衡电压即为动生电压uD(t)，将电桥生成的uD(t)电压引向声频功率放大器实施反馈，如图2的电桥输出端VO1、VO2两点连接到声频功率放大器的差分输入进行反馈。本电桥电路调试到位后，声频功率放大器输出信号在电桥输出端，被充分抑制(本发明可抑制40dB以上)。而音圈上动生电压uD(t)得以显现，反馈信号的质量得以提高，通过反馈，使超低频有源扬声器声性能明显改善，从而优化超低频有源扬声器的放声效果。改进后的速度反馈技术，运用更加简洁成熟，明显提高产品生产的效率。
以下通过对比，对本发明作进一步说明：
现有没有采用速度反馈的普通有源扬声器，由于声频功率放大器与扬声器是各自独立的系统，声频功率放大器内部负反馈电路，仅对声频功率放大器系统电性能参数有影响。声频功率放大器激励扬声器时，仅输出阻抗对扬声器有一定阻尼作用。扬声器的声性能，主要由扬声器单元性能，及扬声器单元和箱体设计相配合来确定的。一般中低价位的超低频扬声器单元声性能一般，较大功率激励时，声频响带宽变窄，声失真变大，尤其在其谐振频率附近频段非线性失真非常大。图6和图7为现有没有采用速度反馈的普通有源扬声器声性能示意图，其中，图6为辐射声频响曲线。图7为声谐波失真曲线，包括“THD”曲线a`、“二次谐波”曲线b`，“三次谐波”曲线c`。可看出二次三次谐波都很大。
要使普通超低频有源扬声器声性能出色，但不使用速度反馈技术，就只能购买声性能出色的超低频扬声器单元。而这类声性能出色的超低频扬声器单元价格是非常昂贵的，即使采用昂贵超低频单元，在其谐振频率附近的非线性失真仍然不小。大功率激励时，性能也会变差。因而现有这类没有采用速度反馈的有源扬声器，性价比不高。
而使用速度反馈技术设计的超低频有源扬声器，可采用一般中低价位，高可靠性的超低频扬声器单元，配合好扬声器和声频功率放大器相关设计，其声性能得到明显的改善。
然而这一技术，由于涉及“电”和“声”，两个学课，而电声一体化，做到“融会贯通”的应用，有相当难度。由于这个原因，致使这个技术学习，推广都有一定困难，这也是在国内近40年没有这类商品出现的原因之一。
本发明对速度反馈技术应用进行改进和优化，改电容补偿为电感补偿和取样。改电感后，反馈信号的质量明显提高，这是由于同一支路，上下两臂电抗元件都是电感，因此使电桥的交流平衡和频率关系大为降低，声频功率放大器输出信号在电桥输出端，被充分抑制(大于40dB)。动生阻抗感生的信号，信噪比大幅提高。另外，由于电感感量可连续变化，电感补偿很容易补偿到位。当然，电感元件易受外界干扰，对其有效正确的屏蔽可解决问题，但还要预补偿屏蔽带来的电感量减小和Q质(Q质是电感元件的品质因数，在这里选用的电感元件感量和品质因数，要比实际需求高一些，屏蔽后，感量和品质因数降到合用)的变化。以上的改进，使速度反馈技术更加成熟，方便运用。声性能的改善，优化了超低频有源扬声器的放声效果，较大程度重现音乐超低频段的本来面目，同时提高生产效率，进而使这类产品性价比大幅提高。图3、4和5标示的声性能，是从本发明的产品样品测试获得的。
其中，上述图3为本发明所述的超低频有源扬声器辐射声频响曲线，按±3dB读数，低频响应在39Hz以下。
图4为本发明所述的超低频有源扬声器声谐波失真曲线，包括“THD”曲线a、“二次谐波”曲线b，“三次谐波”曲线c。非线性失真“THD”，和“二次谐波失真”相当。“三次谐波失真”很小。
图5为本发明所述的超低频有源扬声器电性能仿真结果：
曲线d：主放大电路频响。闭环增益30dB。
曲线e：主放大电路相位特性，从相移的范围，可判定放大器是稳定的。
曲线f：加EQ电路后整机放大电路频响，增益33dB，在270Hz以上每倍频程下降12dB，到1KHz附近后按每倍频程下降24dB。
曲线g：加EQ电路后整机放大电路相位特性。
本发明所述的有源扬声器特点为：1)系统阻尼好，而且箱体谐振频率附近的频段阻尼更好；系统反应灵敏，瞬态特性好。超低频段的声频响曲线比采用普通速度反馈技术的有源扬声器更加平直。加大激励，声频响曲线“形状”不变。超低频段的非线性失真与同规格但不用速度反馈技术相比，降低50％甚至70％，特别是奇次谐波小。这种扬声器听音感觉比较真实，经过速度反馈校准。在有效频率范围内，音阶放音准，扬声器较大程度上重现音乐超低频段的本来音色效果。

Claims (2)

1.一种内置速度反馈的超低频有源扬声器，包括扬声器及声频功率放大器，其特征在于：该扬声器后串联电感和第一电阻，该电阻另一端接地，所述扬声器与电感之间设有第一电桥输出端；所述扬声器与声频功率放大器之间的输入线路上设有一支电路，所述支电路包括串联的第二电阻和第三电阻第三电阻另一端接地，第二电阻和第三电阻之间设有第二电桥输出端，第一电桥输出端和第二电桥输出端两点连接到声频功率放大器的差分输入进行反馈，为了仿真需要，所述第一电桥输出端与扬声器之间串接有一信号等效电路，该信号等效电路用于产生虚拟的动生阻抗。
2.根据权利要求1所述的内置速度反馈的超低频有源扬声器，其特征在于：所述信号等效电路包括并联的电阻、电容和电感。
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