CN106559725A - 一种动态调节多扬声器组阻抗的电路及一种音响 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种动态调节多扬声器组阻抗的电路，包括:多扬声器组，开关元件组，控制单元；所述多扬声器组，包括两只及两只以上相同电声参数扬声器；所述开关元件组包括多个开关元件，各个开关元件的开关级分别连接在扬声器和功放之间、不同扬声器的正极、负极之间；所述控制单元根据设定的控制逻辑控制所述开关元件的接通或切断；所述开关元件的接通或切断控制与之连接的扬声器是否接入功放，以及扬声器彼此之间的串联、并联组合，从而实现对所述多扬声器组阻抗进行调节。本技术方案通过动态调节多扬声器组的负载阻抗，能够尽量发挥功放和发音单元的最大性能，提高最大、最小音量下的表现力。

Description

一种动态调节多扬声器组阻抗的电路及一种音响

技术领域

本发明涉及电子技术领域，具体涉及一种动态调节多扬声器组阻抗的电路。本发明同时涉及一种音响。

背景技术

随着音响的普及，人们对音响的音质要求越来越高。

现在的音响大多包含多个发生单元，每一个发生单元在自己的音域范围内独立发声。现在大多数的音响采用的是发声单元并联的方式，也就是说音响系统中的相同音域的发声单元的输入功率都是一致的，且扬声器之间的连接方式固定，为定阻抗系统。每一个发声单元都会存在一个最佳功率范围，如果输入的功率过低或者输入的功率过高，发声单元的保真度就会降低。系统内功放也存在同样的问题。如果将音响的音量调的过低或者过高，音响系统的失真就会大很多。音量过高的失真一般是由于功放进入了非线性放大区域产生的失真，音量的失真是由人耳的听力特性决定的。由附图3可见，小音量下必须对低音进行补偿，加大低音的音量才能让人耳听起来没有低音缺失的感觉。

目前，大音量下，当SPL(声压级)增大后，扬声器和功放失真度加大，现有解决方法是使用更高性能、更大功率的扬声器来提高整体性能，或者更换更大功率的功放输出级，这伴随着功耗、体积和成本的大幅增加。在成本约束且产品定型的前提下，对进一步优化大音量下的失真度目前几乎没有解决办法。

小音量下，目前做法是在功放的前级部分引入等响度补偿电路，这会造成插入损耗和相位失真，且调音困难。在DSP(数字音频处理器)兴起的今天可以在信号被放大前进行一定的处理。这样效果很好，但需要引入DSP，如果音源不是数字输入，那么需要增加一级ADC(模数转换器)，引入采样失真，且增加成本。现有的等响度补偿电路为了补偿人耳听觉特性，会带来高插入损耗，引入相位失真，增加电路复杂度。现有等响度补偿一般采用模拟电路来调节不同频段的增益，调音困难，很难根据音箱和功放的特性针对性调节，常常会发生在小音量时出现过度补偿，影响实际听感的情况。

发明内容

本发明提供一种动态调节多扬声器组阻抗的电路，以及一种音响，以解决现有技术中大音量下扬声器和功放失真以及小音量下等响度补偿的问题。

本申请实施例提供了一种动态调节多扬声器组阻抗的电路，所述电路包括:

多扬声器组，开关元件组，控制单元；所述多扬声器组，包括两只及两只以上相同电声参数扬声器；所述开关元件组包括多个开关元件，各个开关元件的开关级分别连接在扬声器和功放之间、不同扬声器的正极、负极之间；所述控制单元根据设定的控制逻辑控制所述开关元件的接通或切断；

所述开关元件的接通或切断控制与之连接的扬声器是否接入功放，以及扬声器彼此之间的串联、并联组合，从而实现对所述多扬声器组阻抗进行调节。

优选的，所述控制单元的控制逻辑为：通过控制所述多扬声器组合中的扬声器串联，实现阻抗增加以获得与增大音量指令匹配的阻抗；通过控制所述多扬声器组合中的扬声器的并联，实现阻抗减小以获得与减小音量指令匹配的阻抗。

优选的，所述控制所述多扬声器组合中的扬声器串联，由控制扬声器之间串联的开关元件进行控制，当所述控制扬声器之间串联的开关元件接通，所述开关元件控制的扬声器串联入电路。

优选的，所述控制所述多扬声器组合中的扬声器并联，由控制扬声器之间并联的开关元件进行控制，当所述控制扬声器之间并联的开关元件接通，所述开关元件控制的扬声器并联入电路。

优选的，所述开关元件采用继电器。

优选的，所述控制单元采用DSP芯片。

本申请同时提供一种音响，包括上述任一项技术方案所述的动态调节多扬声器组阻抗的电路。

与现有技术相比，本发明具有以下优点:

现有技术提供的大音量下降低失真的办法，通过使用更高性能、更大功率的扬声器，导致了功耗、体积和成本的大幅增加；小音量下采用的等响度补偿电路带来高插入损耗，引入相位失真，增加电路复杂度，以及出现过度补偿的问题。

本发明提供一种动态调节多扬声器组阻抗的电路，其特征在于，包括:多扬声器组，开关元件组，控制单元；所述多扬声器组，包括两只及两只以上相同电声参数扬声器；所述开关元件组包括多个开关元件，各个开关元件的开关级分别连接在扬声器和功放之间、不同扬声器的正极、负极之间；所述控制单元根据设定的控制逻辑控制所述开关元件的接通或切断；所述开关元件的接通或切断控制与之连接的扬声器是否接入功放，以及扬声器彼此之间的串联、并联组合，从而实现对所述多扬声器组阻抗进行调节。

本发明提供的动态调节多扬声器组阻抗的电路，大音量下：当SPL(声压级)增大后，通过将同类扬声器串联来提高功放负载阻抗，可以显著降低同输出SPL下功放的输出电流供应，保护功放在额定功率下始终处于低失真的线性放大状态；而且可以降低每一个扬声器流经电流，减低温度，减低失真度。小音量下：当SPL(声压级)减小后，通过将同类扬声器并联来降低功放负载阻抗，用于系统的低音喇叭部分时，可以显著提升输出SPL，做到自动补偿人耳听力曲线的同时不引入插入损耗和相位失真，让人耳听起来没有低音缺失的感觉。本技术方案通过动态调节多扬声器组的负载阻抗，能够尽量发挥功放和发音单元的最大性能，提高最大、最小音量下的表现力。

附图说明

图1是本申请第一实施例提供的一种动态调节多扬声器组阻抗的电路示意图；

图2是本申请第一实施例提供的一种动态调节多扬声器组阻抗的电路的电路图；

图3是人耳等响度曲线图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本申请的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本申请进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是，本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似推广，因此，本申请不受下面公开的具体实施的限制。

本申请的实施例提供了一种动态调节多扬声器组阻抗的电路，以及一种音响。

下面以功能单元的方式介绍第一实施例。

请参考图1，其示出了根据本申请的实施例提供的所述动态调节多扬声器组阻抗的电路示意图，所述动态调节多扬声器组阻抗的电路，包括：多扬声器组101，开关元件组102，控制单元103。

所述多扬声器组101，包括两只及两只以上相同电声参数扬声器；

所述开关元件组102，包括多个开关元件，各个开关元件的开关级分别连接在扬声器和功放之间、不同扬声器的正极、负极之间；

所述控制单元103，根据设定的控制逻辑控制所述开关元件的接通或切断。

所述多扬声器组，指以某种方式耦合的多只相同电声参数扬声器所组成的阵列。

所述相同电声参数扬声器，是指电声参数全部相同的扬声器。

扬声器的主要参数有标称阻抗、额定功率、频率范围等。

标称阻抗是指扬声器在工作时对输入信号所呈现的交流阻抗值,它随测试频率的不同而不同。一般标注的阻抗值是，对于口径小于扬声器使用1000Hz时测试的阻抗值,对于口径大于90mm扬声器使用400Hz时测试的阻抗值。扬声器的标称阻抗(交流阻抗)值在数值上大约是扬声器音圈直流电阻值的l.2～1.3倍。选用扬声器时，其标称阻抗应等于电路输出阻抗。

额定功率又称为标称功率，它是指扬声器在长时间正常工作时所能输入的最大电功率。在标称功率下扬声器能够达到最佳的工作状态。选用扬声器时，其额定功率应不小于电路输出功率。

频率范围是指扬声器能够有效地重放音频信号的范围。人耳能听到的声音频率范围大约是20Hz～20kHz,并且对2kHz～6kHz之间的声音特别敏感。一般要求扬声器有比较平坦的频率特性曲线。

所述控制单元的控制逻辑为：通过控制所述多扬声器组合中的扬声器串联，实现阻抗增加以获得与增大音量指令匹配的阻抗；通过控制所述多扬声器组合中的扬声器的并联，实现阻抗减小以获得与减小音量指令匹配的阻抗。

在每声道输出功率50W并装置4只阻抗为8欧姆中低音扬声器的系统中。阻抗的调节的工作状态表见下表：

表1扬声器组阻抗调节工作状态表

由此可见，当音量小时，需要减小阻抗来增大功放的输出功率，所采用的办法是增加扬声器并联的数量，减少扬声器串联的数量，最大极限是所述扬声器组的所有扬声器全部并联；当音量大时，需要增大阻抗来减小功放的输出功率，所采用的办法是增加扬声器串联的数量，减少扬声器并联的数量，最大极限是所述扬声器组的所有扬声器全部串联。

所述控制所述多扬声器组合中的扬声器串联，由控制扬声器之间串联的开关元件进行控制，当所述控制扬声器之间串联的开关元件接通，所述开关元件控制的扬声器串联入电路。

所述控制所述多扬声器组合中的扬声器并联，由控制扬声器之间并联的开关元件进行控制，当所述控制扬声器之间并联的开关元件接通，所述开关元件控制的扬声器并联入电路。

所述根据设定的控制逻辑控制所述开关元件的接通或切断，例如可以设置控制单元的输出为高电平时，所述开关元件接通；控制单元的输出为低电平时，所述开关元件切断；还可以设置控制单元的输出为低电平时，所述开关元件接通；控制单元的输出为高电平时，所述开关元件切断。

所述开关元件一般采用继电器；但也不排除采用其他类型的开关原件，例如，工作在开关状态下的三极管、场效应管等。以下对采用继电器的技术方案进行详细说明。

继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统(又称输入回路)和被控制系统(又称输出回路)，通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。

继电器一般可以分为电磁继电器、热敏干簧继电器和固态继电器等。

电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点(常开触点)吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点(常闭触点)吸合。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。

热敏干簧继电器是一种利用热敏磁性材料检测和控制温度的新型热敏开关。它由感温磁环、恒磁环、干簧管、导热安装片、塑料衬底及其他一些附件组成。热敏干簧继电器不用线圈励磁，而由恒磁环产生的磁力驱动开关动作。恒磁环能否向干簧管提供磁力是由感温磁环的温控特性决定的。

固态继电器是一种两个接线端为输入端，另两个接线端为输出端的四端器件，中间采用隔离器件实现输入输出的电隔离。

所述控制单元采用DSP芯片。

DSP(digital singnal processor)是一种微处理器，其I/O引脚可以输出高电平或低电平，通过程序将控制I/O引脚设置为输出引脚，可以控制与其相连的硬件，例如将I/O引脚与继电器的控制端相连，可控制继电器的接通/断开。

控制单元除了采用DSP芯片外，还可采用单片机或其他具有控制功能的芯片。

继电器属于感性器件，一般不直接使用单片机的I/O口直接来控制，需要在三极管等控制器件上加反相保护电路。一般都是单片机通过连接一个PNP型三极管，把三极管作为电子开关来驱动继电器，继电器的开和关完全由三极管的基极电平进行控制。当三极管基极为高电平，PNP型三极管截止，这时继电器切断；反之为低电平的话，PNP型三极管导通，继电器接通。

切断；反之，为低电平时，PNP型三极管导通，继电器接通。

下面以具体电路的方式介绍第一实施例。

如图2所示，该电路包括扬声器SP1-扬声器SP4、继电器K1-继电器K17、控制单元IC1.

所述扬声器SP1--扬声器SP4为工作单元，实现电信号到声音信号的转换。每个扬声器均采用同一型号的扬声器，因此，每个扬声器具有相同的输入阻抗。

所述继电器K1-继电器K17作为开关原件，用于实现对扬声器是否接入功放以及用于根据需要改变扬声器之间的连接方式。上述扬声器分为三组，其中第一组为继电器K1-继电器K8，用于控制扬声器是否接入功放；第二组为继电器K9-继电器K14，用于控制扬声器之间的并联关系；第三组为继电器K15-继电器K17，用于控制扬声器之间的串联关系。

以下结合图2说明上述三组继电器与扬声器之间的连接关系。

如图2所示，第一组继电器K1-继电器K8中，继电器K1的继电器开关连接在扬声器SP1的正极和电源正极之间，继电器控制端则连接控制单元IC1的引脚1。继电器K2连接在扬声器SP1的负极和扬声器SP1的负极之间，继电器控制端则连接控制单元IC1的引脚2。当所述控制单元IC1的引脚1和引脚2均为高电平时，所述继电器K1和继电器K2的继电器开关均导通，所述扬声器SP1接入功放。当所述控制单元IC1的引脚1和引脚2有一个为低电平时，所述继电器K1和继电器K2中相应的继电器开关关闭，所述扬声器SP1从功放中退出。

同样的，如图2所示，所述第一组继电器中其他的继电器依次以上述方式连接在功放和扬声器SP2-SP4之间。

如图2所述，第二组继电器K9-K14中，继电器K9的继电器开关连接在扬声器SP1的正极和SP3的正极之间，继电器K9的继电器控制端连接控制单元IC1的引脚22。继电器K11的继电器开关连接在扬声器SP1的负极和SP3的负极之间；继电器K11的继电器控制端连接控制单元IC1的引脚21。当所述控制单元IC1的引脚22和引脚21均为高电平时，所述继电器K9和继电器K11的继电器开关均导通，所述扬声器SP1和所述扬声器SP3并联。当所述控制单元IC1的引脚22和引脚21有一个为低电平时，所述继电器K9和继电器K11中相应的继电器开关关闭，所述扬声器SP1和所述扬声器SP3无法构成并联。

同样的，如图2所示，所述第二组继电器中继电器K10和继电器K13以上述相同的方式连接在SP3和SP2之间，实现对SP3和SP2的并联关系的控制；以及，所述第二组继电器中继电器K12和继电器K14以上述相同的方式连接在SP2和SP4之间，实现对SP2和SP4的并联关系的控制。

如图2所述，第三组继电器K15-K17中，继电器K15的继电器开关连接在扬声器SP1的负极和SP3的正极之间；继电器K16的继电器开关连接在扬声器SP2的正极和SP3的负极之间；继电器K17的继电器开关连接在扬声器SP2的负极和SP4的正极之间。上述各个继电器的继电器控制端连接所述控制单元IC1相应的专用引脚上。所述继电器K15闭合时，可以实现扬声器SP1和扬声器SP3的串联，所述继电器K16闭合，可以实现扬声器SP2和扬声器SP3的串联，所述继电器K17闭合，可以实现扬声器SP2和扬声器SP4的串联。

控制单元IC1的控制方式为，当控制单元IC1上的引脚输出为高电平时，与引脚所连接的继电器的继电器开关接通；当控制单元IC1上的引脚输出为低电平时，与引脚所连接的继电器的继电器开关切断。

当电路工作时，用户调节音量时，根据用户调节的音量，计算出需要接入、串联、并联的扬声器数量，通过预先设置的软件程序确定需要接入电路的扬声器，需要串联入电路的扬声器，需要并联入电路的扬声器，通过控制单元IC1上的引脚输出的高低电平，将控制这些扬声器相应连接方式的继电器接通，将其余继电器切断。

所述控制单元IC1采用DSP(digital singnal processor，数字音频处理器)实现，根据检测获得的音量等情况，根据所编写的控制程序，控制控制单元IC1上的引脚的输出，实现对继电器开关的接通或切断，进而控制了与继电器相连接的扬声器是否接入功放，以及扬声器彼此之间的串联、并联组合，从而实现对所述多扬声器组阻抗进行调节；从而实现最佳的控制效果。

此外，为了消除继电器切换时的抖晃冲击噪声，可以在继电器上并联接入电容，吸收继电器触点接通或断开瞬间产生的脉冲。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (7)

1.一种动态调节多扬声器组阻抗的电路，其特征在于，包括:

多扬声器组，开关元件组，控制单元；所述多扬声器组，包括两只及两只以上相同电声参数扬声器；所述开关元件组包括多个开关元件，各个开关元件的开关级分别连接在扬声器和功放之间、不同扬声器的正极、负极之间；所述控制单元根据设定的控制逻辑控制所述开关元件的接通或切断；

所述开关元件的接通或切断控制与之连接的扬声器是否接入功放，以及扬声器彼此之间的串联、并联组合，从而实现对所述多扬声器组阻抗进行调节。

2.根据权利要求1所述的动态调节多扬声器组阻抗的电路，其特征在于，所述控制单元的控制逻辑为：通过控制所述多扬声器组合中的扬声器串联，实现阻抗增加以获得与增大音量指令匹配的阻抗；通过控制所述多扬声器组合中的扬声器的并联，实现阻抗减小以获得与减小音量指令匹配的阻抗。

3.根据权利要求2所述的动态调节多扬声器组阻抗的电路，所述控制所述多扬声器组合中的扬声器串联，其特征在于，

由控制扬声器之间串联的开关元件进行控制，当所述控制扬声器之间串联的开关元件接通，所述开关元件控制的扬声器串联入电路。

4.根据权利要求2所述的动态调节多扬声器组阻抗的电路，所述控制所述多扬声器组合中的扬声器并联，其特征在于，

由控制扬声器之间并联的开关元件进行控制，当所述控制扬声器之间并联的开关元件接通，所述开关元件控制的扬声器并联入电路。

5.根据权利要求1所述的动态调节多扬声器组阻抗的电路，其特征在于，所述开关元件采用

继电器。

6.根据权利要求1所述的动态调节多扬声器组阻抗的电路，其特征在于，所述控制单元采用

DSP芯片。

7.一种音响，包括权利要求1至6中任一项所述的动态调节多扬声器组阻抗的电路。