CN112153537A - 电磁振动换能系统 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及电磁振动换能技术，公开了一种电磁振动换能系统，包括电磁振动换能机电机构和并联在所述电磁振动换能机电机构两个输入端的制动电路，所述制动电路的等效电阻的阻值范围为0.001RL～99.9RL，其中RL为所述电磁振动换能机电机构的阻抗。在电磁振动换能机电机构工作时，将自由振动产生的反电动势更多的分配到电磁振动换能机电机构自身的内阻上，以此来增大自身的电磁制动效果，达到减弱非必要的自由振动，降低能量输出失真度的效果。
Description
技术领域
本申请涉及电磁振动换能，特别涉及降低电磁振动换能机电机构自由振动的技术。
背景技术
传统的通过电磁振动将电能换成动能的机构(指利用电磁效应，用电能推动物体振动的机构)，例如动圈换能器、动铁换能器、平板扬声器、带式扬声器、动铁扬声器等，在驱动电路的输出突然降至0时，或者瞬间突变时，换能器的运动部分仍然会因为惯性而继续做自由振动，从而导致位移和速度输出与驱动信号的不一致，因而产生失真。
目前，降低电磁振动换能机电机构自由振动的主要的工作，集中在机械和电子两个方向。机械方向的措施主要是减轻振动组件的质量，增大组件的面积，提高组件刚性等等。受到材料科学发展的限制，提升速度比较缓慢。
电子方向的措施主要包括以下5个方案：1.提高驱动电路的阻尼系数，增强电磁制动能力；2.提高输出功率储备；3.使用甲类放大电路做驱动电路；4.测量电磁振动换能机电的运动特性，根据测得的电磁振动换能机电运动特性和输入信号来提前预测失真，从而在输出驱动电流时叠加失真矫正电流；5.持续测量电磁振动换能机电的实时位移和速度，相应施加负反馈调整电流。其中，第1种方案主要利用负反馈机制，当时的晶体管功放可以做到上千的阻尼系数，但是实际上，高阻尼系数并没有对听感产生明显的改善，反而带来了所谓晶体管声的负面影响，该方案之后归于沉寂；之后大家普遍认为是功放的推力不够导致的，而在听感方面也有相对应但是并不明确的反馈。第2种方案是基于驱动电路在小信号时失真最小的理论，目的是通过让驱动电路的实际驱动电流能力远大于所需的电流，使得小信号驱动时的理论失真最小，这也是大多数人认可的观点，但是却由于小信号时电流小，无法对运动部件的自由振动施加影响。第3种方案在音响领域，目前听感较好的驱动电路方案公认为晶体管大电流甲类和电子管大电流甲类方案，并且功率越大的甲类，在音质上表现的越好。但是甲类功放的转换效率一般只有10％左右，因为其耗损功率是恒定的，不随输出功率而变化，所以转换效率极低，并且在日常聆听输出功率较小时效率更是低于1％。第4种方案由于需要对每一个电磁振动换能机电机构进行精密的瞬时特性测量，还要建立相应的补偿数学模型对运动补偿进行事先的预测，实施难度较高，使用不便，没有能广泛推广。第5种方案曾经应用于低频音频的放大，有效的增强了低音量感，但是由于测量和补偿相位延迟问题，最终导致音质劣化，所以也基本上很少采用了。
如何能更有效的降低换能系统的失真，尤其是自由振动导致的失真，同时降低功耗，一直是各界研究的课题。
发明内容
本申请的目的在于提供一种电磁振动换能系统。在电磁振动换能机电机构工作时，将自由振动产生的反电动势更大比例的分配到电磁振动换能机电机构自身的内阻上，以此来增大自身的电磁制动效果，达到减弱非必要的自由振动，降低能量输出失真度的效果。
本申请公开了一种电磁振动换能系统，包括电磁振动换能机电机构和并联在所述电磁振动换能机电机构的两个输入端的制动电路，所述制动电路的等效电阻的阻值范围为0.001RL～99.9RL，其中RL为所述电磁振动换能机电机构的阻抗。
在一个优选例中，所述制动电路的等效电阻的阻值范围为0.1RL～10RL。
在一个优选例中，所述制动电路是单个制动电阻器，或者所述制动电路是多个制动电阻器的并联电路。
在一个优选例中，所述制动电路是由一个第一滤波器和与该第一滤波器的输出端耦合的一个制动电阻器构成的一个滤波制动支路，或者是由多个所述滤波制动支路并联构成的电路，其中所述第一滤波器用于对预设频段进行滤波，所述制动电阻器是与所在滤波回路相对应的制动电阻器；
所述滤波制动支路是由所述第一滤波器和制动电阻串联组成，或者所述滤波制动支路是由两个输入端分别耦合在该电磁振动换能系统的两个输入端的第一滤波器和两端分别耦合在所述第一滤波器的两个输出端的一个制动电阻器组成；
所述第一滤波器包括高通滤波器、低通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器。
在一个优选例中，所述制动电路包括第一子支路和与所述第一子支路并联的第二子支路，其中所述第一子支路是单个制动电阻器或者是多个制动电阻器的并联电路，所述第二子支路是所述滤波制动支路或者由多个所述滤波制动支路并联构成的电路。
在一个优选例中，还包括第二滤波器，所述第二滤波器的两个输出端分别与所述制动电路两端耦合，所述第二滤波器的两个输入端分别与该电磁振动换能系统的两个输入端耦合。
在一个优选例中，还包括第一驱动电路，所述第一驱动电路的两个输出端分别与所述制动电路两端耦合，所述第一驱动电路的两个输入端分别与该电磁振动换能系统的两个输入端耦合；
所述第一驱动电路是功率放大电路；
所述功率放大电路至少包含以下一种或任意组合的电子元件：电子管、晶体管、集成电路。
在一个优选例中，还包括第三滤波器，所述第三滤波器的两个输出端分别与所述第一驱动电路的两个输入端耦合，所述第三滤波器的两个输入端分别与该电磁振动换能系统的两个输入端耦合。
在一个优选例中，所述电磁振动换能机电机构是动圈扬声器、动铁扬声器、平板扬声器、带式扬声器、传声器、耳机、动圈直线电机、动铁直线电机、音圈电机。
在一个优选例中，其中任意两组电磁振动换能系统的两个输入端分别并联耦合,其中M是大于或等于1的整数。
本申请公开了一种电磁振动换能系统，包括：
N个所述电磁振动换能机电机构，其中N是大于或等于2的整数；
N个第四滤波器，每个所述第四滤波器的两个输入端分别与与该电磁振动换能系统的两个输入端耦合，所述N个第四滤波器的两个输出端一一对应地与所述N个电磁振动换能机电机构的两个输入端耦合；
一个制动电路，所述制动电路的两端与该电磁振动换能系统的两个输入端耦合，所述制动电路的等效电阻的阻值范围为0.001RL～99.9RL，其中RL为所述N个第四滤波器的两个输出端一一对应地与所述N个电磁振动换能机电机构的两个输入端耦合所形成的N个滤波支路的并联网络的总阻抗。
在一个优选例中，所述制动电路的等效电阻的阻值范围为0.1RL～10RL。
在一个优选例中，所述制动电路是单个制动电阻器，或者所述制动电路是多个制动电阻器的并联电路。
在一个优选例中，所述制动电路是一个由第一滤波器和一个制动电阻器串联构成的滤波制动电路，或者是由多个所述滤波制动电路并联构成的电路，其中所述第一滤波器用于对预设频段进行滤波，所述制动电阻器是与所在滤波回路相对应的制动电阻器；
所述第一滤波器包括高通滤波器、低通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器。
在一个优选例中，所述制动电路包括第一子支路和与所述第一子支路并联的第二子支路，其中所述第一子支路是单个制动电阻器或者是多个制动电阻器的并联电路，所述第二子支路是所述滤波制动电路或者由多个所述滤波制动电路并联构成的电路。
本申请实施方式中，与现有技术相比，至少具有以下优点：
与现有的电磁振动换能系统相比，在不大幅提高消耗功率的情况下，提高了达到同等低失真输出效果时的电磁振动换能效率，基于现有电磁振动换能系统(如音箱系统、音响系统等)，通过设置制动电路，将工作时的电磁振动换能机电机构的反电动势更多的分配到电磁振动换能机电机构自身的内阻上，使η增大，增大电磁振动换能机电机构自身的电磁制动效果，较好地减弱了非必要的自由振动，极大地降低能量输出失真度的效果。而且，所设置的制动电路成本较低，可以在现有的电磁振动换能系统或电磁振动换能机电机构的基础上进行改良，改良的成本低。
进一步地，本申请实施方式中的电磁振动换能系统，在不明显提高耗电量的情况下，提升了反电动势分配在电磁制动上的比例，极大地降低了电磁振动换能机电机构的动能输出失真度，同时还不增加静态功耗；相比现有电磁振动换能系统，在保持同等低失真电磁振动换能效果的情况下，很大程度上大幅节省了驱动设备成本，同时节省了驱动能源。
同时，申请实施方式中的电磁振动换能系统，不需要对电磁振动换能机电机构的运动特性进行精确的测量，也不需要对输入信号进行相应的修正，极大地降低了实施难度和成本。
本申请的说明书中记载了大量的技术特征，分布在各个技术方案中，如果要罗列出本申请所有可能的技术特征的组合(即技术方案)的话，会使得说明书过于冗长。为了避免这个问题，本申请上述发明内容中公开的各个技术特征、在下文各个实施方式和例子中公开的各技术特征、以及附图中公开的各个技术特征，都可以自由地互相组合，从而构成各种新的技术方案(这些技术方案均因视为在本说明书中已经记载)，除非这种技术特征的组合在技术上是不可行的。例如，在一个例子中公开了特征A+B+C，在另一个例子中公开了特征A+B+D+E，而特征C和D是起到相同作用的等同技术手段，技术上只要择一使用即可，不可能同时采用，特征E技术上可以与特征C相组合，则，A+B+C+D的方案因技术不可行而应当不被视为已经记载，而A+B+C+E的方案应当视为已经被记载。
附图说明
图1是根据本申请第一实施方式的电磁振动换能系统电路框图
图2是根据本申请第一实施方式的一个实施例的具有示例制动电路的电磁振动换能系统电路框图
图3是根据本申请第一实施方式的一个实施例的具有示例制动电路的电磁振动换能系统电路框图
图4是根据本申请第一实施方式的一个实施例的电磁振动换能系统电路框图
图5是根据本申请第一实施方式的一个实施例的电磁振动换能系统电路框图
图6是根据本申请第一实施方式的一个实施例的电磁振动换能系统电路框图
图7是根据本申请第一实施方式的一个具体实施例的功率放大电路是变压器耦合功率放大电路的驱动电路的电磁振动换能系统的电路图
图8是根据本申请第一实施方式的一个具体实施例的功率放大电路是桥式推挽功率放大电路的驱动电路的电磁振动换能系统的电路图
图9是根据本申请第一实施方式的一个具体实施例的功率放大电路是无输出电容的功率放大电路的驱动电路的电磁振动换能系统的电路图
图10是根据本申请第一实施方式的一个具体实施例的功率放大电路是有输出电容的功率放大电路的驱动电路的电磁振动换能系统的电路图
图11是根据本申请第一实施方式的一个具体实施例的功率放大电路是数字类脉宽调制功率放大电路的驱动电路的电磁振动换能系统的电路图
图12是根据本申请第一实施方式的一个具体实施例的功率放大电路是数字类脉宽调制功率放大电路的H型驱动电路的电磁振动换能系统的电路图
图13是根据本申请第二实施方式的一个具体实施例的带无源分频器的多单元独立制动音箱系统
图14是根据本申请第二实施方式的一个具体实施例的主动分频的多单元音箱系统
图15是根据本申请第三实施方式的一个具体实施例的多单元带无源分频器的音箱系统
图16是一种典型的功率放大电路驱动电磁扬声器等效电路图
图17是根据本申请第一实施方式的一种具有跨接在正负电源和输出端的电阻相等的驱动电路的电磁振动换能系统的等效电路图
图18是根据本申请第一实施方式的一种电磁振动换能系统的等效电路图
图19是根据本申请的一个示例的测试耳机的不带制动电阻和带有16Ω制动电阻情况下输出波形示意图
图20为图19中标记A处的局部放大示意图
具体实施方式
在以下的叙述中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，本领域的普通技术人员可以理解，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。
术语解释：
电磁振动换能机电机构：指利用电磁效应，用电磁力推动运动物体做往复运动的机构。
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请的实施方式作进一步地详细描述。
本申请的第一实施方式涉及一种电磁振动换能系统，其电路框图如图1所示，该电磁振动换能系统包括电磁振动换能机电机构和并联在电磁振动换能机电机构的两个输入端的制动电路，其中该制动电路的两端还分别与该电磁振动换能系统的两个输入端耦合，该制动电路的等效电阻Rbrk的阻值范围为0.001RL～99.9RL，其中RL为该电磁振动换能机电机构的阻抗。该制动电路的等效电阻Rbrk的阻值可以根据电磁振动换能机电自身的固有制动特性来调整，还需要该电磁振动换能系统的总负载阻抗(Rbrk//RL)不小于输入端处耦合的驱动电路可以承受的最低输出阻抗，其中“//”为并联的意思。
优选地，该制动电路的等效电阻Rbrk的阻值范围为可以是(0.1～10)倍的RL。
该制动电路的组成有多种。可选地，该制动电路是单个制动电阻器。可选地，该制动电路是多个制动电阻器的并联电路。可选地，该制动电路是由一个第一滤波器和与该第一滤波器的输出端耦合的一个制动电阻器构成的一个滤波制动支路，其中该第一滤波器用于对预设频段进行滤波，该制动电阻器是与所在滤波回路相对应的制动电阻器。可选地，该制动电路是由多个该滤波制动支路并联构成的电路。上述的该第一滤波器可以是高通滤波器、低通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器等。
上述的该滤波制动支路的电路形式有多种。可选地，如图2所示，该滤波制动支路是由该一个第一滤波器和一个制动电阻器串联组成。可选地，如图3所示，该滤波制动支路是由两个输入端分别耦合在该电磁振动换能系统的两个输入端的第一滤波器和两端分别耦合在该第一滤波器的两个输出端的一个制动电阻器组成。以上两种电路形式中，每个滤波制动子支路有各自的滤波器和对应阻值的制动电阻器，滤波器可以针对设定频段进行滤波，配合与之耦合的对应阻值的制动电阻器，从而对设定频段施加不同的制动效果。
可选地，该制动电路包括第一子支路和与该第一子支路并联的第二子支路，其中该第一子支路是单个制动电阻器或者是多个制动电阻器的并联电路，该第二子支路是该滤波制动支路或者由多个该滤波制动支路并联构成的电路。
可选地，该电磁振动换能系统还包括第二滤波器，该第二滤波器的两个输出端分别与该制动电路两端耦合，该第二滤波器的两个输入端分别与该电磁振动换能系统的两个输入端耦合。图4为一个实施例的电磁振动换能系统的电路框图。
可选地，如图5所示的电路框图，该电磁振动换能系统还包括第一驱动电路，该第一驱动电路的两个输出端分别与该制动电路两端耦合,该第一驱动电路的输入端为该电磁振动换能系统的输入端。
该第一驱动电路可以是涉及电磁振动换能机电机构自由振动的任何驱动电路。可选地，该第一驱动电路可以但不限于是功率放大电路。
该功率放大电路的种类是多种多样的。该功率放大电路包括变压器耦合功率放大电路、无输出变压器的功率放大电路、无输出电容的功率放大电路、桥式推挽功率放大电路、数字功率驱动电路等。可选地，本实施方式涉及的放大电路可以包含以下一种或任意组合的电子元件：电子管、晶体管、集成电路。
可选地，该电子管可以但不限于包括电压放大管、三极管、多极管、复合管等。可选地，晶体管可以但不限于包括晶体二极管、晶体三极管、可控硅和场效应管等。可选地，该集成电路可以但不限于包括集成功率放大模块、集成功放推动模块、厚膜集成放大模块等多种模块。
在一个实施例的电磁振动换能系统中，如图6所示的电路框图，该电磁振动换能系统包括该电磁振动换能机电机构、并联在电磁振动换能机电机构的两个输入端的制动电路、该第一驱动电路以及第三滤波器，其中该第一驱动电路的两个输出端分别与该制动电路两端耦合，该第三滤波器的两个输出端分别与该第一驱动电路的两个输入端耦合，该第三滤波器的两个输入端分别与该电磁振动换能系统的两个输入端耦合。
在一个具体实施例中，该功率放大电路是变压器耦合功率放大电路。如图7所示，制动电阻Rbrk并联在输出变压器次级两端，由输出变压器的阻抗特性可知，在低频范围(如，低于500Hz)本身的线圈电阻的阻抗较低，已经可以起到一定的制动作用，而在中高频范围，随着变压器线圈的阻抗增大，制动作用急剧减弱，此时，增加的制动电阻Rbrk却可以起到很好的制动作用。
在另一个具体实施例中，该功率放大电路是桥式推挽功率放大电路。如图8，电磁振动换能机电机构输入端与制动电阻Rbrk并联耦合，制动电阻Rbrk两端与桥式两套驱动电路的两个输出极之间并联耦合。
在另一个具体实施例中，该功率放大电路是无输出电容的功率放大电路。如图9所示，电磁振动换能机电机构输入端与制动电阻Rbrk并联耦合，制动电阻Rbrk两端与驱动电路的推挽输出和地线耦合。
在另一个具体实施例中，该功率放大电路是有输出电容的功率放大电路。如图10所示，电磁振动换能机电机构输入端与制动电阻Rbrk并联耦合，制动电阻Rbrk两端与驱动电路的输出端耦合。
在另一个具体实施例中，该功率放大电路是数字类驱动电路。如图11所示，电磁振动换能机电机构输入端与制动电阻Rbrk并联耦合，制动电阻Rbrk两端与驱动电路的LC输出滤波之后的输出端耦合。
在另一个具体实施例中，该功率放大电路是数字类脉宽调制功率放大电路的H型驱动电路。如图12所示，该电路图是目前用的比较广泛的低压D类放大电路的输出部分。电磁振动换能机电机构输入端与制动电阻Rbrk并联耦合，制动电阻Rbrk两端与左右两个驱动电路的输出端耦合。
需要说明的是：在附图7至附图11中的虚线框内的部分是驱动电路具体组成，在附图12中虚线框外的部分是驱动电路具体组成。
该电磁振动换能机电机构是指利用电磁效应，用电磁力推动运动部件做往复运动的机构。可选地，该电磁振动换能机电机构可以但不限于是动圈扬声器、动铁扬声器、平板扬声器、带式扬声器、传声器、耳机、动圈直线电机、动铁直线电机、音圈电机等。
需要注意的是，本申请中涉及的两个元件、器件及组件的之间的耦合应注意满足：正极与正极耦合，负极与负极耦合。
本申请的第二实施方式涉及一种电磁振动换能系统，包括M组本说明书中第一实施方式涉及的电磁振动换能系统，该M组电磁振动换能系统中任意两组的输入端分别并联耦合,其中M是大于或等于1的整数。本实施方式的电磁振动换能系统包括第一实施方式的电磁振动换能系统的所有技术细节，以及包括所有技术细节产生的有益效果。
可选地，本实施方式的电磁振动换能系统中不包含第一驱动电路时，该第二滤波器可以是无源滤波器；本实施方式的电磁振动换能系统中包含第一驱动电路时，该第三滤波器可以是无源滤波器、有源滤波器和数字滤波器等。
图13是根据本实施方式实现的一个具体实施例的带被动分频器的多单元独立制动音箱系统。该音箱系统包括多个扬声器(SPK1、SPK2……SPKm，其中m≥2)，多个对应的制动电阻(Rbrk1、Rbrk2……Rbrkm)、对应的多个第二滤波器(Filter1、Filter2……Filterm，其中m≥2)。其中在每个扬声器单元独立并联一个制动电阻，每个单元制动的效果受各自滤波器的影响较小，可以独立调整，其中该第二滤波器是无源滤波器。可选地，该多个第二滤波器可以是m通道滤波器。
图14是根据本实施方式实现的一个具体实施例的主动分频的多单元音响系统。该音响系统包括具有多个第三滤波器(Filter1、Filter2……Filtery，其中y≥2)的一个分频器、对应的多个制动电阻(Rbrk1、Rbrk2、……Rbrky，其中y≥2)、对应的多个扬声器单元(SPK1、SPK2、……SPKy，其中y≥2)和总共y个通道的功率放大器(AMP1、AMP2、……AMPy，其中y≥2)。也就是说，该分频器只有一个分出y个频段的输出，每一个频段的输出会耦合到一个独立的换能机构，每个换能机构可以独立并联一个制动电路。其中该第三滤波器可以是数字滤波器、有源滤波器或无源滤波器。
本申请的第三实施方式涉及一种电磁振动换能系统，包括：N个该电磁振动换能机电机构，其中N是大于或等于2的整数；N个第四滤波器，每个该第四滤波器的两个输入端分别与与该电磁振动换能系统的两个输入端耦合，该N个第四滤波器的两个输出端一一对应地与该N个电磁振动换能机电机构的两个输入端耦合；制动电路，该制动电路的两端与该电磁振动换能系统的两个输入端耦合，该制动电路的等效电阻的阻值范围为0.001RL～99.9RL，其中RL为该N个第四滤波器的两个输出端一一对应地与该N个电磁振动换能机电机构的两个输入端耦合所形成的N个滤波支路的并联网络的总阻抗。可选地，该制动电路的等效电阻的阻值范围为0.1RL～10RL。
可选地，该制动电路是单个制动电阻器，或者该制动电路是多个制动电阻器的并联电路。
可选地，该制动电路是一个由第一滤波器和一个制动电阻器串联构成的滤波制动电路，或者是由多个该滤波制动电路并联构成的电路，其中该第一滤波器用于对预设频段进行滤波，该制动电阻器是与所在滤波回路相对应的制动电阻器。该第一滤波器可以包括高通滤波器、低通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器。
可选地，该制动电路包括第一子支路和与该第一子支路并联的第二子支路，其中该第一子支路是单个制动电阻器或者是多个制动电阻器的并联电路，该第二子支路是该滤波制动电路或者由多个该滤波制动电路并联构成的电路。
本实施方式涉及的电磁振动换能机电机构和制动电路可以是本申请第一实施方式的涉及的电磁振动换能机电机构和制动电路，并包括第一实施方式的涉及的电磁振动换能机电机构和制动电路的所有技术细节，以及包括所有技术细节产生的有益效果。
图15是根据本实施方式实现的一个具体实施例的实现的多单元带无源分频器的音箱系统。该音箱系统包括制动电阻器Rbrk，一个带有多组第四滤波器(Filter1、Filter2、……Filtern，其中n≥2)的分频器以及对应的多个扬声器(SPK1、SPK2、……SPKn，其中n≥2)。其中该第四滤波器是无源滤波器。该系统实现简单，但是由于分频器串联在制动回路中，会对不同频率信号的制动效果产生不一样的影响。
为了能够更好地理解本申请的技术方案，下面结合具体的例子来进行说明，例子中罗列的细节主要是为了便于理解，不作为对本申请保护范围的限制。
为了对电磁振动换能系统的电磁制动效果进行评估，首先，定义一个指标值η，η为反电动势电压分配在电磁振动换能机电机构自身(RL)的比例值，这一部分反电动势电压用来起电磁制动作用，可以称作电磁制动百分率(Electromagnetic Damping Rate)。
以典型的功率放大电路驱动电磁扬声器应用为例，可以看成如图16所示的等效电路，其中Uout为驱动电路的输出电动势(即电压源)，R0为驱动电路的等效内阻；Rtr为传输线路阻抗；图中右边虚线电磁振动换能机电机构可以看成一个纯电阻负载RL和一个反电动势电压源Uan串联的电路。从反电动势电压源Uan方向来看，电流的闭环为RL+Rtr+R0(Uout和Uan电压源理论内阻为0欧姆)。此处反电动势Uan所产生的电磁制动电压分配在电磁振动换能机电机构自身的比例定义为η。如果将反电动势Uan和电磁振动换能机电机构自身的内阻RL组合在一起看成驱动电路，则驱动的负载为Rtr+R0，这样一来
由于RL和Rtr在单一频率下都是固定量，对η的影响是可预测的，唯一不可预测的是驱动电路的内阻R0。以下我们将用三个例子(例子1、例子2和例子3)讨论R0的规律以及对η的影响。
例子1：以典型的AB类OCL驱动电路为例，假设Vcc＝40V，静态电流Ia0＝Ib0＝0.050A，RL＝8Ω，传输线电阻Rtr＝0.5Ω，可以看成如图17所示的等效电路，其中Ia和Ib可视为电流源。由于驱动电路是根据输入信号的电压来控制输出级Ia和Ib的电流，从而控制输出的电压Uout的，其内阻R0是个变化量，并且在输入信号电压正半周等于
在输入信号电压负半周等于
以最简单的静态状况Uout＝0为例，则此时
当输出电压Uout＝+0.1v时，流经RL的电流IL为0.1÷(8+0.5)＝0.018A，根据AB类电路的特点可知，IL＝Ia-Ib，此时
等效内阻
η+≈1.2％；
η-≈0.8％。
当输出电压Uout＝+10v时，流经RL的电流IL为10V÷(8+0.5)＝1.17A，根据AB类电路的特点可知，此时输出已进入B类区间，Ib早已降为0，因此Ia＝1.17A，等效正半周内阻
正半周η+≈20.3％；Ib＝0A,等效负半周内阻R0-为∞，负半周η-＝0％。说明只对反电动势的正半周会有一定的制动效果，对反电动势负半周完全没有制动效果。
可见驱动电路内阻R0呈现出的是一个与驱动电路静态电流I0相关的，随Uout幅度反向变化的，正负电流方向不一致的阻抗。由于
RL和Rtr在单一频率下都是固定量，可知这种情况下的瞬时的制动比例η只和R0有关，并且是和驱动电路输出瞬时幅度相关的、大多时候只对反电动势半个周期起作用的奇怪状态(即使在A类状态下由于正负周期的R0较大，也起不了制动作用)。
例子2：以传统的纯A类功放驱动一个标称阻抗8Ω的电磁振动换能机电为例，其它条件保持与例子1相同，只是静态电流增大100倍，即Ia0＝Ib0＝5A。此时，驱动电路单通道静态消耗功率P0为Vcc×2×Ia＝400W，静态时内阻
因此静态时η＝8÷(8+0.5+8)＝48.5％。
当输出电压Uout＝+0.1v时，流经RL的电流IL为0.1÷(8+0.5)＝0.018A，根据电路的特点可知，IL＝Ia-Ib，此时
等效内阻
η+≈48.5％；
η-≈48.5％。
当输出电压Uout＝+10v时，流经RL的电流IL为10÷(8+0.5)＝1.17A，根据电路的特点可知，IL＝Ia-Ib，此时
等效内阻R0+＝(Vcc-Uout)/Ia≈5.4Ω，η+≈57.5％；
η-≈40.6％。可以看出，输出电压较高时，η仍然可以保持在40％以上，有好的制动效果。
上述“示例2”在实际使用中的听感公认是比“示例1”好很多，但是对于单个通道400W的静态消耗功率，确实也是非常大的，这些消耗功率主要转换为热量，所以发热量也非常巨大，应对巨大发热量从而带来了材料成本、设计成本、散热成本的急剧增大。
怎样才能在不明显提高耗电量的情况下，增大电磁震动电磁振动换能机电的η，降低输出失真率是问题的关键。
本发明通过在电磁振动换能机电机构的输入两端并联一个制动电阻Rbrk(如图18右侧虚线框内)，以此来直接减小反电动势Uan的负载回路阻抗，从而将更多的反电动势分配到电磁振动换能机电机构自身的内阻RL上，使η增大，以此来增大自身的电磁制动效果，达到减弱非必要的自由振动，降低能量输出失真度的效果。
当在电磁振动换能机电机构的输入两端并联一个制动电阻Rbrk之后，反电动势Uan经由R0串联Rtr后和Rbrk并联，再和RL串联的网络进行消耗，此时分配在RL上的反电动势电压比率
(//的意思是电阻并联)，可以看出此时即使R0无穷大，也不会明显的影响η值，计算公式可以简化为
例子3：所有条件与例1相同，只是在电磁振动换能机电机构的输入两端并联一个电阻Rbrk＝4Ω。此时，驱动电路单通道稳态消耗功率P0为Vcc×2×Ia＝4W，并且
由于R0+Rtr远大于Rbrk，计算(R0+Rtr)//Rbrk处可以忽略不计，可得静态时的
由于R0不再影响η值，因此影响R0的驱动电路输出电压值也不再影响η，η基本维持不变。
这个结果说明了反电动势分配在电磁制动上的比例为66.7％。而站在原来的驱动电路角度来看，相应的负载阻抗由8.5Ω降低为Rtr+Rbrk//RL＝3.16Ω，如果原来的驱动电路在此负载下仍然能够保证输出的质量，那就能正常工作。
在不明显提高耗电量的情况下，反电动势分配在电磁制动上的比例从1％提升到66.7％，比一般的大功率A类驱动电路提升的都高，同时电磁振动换能系统整体还具有较小的静态功耗，相比例子2的A类驱动电路也节省了约100倍的能源消耗，同时节省了各方面的成本。
在实际应用时，可以根据电磁振动换能机电机构自身的制动特性以及期望的制动比例η来调整Rbrk的电阻值，从而获得不同的抑制自由振动的效果。制动比例η的取值范围为0.1％～99.9％，
(注：此处忽略驱动电路静态内阻R0)，所以Rbrk的取值范围为(0.001～99.9)RL；同时还需要考虑总负载阻抗不小于驱动电路可以承受的最低输出阻抗。
下面是根据一个音频实验对本实施方式达到的制动效果进一步说明，该音频实验通过使用一个含有标准IEC711人工耳的模拟人头，一个外置的专业声卡，对头戴式耳机发出的声音进行测量。
该音频实验所使用的测试耳机是AKG K701(属于开放型头戴包耳式耳机)，阻抗是62Ω，灵敏度105dB/Vrms，测试的音频信号为30Hz的标准方波，分别对不带制动电阻和带有16Ω制动电阻情况下的测试耳机发出的声音进行测量。通过人工耳电容式麦克风采集该这两种情况下的测试耳机输出的声音信号的变化波形图，如图19所示。其中该人工耳电容式麦克用于将声音信号转化为电信号。
从图19中可以看出，与不带制动电阻相比较，带有制动电阻(如，带有16Ω制动电阻，η≈77.6％)的测试耳机，其振膜在移动到达目标位置后，自由振动的幅度变小，停止振动的时间变短，这有效的减小了振膜的非受控振动，使得失真变小。
图20为图19中标记A处的局部放大(放大比例约1：5)示意图，与不带制动电阻器相比较，带有制动电阻器(如，带有16Ω制动电阻)的测试耳机，其振膜回落到平衡位置的过程也有一定程度的变化，其中回落时间明显变短了。
以上的试验表明，在设置制动电阻器后，测试耳机的振膜的制动作用得到了增强，与不带制动电阻器情况下的振膜运动相比，可以更快速的减弱自由振动，减少音染，音效更佳。
进一步地，本申请的发明人将本实施方式涉及的制动电路实际应用在常见的音响功放领域的方案改进中，改进后的音响功放系统重放出的声音真实感明显增强，无论是耳机还是音箱进行重放的试验，实际音乐的聆听结果表明：对听感的改变是全频段的。其中，低频部分对速度的反应更快，尤其鼓声、电子乐器等音色显得更加紧实，不再混浊，并且低频感知到的分量还有所增强；中频部分更有力度，尤其是对枪、炮、闪电这一类的声音还原效果显得能量更集中；高频部分改善了传统晶体管功放在高频部分的刺耳、不耐听的问题，乐器的泛音显得更精细、更清澈、容易辨识，尤其是在交响乐之类的大场面环境下的解析度变得更高，仍然能清晰的分辨出乐器，小提琴声部不再是混在一起，而是有丰富泛音的甜美乐感。
以上，与现有技术相比，申请的实施方式产生了意想不到的技术效果，具有显著的进步。
需要说明的是，在本专利的申请文件中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。本专利的申请文件中，如果提到根据某要素执行某行为，则是指至少根据该要素执行该行为的意思，其中包括了两种情况：仅根据该要素执行该行为、和根据该要素和其它要素执行该行为。多个、多次、多种等表达包括2个、2次、2种以及2个以上、2次以上、2种以上。
在本申请提及的所有文献都被认为是整体性地包括在本申请的公开内容中，以便在必要时可以作为修改的依据。此外应理解，以上所述仅为本说明书的较佳实施例而已，并非用于限定本说明书的保护范围。凡在本说明书一个或多个实施例的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书一个或多个实施例的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种电磁振动换能系统，其特征在于，包括电磁振动换能机电机构和并联在所述电磁振动换能机电机构的两个输入端的制动电路，所述制动电路的等效电阻的阻值范围为0.001RL～99.9RL，其中RL为所述电磁振动换能机电机构的阻抗。
2.如权利要求1所述的电磁振动换能系统，其特征在于，所述制动电路的等效电阻的阻值范围为0.1RL～10RL。
3.如权利要求1所述的电磁振动换能系统，其特征在于，所述制动电路是单个制动电阻器，或者所述制动电路是多个制动电阻器的并联电路。
4.如权利要求1所述的电磁振动换能系统，其特征在于，所述制动电路是由一个第一滤波器和与该第一滤波器的输出端耦合的一个制动电阻器构成的一个滤波制动支路，或者是由多个所述滤波制动支路并联构成的电路，其中所述第一滤波器用于对预设频段进行滤波，所述制动电阻器是与所在滤波回路相对应的制动电阻器；
所述滤波制动支路是由所述第一滤波器和制动电阻器串联组成，或者所述滤波制动支路是由两个输入端分别耦合在该电磁振动换能系统的两个输入端的第一滤波器和两端分别耦合在所述第一滤波器的两个输出端的一个制动电阻器组成；
所述第一滤波器包括高通滤波器、低通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器。
5.如权利要求4所述的电磁振动换能系统，其特征在于，所述制动电路包括第一子支路和与所述第一子支路并联的第二子支路，其中所述第一子支路是单个制动电阻器或者是多个制动电阻器的并联电路，所述第二子支路是由一个所述滤波制动支路或者是由多个所述滤波制动支路并联构成的电路。
6.如权利要求1所述的电磁振动换能系统，其特征在于，还包括第二滤波器，所述第二滤波器的两个输出端分别与所述制动电路两端耦合，所述第二滤波器的两个输入端分别与该电磁振动换能系统的两个输入端耦合。
7.如权利要求1所述的电磁振动换能系统，其特征在于，还包括第一驱动电路，所述第一驱动电路的两个输出端分别与所述制动电路两端耦合，所述第一驱动电路的两个输入端分别与该电磁振动换能系统的两个输入端耦合；
所述第一驱动电路是功率放大电路；
所述功率放大电路至少包含以下一种或任意组合的电子元件：电子管、晶体管、集成电路。
8.如权利要求7所述的电磁振动换能系统，其特征在于，还包括第三滤波器，所述第三滤波器的两个输出端分别与所述第一驱动电路的两个输入端耦合，所述第三滤波器的两个输入端分别与该电磁振动换能系统的两个输入端耦合。
所述第三滤波器包括数字滤波器、有源滤波器、无源滤波器。
9.如权利要求1-8中任意一项所述的电磁振动换能系统，其特征在于，所述电磁振动换能机电机构是动圈扬声器、动铁扬声器、平板扬声器、带式扬声器、传声器、耳机、动圈直线电机、动铁直线电机、音圈电机。
10.一种电磁振动换能系统，其特征在于，包括M组如权利要求1-9中任意一项所述的电磁振动换能系统，其中任意两组电磁振动换能系统的两个输入端分别并联耦合,其中M是大于或等于1的整数。
11.一种电磁振动换能系统，其特征在于，包括：
N个所述电磁振动换能机电机构，其中N是大于或等于2的整数；
N个第四滤波器，每个所述第四滤波器的两个输入端分别与与该电磁振动换能系统的两个输入端耦合，所述N个第四滤波器的两个输出端一一对应地与所述N个电磁振动换能机电机构的两个输入端耦合；
一个制动电路，所述制动电路的两端与该电磁振动换能系统的两个输入端耦合，所述制动电路的等效电阻的阻值范围为0.001RL～99.9RL，其中RL为所述N个第四滤波器的两个输出端一一对应地与所述N个电磁振动换能机电机构的两个输入端耦合所形成的N个滤波支路的并联网络的总阻抗。
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