CN110213702B - 用于操作压电扬声器的方法及电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于操作压电扬声器(2)以产生可听波长谱和/或超声范围内的声波的方法，其中压电扬声器(2)的压电致动器(24)用能量单元(3)的电能至少部分地充电并又至少部分地放电，由此产生声波，并且其中至少确定压电致动器(24)的当前压电致动器电压(12、13)。根据本发明，在充电和/或放电之前，将压电致动器(24)的未来输入电压(14)与当前压电致动器电压(12、13)进行比较并由此确定未来差分电压(15)。此外，在压电致动器(24)中所存储的能量的一部分可在放电期间被充回能量单元(3)。

Description

用于操作压电扬声器的方法及电路

技术领域

本发明涉及一种用于操作压电扬声器以产生可听波长谱和/或超声范围内的声波的方法，其中压电扬声器的压电致动器用能量单元的电能至少部分地充电又至少部分地放电，由此产生声波。另外，在该方法中确定压电致动器的当前压电致动器电压。此外，本发明涉及一种用于操作压电扬声器的电路。

背景技术

从US 2010/0271147A1中已知一种用于压电元件的电路。其中，从能量储存器向压电元件充入电能以进行充电以及从压电元件向能量存储器充入电能以进行放电。此外，测量压电元件处的电压并将其与当前输入电压进行比较。其缺点在于，根据US 2010/0271147A1的压电元件的再现声音的质量不足。

发明内容

因此，本发明的目的是改进现有技术。

该目的通过具有独立权利要求的特征的一种用于操作压电扬声器的方法和一种电路来实现。

提出了一种用于操作压电扬声器以产生可听波长谱中的声波的方法。压电扬声器可以布置在例如智能电话、耳机、入耳式耳机等中以产生音乐、音调或语音。可听波长谱中的声波可以例如具有大约20Hz至20kHz的频率，使得它们对于人耳是可感知的。

附加地或替代地，也可以利用压电扬声器产生超声范围内的声波。对此，这种声波具有高于约20kHz的频率。因此可以借助压电扬声器产生超声。由此，压电扬声器可以出现在医疗技术应用中，例如用于超声检查。然而，除此以外还可以想到其他应用。例如，借助于压电扬声器产生的超声还可以用于距离测量(特别是回声探测仪)、用于超声清洁、用于运动检测器、用于超声焊接、用于超声悬浮、用于超声检测仪(用于材料检测)、用于超声线性驱动器、用于超声流量传感器或用于超声切割。

在该方法中，压电扬声器的压电致动器用能量单元的电能至少部分地充电并又至少部分地放电，由此产生声波。对此，电能可以由能量单元提供。压电致动器具有压电特性，即，压电致动器可以根据其充电状态而偏转。压电致动器充入的电能越高，该压电致动器的偏转也越高。借助于压电致动器的偏转，当偏转例如被传递到薄膜时，可以产生声波。由此，布置在薄膜上方的空气可以振动，从而产生声波。此外，压电致动器的偏转可以通过将其充电和放电来改变。如果压电致动器继续充电，则可以增加偏转。另一方面，为了减小偏转，可以将压电致动器放电。因此，压电致动器可以通过交替的充电和放电而振动，其中振动例如被传递到薄膜，从而产生声波。

在该方法中，从能量单元向压电致动器充入电能，以对压电致动器进行充电。对此，能量单元可以是能量存储器，例如电池或蓄电池。借助于能量单元可以操作压电扬声器。如上所述，当压电致动器要进一步偏转时，可以接着执行充电。

此外，在该方法中，从压电致动器放出电能，以将压电致动器进行放电。当要减小压电致动器的偏转时，可以例如接着执行放电。另外，可以将电能从压电致动器充入能量单元中，从而可以再次使用该电能。由此可以更有效地操作压电扬声器。

因此，可以通过压电致动器的受控偏转来产生声波。当根据音频信号(其可以包括例如音调、声响或音乐)发生偏转时，借助于压电扬声器产生相应的声音，其同样包括音调、声响或音乐。音频信号可以是例如音乐文件的形式。但是，音频信号也可以在通电话时由对话伙伴提供。

通过用电能进行充电和放电也增大或减小了压电致动器处的电压。随着压电致动器处的电压增大，偏转增加。此外，当压电致动器处的电压减小时，偏转减小。此外，压电致动器具有电容，因为通过用电能对压电致动器进行充电来根据电压建立电场。因此，压电致动器可以具有电容器的特性。另外，压电致动器的充电状态或电压以及偏转可以彼此依赖。

此外，在该方法中至少确定压电致动器的当前压电致动器电压。当前压电致动器电压是当前或目前施加到压电致动器的电压。当前压电致动器电压也是当前或目前用来对压电致动器进行充电的电压。由此可以推断出压电致动器的偏转，因为偏转取决于压电致动器电压。

根据本发明，在充电之前，将压电致动器的未来输入电压与当前压电致动器电压进行比较。附加地或替代地，在放电之前，将压电致动器的未来输入电压与当前压电致动器电压进行比较。由此确定未来差分电压。对此，未来输入电压可以是压电致动器处的将在未来(例如下一个)的时间区间中施加到压电致动器的电压。未来输入电压可以是压电致动器处的电压的目标值。对此，未来输入电压也可以是未来的压电致动器电压。未来差分电压可以是补偿对应于偏转的当前压电致动器电压与未来输入电压的不同或差异的电压。

如果可以测量和/或确定的当前或目前压电致动器电压为例如29.5V，并且例如将在下一个时间区间中施加到压电致动器上的未来输入电压为30V，则可由此确定未来差分电压为0.5V。在该示例中，压电致动器电压应从当前的29.5V 增大到未来的30V。因此，施加到压电致动器上的压电致动器电压必须增大 0.5V，特别是对于未来和/或下一个时间区间。因此，差分电压可以是补偿电压。由此，在当前时刻已经确定了下一个时间区间的差分电压。有利的是，压电致动器的偏转以尽可能高的精度进行，以能够产生具有高质量的音调、音乐或语音。通过预先计算未来差分电压，可以高精度地控制偏转。由此提高了所产生的声波(其可包括音调、音乐或语音)的质量。

如果要对压电致动器进行充电，则未来差分电压可以为正。替代地，如果要将压电致动器进行放电，则未来差分电压可以为负。

下一个或未来的时间区间可以例如对应于压电致动器的下一次充电或放电。

在本发明的一个有利的改进方案中，压电致动器的未来输入电压由用于在压电扬声器处输出的音频信号来确定。对此，音频信号可包括借助于压电扬声器来输出的音调、音乐或语音。但是，音频信号还可包括对于超声应用所需的信号。对此，音频信号随时间变化。如果要在压电扬声器处输出具有相应频率的音调，则在最简单的情况下，音频信号包括单个频率。在单个音调的情况下，音频信号包括单个周期性振荡，其可以用正弦波来描述。如果要在压电扬声器处输出语音或音乐，则音频信号包括多个频率或振动。于是该音频信号是复杂的时间信号。而在这两种情况下，压电致动器根据音频信号来偏转，以产生与音频信号相匹配的音调、相匹配的音乐或相匹配的语音。因此，压电致动器根据音频信号来偏转。因此，声音质量取决于根据音频信号进行的压电致动器的偏转有多精确。

有利的是，在充电期间，将电能从能量单元充入传输单元和/或从传输单元充入压电致动器。附加地或替代地，在压电致动器的放电期间，将电能从压电致动器充入传输单元和/或从传输单元充入能量单元。传输单元可以是例如具有电感的线圈，使得电能以传输单元中的电流的形式存储。由此可以形成例如电谐振电路。电谐振电路可以形成在传输单元与压电致动器和/或能量单元之间。于是，电能可以按简单的方式在能量单元、传输单元和压电致动器之间传输。

还有利的是，至少由未来的差分电压来确定未来的电差分能量。附加地或替代地，有利的是，至少由经测量的压电致动器电压来确定未来的电差分能量。对于压电致动器，可能出现以下困难：未来差分电压与由此导致的偏转之间的关系不是线性的。通常，这种关系是非线性的。这可能是由于在压电致动器偏转时其几何形状改变，并因此改变了该压电致动器的电容。在一定的差分电压下充电或放电时的附加偏转在低偏转的情况下可以与在高偏转的情况下不同。特别地，可以借助于确定未来的电差分能量来考虑取决于偏转的电容。例如，与在较低偏转的情况下相比，在现有的高偏转的情况下可能需要更多的差分能量，以使压电致动器偏转相同的量。此外，未来差分能量还可以取决于当前或目前压电致动器电压。此外，差分电压还可取决于其他因素，例如能量单元、传输单元和/或压电致动器的电路中的电阻。

如果要对压电致动器进行充电，则未来的电差分能量可以为正。替代地，如果要将压电致动器进行放电，则未来的电差分能量还可以为负。

有利地，在充电期间，可以将未来差分能量从能量单元充入传输单元。附加地或替代地，可以将未来差分能量从传输单元充入压电致动器。

在放电期间，可以将未来差分能量从压电致动器充入传输单元。附加地或替代地，可以将未来差分能量从传输单元充入能量单元。

如果传输单元被设计为电感，则未来差分能量可以按传输单元中的电流的形式存储。对此，该电流流过传输单元。

有利的是，根据未来输入电压来确定未来充电时间。附加地或替代地，还可以根据未来差分电压来确定未来充电时间。附加地或替代地，还可以根据未来差分电压来确定未来充电时间。附加地或替代地，还可以根据经测量的压电电压来确定未来充电时间。在未来充电时间期间，将电能(特别是未来差分能量)从能量单元充入传输单元。

还有利的是，根据未来输入电压来确定未来放电时间。附加地或替代地，还可以根据未来差分能量来确定未来放电时间。附加地或替代地，还可以根据未来差分电压来确定未来放电时间。附加地或替代地，还可以根据经测量的压电电压来确定未来放电时间。在未来放电时间期间，将电能(特别是未来差分能量)从压电致动器充入传输单元。

由此可以确定压电致动器充电或放电的持续时间，以或多或少地使压电致动器偏转，从而根据音频信号产生具有高质量的声波。借助于充电和/或放电时间，还可以控制电路。例如，借助于充电和/或放电时间，电路的开关可以相应地长时间断开和/或闭合。对此，充电和/或放电时间可以是对于电路的开关状态或开关位置的相应时间。

还有利的是，充电时间存储在存储单元中。附加地或替代地，放电时间也可以存储在存储单元中。对此，压电扬声器可包括存储单元。此外，可以根据未来输入电压、当前压电致动器电压、未来差分电压和/或未来差分能量来确定和/或选择所存储的充电时间和/或放电时间。由此，可以在稍后缩短确定各种所述值的时间。在存储单元中，充电时间和/或放电时间可以存储为列表。如果在稍后测量当前压电致动器电压，存在特定的未来输入电压、未来差分能量和 /或未来差分电压，则可以在列表中查找是否已存在对应的充电时间和/或放电时间。如果该值存在，则可以提取该值而无需重新确定该值。由此可以节省确定该值的时间。

有利的是，借助于脉冲宽度调制方法来执行压电致动器的充电和/或放电。脉冲宽度调制方法的脉冲宽度和/或脉冲持续时间可以例如根据充电时间、放电时间、差分电压和/或差分能量来确定。然后借助于脉冲宽度调制方法，可以控制用于压电致动器的充电和/或放电的电路的相应开关。借助于脉冲宽度调制方法，电路的开关可以根据充电和/或放电时间来闭合和/或断开。

有利的是，充电；放电；和/或差分电压、差分能量、充电时间、放电时间的确定；和/或压电致动器电压的确定(特别是测量)被逐步地或周期性地以一工作频率执行。由此，压电致动器可以逐步地和/或周期性地充电或放电。附加地或替代地，可以逐步地和/或周期性地计算所述值。由于例如周期性地测量压电致动器电压并例如周期性地确定差分电压，因此可以周期性地调节压电致动器电压，该压电致动器电压可以是输入电压。对此，工作频率可以在例如1MHz 的范围内。因此，工作频率可以是时钟频率，以该时钟频率执行用于操作压电扬声器的方法和/或操作压电扬声器的电路。附加地或替代地，工作频率也可以在高于音频信号的带宽的范围内。对于音频信号，带宽通常可例如至多达20 kHz。因此，音频信号例如以20kHz的频率变化。因此，音频信号以至多达50 μs的变化周期变化。于是工作频率可以例如比音频信号的带宽高50倍。由此达到例如1MHz的范围。当然，当产生超声时，频率相应地更高。

音频信号最多以带宽或变化周期来变化。在该示例中，由用于压电致动器的方法处理的音频信号的电平每1μs或以1MHz的工作频率变化。由此，根据该示例，压电致动器的偏转也每1μs或以1MHz的工作频率变化。因为压电致动器例如由于惯性而不能遵循1MHz的偏转变化率，所以该偏转为工作频率的多个周期的平均值。

进一步区分具有带宽或变化周期的音频信号和音频信号的电平。音频信号可以例如存储在音乐文件中并可以例如具有至多达20kHz的带宽，即可听波长谱。相反，由用于压电致动器的方法处理的音频信号的电平以工作频率变化。因此，带宽可以例如是与用于操作压电扬声器的方法无关的频率。音频信号电平的变化率或还有采样周期可取决于该方法，即工作频率，以该工作频率来为压电致动器提供电信号。

如果工作频率例如比音频信号的带宽高50倍，则压电致动器电压可以在例如50μs的音频信号的每个变化周期内测量50次、可以确定未来差分电压和/ 或差分能量、可以确定充电和/或放电时间和/或可以对压电致动器进行充电和/ 或放电。因此，压电致动器电压可以在音频信号的每个变化周期调节到输入电压50次。由此可以提高所产生的声波的质量。在50μs的音频信号的变化周期内的调节期间产生的声波具有相应的高频率。例如，该频率在工作频率的范围内，使得声波具有1MHz的范围内的频率。具有这样的频率的声波超出对于人耳可听的波长谱，使得以工作频率调节压电致动器的偏转对声波(例如音调、音乐或语音)的质量没有影响或影响很小。

有利的是，工作频率的周期被划分为第一时间段、第二时间段和第三时间段。对此，第二时间段可以跟随第一时间段。附加地或替代地，第三时间段也可以跟随第二时间段。在第一时间段、第二时间段和/或第三时间段内，充电；放电；和/或差分电压、差分能量、充电时间、放电时间的确定；和/或压电致动器电压的测量可被执行。

有利的是，在第一时间段内，将电能从能量单元充入传输单元。第一时间段是例如准备对压电致动器进行充电的时间段。

对此，从能量单元对传输单元的充电可以在第一时间段内的时刻进行，使得差分能量在第一时间段结束时存储在传输单元中。由于传输单元可以是电感，因此差分能量可以按通过电感的电流的形式存储。开始从能量单元对传输单元进行充电的时刻可以借助于充电时间来确定。于是在第一时间段结束时， (特别是先前所确定的)未来差分能量处于传输单元中。对此，在充电时间期间，当传输单元具有电感的形式时，电流增大直到达到差分能量。

另外有利的是，压电致动器的充电和/或放电在第二时间段的开始处开始。在充电期间，可以例如将传输单元中所存储的能量充入压电致动器。如果在第一时间段结束时将差分能量以电流的形式充入传输单元，则有利的是，差分能量随后(即，在跟随第一时间段的第二时间段的开始处)被充入压电致动器。这种不间断的传输是有利的，因为差分能量以电流的形式存在，并且该电流只能在电路中流动。在第二时间段期间，在传输单元中存储的电能减少。如果传输单元被实施为电感，则通过电感的电流减小。相反，在第二时间段期间，压电致动器中的电能增加。由于压电致动器具有电容器的特性，因此压电致动器的电压随着电能而增大，由此压电致动器的偏转增加并产生声音。对此，第一时间段期间的电能的传输时间(例如基于充电时间)通过所确定的压电致动器电压和输入电压来确定，使得在将电能从传输单元传输到压电致动器之后，压电致动器具有与预定音频信号相匹配的偏转。由此可以产生具有高质量的包括音调、音乐或语音的声音。

在放电期间，可以在第二时间段期间将压电致动器中所存储的能量充入传输单元。对此，有利的是，没有电能存储在传输单元中。如果传输单元为电感，则没有电流流过电感。在放电期间，将电能从压电致动器充入传输单元。对此，压电致动器的电压减小并且传输单元中的电能增加。如果传输单元被实施为电感，则通过电感的电流增大。这可以在放电时间的历时内进行。在放电时间之后，压电致动器的电能减少了当前在传输单元中的差分能量。压电致动器的偏转由于电能减少了差分能量而减小。由此可以产生对应于音频信号的声音。

有利的是，在第三时间段中测量压电致动器电压，将压电致动器电压数字化，确定差分电压、输入电压、差分能量，对压电致动器进行充电和/或将压电致动器进行放电。第三时间段可以用于执行所述值的计算。附加地或替代地，当例如第二时间段不够时，第三时间段可以用于将压电致动器进行放电。

还提出了一种用于操作压电扬声器以产生可听波长谱中的声波的电路。对此，可听波长谱包括约20Hz至20kHz范围内的声音频率。附加地或替代地，也可以借助压电扬声器来产生超声范围内的声波。该声波具有高于20kHz的频率。借助于该电路，压电扬声器的压电致动器可以被充电和/或放电，从而可以形成压电致动器的偏转。压电致动器具有压电特性。也就是说，借助于充电和 /或放电可以形成压电致动器的偏转。这些偏转可以例如被传递到薄膜以产生声波。

此外，借助于该电路，能量单元和压电致动器之间的电能是可传输的。

根据本发明，该电路被设计成按根据以上和/或以下描述的一个或多个特征的方法来操作。

附图说明

本发明的其他优点在以下实施例中描述。附图示出：

图1示出具有用于对压电致动器进行充电的开关位置的电路，

图2示出具有用于对压电致动器进行充电的开关位置的电路，

图3示出具有用于将压电致动器进行放电的开关位置的电路，

图4示出具有用于将压电致动器进行放电的开关位置的电路，

图5示出用于操作压电扬声器的方法的框图，以及

图6示出具有时间开关信号、时间电流曲线和时间电压曲线的示图。

具体实施方式

图1示出了用于操作压电扬声器2的电路1。在所示的实施例中示出了对压电扬声器2的压电致动器24(这里未示出)进行充电的第一步骤。压电致动器24布置在压电扬声器2中并且在此示意性地示出。

电路1包括至少一个开关S1-S4。附加地或替代地，该电路具有至少一个二极管D1-D4。借助于至少一个开关S1-S4和/或至少一个二极管D1-D4，电能可以在能量单元3和压电扬声器2的压电致动器24之间传输。根据本实施例，电路1具有四个开关S1-S4和四个二极管D1-D4。对此，能量单元3和/或压电扬声器2可以连接到电路1。能量单元3可以是例如电池或蓄电池。

二极管D1-D4可以用于在开关S1-S4尚未闭合时允许电流流动。

根据本实施例，电容器25可以布置成与能量单元3平行，以使能量单元3 的电压稳定。

压电致动器24具有压电特性。也就是说，压电致动器24被充电或放电，从而可以形成或改变压电致动器24的偏转。由于偏转可以产生声波，其可包括音调、音乐或语音。偏转可被传递到压电扬声器2的薄膜，以产生声波。布置在薄膜上方的空气可以通过偏转而振动。如果压电致动器24根据音频信号来偏转，则可以产生对应于音频信号中包含的音乐、语音或音调的声波。附加地或替代地，借助于压电扬声器2或压电致动器24，还可以产生超声范围内的声波。对此，音频信号包括产生超声的信号。

根据图1所示的实施例，示出了一种方法，其中将电能从能量单元3充入压电致动器24。对此，在第一步骤中，将电能从能量单元3传输到电路1的传输单元4。此外，传输单元4在该实施例中被设计为电感。

对此，根据本实施例，第一开关S1和第四开关S4闭合。此外，能量单元 3可以具有图1中所示的极性+/-，其中该能量单元3具有例如可达3V的供电电压。通过闭合的开关S1和S4，可以形成电流5，其沿电流方向6流经传输单元4。由于传输单元4在此设计为电感，因此通过传输单元4的电流5随时间变强。根据通过传输单元4的电流5，电能被存储在该传输单元4中。

图2示出了具有用于对压电致动器24进行充电的另一开关位置的电路。根据本实施例，第一开关S1和第四开关S4断开。此外，第二开关S2和第三开关S3闭合。电流5现在从实施为电感的传输单元4流到压电扬声器2的压电致动器24。电流5沿电流方向6流动。由此，将电能从传输单元4传输到压电致动器24。对此，电流5随时间减小，其中电流5在一段时间之后中断。如果电流5已经中断，即电流5具有0安培的电流强度，则第二开关S2和/或第三开关S3可以断开，以防止电能从压电致动器24流回到传输单元4。通过对压电致动器24进行充电使该压电致动器24的电压增大。压电致动器24根据所增大的电压来偏转。由此可以产生声波。

通过图1和图2中所示的方法可以对压电致动器24进行充电以控制其偏转。

图3示出了具有用于将压电扬声器2的压电致动器24进行放电的开关位置的电路1。对此，第二开关S2和第三开关S3闭合。第一开关S1和第四开关 S4断开。在放电开始时，通过传输单元4的电流5可以为零。电流5由于压电致动器24的电压而随时间增加。根据本实施例，电流方向6与充电期间的电流方向相反。在一段时间(特别是放电时间)之后，通过传输单元4的电流5 达到一(特别是预定的)值。然后，第二开关S2和/或第三开关S3可以断开，使得没有电流5可以从压电致动器24流到传输单元4。

图4示出了处于用于将压电致动器24进行放电的开关位置的电路1。在这里所示出的实施例中，可以将传输单元4中所存储的能量充回到能量单元3。然后，这些能量再次可用并由此可以最小化用于操作压电扬声器2的能量消耗。

根据本实施例，开关S2和S3断开。第一开关S1和第四开关S4闭合，使得电流5沿电流方向6通过传输单元4流到能量单元3。

图5示出了用于操作压电扬声器2的方法的框图。该框图示出了用于操作压电扬声器2的电路1和能量单元3。根据本实施例，能量单元3和压电扬声器2与作为参考电位的接地7连接。此外，压电扬声器2具有这里未示出的压电致动器24(参见图1-4)，利用该压电致动器24可以形成偏转，从而可以产生声波。借助于框图中所示的方法，压电扬声器2的压电致动器24可以被充电和/或放电，以控制其偏转并因此控制声音的产生。

在根据图5的本实施例的方法中，测量压电致动器电压12。对此，压电致动器电压12可以在压电扬声器2的与接地7相对的一侧量取。对此，压电致动器电压12可以由这里未示出的测量装置来测量。这对应于压电致动器24的 (特别是当前的)电压。压电致动器24的偏转可由压电致动器电压12来确定。

在本实施例中，经测量的压电致动器电压12被传送到第一处理单元8。附加地或替代地，第一处理单元8还可以包括用于检测压电致动器电压12的测量单元。第一处理单元8可以是例如数字化转换器。替代地，第一处理单元8 也可以是模数转换器(A/D转换器)。第一处理单元8可以将压电致动器电压12数字化并将其输出为数字压电致动器电压13。这具有可以按简单的方式进一步处理数字压电致动器电压13的优点。替代地，压电致动器电压12也可用于进一步处理。

此外，根据本实施例，数字压电致动器电压13至少可以被传送到比较器9。

此外，(特别是数字的)输入电压14被传送到比较器9。在这里未示出的方法步骤中，输入电压14可以由用于在压电扬声器2处输出的音频信号来确定。该音频信号可包括被转换为输入电压14的时间相关电平信号。输入电压 14可以对应于用来对压电致动器24进行充电的电压，以形成对应于音频信号所提供的声音(例如音调、语音或音乐)的偏转。对此，输入电压14也可以是时间相关的。输入电压14取决于音频信号。如此确定输入电压14，使得压电致动器24的由此导致的偏转产生对应于音频信号的声波。

根据本发明可以针对未来偏转确定输入电压14。输入电压14也可以是未来输入电压14。对此，未来可意味着针对未来音频信号确定输入电压14。由用于压电致动器24的方法处理的音频信号或音频信号的电平可以例如以该方法的例如1MHz的工作频率来变化。对此，音频信号的电平可以对应于由该方法处理以使压电致动器产生声音的电信号。音频信号的电平可以是设置在压电致动器24处的压电致动器电压，以产生相应的声音。未来在这里可意味着针对工作频率的未来周期确定音频信号的电平。对此，一个周期对应于音频信号电平的两个采样之间的时间。在1MHz的情况下，这对应于约1μs(1/1MHz) 的时间。也就是说，由该方法处理并发送到压电致动器24的音频信号每1μs 改变其电平。可以针对音频信号的下一个采样区间或采样周期确定未来输入电压14。因此，未来输入电压14可以是输入电压14，其应当在1μs内施加到压电致动器24上，以产生对应于音频信号的声音。

借助于比较器9，可以确定压电致动器电压12或数字压电致动器电压13 与未来输入电压14之间的区别或差异。例如，压电致动器24可以具有21V的数字压电致动器电压13。未来输入电压14(例如音频信号的下一个采样区间的输入电压14)可以对应于例如21.5V。因此，未来的(特别是根据采样区间的下一个)输入电压14高于当前压电致动器电压13。比较器9可以由此确定未来差分电压15，其在该示例中为0.5V。由于这是正的，因此以未来的差分电压15来执行对压电致动器24的充电。

替代地，所确定的未来差分电压15也可以是负的。

对此，数字压电致动器电压13高于未来输入电压14。因此可以执行压电致动器24的放电。

根据本实施例，未来差分电压15被传送到第二处理单元10。第二处理单元10可例如包括补偿压电致动器24的非线性的校正单元。压电致动器24可以具有非线性，这可以是由于电容随压电致动器24偏转而变化。压电致动器 24的偏转的变化可以取决于当前偏转。例如，如果压电致动器24已经偏转，则在压电致动器电压12增大的情况下，可以使得进一步的偏转小于压电致动器24较小地偏转的情况。这种行为可以借助于第二处理单元10来考虑。

第二处理单元10可以例如确定充电/放电时间16。根据以上示例，如果差分电压为0.5V，则执行充电并确定充电时间16。对此，充电时间16或充电/ 放电时间16是期间将电能从能量单元3充入压电致动器24的时间。充电时间 16是例如期间形成图1的开关状态的时间。如此确定充电时间16，使得将未来差分能量从能量单元3充入传输单元4。如果该未来差分能量在随后的步骤中被充入压电致动器24，则压电致动器电压12增大了差分电压15，其在该示例中为0.5V。

在差分电压15为负的情况下，即，要将压电致动器24放电的情况下，确定放电时间16。针对放电时间16形成例如根据图3的开关状态，其中将差分能量从压电致动器24充入传输单元4。如果针对放电时间16形成图3的开关状态，则压电致动器24中的能量减少了差分能量，从而导致压电致动器电压 12减小了差分电压15。压电致动器24的偏转减小。

为了形成根据图1至图4的实施例之一的开关状态，可以借助于用于该方法的第三处理单元11来设定用于对压电致动器24进行充电或放电的开关状态。第三处理单元11可例如包括脉冲宽度调制模块，其可以输出一个或多个脉冲宽度信号，利用该信号可以切换相应的开关S1-S4。由此，电路1可以用脉冲宽度调制方法来操作。第三处理单元11可以将四个开关信号17-20输出到电路1。对此，每个开关信号17-20被分配给一个开关S1-S4，使得相应的开关 S1-S4可以借助于开关信号17-20来闭合和断开，以对压电致动器24进行充电或放电。

根据图5，压电致动器电压13至少还可以被传送到第二处理单元和/或第三处理单元10、11。如果电路1具有这里未示出的存储器单元，其中存储了数字压电致动器电压13和/或未来输入电压14，则这可以是有利的。附加地或替代地，对此相匹配的充电/放电时间16和/或相匹配的开关信号17-20可以存储在存储器单元中。由此可以提取已经存在的值。于是可以省略充电/放电时间 16和/或开关信号17-20的重新计算。

图6示出了具有时间开关信号17-20、时间电流曲线5和时间电压曲线13 的示图。该示图可以例如示出开关状态的时序，利用这些开关状态可以根据图 1–4来操作电路1。在该示图的最上面的区域中示出了三个时间段21、22、 23。三个时间段21、22、23的曲线的高电平意味着当前处于相应的时间段。

下面示出了四个相应开关S1-S4的开关信号17-20。根据本实施例，开关信号17被分配给第一开关S1，第二开关信号18被分配给第二开关S2，第三开关信号19被分配给第三开关S3，并且第四开关信号20被分配给第四开关 S4。这里的高电平意味着相应的开关S1-S4闭合，使得电流可以流过相应的开关S1-S4。低电平意味着相应的开关S1-S4断开，使得电路被中断。

在开关信号17-20下面示出了通过传输单元4的电流5的时间曲线，该传输单元4根据图1-5被设计为电感。

在该示图的最下面的区域中示出了数字压电致动器电压13。代替数字压电致动器电压13，也可以示出(模拟)压电致动器电压12，因为两者具有相同的曲线。

此外，x轴表示时间t，其中标明电路1的工作频率的多个周期P1-P6。所示出的示图仅示出了一个部分。在本实施例中，工作频率的一个周期P1-P6为三个时间段21、22、23的总和。根据周期P1-P6的重复，三个时间段21、22、 23也重复。根据本实施例，三个时间段21、22、23将周期P1-P3分成三个时间相同的区域。

根据图6中所示的实施例，第一时间段布置在周期P1-P6的开始处。随后是第二时间段22，以及随后是第三时间段23。

第一时间段21布置在周期P1的开始处。根据本实施例，由前一周期P确定未来输入电压14高于当前的数字压电致动器电压13。也就是说，对压电致动器24进行充电。对于该示图中的第一周期P1，针对开关S1-S4确定这样的开关信号17-20，使得压电致动器电压13增大差分电压15。对此，将差分能量从能量单元3充入压电致动器24。

对此，在第一周期P1的第一时间段21期间，相应的开关S1和S4根据开关信号17和20来闭合。两个开关信号18和19处于低电平，使得相应的开关 S2和S3断开。因此，在第一周期P1的第一时间段21中形成根据图1的开关位置。在第一周期P1的第一时间段21中根据开关信号17和20闭合开关S1 和S4的时间可以对应于将差分能量从能量单元3充入传输单元4的充电时间。充电时间对应于第一周期P1中的开关信号17和20的宽度。充电时间在第一周期P1的第一时间段21中的某时刻处开始，使得在第一时间段21结束时差分能量在传输单元4中。此外，在第一时间段21期间，传输单元4中的(特别是通过电感的)电流5增大。由此，差分能量存储在传输单元4中。

第一时间段21之后是第一周期P1的第二时间段22。针对第二时间段22 确定另一开关位置，其根据本实施例的开关信号17-20对应于闭合开关S2和 S3。开关S1和S4断开。这对应于例如根据图2的开关位置。

根据该实施例，在传输单元4中所存储的能量经由通过开关S2和S3所形成的电路被传输到压电致动器24。对此，传输单元4中的能量在第二时间段 22开始时根据电流5而减小。根据该示图的最下面的曲线，在将能量从传输单元4传输到压电致动器24期间，数字压电致动器电压13增大。如果将能量从传输单元4传输到压电致动器24，则可以闭合开关S2和S3。

第二时间段22之后是第一周期P1的第三时间段23。在此期间，在周期 P1中，根据开关信号17-20断开所有开关S1-S4。在此时间期间，可以测量数字压电致动器电压13并将其与这里未示出的未来输入电压14进行比较。未来输入电压14可以是下一周期P的(根据本实施例的第二周期P2的)输入电压。根据本实施例，第二周期P2的未来输入电压14高于第一周期P1的数字压电致动器电压13。由此可以在第三时间段23中确定正的差分电压15，从而执行进一步的充电或另一充电循环。在第三时间段23中还可以确定第二周期P2的充电时间和针对开关S1-S4的开关信号17-20。在第二周期P2中，再次对压电致动器24进行充电。另外，根据本实施例，在第三周期P3中对压电致动器24 进行充电。压电致动器电压13也在第三周期P3中增大。

此外，可以在第三周期P3的第三时间段23中确定数字压电致动器电压13 并将其与未来输入电压14进行比较。在第三周期P3中确定数字压电致动器电压13与未来输入电压14相比太高。因此，准备在第三周期P3之后的第四周期P4进行放电。在第三周期P3的第三时间段23期间，可以确定现在为负的未来差分电压15、确定从压电致动器24被充入传输单元4的差分能量、确定放电时间和/或开关信号17–20。

在第四周期P4的第一时间段21中，根据开关信号17-20断开所有开关 S1-S4，使得没有电流流动，并因此不能传输能量。在此期间，传输单元4中没有能量。由此，传输单元4可以吸收能量。在第四周期P4的第二时间段22的开始处，开关S2和S3闭合，从而将能量从压电致动器24充入传输单元4。两个开关S1和S4保持断开。该开关位置在图3中示出。电流5的曲线当前具有负分布。也就是说，电流5与充电时相反地流经传输单元4。在第二时间段22 中的放电时间之后，开关S2和S3闭合，因为可与通过传输单元4的电流5成比例的差分能量在传输单元4中。此后且仍在第二时间段22期间，开关S1和 S4闭合，使得在传输单元4中所存储的能量被传输回能量单元3。该开关位置在图4中示出。通过传输单元4的电流5随能量从传输单元4到能量单元3的传输而减小(电流5的大小减小)。由于将能量从压电致动器24至少传输到传输单元4，数字压电致动器电压13减小。根据本实施例，在随后的周期P5 和P6接着执行压电致动器24的放电。

图6中所示的周期P1-P6可以是工作频率的周期。如果工作频率为例如 1MHz，则周期P1-P6为1μs。也就是说，可以在1μs内执行充电或放电循环。三个时间段21、22、23加起来为1μs，在该三个时间段期间对压电致动器24 充电或放电以及确定下一个或未来的周期P的充电和放电。因为音频信号的电平例如对于1MHz的采样频率根据采样周期每1μs变化一次，所以可以多次调整数字压电致动器电压13并因此相应地调整压电致动器24的偏转。数字压电致动器电压13的可能偏差以及由此压电致动器24的偏转的可能偏差导致具有 1MHz范围内的相应高频的声波。然而，人耳难以察觉这样的高频，从而数字压电致动器电压13的调节不会影响音乐、语音或音调的质量。

本发明不限于所示出和所描述的实施例。专利权利要求的框架中的变型同样是可能的(例如，特征的组合)，即使这些变型是在不同的实施例中示出和描述的。

附图标记列表

1 电路

2 压电扬声器

3 能量单元

4 传输单元

5 电流

6 电流方向

7 接地

8 第一处理单元

9 比较器

10 第二处理单元

11 第三处理单元

12 压电致动器电压

13 数字压电致动器电压

14 输入电压

15 差分电压

16 充电/放电时间

17 第一开关信号

18 第二开关信号

19 第三开关信号

20 第四开关信号

21 第一时间段

22 第二时间段

23 第三时间段

24 压电致动器

25 电容器

D1 第一二极管

D2 第二二极管

D3 第三二极管

D4 第四二极管

S1 第一开关

S2 第二开关

S3 第三开关

S4 第四开关

t 时间

P1–P6 工作频率的周期

Claims (13)

1.一种用于操作压电扬声器(2)以产生可听波长谱和/或超声范围内的声波的方法，

其中所述压电扬声器(2)的压电致动器(24)用能量单元(3)的电能至少部分地充电并又至少部分地放电，由此产生声波，并且

其中至少确定所述压电致动器(24)的当前压电致动器电压(12、13)，其特征在于，

在所述充电和/或放电之前，将所述压电致动器(24)的未来输入电压(14)与所述当前压电致动器电压(12、13)进行比较，并且

由此确定未来差分电压(15)，其中基于所述未来差分电压(15)来确定期间将电能从所述能量单元(3)充入传输单元(4)的未来充电时间、以及期间将电能从所述压电致动器(24)充入所述传输单元(4)的未来放电时间。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述压电致动器(24)的所述未来输入电压(14)由用于在所述压电扬声器(2)处输出的音频信号来确定。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述压电致动器(24)的充电期间，将电能从所述能量单元(3)充入所述传输单元(4)并从所述传输单元(4)充入所述压电致动器(24)，和/或

在所述压电致动器(24)的放电期间，将电能从所述压电致动器(24)充入所述传输单元(4)并从所述传输单元(4)充入所述能量单元(3)。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，至少由所述未来差分电压(15)和/或所述当前压电致动器电压(12、13)来确定未来差分能量。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据所述未来输入电压(14)、所述未来差分能量和/或所述当前压电致动器电压(12、13)来确定期间将电能从所述能量单元(3)充入所述传输单元(4)的未来充电时间，和/或确定期间将电能从所述压电致动器(24)充入所述传输单元(4)的未来放电时间。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述未来充电时间和/或所述未来放电时间存储在存储器单元中，并且所存储的未来充电时间和/或未来放电时间根据所述未来输入电压(14)、所述当前压电致动器电压(12、13)、所述未来差分电压(15)和/或所述未来差分能量来确定和/或选择。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，借助于脉冲宽度调制方法来执行所述压电致动器(24)的充电和/或放电。

8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述充电；所述放电；和/或所述未来差分电压(15)、所述未来差分能量、所述未来充电时间、所述未来放电时间的确定；和/或所述当前压电致动器电压(12、13)的确定被逐步地和/或周期性地以工作频率来执行。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述工作频率的一个周期(P1–P6)被分成第一时间段(21)、时间上紧跟着的第二时间段(22)、以及时间上紧跟着的第三时间段(23)。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在所述第一时间段(21)中将电能从所述能量单元(3)充入所述传输单元(4)，其中从所述能量单元(3)对所述传输单元(4)的充电在一时刻进行，使得所述差分能量在所述第一时间段(21)结束时存储在所述传输单元(4)中。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述压电致动器(24)的充电或放电在所述第二时间段(22)的开始处开始。

12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在所述第三时间段(23)中，测量所述当前压电致动器电压(12、13)；确定所述未来差分电压(15)、所述未来输入电压(14)、所述未来差分能量；和/或将所述压电致动器(24)放电。

13.一种用于操作压电扬声器(2)以产生可听波长谱和/或超声范围内的声波的电路(1)，其中借助于所述电路(1)，所述压电扬声器(2)的压电致动器(24)能够被充电和/或放电，从而能够形成所述压电致动器(24)的偏转，由此能够产生声波，

其中，借助于所述电路(1)，电能能够在能量单元(3)和所述压电致动器(24)之间传输，

其特征在于，

所述电路(1)被设计成按照根据以上权利要求中的一项或多项所述的方法来操作。

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