CN1109657A - 音频放大器装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有与音量有关的音调控制的 音频放大器装置。它费用低且几乎不会使音频信号 失真。音频放大器的信号通路中的一个滤波器决定 在低音量的音调控制。低音和可能的高音此时被放 大到比中音大的多程度。随着音量增长，一连续可控 的放大级逐渐增加对这种音调控制的补偿。为了这 一目的，一个线性反馈通路被设置在该放大级两端， 并且在或靠近低音和中音的频率范围内具有一极 点。

Description

本发明涉及一种音频放大器装置，它具有一个与音量有关的音调控制器和一个插在一信号通路中的滤波装置、以及一个插在该信号通路中的放大级，当一反馈通路自所述放大级的一输出端延伸到其一输入端时，所述滤波装置的幅频响应在低音和中音id（mid-range  tones）之间的频率范围内具有低通钭率。

这样的装置本质上可从日本专利公开61-158205中得知，它例如可以装在电视或无线电装置，便携CD放音机或″Walkman″中，并可以用″动态低音提升″一词来描述。它通过对直至400Hz范围的低音进行放大，和可能以一个低音量对从大约4KHz到此处在所述频率范围之间的中音更大范围的高音进行放大，能在整个音量范围保持可感觉的声音质量。

图1示出了这种公知的装置，滤波装置2耦合连接到一个放大器3，放大器3随后连接到一个扬声器4和一个检波器5，利用一个转换信号Sd，滤波装置2的幅频响应可基本上在两个固定特性之间转换。检波装置5的输出端提供转换信号Sd，该转换信号Sd取决于提供给扬声器4的放大器3的输出信号的幅度。

如果上述的幅度超过了一个预定值，则转换信号Sd以这样一种方式调整滤波装置2、即它呈现一种基本上平坦的幅频响应。在这种情况下，上述已知装置将对所有音调进行同等程度的放大。如果幅度降到预定值以下，转换信号将以这样一种方式调整滤波装置2，即它具有在中音区被衰减的幅频响应。在这种情况下，上述已知装置把低音和高音都放大到一个相当大的程度。

公知装置具有许多不可忽视的缺陷。

第一，为了实现与音量有关的音调控制，需要相当多数量的元件，实际中，特别是检波装置5将经常需要大量比上述专利公开的实施例中所示元件贵得多的元件。公知装置的这种相当高的价格使得其不太适宜在低成本家用电器中使用。

第二，音调控制被逐步地调整以适应音量。公知装置的幅频响应仅具有两种特性。于是，同与每个音量相关的最佳特性的偏差可能是相当的大。此外，一个小的音量变化可能会导致一个幅频响应到另一个幅频响应的突然过渡。这样将有损于高保真的声音重放。特别是当音量在这种过渡区域发生瞬时或非瞬时波动时，有可能产生扰动的声音效果。

第三，在公知装置中必须寻找一种兼顾方案，即一方面要使转换信号Sd响应音量变化的速率，另一方面还要在该转换信号中抑制失真的音频信号的抑制。如果上述的速率太慢，音调控制将能被清楚地听到尾随的音量。如果上述的抑制不充分，则公知装置的输出信号可能会大大地失真。转换信号中的失真音频信号可以直接或经混合后到达公知装置的输出信号中。

这种兼顾在已知的事实中是固有的：在非线性反馈通路中，从输出到放大级的输入产生失真音频信号。通过抑制这些音频信号，控制信号的反应速率降低。这样，公知装置就不能提供消除了额外失真和扰动声音效果的输出信号。

本发明的一个目的是提供一种在开始段落中描述的放大器装置。它能够以相对低的价格实现。并使其幅频响应均匀地适应音量，产生一种改进的声音重放。

按照本发明，这样一种装置的特征在于放大级的增益是连续可控的，并且反馈通路具有基本线性的传递，它在或接近在开始段落中所描述的频率范围内具有一个极点。

本发明以如下共识为基础，即当增益增加时放大级自身通过滤波装置补偿音调控制，以便该放大器装置总的将呈现一种基本平坦的幅频响应。

在低增益因数下，反馈通路的存在不会对该放大级的传递产生大的影响：其幅频响应基本是平坦的。在这种情况下，滤波装置基本上决定着音调控制。然而，在高增益因数下，线性反馈通路在相当大的程度上确定放大级的传递。为了实现放大器装置的基本平坦的幅频响应，放大级的幅频响应应该基本上与滤波装置的幅频响应相反。为了这一目的，反馈通路传递在或者接近在开始段落中提及的频率范围内具有一个极点。

由于放大级的增益可连续地控制，所以幅频响应随调整的音量均匀地变化。适当的放大级和反馈通路将减小这种与每一音量相关的最佳特性响应的偏差。

确保音调控制与音量的关系的基本线性的反馈通路几乎不引入失真。此外，音调控制并不连续地随信号幅度作修改。结果，扰动声音效果得以避免。仅当音量设定改变时，幅频响应才改变。本发明利用了这种的事实：即放大器装置的输入信号的平均幅度保持适当的不变。结果，音量设定是一个充分可靠的真实音量的量度。

根据本发明的放大器的费用是相当低的。反馈通路可以包括很少的一些价格不贵的无源元件。它为提供具有低价格的设备例如具有与音量有关的音调控制的小屏幕彩色电视设备排除了障碍。

本发明第一优选实施例的特征在于反馈通路和放大级构成一个负反馈环路，并且，反馈通路的幅频响应具有一低通钭率。负反馈环路的优点在于由放大级产生的失真可被进一步减小。低通钭率使得放大级的增益减小，尤其是音调处于滤波装置的通带范围内时。

本发明第二优选实施例的特征在于反馈通路和放大级构成一个正反馈环路，并且反馈通路的幅频响应具有一个高通钭率。正反馈环路的优点在于放大器装置的最大增益因数大于负反馈环路中的情况。高通钭率使得放大级的增益增加，尤其是音调处于滤波装置的通带范围外时，实质上，这是负反馈下的二种情况。

本实施例基于这样的共识，即通常与正反馈相关的缺陷，诸如失真和振荡在这方面并不起重要的作用。正反馈通常把放大级的线性和稳定性降低到该放大级增加增益的程度。本发明的增益仅需有轻微的增长，以便补偿滤波装置的衰耗。此外，反馈通路跨接的放大级通常总是线性的，以致于线性的轻微降低是无关紧要的。

在多数情况下，放大级包括负反馈。如果正反馈环路中的环路增益保持小于1，则正反馈仅部分地抵消该负反馈的影响。这样，负反馈继续存在，它可以确保足够小的失真，并且不会发生振荡。

另一优选实施例的特征在于将一个串联的电阻和电容插在反馈通路中。由于这些元件，在反馈通路中，放大器能在高音量对滤波装置的低通特性进行相当程度的补偿。电容阻隔低音。以便这些音调放大级的增益小于中音区和高音调的增益。该串联电阻确保正反馈中的环路增益不连续地随频率的增长而增长。

另一优选实施例的特征在于在开始段落提及的滤波装置放在放大级之前。从而确保了按照本发明的放大器装置中的失真保持尽可能地小。当一放大器的输入信号被衰减时，输出信号中的失真成分相对于不失真的输出信号减小。该实施例提供了如同不具有滤波装置和反馈通路的放大器装置情况基本一致的失真。

本发明另一优选实施例的特征在于滤波装置的输出被耦合到放大级的输入。这是一个简单实施例。其中在滤波装置和放大级的输入之间不设置缓冲级。此外，通过利用滤波装置的输出复阻抗，在反馈通路中可以节约元件，所述输出复阻抗也确定了正反馈环路中的环路增益。

另一优选实施例的特征在于在开始段落是提及的滤波装置包括至少一个第一电阻、一个第二电阻、一个第三电阻和一个第四电阻，所述第一电阻被设置在该滤波装置的输入和输出端之间，所述第二电阻的一端耦合连接到上述的输出端，而其另一端被连接到一电容的第一端，所述电容的另一端接地，所述第三电阻设置在第二电阻和电容的接点与一开关元件的第一端之间，所述第四电阻设置在输入端与开关元件的第一端之间，该开关元件的另一端接地。

在本优选实施例中描述的滤波装置能够使用户通过操作所述开关元件而影响幅频特性。当该开关元件不导通时，低通钭率在比当其导通时大的频率范围内扩展。本实施例提供了这样的优点：当操作该开关元件时，低通钭率分别对称地扩展或收缩。

参考下面对实施例的描述，本发明的这些和另外方面将会变得更清楚。

附图中：

图1表示公知的装置。

图2示出了一个电视设备的例子，它包括一个按照本发明的装置。

图3示出按照本发明装置的一个实施例。

参考图2和3将对本发明作进一步的描述。前面提及的各实施例可以被认为是在图3中的实施例。

图2示出了一具电视设备6，它包括一个按照本发明的音频放大器装置11。该电视设备6包括用于从一个为此目的而选择的已调载波获得一基带视频和音频信号的装置8，该载波被施加到一输入端7。装置8进一步被耦合到两个不同的装置，即耦合到用于控制显象管10的视频信号放大器9和耦合到用于控制扬声器12的音频放大器装置11。音频放大器装置11的传递通过一个操作单元13进行调整。该操作单元13例如可以是一个接收来自遥控单元信号的接收器，所述的遥控单元提供控制信号给装置8和器件9和11。

图3示出了音频放大器装置11的一个实施例。在本实施例中，删去了那些对理解本发明不重要的元件，诸如删去了直流偏置元件。

上述由装置8产生的基带音频信号被提供给一输入端19。信号通路依次插入滤波器20和具有输出端32和33的放大级30。扬声器12被连接到上述两输出端，放大级30在这两个输出端之间提供一个双极性输出信号。

利用一施加到端子39的电压，放大级30的增益因数可以被连续地控制。放大级30例如可以是一具″TDA7056A″型的集成电路。滤波装置20的低通钭率可以通过在端子29的控制信号来调整，该控制信号可以由一遥控单元上的″响度″或″低音提升″键获得。在端子29和39的信号由操作单元13产生。

图3还示出了滤波装置20的一个实施例。晶体管27是接通或是截止，取决于端子29的控制信号。如果晶体管27被接通，电阻21、22、23和一电容25决定低通钭率的位置和长度。如果晶体管27截止。电阻24也会对这些特性有影响。因为流经电阻24的电流有助于输出信号。

电阻21、22、23、24和电容25的值例如可以分别是6.8KΩ、1.8KΩ、1.8KΩ和3.3KΩ以及220毫微法。如果晶体管27接通，低通钭率从大约500Hz扩展到800Hz，如果晶体管27截止，该低通钭率从200Hz扩展到1.1KHz。低通钭率重叠的越长，低通钭率越短。

在中音频率范围内，相应于电阻21、22、23和24的阻抗，电容25具有一很小的阻抗。此时，电容基本上呈短路。在上述频率范围内，滤波装置20的传递基本上由电阻21和22的分压决定。在上述元件值的情况下，滤波装置20抑制中音约-14dB。

在低音频率范围内，电容25基本呈开路连接。滤波装置20的传递此时还取决于晶体管27的状态。如果晶体管27截止，滤波装置20对低音将不衰减：0dB抑制。如果晶体管27被接通，所述传递基本上等于电阻21和串联电阻22和23上的分压电压。在上述元件值的情况下，滤波装置20抑制中音约-9d_B。

可以添加一电阻26，利用上述的分压电压减小高音的衰减。该电容例如可以为5.6毫微法。

从放大级30的输出端32到其输入端31有一个线性反馈通路50。因为从输入端31到输出端32的传递不倒相。所以，反馈通路50和放大级30构成了一个正反馈环路。该反馈通路可以包括串联的68KΩ电阻51和3.3毫微法电容52。此时反馈通路的传递在大约700Hz处存在一个极点。它处在滤波装置20低通钭率的频率范围内。对于大大低于700Hz的频率，该反馈通路50的幅频响应具有高通钭率。

正反馈环路中的环路增益约是放大级30最大增益的0.5。在最大环路增益很小时，反馈通路基本上对从输入端31到输出端32的传递没有影响。此时，该幅频响应基本保持平坦。在最大环路增益较大时，失真可能变得不可接受，并且可能发生不需要的振荡。在图3的实施例中，滤波装置20还确定了该环路增益。反馈环路中在输出端32和输入端31之间的阻抗与滤波装置的输出阻抗一起在正反馈环路中构成了一个电压分压器。

由于放大级30的较小的增益因数，在正反馈环路中以最小音量设定的环路增益是小小于1的。以这种设定，反馈通路50几乎对从输入端31到输出端32的传递不产生影响：幅频响应基本上是平坦的。此时，幅频响应为低频钭率的滤波装置20基本上决定着音调控制。

在从最小到最大音量的控制中，由于环路增益增加，反馈通路50将逐渐对从输入端31到输出端32的传递产生较大的影响。在对一较高音量控制中，由此音频放大器装置放大低音和另外的相对于中音的可能的高音的因数将逐渐下降。当放大级30的增益接近其最大值时，从输入端31到输出端32的幅频响应将变得基本上与滤波装置20的幅频响应相反。于是，图3中所示的音频放大器装置11的实施例在一最大音量设置值时具有基本平坦的幅频响应。

上述的本发明将能够使本领域的技术人员设想出许多替换实施例而不脱离本发明的范围。例如，反馈通路不必包括串联设置的电阻和电容。一个晶体管级可以设置在反馈通路中上述各元件之间。

图3所示的反馈通路也可以插在输出端33和输入端31之间，以便获得一个负反馈环路。该反馈通路的幅频响应最好具有低通钭率。两个串联的电阻与一个在接点与地之间的电容是这样一反馈通路的例子。

与图3所示的相反，信号通路中的放大级可以放大滤波装置的前面。另外，本领域的技术人员将能够设想出图3中滤波装置20的实施例的许多改进。该滤波装置可以包括无源或有源滤波器，它可以是或可以不是可转换或可控的。

实施例中的各元件值已由例子给出。反馈通路中极点的位置可以被任意地配置。放大级可以包括一个或几个安装在或不安装在集成电路上的晶体管级。

Claims (7)

1、一种音频放大器装置，它具有一个与音量有关的音调控制器和一个插在一信号通路中的滤波装置，以及一个插在该信号通路中的放大级，所述滤波装置的幅频响应在低音和中间的频率范围内具有低通钭率，而一反馈通路自所述放大级的一输出端延伸到其一输入端，其特征在于放大级的增益可连续地控制，并且反馈通路有基本线性的传递，它在或接近所述的频率范围内具有一个极点。

2、根据权利要求1所述的音频放大器装置，其特征在于反馈通路和放大级构成一正反馈环路，并且反馈通路的幅频响应具有一高通钭率。

3、根据权利要求2所述的音频放大器装置，其特征在于一串联的电阻和电容被插入在反馈通路中。

4、根据权利要求1和2所述的音频放大器装置，其特征在于在信号通路中所述滤波装置设置在放大级的前面。

5、根据权利要求4所述的音频放大器，其特征在于滤波装置的输出端被耦合到放大级的输入端。

6、根据权利要求1所述的音频放大器装置，其特征在于反馈通路和放大级构成一负反馈环路，且该反馈环路的幅频响应具有一低通钭率。

7、根据前面所述任何一个权利要求所述的音频放大器装置，其特征在于所述滤波装置包括至少一个第一电阻，一个第二电阻，一个第三电阻和一个第四电阻，所述第一电阻被设置在滤波装置的输入和输出端之间，所述第二电阻的第一端耦合到上述的输出端，而其第二端被连接到电容的第一端，所述电容的第二端接地，所述第三电阻设置在第二电阻和电容的接点与开关元件的第一端之间，所述第四电阻设置在输入端与开关元件的第一端之间，该开关元件的第二端接地。

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