CN107911779B - 一种数字信号驱动的扬声器系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种数字信号驱动的扬声器系统，其特点在于包括MIX处理模块、预失真校正信号模块、PWM调制模块、共烧元件、电容、扬声器,其中扬声器包括两个驱动部分；MIX处理模块能对数字化的音频信号进行一次变换，使其三值化：无音为“0”，正高为“1”，负高为负“1”，PWM调制模块与MIX处理模块相接，共烧元件与PWM调制模块相接，扬声器与共烧元件相接，以使扬声器通过共烧元件、PWM调制模块从MIX处理模块上获得音频信号并加到两个驱动部分上，预失真校正信号模块与MIX处理模块相接，电容与共烧元件相接以对上下半周功率信号进行校正。本发明能输出非常清晰的声音，不存在失真的现象，能减轻噪音给回路造成的干扰，以及避免共振等不良影响。

Description

一种数字信号驱动的扬声器系统
技术领域
本发明涉及音频信号处理系统，特别是一种数字信号驱动的扬声器系统。
背景技术
随着D类功率驱动电路完善和发展，扬声器驱动系统的设计逐步向低功耗数字化方向发展。目前，大部分半数字化扬声系统普遍采用PWM驱动技术加LC低通模拟滤波，完成数模转换，再推动模拟扬声器，消除LC滤波器的限制，利用开关功率信号直接驱动扬声器，实现扬声器系统的全数字化。目前，数字化的扬声器还存在一些不足，他们分别为：输出的声音清晰度差，存在失真的现象，噪音会给回路造成较大的干扰，出现共振等不良影响。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题和不足，提供一种数字信号驱动的扬声器系统，该数字信号驱动的扬声器系统能输出非常清晰的声音，不存在失真的现象，能减轻噪音给回路造成的干扰，以及避免共振等不良影响。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种数字信号驱动的扬声器系统，其特点在于包括MIX处理模块、预失真校正信号模块、PWM调制模块、共烧元件、电容、扬声器,其中扬声器包括两个驱动部分；所述MIX处理模块能对数字化的音频信号进行一次变换，使其三值化：无音为“0”，正高为“1”，负高为负“1”，所述PWM调制模块与MIX处理模块相接，以通过PWM调制模块将三值化的信号调制成上下半周功率信号，所述共烧元件与PWM调制模块相接，所述扬声器与共烧元件相接，以使扬声器通过共烧元件从PWM调制模块上获得上下半周功率信号并分别加到两个驱动部分上，由扬声器本身质量、弹簧、阻尼系统对功率信号进行滤波、合成完整的可闻得音频信号，所述预失真校正信号模块与MIX处理模块相接以对失真信号进行校正，所述电容与共烧元件相接以对上下半周功率信号进行校正。
进一步地，所述PWM调制模块与共烧元件之间的电路上设置有电子开关、反峰二极管。
再进一步地，所述共烧元件包括线圈、富铁导体、导体层、铁氧体介质材料件，所述线圈与富铁导体设置在铁氧体介质材料件中，并使线圈与富铁导体的端部伸出铁氧体介质材料件外，所述导体层设置在铁氧体介质材料件的表面上。
更进一步地，所述扬声器为电动式扬声器或压电陶瓷扬声器。
在前述的基础上，为进一步优化电动式扬声器的结构，所述电动式扬声器包括导体膜、绝缘膜绕制音圈。
在前述的基础上，还提出有两种电动式扬声器的设计结构，他们分别为：第一种，所述电动式扬声器包括加内外短路环或高频高导铁氧体环的外磁磁路，该外磁磁路包括磁体、夹板、导磁轭、内短路环或高频高导铁氧体环、外短路环或高频高导铁氧体环；所述夹板设置在导磁轭的上方，所述磁体设置于夹板与导磁轭之间并使磁体的部分结构处于导磁轭外，所述内短路环或高频高导铁氧体环与外短路环或高频高导铁氧体环分别设置在导磁轭与夹板的端部，并使内短路环或高频高导铁氧体环与外短路环或高频高导铁氧体环呈相向布置。第二种，所述电动式扬声器包括加内外短路环或高频高导铁氧体环的内磁磁路，该内磁磁路包括磁体、夹板、导磁轭、内短路环或高频高导铁氧体环、外短路环或高频高导铁氧体环；所述夹板设置在导磁轭的上方，所述磁体设置于夹板与导磁轭之间并使磁体处于导磁轭内，所述内短路环或高频高导铁氧体环与外短路环或高频高导铁氧体环分别设置在夹板与导磁轭的端部，并使内短路环或高频高导铁氧体环与外短路环或高频高导铁氧体环呈相向布置。
本发明的有益效果：本发明通过MIX处理模块、预失真校正信号模块、PWM调制模块与电容的合理布置，可实现数字信号不失真传输，从而使得扬声器输出的声音更加清晰，不会存在失真的现象。同时，共烧元件设置可以降低回路中的噪音干扰，还能避免共振等不良影响。
附图说明
图1为本发明中扬声器系统逻辑示意图。
图2为本发明中PWM信号直接驱动电动式扬声器的电路示意图。
图3为本发明中PWM信号直接驱动的压电陶瓷扬声器的电路示意图。
图4为本发明中单弹性元件电动式扬声器机电类比示意图。
图5为本发明中双弹性元件电动式扬声器机电类比示意图。
图6为本发明中铁氧体与富铁导体共烧元件基本结构示意图。
图7为本发明中铁氧体与富铁导体共烧元件的一种串联结构示意图。
图8为本发明的实施方案一的原理示意图。
图9为本发明的实施方案二的原理示意图。
图10为本发明中加内外短路环或高频高导铁氧体环的外磁磁路示意图。
图11为本发明中加内外短路环或高频高导铁氧体环的内磁磁路示意图。
图12为本发明中铁氧体与富铁导体元件在样机工作时测得的波形图。
具体实施方式
如图1至图3所示，本发明所述的一种数字信号驱动的扬声器系统，包括MIX处理模块1、预失真校正信号模块2、PWM调制模块3、共烧元件4、电容5、扬声器6,其中扬声器6包括两个驱动部分；所述MIX处理模块1能对数字化的音频信号进行一次变换，使其三值化：无音为“0”，正高为“1”，负高为负“1”，所述PWM调制模块3与MIX处理模块1相接，以通过PWM调制模块3将三值化的信号调制成上下半周功率信号，所述共烧元件4与PWM调制模块3相接，所述扬声器6与共烧元件4相接，以使扬声器6通过共烧元件4从PWM调制模块3上获得上下半周功率信号并分别加到两个驱动部分上，由扬声器6本身质量、弹簧、阻尼系统对功率信号进行滤波、合成完整的可闻得音频信号，所述预失真校正信号模块2与MIX处理模块1相接以对失真信号进行校正，所述电容5与共烧元件4相接以对上下半周功率信号进行校正。本发明通过MIX处理模块、预失真校正信号模块、PWM调制模块与电容的合理布置，可实现数字信号不失真传输，从而使得扬声器输出的声音更加清晰，不会存在失真的现象。同时，共烧元件设置可以降低回路中的噪音干扰，还能避免共振等不良影响。
如图2和图3所示，所述PWM调制模块3与共烧元件4之间的电路上设置有电子开关7、反峰二极管8。
如图6所示，所述共烧元件4包括线圈41、富铁导体42、导体层43、铁氧体介质材料件44，所述线圈41与富铁导体42设置在铁氧体介质材料件44中，并使线圈41与富铁导体42的端部伸出铁氧体介质材料件44外，所述导体层43设置在铁氧体介质材料件44的表面上。如图7所示，其为共烧元件4的一种串联用法，其是这样实现的，将相邻共烧元件4的线圈41与富铁导体42连接在一起。该结构能应用在高电压、大电流及对音质要求高的电声换能系统中。其中，图12为铁氧体与富铁导体元件在样机工作时测得的波形图。
所述扬声器6为电动式扬声器或压电陶瓷扬声器。如图2所示，所述电动式扬声器包括两个线圈体61、两个同名端62、机械换能部分63。如图3所示，所述压电陶瓷扬声器包括两个电极64、两个压电晶体65、中间共用基本或电极件66，所述两个压电晶体65分别设置在中间共用基本或电极件66的两侧，所述两个电极64分别设置在两个压电晶体65的外侧。如图4和图5所示，它们分别为单弹性及双弹性元件构成的电动式扬声器机电类比示意图，其中：Ce1为功率开关管结电容，Le1为富铁导体与铁氧体共烧原件电感，Re1为富铁导体与铁氧体共烧原件电阻，Le2由富铁导体与铁氧体共烧元件与电容组成的网络感量，Ce2由富铁导体与铁氧体共烧元件与电容组成的网络在路电容总和，Re2介质电阻，图中虚线框架内为电动式扬声器机械部分导纳比图。
在前述的基础上，为进一步优化电动式扬声器的结构，所述电动式扬声器包括导体膜、绝缘膜绕制音圈。电动式扬声器利用导体膜与绝缘膜绕制音圈可有效利用导体截面积，减少音圈流过高频脉冲功率信号由趋肤效应带来的负面影响，达到节能节约原材料双重目的。
在前述的基础上，还提出有两种电动式扬声器的设计结构，他们分别为：第一种，如图10所示，所述电动式扬声器包括加内外短路环或高频高导铁氧体环的外磁磁路10，该外磁磁路10包括磁体100、夹板200、导磁轭300、内短路环或高频高导铁氧体环400、外短路环或高频高导铁氧体环500；所述夹板200设置在导磁轭300的上方，所述磁体100设置于夹板200与导磁轭300之间并使磁体100的部分结构处于导磁轭300外，所述内短路环或高频高导铁氧体环400与外短路环或高频高导铁氧体环500分别设置在导磁轭300与夹板200的端部，并使内短路环或高频高导铁氧体环400与外短路环或高频高导铁氧体环500呈相向布置。第二种，如图11所示，所述电动式扬声器包括加内外短路环或高频高导铁氧体环的内磁磁路20，该内磁磁路20包括磁体100、夹板200、导磁轭300、内短路环或高频高导铁氧体环400、外短路环或高频高导铁氧体环500；所述夹板200设置在导磁轭300的上方，所述磁体100设置于夹板200与导磁轭300之间并使磁体100处于导磁轭300内，所述内短路环或高频高导铁氧体环400与外短路环或高频高导铁氧体环500分别设置在夹板200与导磁轭300的端部，并使内短路环或高频高导铁氧体环400与外短路环或高频高导铁氧体环500呈相向布置。上述两个方案中，内短路环或高频高导铁氧体环400与外短路环或高频高导铁氧体环500的设置能够降低扬声器在工作中产生的涡流热。
在前述设计的基础上，可延伸出多种实施方案。如图3所示，将MIX处理模块1以后部分看成S。第一种延伸实施方案，如图8中，为由多路S系统组成的多路分频扬声器系统，其音频的低频段可选择高电压、大电流开关频率较低的IGBT完成，高频部分采用低压开关频率高的场效应管完成，这样可以在保证声音重放良好的条件下降低产品的材料成本。第二种延伸实施方案，如图9中，为由多路S系统组成的便携式或车载声音重放系统逻辑简图，便携及车载系统主要由局域电源供电，这样就可以把经过调制的音频信号加载到电源上，这样每个扬声子系统只需两条线联接即可，此方案使扬声器系统结构简化，方便使用。

Claims (7)

1.一种数字信号驱动的扬声器系统，其特征在于：包括MIX处理模块（1）、预失真校正信号模块（2）、PWM调制模块（3）、共烧元件（4）、电容（5）、扬声器（6）,其中扬声器（6）包括两个驱动部分；
所述MIX处理模块（1）能对数字化的音频信号进行一次变换，使其三值化：无音为“0”，正高为“1”，负高为负“1”，所述PWM调制模块（3）与MIX处理模块（1）相接，以通过PWM调制模块（3）将三值化的信号调制成上下半周功率信号，所述共烧元件（4）与PWM调制模块（3）相接，所述扬声器（6）与共烧元件（4）相接，以使扬声器（6）通过共烧元件（4）从PWM调制模块（3）上获得上下半周功率信号并分别加到两个驱动部分上，由扬声器（6）本身质量、弹簧、阻尼系统对功率信号进行滤波、合成完整的可闻得音频信号，所述预失真校正信号模块（2）与MIX处理模块（1）相接以对失真信号进行校正，所述电容（5）与共烧元件（4）相接以对上下半周功率信号进行校正。
2.根据权利要求1所述数字信号驱动的扬声器系统，其特征在于：所述PWM调制模块（3）与共烧元件（4）之间的电路上设置有电子开关（7）、反峰二极管（8）。
3.根据权利要求1所述数字信号驱动的扬声器系统，其特征在于：所述共烧元件（4）包括线圈（41）、富铁导体（42）、导体层（43）、铁氧体介质材料件（44），所述线圈（41）与富铁导体（42）设置在铁氧体介质材料件（44）中，并使线圈（41）与富铁导体（42）的端部伸出铁氧体介质材料件（44）外，所述导体层（43）设置在铁氧体介质材料件（44）的表面上。
4.根据权利要求1所述数字信号驱动的扬声器系统，其特征在于：所述扬声器（6）为电动式扬声器或压电陶瓷扬声器。
5.根据权利要求4所述数字信号驱动的扬声器系统，其特征在于：所述电动式扬声器包括导体膜、绝缘膜绕制音圈。
6.根据权利要求4所述数字信号驱动的扬声器系统，其特征在于：所述电动式扬声器包括加内外短路环或高频高导铁氧体环的外磁磁路（10），该外磁磁路（10）包括磁体（100）、夹板（200）、导磁轭（300）、内短路环或高频高导铁氧体环（400）、外短路环或高频高导铁氧体环（500）；所述夹板（200）设置在导磁轭（300）的上方，所述磁体（100）设置于夹板（200）与导磁轭（300）之间并使磁体（100）的部分结构处于导磁轭（300）外，所述内短路环或高频高导铁氧体环（400）与外短路环或高频高导铁氧体环（500）分别设置在导磁轭（300）与夹板（200）的端部，并使内短路环或高频高导铁氧体环（400）与外短路环或高频高导铁氧体环（500）呈相向布置。
7.根据权利要求4所述数字信号驱动的扬声器系统，其特征在于：所述电动式扬声器包括加内外短路环或高频高导铁氧体环的内磁磁路（20），该内磁磁路（20）包括磁体（100）、夹板（200）、导磁轭（300）、内短路环或高频高导铁氧体环（400）、外短路环或高频高导铁氧体环（500）；所述夹板（200）设置在导磁轭（300）的上方，所述磁体（100）设置于夹板（200）与导磁轭（300）之间并使磁体（100）处于导磁轭（300）内，所述内短路环或高频高导铁氧体环（400）与外短路环或高频高导铁氧体环（500）分别设置在夹板（200）与导磁轭（300）的端部，并使内短路环或高频高导铁氧体环（400）与外短路环或高频高导铁氧体环（500）呈相向布置。
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