CN112653975B - 声音产生设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种声音产生设备，其包括用来根据一输入声音信号产生一驱动信号的一驱动电路以及一声音产生装置。声音产生装置由驱动信号驱动，使得声音产生装置以一空气脉冲率产生多个空气脉冲，空气脉冲率高于一最大人类可听频率。多个空气脉冲在声压级方面产生一非零偏移，且非零偏移是相对于一零声压级的一偏差。驱动声音产生装置以产生多个空气脉冲的驱动信号相对于一第一电压是单极性的。

Description

声音产生设备
技术领域
本发明涉及一种声音产生设备，特别是涉及一种能够提高声压级的声音产生设备。
背景技术
扬声器驱动器(speaker driver)在扬声器产业中对于高保真声音再现是最难挑战。在声波传播的物理学教导上，在人类可听频率范围内，通过加速常规扬声器驱动器的振膜所产生的声压可表示为P∝SF·AR，其中SF为振膜表面积，AR为振膜的加速度。也就是说，声压P正比于振膜表面积SF与振膜的加速度AR的乘积。此外，振膜位移DP可表示为DP∝1/2·AR·T2∝1/f2，其中T与f分别为声波的周期与频率。常规扬声器驱动器所引起的空气运动量VA,CV可表示为VA,CV∝SF·DP。对于特定的扬声器驱动器，其中振膜表面积为常数，空气运动量VA,CV正比于1/f2，即VA,CV∝1/f2。
为了覆盖人类可听频率的全部范围，即由20赫兹(hertz，Hz)至20千赫兹(kilohertz，KHz)，高音扬声器(tweeter)、中范围驱动器(mid-range driver)和低音扬声器(woofer)必须包含在常规扬声器中。所述的所有附加元件将占据常规扬声器庞大的空间，并且还增加其生产成本。因此，常规扬声器的设计挑战之一是无法使用单个驱动器来覆盖人类可听频率的全部范围。
通过常规扬声器产生高保真度声音的另一个设计挑战是其外壳(enclosure)。扬声器外壳通常用于容纳所产生声音的向后辐射波，以避免在某些频率中消除向前辐射波，其中所述声音频率的对应波长明显大于扬声器尺寸。扬声器外壳也可用于帮助改善或重塑低频响应，举例来说，在低音反射(通口盒(ported box))型的外壳中，所产生的通口共振用于反转向后辐射波的相位，并实现与向前辐射波于通口-腔室的共振频率附近的同相位相加效应。另一方面，在声中止(acoustic suspension)(封闭盒(closed box))型的外壳中，外壳用作弹簧功能，其与振动振膜形成共振电路。通过适当选择扬声器驱动器与外壳的参数，可利用组合外壳-驱动器的共振峰值来增强共振频率附近的声音输出，从而改善所得扬声器的性能。
如何设计一种声音产生设备/装置，其具有小体积并且能够克服上述的常规扬声器所面临的设计挑战是本领域的重要目标。
发明内容
因此，本发明的主要目的是提供一种能够以高于最大可听频率的脉冲率产生声音的声音产生设备及声音产生装置。
本发明的一实施例提供一种声音产生设备。所述声音产生设备包括一驱动电路，用来根据一输入声音信号产生一驱动信号；以及一声音产生装置；其中，所述声音产生装置由所述驱动信号驱动，使得所述声音产生装置以一空气脉冲率产生多个空气脉冲，所述空气脉冲率高于一最大人类可听频率；其中，所述多个空气脉冲在声压级方面产生一非零偏移，且所述非零偏移是相对于一零声压级的一偏差；其中，驱动所述声音产生装置以产生所述多个空气脉冲的所述驱动信号相对于一第一电压是单极性的。
附图说明
图1是本发明一实施例的一声音产生设备的示意图。
图2是本发明一实施例的多个信号的示意图。
图3是本发明一实施例的频谱分析的示意图。
图4是本发明一实施例的一驱动电路的示意图。
图5是本发明一实施例的升压脉冲的示意图。
图6是本发明一实施例的一驱动电路的示意图。
图7是本发明一实施例的功率降低模块的示意图。
图8提供输入声音信号及其对应的包络线的示意图。
图9是本发明一实施例的包络线检测子模块的示意图。
图10提供多个压升脉冲、多个摆幅扣除脉冲、输入声音信号及其对应的包络线的示意图。
图11绘示本发明一实施例的多个摆幅扣除脉冲。
图12绘示根据本发明的实施例的多个摆幅扣除脉冲。
图13是本发明一实施例的一驱动电路的示意图。
图14是本发明一实施例的一输出级的示意图。
图15绘示本发明一实施例的一声音产生装置的上视图。
图16绘示图15的声音产生装置的截面图。
图17绘示本发明一实施例的一驱动电路的示意图。
图18绘示本发明一实施例的一声音产生装置的上视图。
图19绘示图18的声音产生装置的截面图。
图20绘示本发明一实施例的多个空气脉冲。
图21绘示本发明一实施例的多个空气脉冲。
图22绘示本发明一实施例的一声音产生设备的实验方案。
图23是本发明一实施例的频谱分析的示意图。
其中，附图标记说明如下：
Figure GDA0003594274860000031
Figure GDA0003594274860000041
Figure GDA0003594274860000051
具体实施方式
为克服发声业产业(sound producing industry)中扬声器驱动器(speakerdriver)及其外壳(enclosure)的设计挑战，申请人在美国专利16/125,761中提供了微电子机械系统(Microelectromechanical Systems，MEMS)声音产生装置(sound producingdevice)，以便在脉冲幅度调制的超声波脉冲阵列(Ultrasonic Pulse Array with PulseAmplitude Modulation，PAM-UPA)架构下产生声音，其中声音以高于最大(人类)可听频率(audible frequency)的空气脉冲率(air pulse rate)/频率而产生。然而，美国专利16/125,761中的声音产生装置需要阀(valve)。为了实现如此高的脉冲速率，阀需要能够在大约2.6～3.9微秒(microsecond，μS)的时间内执行开关操作(open-and-close operation)。快速移动的阀需要耐受灰尘、汗水、手部油脂、耳垢，并且预计需要经受超过一兆次的操作循环，这是极具挑战性的。为了减轻美国专利16/125,761中对装置的耐用性要求，申请人在美国专利16/420,141的专利中提供了脉冲幅度调制的超声波脉冲阵列的驱动架构来驱动常规的高音扬声器(treble speaker)，所述高音扬声器根据脉冲幅度调制信号进行驱动。
在本发明中，提供了由单极性(unipolar)驱动信号来驱动的一种声音产生设备。相较美国专利16/420,141，由单极性驱动信号来驱动的声音产生设备在声压级(soundpressure level，SPL)及/或信噪比(signal-to-noise ratio，SNR)方面将对性能有所改善。
图1是本发明一实施例的一声音产生设备(sound producing apparatus)10的示意图。声音产生设备10包括一驱动电路12及一声音产生装置14。驱动电路12用来根据一输入/源声音信号AUD产生一驱动信号d。声音产生装置14包括一振膜140和设置在振膜140上的一致动器142。致动器142接收驱动信号d，使得声音产生装置14可在一空气脉冲率产生多个空气脉冲，且所述空气脉冲率高于最大人类可听频率。
在一实施例中，致动器142可以是薄膜致动器(thin film actuator)，例如压电致动器(piezoelectric actuator)或纳米级静电驱动(nanoscopic electrostatic drive，NED)致动器，其包括电极1420、1422及材料1421(例如压电材料(piezoelectricmaterial))。电极1420接收一顶部电压VTop，电极1422接收一底部电压VBottom。在电极1420及电极1422上或跨电极(电极1420及电极1422)施加驱动信号d，以使(压电)材料变形。
与美国专利16/125,761及美国专利16/420,141类似，由声音产生装置14生成的多个空气脉冲在声压级方面具有非零偏移(non-zero offset)，其中所述非零偏移是相对于一零声压级(zero SPL)的一偏差(deviation)。而且，由声音产生装置14产生的多个空气脉冲在多个脉冲周期内是非周期性的(aperiodic)。
举例来说，图20绘示声音产生装置14产生的多个空气脉冲在声压级方面的示意图。图21绘示声音产生装置14产生的多个空气脉冲在空气质量速度(air mass velocity)或振膜位移(membrane displacement)(例如振膜140的位移)方面的示意图。如图20所示，多个空气脉冲产生在声压级方面的非零偏移，其中非零偏移是相对于零声压级的偏差。如图21所示，空气质量速度(或振膜140的位移)在8个脉冲周期内是非周期性的。给定声压级是振膜运动相对于时间的二阶导数(2nd-order derivative)，就声压级而言，空气脉冲在所述8个脉冲周期内也将是非周期性的。“非零声压级偏移”及“非周期性的”特性的细节可以参考美国专利16/125,761，为简洁起见，不再赘述。
与美国专利16/420,141不同，施加到致动器142(以产生多个空气脉冲)的驱动信号d相对于一参考电压VREF是单极性的。参考电压VREF可以是特定范围内的电压。在一实施例中，参考电压VREF可以是对应于振膜140的中性状态(neutral state)(例如没有变形)的电压或比对应于中性状态的电压稍微高/低出一些的电压。在一实施例中，参考电压VREF也可以对应于特定的振膜位移。在一实施例中，参考电压VREF对应于产生低功耗(powerconsumption)的工作电压范围(operating voltage range)。在一实施例中，参考电压VREF可以是地电压(ground voltage)或恒定电压(constant voltage)。
详细地说，对于相对于参考电压/电平(level)的单极性信号，单极性信号总是大于或等于参考电压/电平，或者总是小于或等于参考电压/电平。也就是说，单极性信号可以达到参考电压/电平，然而单极性信号从不跨越(cross)参考电压/电平。在某些情况下，单极性信号也称为“单端(single-ended)”信号，双极性(bipolar)信号也称为“双端(double-ended)”信号。在本发明中，单端信号及单极性信号具有相同的含义并且可以互换使用。
图2绘示的一双极性信号dbi与一单极性信号duni之间相对于参考电压VREF的比较。双极信号dbi可以包括多个脉冲MP，而单极性信号duni可包括多个脉冲BDP。如图2所示，双极信号dbi内的一些脉冲MP具有正极性(positive polarity)，而一些脉冲MP具有负极性(negative polarity)。至于脉冲BDP的极性则均为负极性。另外，脉冲MP及脉冲BDP将分别遵循轮廓CTR及轮廓CTR’，其中轮廓CTR’是轮廓CTR的平移(translated)版本。仿真(simulation)及实际测量显示单极性驱动信号的结果可能优于常规驱动方案的结果。
在所述(高于最大可听频率的)脉冲速率的单极性驱动信号的频谱分析(spectrumanalysis)的测量数据在图3中以粗实线表示，常规驱动方案在图3中以细虚线表示，其中常规驱动方案例如可以是以声音频率(sound frequency)来驱动微电子机械系统声音产生装置，或者通过将输入声音信号AUD放大到与单极性驱动信号同样的采样大小(samplemagnitude)来直接驱动微电子机械系统声音产生装置。如图3所示，(用来模拟输入/源声音信号AUD的)测试信号(test signal)包括10个等幅正弦波(equal amplitude sinusoidalwave)，其在对数尺度(log scale)下从152赫兹均匀分布到2544赫兹。在两种情况下(即采用单极性驱动信号的情况及采用常规驱动方案的情况)，麦克风(microphone)设定都是相同的。实线及连接所述10个声压级峰值的水平的点线表示使用单极性驱动信号(例如驱动信号d)来驱动微电子机械系统声音产生装置(例如声音产生装置14)的输出声压级结果。虚线及连接声压级峰值的倾斜的点线表示使用常规方案(例如输入声音信号AUD)来驱动同一个的微电子机械系统声音产生装置的输出声压级结果。
由图3可知，常规方案的声压级结果朝低频衰减了几近40分贝/十倍频(dB/decade)(二阶(2nd order))。相反地，单极性驱动信号的声压级结果朝低频保持平坦。据此，通过使用单极性驱动信号，声压级性能显着增强，特别是朝低声音频率。而且，单极性驱动信号的谐波失真(harmonic distortion)或噪声能量(noise energy)低于常规方案的谐波失真或噪声能量，尤其是在高于2千赫兹的频率下。因此，通过使用单极性驱动信号也提高了信噪比。
此外，图22绘示测量单极性驱动信号d驱动的一声音产生设备10′的声压级的实验方案。图23绘示图22的声音产生设备的频谱分析。声音产生设备10′是声音产生设备10的实验测试电路板。声音产生设备10′包括一对接电路板(docking circuit board)11、连接器(connector)13及设置在一板上芯片(chip-on-board，COB)(在此也标记为14)上的声音产生装置14。声音产生设备10′为无后盖(back enclosure)的开放式挡板(open-baffle)型配置。板上芯片14对应于开放式挡板扬声器的挡板的表面具有3厘米(centimeter，cm)×1.5厘米的面积。为简洁起见，图22中省略了所述驱动电路。标示为“mic”的麦克风在声音产生装置14上方约倾斜45°(45°off-axis)，以测量声音产生设备10′产生的声音。图23的测试信号包括在30赫兹至200赫兹的频带上均匀分布的5个等振幅音调(equal-amplitudetones)。
如图23所示，(由单极性驱动信号d驱动的)声音产生设备10’的声压级频谱能够向下扩展到32赫兹，同时保持平坦的频率响应。值得注意的是，常规的开放式挡板扬声器需要具有足够尺寸的挡板，所述尺寸相关于声音产生设备10’所欲产生的声音频率下限的对应的波长。对于中音扬声器(mid-range speaker)，声音产生设备10’所欲产生的声音频率下限的对应的波长可能为数十厘米(tens of centimeters)，对于低音扬声器，所述波长可能为数米(meters)。与常规的开放式挡板扬声器相比，(由单极性驱动信号d驱动的)声音产生设备10’中的板上芯片14的表面积显着减小。此外，挡板11的尺寸与所欲产生的低声音频率无关。
产生单极性驱动信号d的驱动电路12的细节可通过多种方式实现。举例来说，图4是本发明的实施例的一驱动电路42的示意图。驱动电路42可以用来实现驱动电路12。驱动电路42包括一调制模块420及一升压模块(boosting module)422。调制模块420用来根据输入声音信号AUD生成调制(例如脉冲幅度调制)信号md。升压模块422用来对调制信号md进行升压(boost)，使得根据升压模块422的输出产生的驱动信号d为单极性。
调制模块420的细节可以参考美国专利16/420,141，为简洁起见，不再赘述。调制信号md包括通常为双极性的多个调制脉冲。升压模块422用来根据所述多个调制脉冲来产生多个压升脉冲(boosted pulses)(即升压模块422的输出)。
在图4中，驱动电路42首先产生调制信号md，然后升压调制信号md，但不限于此。本发明的驱动电路可以将原始的输入声音信号AUD压升/偏移(boost/offset)一定电平，使得输入声音信号的压升/偏移版本(标示为AUD’)是单极性的。驱动电路可以对输入声音信号AUD’的压升/偏移版本执行脉冲幅度调制，以产生单极性驱动信号d。
在图2中，脉冲MP可以看作是双极性的所述多个调制脉冲的图示，脉冲BDP可以看作是单极的所述多个压升脉冲的图示。驱动电路42可以根据升压模块422产生的多个压升脉冲BDP产生驱动信号d。
产生压升脉冲BDP的升压模块422的细节可通过多种方式实现。在一实施例中，升压模块422可以产生多个升压脉冲BNP，并且将多个升压脉冲BNP直接迭加到多个调制脉冲MP上，以产生多个压升脉冲BDP。
在一实施例中，多个升压脉冲BNP可以在多个脉冲周期具有恒定的脉冲高度。举例来说，图5是本发明的实施例的升压脉冲BNP的示意图。升压脉冲BNP均具有负极性，并且在多个脉冲周期Tcycle具有恒定的脉冲高度PH。一电脉冲的脉冲高度PH可以是脉冲周期Tcycle内的电压差，即脉冲周期Tcycle内的最小值与最大值之间的差值。升压模块422可以将(图5所示的)多个升压脉冲BNP直接迭加到(图2上半部所示的)多个调制脉冲MP上，以生成(图2下半部所示的)多个压升脉冲BDP。
驱动电路42可以包括耦接到升压模块422的一输出级424。输出级424可以包括例如一功率放大器。输出级424用来根据多个压升脉冲BDP产生驱动信号d。
值得注意的是，薄膜致动器142可以看作是具有在30奈法拉(nanofarad，nF)至0.7微法拉(microfarad，μF)范围之间的电容的电容性负载(capacitive loading)。使用具有如此大的负载电容的压升脉冲BDP来驱动声音产生装置14将导致高功耗。为了节省功率，驱动电路12可以减小脉冲电压摆幅(pulse voltage swings)。
图6是本发明的实施例的一驱动电路62的示意图。驱动电路62可以用于实现驱动电路12。驱动电路62与驱动电路42类似，因此相同元件沿用相同符号表示。不同于驱动电路42，驱动电路62还包括一功率降低模块626。接收输入声音信号AUD的功率降低模块626耦接到升压模块422。功率降低模块626用来减低多个压升脉冲BDP消耗的功率消耗，以根据多个压升脉冲BDP产生多个摆幅扣除脉冲(swing-deducted pulse)SDP，使得驱动电路62可以根据多个摆幅扣除脉冲SDP经由例如输出级424产生驱动信号d。
图7是本发明的实施例的功率降低模块626的示意图。功率降低模块626包括一包络线检测子模块(envelope detection sub-module)6260及一摆幅扣除子模块6262。包络线检测子模块6260接收输入声音信号AUD并且用来撷取出输入声音信号AUD的包络线(envelope)ENV(例如单侧包络)，使得摆幅扣除子模块6262根据包络线ENV生成摆幅扣除脉冲SDP。
举例来说，图8提供输入声音信号AUD及其对应的包络线ENV的示意图。参照图8，包络线检测子模块6260能够根据输入声音信号AUD生成包络线ENV。
图9是本发明实施例的包络线检测子模块6260的示意图。包络线检测子模块6260可以包括一峰值检测器6264及一后端处理块(post-processing block)6266。峰值检测器6264用来取得输入声音信号AUD的峰值APK。后端处理块6266可以对输入声音信号AUD的峰值APK执行低通滤波操作，及/或利用通常运用在声学效果操纵领域的起音及释放控制演算法(attack-and-release control algorithm)来生成包络线ENV。在获得包络线ENV之后，摆幅扣除子模块6262用来根据多个压升脉冲BDP及包络线ENV生成多个摆幅扣除脉冲SDP。
图10提供多个压升脉冲BDP、多个摆幅扣除脉冲SDP1、输入声音信号AUD及其对应的包络线ENV的示意图(部分的图8)。在图10中，在压升脉冲BDP的下半部(例如包络线ENV之外(之下))与以实线示出的摆幅扣除脉冲SDP1重迭。虚线绘示在参考电压VREF及包络线ENV之间摆动的压升脉冲BDP的上半部。摆幅扣除脉冲SDP1是在包络线ENV与压升脉冲BDP的峰值PK之间摆动的脉冲。也就是说，摆幅扣除脉冲SDP1从对应于不同时间的包络线值开始，摆动至压升脉冲BDP的峰值PK，从而减少脉冲(或驱动信号d)的电压摆幅。
换句话说，摆幅扣除子模块6262根据包络线ENV扣除压升脉冲BDP的摆幅SW，以产生摆幅扣除脉冲SDP1。压升脉冲BDP的电压摆幅SW是参考电压VREF与压升脉冲BDP的峰值PK之间的差值，即SW＝|PK-VREF|。具体地，摆幅扣除子模块6262可以产生摆幅扣除脉冲SDP11，使得摆幅扣除脉冲SDP11自对应于时间t1的包络线ENV的包络值ENV1开始，在对应于时间t1的脉冲周期Tcycle,1内达到压升脉冲BDP1的峰值PK1，并且ENV1+PSW1＝PK1。可以将(在脉冲周期Tcycle,1内)的摆幅扣除脉冲SDP的电压摆幅扣减至脉冲摆幅PSW1，其中PSW1＝|PK1-ENV1|，脉冲摆幅PSW1是第一包络值ENV1与峰值PK1之间的差值。值得注意的是，如图10所示，PSW1＝|PK1-ENV1|<SW1＝|PK1-VREF|，从而有效地减小了脉冲摆幅。
图10是本发明实施例从包络线ENV开始并摆动至压升脉冲BDP的峰值PK的摆幅扣除脉冲SDP1的示意图，但不限于此。图11绘示多个摆幅扣除脉冲SDP2，其也可以由摆幅扣除子模块6262产生。参照图11，摆幅扣除子模块6262可以产生摆幅扣除脉冲SDP21，使得摆幅扣除脉冲SDP21自参考电压VREF开始，并且维持脉冲摆幅PSW1＝|PK1-ENV1|。换句话说，图11所示的摆幅扣除脉冲SDP2自/从参考电压VREF开始并维持脉冲摆动PSW，其中对应于脉冲周期Tcycle,i的脉冲摆动PSWi可以表示为PSWi＝|PKi-ENVi|。另一方面，可以通过移位/平移(shifting/translating)图10的摆幅扣除脉冲SDP1而与参考电压VREF对齐但保持对于对应于脉冲周期Tcycle,i的脉冲摆幅PSWi，来产生(图11的)摆幅扣除脉冲SDP2。
另外，图10及图11绘示电压电平605及606。电压电平606可以对应于最大振膜位移UZ_max，并且电压电平605可以对应于中间振膜位移UZ_mid，中间振膜位移UZ_mid可以是最大振膜位移UZ_max的一半，即UZ_mid＝(UZ_max/2)。在一实施例中，参考电压VREF可以对应于(振膜140的)零振膜位移UZ_0的电压电平，其通常对应于跨电极((致动器1421的)电极1420、1422)施加的0V。在另一实施例中，致动器1421包括介电常数(permittivity)在宽广范围内变化的薄膜材料，参考电压VREF可以对应于偏置电压，使得当参考电压VREF跨电极((致动器1421的)电极1420、1422)施加在电极1420及1422之间时，声音产生装置14的电容性负载等于或接近其最小值，或者，参考电压VREF可以与最小介电常数偏置电压稍有偏移，从而降低(声音产生装置14的)功耗。
对于压电致动振膜，振膜位移UZ与施加在压电致动器上的电压差ΔV成正比(即ΔUZ∝ΔV)。当操作于振膜及致动器的线性区域时，由振膜位移所承受的应力(stress)可能随着施加在致动器上的电压差的增加而增加。比较图10及图11，当参考电压VREF在振膜140的零位移UZ_0的电压电平处或附近时，图11中平移的摆幅扣除脉冲SDP2可消除振膜的位移ΔUZ，而能相较图10的摆幅扣除脉冲SDP1在振膜引起较小的应力。因此，根据图11的摆幅扣除脉冲SDP2来驱动声音产生装置14将基于减小的振膜应力而改善ΔUZ的线性特性，并因此改善所产生的声音的保真度(fidelity)。从另一观点来看，减小的振膜位移ΔUZ也意味着施加到压电材料1421的电场也减小。由于压电材料的使用寿命与对其操作的电场强度相关，因此摆幅扣除脉冲SPD2的电场减小将有助于延长声音产生装置14的使用寿命。
使用(例如根据压升脉冲BDP产生的)单极性驱动信号d、摆幅扣除脉冲SDP、SPD1或SPD2来驱动声音产生装置14可称为单端幅度调制(Single Ended Amplitude Modulation，SEAM)方案。值得注意的是，在本发明说明书的图示中使用矩形的脉冲主要是为了便于说明，但可以采用其他脉冲形状来实现本发明的每个实施例。
从另一观点来看，图12是本发明实施例从参考电压VREF开始的摆幅扣除脉冲SDP2的示意图，其相对为宏观范围(macro scope)。图12也绘示电压电平605及606。由于摆幅扣除脉冲SDP2(或多或少)达到电压电平605，然而很少达到电压电平606，因此可以减少用于后端功率放大器(backend power amplifier)的电力供应。类似于采用追踪电源(trackingpower-supply)而从AB类(class-AB)到H类(class-H)的转换，在一实施例中，可以根据或可以追踪从参考电压VREF开始的摆幅扣除脉冲SDP2的包络线ENV2来减小功率放大器的电源输出电压。
图13是本发明的实施例的一驱动电路72的示意图。驱动电路72与驱动电路62类似，因此相同元件沿用相同符号表示。不同于驱动电路62，驱动电路72还包括一包络线检测子模块740。包络线检测子模块740类似于包络线检测子模块6260，其还可以如图13所示地根据摆幅扣除脉冲SDP2或直接根据输入声音信号AUD，而执行峰值检测、低通滤波及/或起音及释放控制演算法来取得包络线ENV2。包络线ENV2可以被馈送到一电源电路742(例如直流对直流转换器(DC-DC converter))。电源电路742提供随时间变化的电源输出电压Vsupply(又可称为电源)至输出级424的功率放大器4240。供应于电源放大器4240的电源输出电压Vsupply可以遵循包络线ENV2的轮廓，因此可提高功率放大器4240(或电源电路742)的功率效率。此外，包络线检测子模块740及电源电路742可以形成一包络线追踪电源模块74(又可称为电源适配模块)。
输出级424的细节可通过多种方式实现。图14是本发明的实施例的一输出级424’的示意图。输出级424’可以用于实现输出级424。输出级424’包括一(线性)补偿模块4242及功率放大器4240。补偿模块4242可以耦接在升压模块422及功率放大器4240之间，或耦接在功率降低模块626及功率放大器4240之间。补偿模块4242接收压升脉冲BDP或摆幅扣除脉冲SDP。补偿模块4242用来产生用于功率放大器的补偿信号CS，以维持补偿模块4242的输入(例如压升脉冲BDP或摆幅扣除脉冲SDP)之间的线性(或比例)，使得功率放大器4240可以根据补偿信号CS产生驱动信号d。补偿模块4242的细节可以参考由发明人提交的美国专利16/695,199，为简洁起见，不再赘述。
或者，在一实施例中，驱动电路可以通过单侧峰值检测(one-sided peakdetection)来确定偏移值，并根据所述偏移值生成脉冲。具体地，驱动电路可以对脉冲BDP/SDP执行单侧峰值检测，以获得检测峰值D_peak。驱动电路可以根据检测峰值D_peak获得偏移值。举例来说，驱动电路可以通过将初始最大值(int_max_value)与检测峰值D_peak之间的差值乘以因子α来计算偏移值，其中α可以是例如
Figure GDA0003594274860000131
之间的值。当偏移值引起某种限幅效应(clipping effect)时，驱动电路可以进一步对偏移值执行低通滤波处理。最后，驱动电路可以生成具有任意形状的脉冲，其振幅为所述输入声音信号加上所述(滤波后的)偏移值。声音产生装置14的细节可通过多种方式实现。图15绘示本发明的实施例的一声音产生装置24的上视图。图16绘示声音产生装置24的截面图。声音产生装置24可用于实现声音产生装置14。声音产生装置24包括排列呈P×Q阵列的振膜/单元241。在图14中，P＝Q＝4，但不限于此。振膜241可以被分隔壁(partition walls)243或边缘242围绕。致动器244被附接/配置在振膜241上。在致动器244内，一顶部电极246及一底部电极245将致动材料或薄膜层247夹在中间。驱动信号d跨电极(电极245、246)施加在电极245及246。振膜位移的量值由施加在电极245及246的跨压(电压)控制。
在一实施例中，所有的振膜241可以由相同的驱动信号d驱动，但不限于此。在一实施例中，可以应用美国专利16/420,184中揭示的“脉冲交织(pulse-interleaving)”方案。举例来说，单元/振膜241可以被分组为N个组。N组的单元优选地彼此物理性分离(physically apart from each other)。每组的单元由单极性驱动信号dn驱动以产生脉冲阵列PAn，即N组的单元产生脉冲阵列PA1、…、PAN。脉冲阵列PA1、…、PAN可以相互及/或在时间上交织。
为了实现“脉冲交织”方案，图17绘示本发明的实施例的一驱动电路22的示意图。驱动电路22用来根据本发明产生单极性单端幅度调制驱动信号d1、…、dN。单极性单端幅度调制驱动信号d1、…、dN用来驱动声音产生装置24内的N组的单元/振膜241。驱动电路22可以包括多个驱动子电路22_1～22_N及一交织控制电路220。每个驱动子电路22_n可以由驱动电路42、62及72其中一者来实现，使得每个驱动信号d1、…、dN将是单端幅度调制驱动信号。交织控制电路220控制驱动子电路22_1～22_N，使得根据单端幅度调制驱动信号d1、…、dN驱动的脉冲阵列PA1、…、PAN在时间上交织。脉冲阵列PA1、…、PAN如何交织的细节可以参考由发明人提交的美国专利16/420,184，为简洁起见，不再赘述。
在另一实施例中，图18及图19绘示本发明的实施例的一声音产生装置34的上视图及截面图。声音产生装置34包括一衬底340及单元阵列344。衬底340设置在XY平面上，所述平面如图18所示地由X轴及Y轴展开。单元阵列344包括排列成阵列的多个单元344。在图18中，所述阵列是2×2阵列，但不限于此。每个单元344包括多个鳍型膜对(fin-typemembrane pairs)341。膜对341垂直地设置在衬底340上。换句话说，膜对341垂直于XY平面并且平行于XZ平面。
图19是沿图18的A-A′线的截面图，其中膜对341(例如341a、314b等)包括设置在一基部353上的鳍型振膜(fin-type membranes)351及352。基部353可视为衬底340的一部分。振膜351、352垂直于XY平面并平行于图18及19的XZ平面。振膜351、352可通过驱动信号来驱动。施加在振膜351、352的驱动信号可以是但不限于是由本发明的电路42、62及72产生的单端幅度调制驱动信号d。当在膜对341上施加驱动电压时，第一振膜351及第二振膜352将朝向彼此变形而如图19的左侧所示，使得第一振膜351与第二振膜352之间的空气被向外挤压，而朝着(前)方向D1产生空气脉冲，方向D1远离衬底340(或基部353)。
在一实施例中，振膜351及352可以是多晶硅膜(poly-silicon membrane)，并通过驱动信号由静电力致动。如果振膜351及352是多晶硅膜，振膜351与352之间可以存在一间隙357以将振膜351及352彼此隔离并且与基部353(衬底340)隔离。在一实施例中，振膜351及352可以由纳米级静电驱动致动器或压电致动器来致动。
在一实施例中，可以(例如通过纳米级静电驱动致动器)致动一个振膜(例如振膜351)，而另一个(例如振膜352)可以是不动的板。类似地，第一振膜351与第二振膜352之间的空气被向外挤压，并且朝方向D1产生空气脉冲，这也在本发明的范围内。
值得注意的是，当振膜351/352以纳米级静电驱动的构造制成时，间隙357可能不是必需的。
在一实施例中，振膜变形可以顺着振膜(例如沿着图18及图19所示的X轴)。产生的空气脉冲可以朝向平行于X轴的方向，这也在本发明的范围内。
值得注意的是，当振膜351及352朝向彼此变形以产生朝向(前)方向D1的气压脉冲(air pressure pulse)时，两个相邻的膜对341a与341b之间的膜对间间距(inter-membrane-pair spacing)356减小，因此产生抗气压脉冲(anti-air-pressure-pulse)。抗气压脉冲是指声波及其相关的空气运动，其方向与通过挤压位于膜对内间距(intra-membrane-pair spacing)355的空气而产生的所述气压脉冲(例如方向D1)相反。为了减小抗气压脉冲的大小，可以在衬底340且位于相邻的膜对341a与341b之间处形成开口354。当膜对341a及341b(包括膜对341a的振膜352及膜对341b的振膜351)激活时，在所述膜对之间的空间中会产生一对空气运动：其中一者从前面通过膜对间间距356向下移动，且另一者从背面通过开口354向上移动。因此，膜对间间距356及开口354将减小抗气压脉冲的大小，使得声音产生装置34能够在方向D1上产生强大的净空气脉冲(net air pulse)。在一实施例中，膜对341a与341b之间的膜对间间距356可以比振膜351与352之间的膜对内间距355至少宽8倍(例如12倍)。
值得注意的是，相较于通过振膜加速(membrane acceleration)产生气压脉冲的声音产生装置24，声音产生装置34通过腔室压缩(chamber compression)产生气压脉冲，而可以利用挤压薄膜压缩效应(squeeze film compression effect)产生更强的压力脉冲。值得注意的是，1标准大气压(standard atmosphere，ATM)等于101,325帕斯卡(Pascal，Pa)(压力单位)，而1Pa＝94dB SPL，这意味着2％的ATM可以导致160分贝(dB)的声压级。2％的ATM可以通过使振膜351及352朝向彼此的相对移动来产生，其中振膜351及352各自移动膜对内间距355的宽度的0.01倍。举例来说，如果膜对内间距355为0.75微米(micrometer，μm)，每个振膜351及352移动7.5纳米(nanometer，nm)可以产生2％的ATM。因此，利用挤压薄膜压缩效应并产生空气脉冲来增强声压级是有成效的。
另外，相较于声压级成比例于振膜面积的声音产生装置24，如图19所示，声音产生装置34可通过垂直设置膜对及振膜来实现更大的面积效率，这意味着声音产生装置34可以占用更少的面积来产生更强的声压级。面积效率将显着减小声音产生装置34所需的尺寸，而使声音产生装置34适合于配置在现代的微型手持及可穿戴电子装置中。
值得注意的是，膜对及振膜不限于垂直地设置在衬底上。膜对及振膜也可以倾斜地设置，这意味着膜对及振膜在中性状态可以不平行于衬底。在一些实施例中，膜对中仅有一个振膜运动而另一振膜是静止的，并且所述间隙可以仅应用于运动的所述振膜，静止的所述振膜连接到板340而没有间隙。在一些实施例中，如图19所示，膜对的变形也可以顺着膜对的长度方向，而不是顺着高度方向变形。
综上所述，本发明的声音产生设备利用单极性驱动信号来驱动声音产生装置，以达成更佳的声压级性能。此外，本发明提供一种具有鳍型振膜的声音产生装置，以利用压缩效应来产生空气脉冲。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (21)

1.一种声音产生设备，其特征在于，包括：
一驱动电路，用来根据一输入声音信号产生一驱动信号；以及
一声音产生装置；
其中，所述声音产生装置由所述驱动信号驱动，使得所述声音产生装置以一空气脉冲率产生多个空气脉冲，所述空气脉冲率高于一最大人类可听频率；
其中，所述多个空气脉冲在声压级方面产生一非零偏移，且所述非零偏移是相对于一零声压级的一偏差；
其中，驱动所述声音产生装置以产生所述多个空气脉冲的所述驱动信号相对于一第一电压是单极性的且脉冲幅度调制的，
所述第一电压实质上对应于所述声音产生装置的一振膜的一中性状态的一电压、对应于一振膜位移、对应于偏置电压或地电压；
所述驱动电路根据所述输入声音信号生成多个压升脉冲，并且所述驱动电路根据所述多个压升脉冲生成所述驱动信号，使得所述驱动信号相对于所述第一电压是单极性的。
2.如权利要求1所述的声音产生设备，其特征在于，所述多个空气脉冲在多个脉冲周期内是非周期性的。
3.如权利要求1所述的声音产生设备，其特征在于，所述驱动电路根据所述输入声音信号生成多个摆幅扣除脉冲，并且所述驱动电路根据所述多个摆幅扣除脉冲产生所述驱动信号，使得驱动信号相对于所述第一电压是单极性的。
4.如权利要求3所述的声音产生设备，其特征在于，所述驱动电路生成一第一摆幅扣除脉冲，并且所述第一摆幅扣除脉冲自对应于一第一时间的所述输入声音信号的一包络线的一第一包络值开始而在一第一脉冲周期内达到一第一压升脉冲的一峰值，并且所述第一摆幅扣除脉冲的一第一脉冲摆幅是所述第一包络值与所述第一压升脉冲的所述峰值之间的一差值。
5.如权利要求3所述的声音产生设备，其特征在于，所述驱动电路生成一第一摆幅扣除脉冲，并且所述第一摆幅扣除脉冲自所述第一电压开始，并且所述第一摆幅扣除脉冲的一第一脉冲摆幅是对应于一第一时间的所述输入声音信号的一包络线的一第一包络值与一第一压升脉冲的一峰值之间的一差值。
6.如权利要求1所述的声音产生设备，其特征在于，所述驱动电路包括：
一调制模块，用来根据所述输入声音信号生成一调制信号，其中，所述调制信号包括多个调制脉冲；以及
一升压模块，用来根据所述多个调制脉冲产生多个压升脉冲；
其中，所述驱动电路根据所述多个压升脉冲产生所述驱动信号，使得驱动信号相对于所述第一电压是单极性的。
7.如权利要求6所述的声音产生设备，其特征在于，所述升压模块产生多个升压脉冲，并将所述多个升压脉冲迭加到所述多个调制脉冲上，以产生所述多个压升脉冲。
8.如权利要求7所述的声音产生设备，其特征在于，所述多个升压脉冲在多个脉冲周期具有恒定的脉冲高度。
9.如权利要求6所述的声音产生设备，其特征在于，所述驱动电路包括：
一功率降低模块，耦接到所述升压模块，用来根据所述多个压升脉冲产生多个摆幅扣除脉冲；
其中，所述驱动电路根据所述多个摆幅扣除脉冲产生所述驱动信号。
10.如权利要求9所述的声音产生设备，其特征在于，所述功率降低模块包括：
一包络线检测子模块，接收所述输入声音信号，用来产生所述输入声音信号的一包络线；及
一摆幅扣除子模块，耦接至所述升压模块及所述包络线检测子模块，以接收所述多个压升脉冲及所述输入声音信号的所述包络线，用来根据所述多个压升脉冲及所述包络线产生多个摆幅扣除脉冲。
11.如权利要求10所述的声音产生设备，其特征在于，所述包络线检测子模块根据一第一压升脉冲及所述包络线产生一第一摆幅扣除脉冲，并且所述第一摆幅扣除脉冲及所述第一压升脉冲对应于一第一时间。
12.如权利要求11所述的声音产生设备，其特征在于，所述摆幅扣除子模块产生所述第一摆幅扣除脉冲，使得所述第一摆幅扣除脉冲自对应于所述第一时间的所述包络线的一第一包络值开始而在一第一脉冲周期内达到所述第一压升脉冲的一峰值，并且所述第一摆幅扣除脉冲的一第一脉冲摆幅是所述第一包络值与所述第一压升脉冲的所述峰值之间的一差值。
13.如权利要求11所述的声音产生设备，其特征在于，所述摆幅扣除子模块产生所述第一摆幅扣除脉冲，使得所述第一摆幅扣除脉冲自所述第一电压开始，并且所述第一摆幅扣除脉冲的一第一脉冲摆幅是对应于所述第一时间的所述包络线的一第一包络值与所述第一压升脉冲的一峰值之间的一差值。
14.如权利要求1所述的声音产生设备，其特征在于，所述驱动电路包括：
一功率放大器，用来产生所述驱动信号。
15.如权利要求14所述的声音产生设备，其特征在于，所述驱动电路还包括：
一补偿模块，耦接至所述功率放大器，用来产生一补偿信号至所述功率放大器，使得所述功率放大器根据所述补偿信号产生所述驱动信号。
16.如权利要求14所述的声音产生设备，其特征在于，所述驱动电路还包括：
一电源适配模块，用来提供一电源至所述功率放大器，并且用于所述功率放大器的电源是随时间变化的。
17.如权利要求16所述的声音产生设备，其特征在于，所述驱动电路产生多个摆幅扣除脉冲，并且所述电源适配模块根据所述多个摆幅扣除脉冲的一包络线产生所述电源。
18.如权利要求17所述的声音产生设备，其特征在于，所述驱动电路包括：
一包络线检测子模块，用来获取所述多个摆幅扣除脉冲的所述包络线；以及
一电源电路，用来根据所述多个摆幅扣除脉冲的所述包络线产生所述电源至所述功率放大器。
19.如权利要求1所述的声音产生设备，其特征在于，所述声音产生装置包括多个振膜，所述多个振膜被分组为多个组，所述驱动电路产生多个驱动信号，所述多个驱动信号是单极性的并且用来驱动所述多个组，所述多个组产生多个脉冲阵列，并且所述多个脉冲阵列相互交错。
20.如权利要求1所述的声音产生设备，其特征在于，所述声音产生装置包括一振膜及一致动器，并且所述致动器是压电致动器。
21.如权利要求1所述的声音产生设备，其特征在于，所述声音产生装置包括一振膜及一致动器，并且所述致动器是纳米级静电驱动致动器。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11043197B1 (en) 2020-01-31 2021-06-22 xMEMS Labs, Inc. Air pulse generating element and sound producing device with virtual valve
US11223891B2 (en) 2020-02-19 2022-01-11 xMEMS Labs, Inc. System and method thereof
US11445279B2 (en) 2021-01-14 2022-09-13 xMEMS Labs, Inc. Air-pulse generating device and sound producing method thereof
CN114465193B (zh) * 2022-01-11 2024-01-16 深圳市德拜科技有限公司 一种水下声波的发生装置、控制方法、系统和存储介质

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007001035A1 (ja) * 2005-06-28 2007-01-04 Anodic Supply Co., Ltd. 超音波スピーカシステム
CN101326852A (zh) * 2005-10-27 2008-12-17 诺基亚公司 作为音频转换器的振动马达
JP2008306234A (ja) * 2007-06-05 2008-12-18 Sony Corp パルス幅変調回路、パルス幅変調方法、パラメトリックスピーカ、及びパルス幅変調制御プログラム
CN103002381A (zh) * 2011-09-13 2013-03-27 鹦鹉股份有限公司 用于增强数字音频信号中的低频的方法
US10425732B1 (en) * 2018-04-05 2019-09-24 xMEMS Labs, Inc. Sound producing device

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3879699A (en) * 1973-04-26 1975-04-22 Edo Corp Unipolar acoustic pulse generator apparatus
US6683494B2 (en) * 2001-03-26 2004-01-27 Harman International Industries, Incorporated Digital signal processor enhanced pulse width modulation amplifier
JP3499234B1 (ja) * 2002-05-24 2004-02-23 沖電気工業株式会社 音響駆動回路
US7881485B2 (en) * 2002-11-21 2011-02-01 Fraunhofer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung E. V. Apparatus and method of determining an impulse response and apparatus and method of presenting an audio piece
WO2008042230A2 (en) * 2006-09-28 2008-04-10 Holosonic Research Labs. Inc. Capacitive load driving device
CA2845204C (en) * 2011-08-16 2016-08-09 Empire Technology Development Llc Techniques for generating audio signals
US10219090B2 (en) * 2013-02-27 2019-02-26 Analog Devices Global Method and detector of loudspeaker diaphragm excursion
US9301071B2 (en) * 2013-03-12 2016-03-29 Quantance, Inc. Reducing audio distortion in an audio system
JP6164592B2 (ja) * 2013-06-07 2017-07-19 国立大学法人九州工業大学 信号制御装置
DE102013224718A1 (de) * 2013-12-03 2015-06-03 Robert Bosch Gmbh MEMS-Mikrofonbauelement und Vorrichtung mit einem solchen MEMS-Mikrofonbauelement
WO2015119626A1 (en) * 2014-02-08 2015-08-13 Empire Technology Development Llc Mems-based structure for pico speaker
US9736595B2 (en) * 2015-06-23 2017-08-15 Dsp Group Ltd. Two port speaker acoustic modulator
US10327060B2 (en) * 2017-11-05 2019-06-18 xMEMS Labs, Inc. Air pulse generating element and sound producing device
US10484784B1 (en) * 2018-10-19 2019-11-19 xMEMS Labs, Inc. Sound producing apparatus
US10681488B1 (en) * 2019-03-03 2020-06-09 xMEMS Labs, Inc. Sound producing apparatus and sound producing system

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007001035A1 (ja) * 2005-06-28 2007-01-04 Anodic Supply Co., Ltd. 超音波スピーカシステム
CN101326852A (zh) * 2005-10-27 2008-12-17 诺基亚公司 作为音频转换器的振动马达
JP2008306234A (ja) * 2007-06-05 2008-12-18 Sony Corp パルス幅変調回路、パルス幅変調方法、パラメトリックスピーカ、及びパルス幅変調制御プログラム
CN103002381A (zh) * 2011-09-13 2013-03-27 鹦鹉股份有限公司 用于增强数字音频信号中的低频的方法
US10425732B1 (en) * 2018-04-05 2019-09-24 xMEMS Labs, Inc. Sound producing device

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