CN102883242A - 多功能扬声器驱动控制装置及控制方法 - Google Patents

多功能扬声器驱动控制装置及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种多功能扬声器驱动控制装置及控制方法，多功能扬声器支持包括至少一个音频功能和一个非音频功能的多个预设功能。所述的多功能扬声器驱动控制装置包括：数字信号混合模块，用于接收多个数字输入信号并根据多个数字输入信号产生数字混合信号，其中，多个数字输入信号分别对应于多个预设功能；以及数模转换模块，耦接于数字信号混合模块，用于根据数字混合信号产生模拟驱动信号至多功能扬声器。本发明提供的多功能扬声器驱动控制装置可有效降低多功能扬声器的硬件成本或消除振动不协调，提升多功能扬声器的整体性能。

Description

多功能扬声器驱动控制装置及控制方法
技术领域
本发明有关于多功能扬声器驱动控制装置，更具体地，有关于多功能扬声器驱动控制装置及控制方法。 
背景技术
传统的多功能扬声器包括“二合一扬声器”和“三合一扬声器”。多功能扬声器支持的功能可包括音频播放(audio playback)、语音播放(voice playback)及振动(vibration)。由于其成本低且体积小，多功能扬声器广泛应用于现代通信装置中。 
请参考图1，图1为传统振动扬声器(vibration speaker)的驱动控制装置方块图。图1所示的振动扬声器101也称为“二合一扬声器”，是一种仅支持两种功能的多功能扬声器，这两种功能包括音频播放和振动。控制装置100采用模拟混合机制来混合具有不同频率的两个模拟信号源(一个用于音频播放，一个用于振动)，并用混合信号来驱动振动扬声器101。例如，音频信号可能在200Hz到20kHz的频段内，振动信号可能在100Hz到200Hz的正弦频段(sinusoidal signal)内。 
控制装置100中包括的电路元件为模拟元件。即，模拟高通滤波器(HPF)114、模拟混频器116及模拟放大器(Amp)118。如图1所示，音频信号需要通过高阶高通滤波器114以移除其中包括的低频分量。但是，在模拟区块(analog domain)中实现的高阶高通滤波器114成本很高且无法动态开/关，将导致音频信号的低频性能劣化。而且，音频信号可能由于通过模拟混频器116而引起信号质量劣化，从而导致在过滤的音频信号中存在噪声和非线性失真(nonlinear distortion)。 
对于振动信号，许多系统的通信装置并没有安装内部信号源来提供所需的振动信号，因此需要一个额外的处理器(例如，基带处理器)创建周期性脉冲宽度调制(periodical pulse width modulation，PWM)信号，且还需要一个额外的低通滤波器(LPF)112来移除高频分量来生成所需的振动信号，。这样必然 会导致硬件成本上升。此外，对于大批量的生产，多功能扬声器在生产过程中经常遇到频率共振点(vibration point)偏移的情况，从而导致振动不协调。 
因此，需要一种新颖的控制装置来提升多功能扬声器的整体性能。 
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种多功能扬声器驱动控制装置及控制方法。 
本发明提供一种多功能扬声器驱动控制装置，该多功能扬声器支持包括至少一个音频功能和一个非音频功能的多个预设功能，该多功能扬声器驱动控制装置包括：数字信号混合模块，用于接收多个数字输入信号，并根据该多个数字输入信号产生数字混合信号，其中，该多个数字输入信号分别对应于该多个预设功能；以及数模转换模块，耦接于该数字信号混合模块，用于根据该数字混合信号产生模拟驱动信号至该多功能扬声器。 
本发明另提供一种多功能扬声器驱动控制方法，该多功能扬声器支持包括至少一个音频功能和一个非音频功能的多个预设功能，该多功能扬声器驱动控制方法包括：接收多个数字输入信号，其中，该多个数字输入信号分别对应于该多个预设功能；根据该多个数字输入信号产生数字混合信号；以及根据该数字混合信号产生模拟驱动信号至该多功能扬声器。 
本发明提供的多功能扬声器驱动控制装置可有效降低多功能扬声器的硬件成本或消除振动不协调，提升多功能扬声器的整体性能。 
附图说明
图1为传统振动扬声器的驱动控制装置方块图。； 
图2为根据本发明第一实施例驱动多功能扬声器的控制装置方块； 
图3为根据图2所示电路结构的控制装置的一个实例方块图； 
图4A为根据图2电路结构的控制装置的另一个实例方块图； 
图4B为说明使用扩频方法的示意图； 
图4C为说明使用固定多载波方法的示意图； 
图5为根据本发明第二实施例驱动多功能扬声器的控制装置方块图； 
图6A为根据图5所示电路结构的控制装置的一个实例方块图； 
图6B为电压感应检测电路的实例方块图； 
图6C为电流感应检测电路的实例方块图； 
图7为根据图5所示电路结构的控制装置的另一个实例方块图； 
图8为根据本发明第一个实施例多功能扬声器的驱动控制方法流程图； 
图9为根据本发明第二个实施例多功能扬声器的驱动控制方法流程图。 
具体实施方式
在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定的元件。所属技术领域的技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同一个元件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异作为区分的准则。在通篇说明书及权利要求项中所提及的「包含」为一开放式的用语，故应解释成「包含但不限定于」。此外，「耦接」一词在此包含任何直接及间接的电气连接手段。因此，若文中描述第一装置耦接于第二装置，则代表第一装置可直接电气连接于第二装置，或透过其它装置或连接手段间接地电气连接至第二装置。 
本发明的概念在于进行混合和/或数字信号处理。例如，使用数字混频器可混合音频信号和振动信号。由于这种混合操作为数字相加/组合，它不会导致噪音和失真。此外，可在数字区块(digital domain)以相对低的成本实现高阶高通滤波器和/或低通滤波器。本发明的更多细节如下所述。 
请参考图2，图2为根据本发明第一实施例驱动多功能扬声器的控制装置方块。多功能扬声器201支持包括至少一个音频功能和一个非音频功能的多个预设功能。例如，多功能扬声器201可为振动扬声器，其支持的音频功能是执行音频文件播放的，而支持的非音频功能是生成振动。控制装置200包括数字信号混合模块210和数模转换模块220。数字信号混合模块210用于接收多个数字输入信号V1-VN(N≥2)，并根据该多个数字输入信号V1-VN产生数字混合信号Sdig。其中，该多个数字输入信号V1-VN分别对应于多个预设功能。数模转换模块220耦接于数字信号混合模块210，用于根据数字混合信号Sdig产生模拟驱动信号Sdrv至多功能扬声器201。 
在一个实施例中，数字信号混合模块210包括多个信号处理模块212_1-212_N以及混频器214。应注意，数字信号混合模块210中包括的电路元件都是操作在数字区块中的数字元件。数模转换模块220包括数模转换器(DAC)222和放大器(Amp)224。信号处理模块212_1-212_N用于通过分别处理数字输入信号V1-VN产生数字处理信号P1-PN。 
混频器214用于通过混合数字处理信号P1-PN产生数字混合信号Sdig。 DAC222用于将数字区块的数字混合信号Sdig转换为模拟区块的模拟混合信号Salg。Amp 224为耦接于DAC222的模拟放大器，且用于通过放大模拟混合信号Salg产生模拟驱动信号Sdrv。数字处理信号P1-PN匹配多功能扬声器201的多个电子特性(例如频率响应(frequency response))，且该多个电子特性分别对应于多功能扬声器201的多个预设功能。然而，此描述仅用于说明目的，本发明并不限于此。本发明的概念可应于各种应用，这些应用使用数字处理信号P1-PN的频率、相位、功率级别、电流级别或电压级别来驱动多功能扬声器分别执行其支持的各种不同功能。此类替代设计都在本发明的保护范围之内。 
请参考图3，图3为根据图2所示电路结构的控制装置的一个实例方块图。在此实例中，控制装置300用于驱动多功能扬声器201，且数字信号混合模块310包括两个信号处理模块，该两个信号处理模块包括高通滤波器(HPF)312_1和低通滤波器(LPF)312_2。由于使用了HPF 312_1，数字信号混合模块310从音频信号V1中移除低频分量以避免误振动多功能扬声器201。类似地，由于使用了LPF 312_2，数字信号混合模块310从振动信号V2中移除高频分量以避免误使多功能扬声器201发出声音。 
请参考图4A，图4A为根据图2电路结构的控制装置的另一个实例方块图。在此实例中，控制装置400用于驱动多功能扬声器201，且数字信号混合模块410包括前述的HPF 312_1作为一个信号处理模块，以及另一个信号处理模块412_2，信号处理模块412_2包括LPF 412_22和宽带(wideband，WB)信号产生模块412_24。 
如上所述，HPF 312_1可从音频信号V1中移除低频分量以避免误振动多功能扬声器201。WB信号产生模块412_24将窄带(narrowband)振动信号V2转换为宽带信号以均匀分布振动信号V2的功率从而解决频率共振点偏移(vibration point variation)而造成的震感不一的问题。举例而言，WB信号产生模块412_24可采用“扩频”(spread spectrum)方法或“固定多载波”(Fixed multi-carrier)的方法。请参考图4B和图4C，图4B为说明使用扩频方法的示意图，而图4C为说明使用固定多载波方法的示意图。在图4B中，通过使用频率调制器产生以157HZ为中心频率的扩频信号来获取宽带信号。在图4C中，产生多个固定的音频载波信号并平均分布在频带上以获取宽带信号。LPF 412_22从振动信号V2中移除高频分量以避免误使多功能扬声器201发出声音。请注意，可在滤波之前或之后对振动信号V2进行转换。换言之，LPF412_22和WB信号产生模块 412_24的耦接顺序为可调的。 
在另一实施例中，本发明可采用闭回路(closed-loop)解决方法以解决频率共振点偏移的问题。请参考图5，图5为根据本发明第二实施例驱动多功能扬声器的控制装置方块图。控制装置500类似于图2所示的控制装置200，控制装置200与500之间的主要的区别在于控制装置500更包括检测电路530。检测电路530耦接于数字信号混合模块210和数模转换模块220，且用于检测/监测模拟驱动信号Sdrv以产生检测结果，并根据检测结果选择性控制数字信号混合模块210调整多个数字处理信号P1-PN中的至少一个。例如，检测电路530通过检查产生给多功能扬声器201的驱动信号Sdrv来检测某个物理特性(例如功率级别或振动级别)，并向信号处理模块212_1-212_N发回控制信号Sc。信号处理模块212_1-212_N可调整数字处理信号P1-PN以响应该控制信号Sc，例如增加振动级别或减少输出功率以保护多功能扬声器201。 
请参考图6A，图6A为根据图5所示电路结构的控制装置的一个实例方块图。在此实例中，控制装置600用于驱动多功能扬声器201，且数字信号混合模块610包括前述的HPF_312_1作为一个信号处理模块，且数字信号混合模块610包括LPF 612_22和移频(frequency shifting)模块612_26。如果检测电路530检测到振动信号V2的振动频率低于多功能扬声器201的频率共振点，则检测电路530将向移频模块612_26发送提高级别(level-up)信号。 
接着，移频模块612_26提高振动信号V2的频率以接近所需的频率共振点。另一方面，如果检测电路530检测到振动信号V2的振动频率高于多功能扬声器201的频率共振点，则检测电路530将向移频模块612_26发送降低级别(level-down)信号。 
然后，移频模块612_26减低振动信号V2的频率以接近所需的频率共振点。这样，检测电路530可缓解(mitigate)振动信号V2的频率偏移。请注意，可在滤波之前或之后对振动信号V2进行频移。换言之，LPF612_22和移频模块612_26的耦接顺序为可调的。举例而言，可由如图6B或6C所示的电路来实现检测电路530。 
图6B为电压感应(voltage-sense)检测电路的实例方块图。图6C为电流感应(current-sense)检测电路的实例方块图。电压感应检测电路650可通过使用一组不同的电阻R1和R2来检测信号Vsig的级别。电流感应检测电路660可通过使用耦接的电阻R来检测信号Isig的级别。可由Vsig和Isig提供的信息来检测 振动信号频率与所需频率共振点偏离的发生。如果振动信号频率偏离频率共振点，则振动级别降低，且输入至多功能扬声器201的功率级别(Vsig的均方根*Isig的均方根)也降低。即，在Vsig相同的情况下，检测电路530会将振动信号的振动频率调整至多功能扬声器201的频率共振点，而检测条件是，输入至多功能扬声器201的功率为最大值。 
请参考图7，图7为根据图5所示电路结构的控制装置的另一个实例方块图。在此实例中，控制装置700用于驱动多功能扬声器201。数字信号混合模块710包括两个信号处理模块712_1和712_2，其中，信号处理模块712_1包括HPF712_12和增益模块(Gain)712_14，且信号处理模块712_2包括LPF 712_22和增益模块(Gain)712_28。如果检测电路530检测到输入至多功能扬声器201的实际功率(actual power)大于多功能扬声器201的额定功率(rated power)，则检测电路530将发送降低级别信号至Gain 712_14和Gain 712_28。然后，Gain712_14和Gain 712_28将降低音频信号V1和振动信号V2的功率级别以保护多功能扬声器201。 
另一方面，如果检测电路530检测到输入至多功能扬声器201的实际功率小于多功能扬声器201的额定功率，则检测电路530将发送提高级别信号至Gain712_14和Gain 712_28。然后，Gain 712_14和Gain 712_28将提高音频信号V1和振动信号V2的功率级别以增强多功能扬声器201的性能。请注意，Gain712_14/Gain 712_28可在过滤之前或之后处理音频信号V1/振动信号V2。换言之，HPF 712_12和Gain712_14的耦接顺序为可调的，且LPF 712_22和Gain712_28的耦接顺序为可调的。 
请注意，上述的多功能扬声器并不限于支持由音频播放，语音播放和振动功能组成的多功能扬声器。换言之，本发明提出的控制装置可用于驱动支持至少一个音频功能和一个非音频功能的任何多功能扬声器。而且，以上对本发明提出的控制装置中的数字信号混合模块的实现描述仅用于说明目的。实际地，多功能扬声器的驱动控制装置采用的数字混合机制都符合本发明的精神。、 
请参考图8，图8为根据本发明第一个实施例多功能扬声器的驱动控制方法流程图。在实现相同结果的前提下，本方法的步骤并不需严格按照图8中所示顺序执行。可由图2所示的控制装置200执行此驱动控制方法，且此驱动控制方法概述如下。 
步骤S800：开始。 
步骤S802：接收多个数字输入信号，其中，该多个数字输入信号分别对应于多个预设功能，例如，该多个预设功能可包括一个音频功能和一个非音频功能；并根据该多个数字输入信号产生数字混合信号。 
步骤S804：根据该数字混合信号产生模拟驱动信号至多功能扬声器。 
步骤S806：结束。 
可由图2中的数字信号混合模块210执行步骤S802，且由图2中的数模转换模块220执行步骤S804。本领域的技术人员在阅读关于控制装置200的上述段落后可理解图8所示每个步骤的操作，为简洁，在此省略进一步的描述。 
请参考图9，图9为根据本发明第二个实施例多功能扬声器的驱动控制方法流程图。在实现相同结果的前提下，本方法的步骤并不需严格按照图9中所示顺序执行。可由图5所示的控制装置500来执行本方法，且本方法概述如下。 
步骤S800：开始。 
步骤S802：接收多个数字输入信号，其中，该多个数字输入信号分别对应于多个预设功能，例如，该多个预设功能可包括一个音频功能和一个非音频功能；并根据该多个数字输入信号产生数字混合信号。 
步骤S804：根据该数字混合信号产生模拟驱动信号至多功能扬声器。 
步骤S900：检测该模拟驱动信号以产生检测结果；并根据该检测结果选择性调整多个数字处理信号中的至少一个。在响应该检测结果而调整一个或多个数字处理信号的情况下，步骤S804中产生的模拟驱动信号对应得到调整。 
步骤S806：结束。 
可由图5中的数字信号混合模块210执行步骤S802，由图5中的数模转换模块220执行步骤S804。且由图5中的检测电路530执行步骤S900。本领域的技术人员在阅读关于控制装置500的上述段落后可理解图9所示每个步骤的操作，为简洁，在此省略进一步的描述。 
本发明虽以较佳实施例揭露如上，然其并非用来限定本发明的范围，任何所属领域的技术人员，在不脱离本发明之精神和范围内，当可做些许的更动与润饰，因此本发明之保护范围当视后附之权利要求及其等同变形所界定者为准。 

Claims (20)

1.一种多功能扬声器驱动控制装置，该多功能扬声器支持包括至少一个音频功能和一个非音频功能的多个预设功能，该多功能扬声器驱动控制装置包括：
数字信号混合模块，用于接收多个数字输入信号，并根据该多个数字输入信号产生数字混合信号，其中，该多个数字输入信号分别对应于该多个预设功能；以及
数模转换模块，耦接于该数字信号混合模块，用于根据该数字混合信号产生模拟驱动信号至该多功能扬声器。
2.如权利要求1所述的多功能扬声器驱动控制装置，其特征在于，该数字信号混合模块包括：
多个信号处理模块，用于通过分别处理该多个数字输入信号产生多个数字处理信号，以及
混频器，用于通过混合该多个数字处理信号产生该数字混合信号。
3.如权利要求2所述的多功能扬声器驱动控制装置，其特征在于，该多个信号处理模块产生匹配该多功能扬声器的多个电子特性的该多个数字处理信号，其中，该多个电子特性分别对应于该多个预设功能。
4.如权利要求3所述的多功能扬声器驱动控制装置，其特征在于，根据该多功能扬声器的该多个电子特性，该多个信号处理模块分别控制该多个数字处理信号的频率、相位、功率级别、电流级别或电压级别中的至少一种。
5.如权利要求2所述的多功能扬声器驱动控制装置，其特征在于，该多个信号处理模块包括：
高通滤波器，耦接于该混频器，用于从该多个数字输入信号的第一信号中移除多个低频分量；以及
低通滤波器，耦接于该混频器，用于从该多个数字输入信号的第二信号中移除多个高频分量。
6.如权利要求2所述的多功能扬声器驱动控制装置，其特征在于，该多个信号处理模块包括：
高通滤波器，耦接于该混频器，用于从该多个数字输入信号的第一信号中移除多个低频分量；
低通滤波器，耦接于该混频器，用于从该多个数字输入信号的第二信号中移除多个高频分量；以及
宽带信号产生模块，耦接于该低通滤波器，用于将该第二信号转换为宽带信号。
7.如权利要求2所述的多功能扬声器驱动控制装置，其特征在于，该多功能扬声器驱动控制装置更包括：
检测电路，耦接于该数字信号混合模块和该数模转换模块，用于检测该模拟驱动信号以产生检测结果，并根据该检测结果选择性控制该数字信号混合模块调整该多个数字处理信号中的至少一个。
8.如权利要求7所述的多功能扬声器驱动控制装置，其特征在于，该多个信号处理模块包括：
高通滤波器，耦接于该混频器，用于从该多个数字输入信号的第一信号中移除多个低频分量；
低通滤波器，耦接于该混频器，用于从该多个数字输入信号的第二信号中移除多个高频分量；以及
移频模块，耦接于该低通滤波器和该检测电路，用于调整该第二信号的频率以接近该多功能扬声器的频率共振点。
9.如权利要求7所述的多功能扬声器驱动控制装置，其特征在于，该多个信号处理模块包括：
高通滤波器，耦接于该混频器，用于从该多个数字输入信号的第一信号中移除多个低频分量；
低通滤波器，耦接于该混频器，用于从该多个数字输入信号的第二信号中移除多个高频分量；
第一增益模块，耦接于该高通滤波器和该检测电路，用于调整该第一信号的增益；以及
第二增益模块，耦接于该低通滤波器和该检测电路，用于调整该第二信号的增益。
10.如权利要求1所述的多功能扬声器驱动控制装置，其特征在于，该数模转换模块包括：
数模转换器，用于将该数字混合信号转换为模拟混合信号；以及
放大器，用于通过放大该模拟混合信号产生该模拟驱动信号。
11.一种多功能扬声器驱动控制方法，该多功能扬声器支持包括至少一个音频功能和一个非音频功能的多个预设功能，该多功能扬声器驱动控制方法包括：
接收多个数字输入信号，其中，该多个数字输入信号分别对应于该多个预设功能；
根据该多个数字输入信号产生数字混合信号；以及
根据该数字混合信号产生模拟驱动信号至该多功能扬声器。
12.如权利要求11所述的多功能扬声器驱动控制方法，其特征在于，该根据该多个数字输入信号产生该数字混合信号的步骤包括：
通过分别处理该多个数字输入信号产生多个数字处理信号；以及
通过混合该多个数字处理信号产生该数字混合信号。
13.如权利要求12所述的多功能扬声器驱动控制方法，其特征在于，该通过处理该多个数字输入信号产生该多个数字处理信号的步骤包括：
产生匹配该多功能扬声器的多个电子特性的该多个数字处理信号，其中，该多个电子特性分别对应于该多个预设功能。
14.如权利要求13所述的多功能扬声器驱动控制方法，其特征在于，该产生匹配该多功能扬声器的该多个电子特性的该多个数字处理信号的步骤包括：
根据该多功能扬声器的该多个电子特性，分别控制该多个数字处理信号的频率、相位、功率级别、电流级别或电压级别中的至少一种。
15.如权利要求12所述的多功能扬声器驱动控制方法，其特征在于，该通过处理该多个数字输入信号产生该多个数字处理信号的步骤包括：
从该多个数字输入信号的第一信号中移除多个低频分量；以及
从该多个数字输入信号的第二信号中移除多个高频分量。
16.如权利要求12所述的多功能扬声器驱动控制方法，其特征在于，该通过处理该多个数字输入信号产生该多个数字处理信号的步骤包括：
从该多个数字输入信号的第一信号中移除多个低频分量；
从该多个数字输入信号的第二信号中移除多个高频分量；以及
将该第二信号转换为宽带信号。
17.如权利要求12所述的多功能扬声器驱动控制方法，该多功能扬声器驱动控制方法更包括：
检测该模拟驱动信号以产生检测结果；并根据该检测结果选择性调整该多个数字处理信号中的至少一个。
18.如权利要求17所述的多功能扬声器驱动控制方法，其特征在于，该通过处理该多个数字输入信号产生该多个数字处理信号的步骤包括：
从该多个数字输入信号的第一信号中移除多个低频分量；
从该多个数字输入信号的第二信号中移除多个高频分量；以及
调整该第二信号的频率以接近该多功能扬声器的频率共振点。
19.如权利要求17所述的多功能扬声器驱动控制方法，其特征在于，该通过处理该多个数字输入信号产生该多个数字处理信号的步骤包括：
从该多个数字输入信号的第一信号中移除多个低频分量；
从该多个数字输入信号的第二信号中移除多个高频分量；
调整该第一信号的增益；以及
调整该第二信号的增益。
20.如权利要求11所述的多功能扬声器驱动控制方法，其特征在于，该产生该模拟驱动信号至该多功能扬声器的步骤包括：
将该数字混合信号转换为模拟混合信号；以及
通过放大该模拟混合信号产生该模拟驱动信号。
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