CN115190393A - 一种音频接口反馈电路及其反馈方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种音频接口反馈电路及其反馈方法，包括音频输入组件、放大器组件、反馈电路、音频接口组件、线材等效电路、线材反馈等效电路和扬声器，所述音频输入组件与放大器组件的输入端连接，所述放大器组件的输入端串联音频接口组件与线材等效电路的输入端连接，所述线材等效电路的输出端与扬声器连接，所述扬声器通过线材反馈等效电路与反馈电路的输入端连接，所述反馈电路的输出端与放大器组件的输入端连接。本发明通过高保真功率放大器的输出线缆引入反馈电路，利用电压串联负反馈电路特性实现减小非线性失真、拓展频带和降低输出阻抗，避免频率互相串扰造成音染。

Description

一种音频接口反馈电路及其反馈方法

技术领域

本发明属于音频传输技术领域，具体涉及一种音频接口反馈电路及其反馈方法。

背景技术

在高保真耳机(或音响)系统中，从放大器到耳机(或音箱)通常都由专用的音频线缆连接，线缆的质量在很大程度上影响声音的音质，系统越高端对线材的依赖越大，市场售价几千乃至几万元的高端线材比比皆是，究其原因为线材本身的阻抗成分对不同频率(20-20kHZ)产生不同的电抗引起各频率间的相互串扰形成明显的音染，主要体现在声音的结像、定位、层次感、清晰度和高频延展，行业通常采用氧含量小于5ppm，结晶长度大于1米的单晶铜线作为耳机(或音响)线，同时采用不同的编织或绞合方式降低导线的R/C/L。昂贵的耳机线材在降低自身内阻、引线电感和分布电容方面确实可行，但受限于耳机线材的长度(通常为1.5米)限制，就算采用导电率最高的银和单晶铜材料，其自身的R/C/L电抗成分也非常可观,以长度为1.5米、线径不同的单晶铜耳机线为例，R/C/L分别约为0.1-0.3Ω、100-300pF、30u-100uH,这些电抗值对20-1000Hz频率微不足道，但从8KHz开始它们的影响就开始体现出来，高频带来的相移严重影响声音的结像和定位；降低电抗最有效的方法是减小线长，但这显然行不通。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种音频接口反馈电路及其反馈方法。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明实施例一提供一种音频接口反馈电路，包括音频输入组件、放大器组件、反馈电路、音频接口组件、线材等效电路、线材反馈等效电路和扬声器，所述音频输入组件与放大器组件的输入端连接，所述放大器组件的输出端连接音频接口组件与线材等效电路的输入端连接，所述线材等效电路的输出端与扬声器的+极连接，所述扬声器的-端通过线材反馈等效电路和音频接口组件与反馈电路的输入端连接，所述反馈电路的输出端与放大器组件的输入端连接。

本发明优选地，所述音频输入组件包括音频正极输入端和音频负极输入端，所述音频正极输入端和音频负极输入端分别与放大器组件的正极输入端和负极输入端连接。

本发明优选地，所述放大器组件包括第一放大器和第二放大器，所述第一放大器的正极输入端与音频正极输入端连接，所述第二放大器的正极输入端与音频负极输入端连接。

本发明优选地，所述音频接口组件包括音频插座和音频插头，所述音频插头插入音频插座内，所述音频插座的正极输入端与第一放大器的输出端连接，所述音频插座的负极输入端与第二放大器的输出端连接。

本发明优选地，所述线材等效电路包括第七电阻器、第一电感、第一电容器、第十电阻器、第四电感和第四电容器，所述第七电阻器的第一端分别与音频插头的正极输出端和第一电容器的第一端连接，所述第七电阻器的第二端串联第一电感后分别与第一电容器的第二端和扬声器的正极输入端连接，所述第十电阻器的第一端分别与音频插头的负极输出端和第四电容器的第一端连接，所述第十电阻器的第二端串联第四电感后分别与第四电容器的第二端和扬声器的负极输入端连接。

本发明优选地，所述线材反馈等效电路包括第八电阻器、第二电容器、第二电感、第九电阻器、第三电感和第三电容器，所述第二电容器的第一端分别与扬声器的正极输入端和第二电感的第一端连接，所述第二电感的第二端串联第八电阻器后分别与音频插座的正极反馈端和第二电容器的第二端连接，所述第三电容器的第一端分别与扬声器的负极输入端和第三电感的第一端连接，所述第三电感的第二端串联第九电阻器后分别与音频插座的负极反馈端和第三电容器的第二端连接。

本发明优选地，所述反馈电路包括第一电阻器、第二电阻器、第三电阻器、第四电阻器、第五电阻器和第六电阻器，所述第三电阻器的第一端与音频插座的正极反馈端连接，所述第三电阻器的第二端分别与第二电阻器的第一端、第一电阻器的第一端和第一放大器的负极输入端连接，所述第二电阻器的第二端与第一放大器的输出端连接，所述第六电阻器的第一端与音频插座的负极反馈端连接，所述第六电阻器的第二端分别与第五电阻器的第一端、第四电阻器的第一端和第二放大器的负极输入端连接，所述第五电阻器的第二端与第二放大器的输出端连接，所述第四电阻器的第二端与第一电阻器的第二端连接后接地。

本发明优选地，所述扬声器为耳机或音响中的一种。

本发明实施例二提供一种上述的音频接口反馈电路的反馈方法，包括如下步骤：

S1：由音频正极输入端和音频负极输入端输出音频信号至第一放大器和第二放大器，输出平衡电压信号；

S2：通过音频插座、音频插头和耳机传输线输送所述平衡电压信号至扬声器电声单元的正极输入端和负极输入端；

S3：扬声器通过线材反馈等效电路将所述平衡电压信号通过音频插头和音频插座输入反馈电路；

S4：将所述平衡电压信号通过反馈电路输入第一放大器和第二放大器，形成闭环。

与现有技术相比，本发明通过高保真功率放大器的输出线缆引入反馈电路，利用电压串联负反馈电路特性实现减小非线性失真、拓展频带和降低输出阻抗，避免频率互相串扰造成音染。

附图说明

图1为本发明实施例提供一种音频接口反馈电路的结构框图；

图2为本发明实施例提供一种音频接口反馈电路的结构示意图；

图3为本发明实施例所述线缆直连V(a)与线缆接入反馈环路V(B,C)的频响和相移对比分析图；

图4为本发明实施例所述线缆直连V(a)与线缆接入反馈环路V(B,C)数据对比分析图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例一提供一种音频接口反馈电路，如图1和图2所示，包括音频输入组件、放大器组件、反馈电路、音频接口组件、线材等效电路、线材反馈等效电路和扬声器，所述音频输入组件与放大器组件的输入端连接，所述放大器组件的输出端连接音频接口组件与线材等效电路的输入端连接，所述线材等效电路的输出端与扬声器的+端连接，所述扬声器的-端通过线材反馈等效电路和音频接口组件与反馈电路的输入端连接，所述反馈电路的输出端与放大器组件的输入端连接。

如图1所示，所述音频输入组件包括音频正极输入端AUDIO_IN+和音频负极输入端AUDIO_IN-，所述音频正极输入端AUDIO_IN+和音频负极输入端AUDIO_IN-分别与放大器组件的正极输入端和负极输入端连接。

如图1所示，所述放大器组件包括第一放大器U1和第二放大器U2，所述第一放大器U1的正极输入端与音频正极输入端AUDIO_IN+连接，所述第二放大器U2的正极输入端与音频负极输入端AUDIO_IN-连接。

如图1所示，所述音频接口组件包括音频插座J1和音频插头J2，所述音频插头J2插入音频插座J1内，所述音频插座J1的正极输入端与第一放大器U1的输出端连接，所述音频插座J1的负极输入端与第二放大器U2的输出端连接。

如图1所示，所述线材等效电路包括第七电阻器R7、第一电感L1、第一电容器C1、第十电阻器R10、第四电感L4和第四电容器C4，所述第七电阻器R7的第一端分别与音频插头J2的正极输出端和第一电容器C1的第一端连接，所述第七电阻器R7的第二端串联第一电感L1后分别与第一电容器C1的第二端和扬声器S1的正极输入端连接，所述第十电阻器R10的第一端分别与音频插头J2的负极输出端和第四电容器C4的第一端连接，所述第十电阻器R10的第二端串联第四电感L4后分别与第四电容器C4的第二端和扬声器S1的负极输入端连接。

如图1所示，所述线材反馈等效电路包括第八电阻器R8、第二电容器C2、第二电感L2、第九电阻器R9、第三电感L3和第三电容器C3，所述第二电容器C2的第一端分别与扬声器S1的正极输入端和第二电感L2的第一端连接，所述第二电感L2的第二端串联第八电阻器R8后分别与音频插头J2的正极反馈端和第二电容器C2的第二端连接，所述第三电容器C3的第一端分别与扬声器S1的负极输入端和第三电感L3的第一端连接，所述第三电感L3的第二端串联第九电阻器R9后分别与音频插头J2的负极反馈端和第三电容器C3的第二端连接。

如图1所示，所述反馈电路包括第一电阻器R1、第二电阻器R2、第三电阻器R3、第四电阻器R4、第五电阻器R5和第六电阻器R6，所述第三电阻器R3的第一端与音频插座J1的正极反馈端连接，所述第三电阻器R3的第二端分别与第二电阻器R2的第一端、第一电阻器R1的第一端和第一放大器U1的负极输入端连接，所述第二电阻器R2的第二端与第一放大器U1的输出端连接，所述第六电阻器R6的第一端与音频插座J1的负极反馈端连接，所述第六电阻器R6的第二端分别与第五电阻器R5的第一端、第四电阻器R4的第一端和第二放大器U2的负极输入端连接，所述第五电阻器R5的第二端与第二放大器U2的输出端连接，所述第四电阻器R4的第二端与第一电阻器R1的第二端连接后接地。

如图1所示，所述扬声器S1为耳机或音响中的一种。

本发明实施例二提供一种上述的音频接口反馈电路的反馈方法，包括如下步骤：

S1：由音频正极输入端AUDIO_IN+和音频负极输入端AUDIO_IN-输出音频信号至第一放大器U1和第二放大器U2，输出平衡电压信号；

S2：通过音频插座J1、音频插头J2和耳机传输线输送所述平衡电压信号至扬声器S1电声单元的正极输入端和负极输入端；

S3：扬声器S1通过线材反馈等效电路将所述平衡电压信号通过音频插头J2和音频插座J1输入反馈电路；

S4：将所述平衡电压信号通过反馈电路输入第一放大器U1和第二放大器U2，形成闭环。

以上实施例仅以一个声道为例进行说明，其可以应用于任何一个声道。

上述方案中：

第二电阻器R2和第一电阻器R1，第四电阻器R4、第五电阻器R5分别为平衡输入第一放大器U1和第二放大器U2的反馈网络，电压放大倍数由(第一电阻器R1+第二电阻器R2)/第二电阻器R2,(第四电阻器R4+第五电阻器R5)/第五电阻器R5的比值决定；

第一放大器U1的电压放大倍数变化为(第二电阻器R2或第二电阻器R2+线材反馈等效电路+第一电阻器R1)/第一电阻器R1,(第五电阻器R5或第六电阻器R6+线材反馈等效电路+第四电阻器R4)/第四电阻器R4比值决定，由于等效电路和线材反馈等效电路的等效阻抗通常小于1Ω可忽略不计，电压放大倍数由(第二电阻器R2或第二电阻器R2+线材反馈等效电路+第一电阻器R1)/第一电阻器R1,(第五电阻器R5或第六电阻器R6+线材反馈等效电路+第四电阻器R4)/第四电阻器R4比值决定，设计第二电阻器R2和第五电阻器R5远大于第三电阻器R3和第六电阻器R6，并联后主要取第三电阻器R3和第六电阻器R6的阻值，最后电压放大倍数由(第三电阻器R3+第一电阻器R1)/第四电阻器R4，(第六电阻器R6+第四电阻器R4)/第四电阻器R4比值决定，第二电阻器R2和第五电阻器R5主要是防止未插耳机的情况下第一放大器U1或第二放大器U2开环引起自激烧坏器件；

用4根线材分别焊接接在扬声器C(+极)和G(-极)焊盘上，由于4根线等长(电抗参数基本相同)且对称焊接于扬声器焊盘上，传输线和反馈线上信号幅度相同但相位相反导致线材电抗引起的非线性失真、高频衰减互相抵消，达到提高音质的目的；

第一放大器U1的输出端和第二放大器U2的输出端由VOUT+和VOUT-延伸到扬声器S1的C和G点，输出阻抗也随着输出端的变化而改变，在第一放大器U1和第二放大器U2电压放大倍数相同的前提下，设定放大器输出阻抗为0.1Ω，耳机阻抗为33Ω，阻尼系数分别为：

线材未接反馈环路阻尼系数：33Ω/[0.1Ω+(0.3Ω+100uH//300P)]≈82.5(1KHz以下频率)，当频率大于8KHz，电感开始产生影响，频率越高影响越大，见图一频响曲线和图二高频(20Khz)的衰减。

线材接入反馈环路阻尼系数：33Ω/0.1Ω＝330大大增强放大器对耳机的控制力，特别是大振膜低敏、高阻的耳机简直是小功率耳机放大器的梦魇，此负反馈电路架构很大程度提升各类耳机的驱动力和控制力，大大改善声音的听感；

由于线材的内阻相对于反馈电阻非常小(小千倍以上)，且电感电抗成分的影响又可通过电路架构相互抵消，因此对线材的要求相对宽松很多，可以大幅度降低线材的投入的成本但声音效果较佳。

音频传输高端线材可降低自身的R/C/L,以长度为1.5米的单晶铜耳机线为例，R/C/L分别约为0.1-0.3Ω、100-300pF、30u-100uH,这些电抗值对20-1000Hz频率微不足道，但从8KHz开始它们的影响就开始体现出来，高频带来的相移严重影响声音的结像和定位；无法无限降低线材的R/C/L电抗值，通过音频功率放大器电路架构改良，让普通线材实现或超过昂贵线材的音质效果。

为解决上述问题，第一放大器U1和第二放大器U2电路架构做出调整，将输出线缆引入反馈环路，利用电压串联负反馈电路特性实现减小非线性失真、拓展频带和降低输出阻抗；由于反馈端取自输出线缆末端(耳机或音响的连接端口)，在输出线缆上因RCL电抗成分产生的非线性失真、串扰被引回到反相输入端，和同相输入端的信号进行相减，第一放大器U1和第二放大器U2输出为一个幅度相同相位相反的预失真信号，这种预失真正好补偿了放大电路和线材非线性引起的失真，使输出信号不会因线材质量的下降而大幅增加失真和阻尼系数。

如图3所示，线缆直连V(a)与线缆接入反馈环路V(B,C)频响和相移对比，20KHz@1V输出/33Ω负载。

如图4所示，线缆直连V(a)与线缆接入反馈环路V(B,C)对比，线缆直连V(a)输入20Khz 2Vpp正弦波信号输出幅度为1.966Vpp，线缆接入反馈环路V(B,C)输出幅度为1.462Vpp，线缆直连V(a)输出阻抗为0.57Ω，线缆接入反馈环路V(B,C)输出阻抗为47.09Ω；线缆直连V(a)阻尼系数为33/0.57＝57.89，线缆接入反馈环路V(B,C)阻尼系数为33/47.09＝0.7。

综上所述，本发明通过高保真功率放大器的输出线缆引入反馈电路，利用电压串联负反馈电路特性实现减小非线性失真、拓展频带和降低输出阻抗，避免频率互相串扰造成音染。

本实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

需要说明的是，在本文中，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、物品或者装置不仅包括那些要素，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、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种音频接口反馈电路，其特征在于，包括音频输入组件、放大器组件、反馈电路、音频接口组件、线材等效电路、线材反馈等效电路和扬声器，所述音频输入组件与放大器组件的输入端连接，所述放大器组件的输出端连接音频接口组件与线材等效电路的输入端连接，所述线材等效电路的输出端与扬声器的+极连接，所述扬声器的-端通过线材反馈等效电路和音频接口组件与反馈电路的输入端连接，所述反馈电路的输出端与放大器组件的输入端连接。

2.根据权利要求1所述的音频接口反馈电路，其特征在于，所述音频输入组件包括音频正极输入端和音频负极输入端，所述音频正极输入端和音频负极输入端分别与放大器组件的正极输入端和负极输入端连接。

3.根据权利要求2所述的音频接口反馈电路，其特征在于，所述放大器组件包括第一放大器和第二放大器，所述第一放大器的正极输入端与音频正极输入端连接，所述第二放大器的负极输入端与音频负极输入端连接。

4.根据权利要求3所述的音频接口反馈电路，其特征在于，所述音频接口组件包括音频插座和音频插头，所述音频插头插入音频插座内，所述音频插座的正极输入端与第一放大器的输出端连接，所述音频插座的负极输入端与第二放大器的输出端连接。

5.根据权利要求4所述的音频接口反馈电路，其特征在于，所述线材等效电路包括第七电阻器、第一电感、第一电容器、第十电阻器、第四电感和第四电容器，所述第七电阻器的第一端分别与音频插头的正极输出端和第一电容器的第一端连接，所述第七电阻器的第二端串联第一电感后分别与第一电容器的第二端和扬声器的正极输入端连接，所述第十电阻器的第一端分别与音频插头的负极输出端和第四电容器的第一端连接，所述第十电阻器的第二端串联第四电感后分别与第四电容器的第二端和扬声器的负极输入端连接。

6.根据权利要求5所述的音频接口反馈电路，其特征在于，所述线材反馈等效电路包括第八电阻器、第二电容器、第二电感、第九电阻器、第三电感和第三电容器，所述第二电容器的第一端分别与扬声器的正极输入端和第二电感的第一端连接，所述第二电感的第二端串联第八电阻器后分别与音频插座的正极反馈端和第二电容器的第二端连接，所述第三电容器的第一端分别与扬声器的负极输入端和第三电感的第一端连接，所述第三电感的第二端串联第九电阻器后分别与音频插座的负极反馈端和第三电容器的第二端连接。

7.据权利要求6所述的音频接口反馈电路，其特征在于，所述反馈电路包括第一电阻器、第二电阻器、第三电阻器、第四电阻器、第五电阻器和第六电阻器，所述第三电阻器的第一端与音频插座的正极反馈端连接，所述第三电阻器的第二端分别与第二电阻器的第一端、第一电阻器的第一端和第一放大器的负极输入端连接，所述第二电阻器的第二端与第一放大器的输出端连接，所述第六电阻器的第一端与音频插座的负极反馈端连接，所述第六电阻器的第二端分别与第五电阻器的第一端、第四电阻器的第一端和第二放大器的负极输入端连接，所述第五电阻器的第二端与第二放大器的输出端连接，所述第四电阻器的第二端与第一电阻器的第二端连接后接地。

8.根据权利要求7所述的音频接口反馈电路，其特征在于，所述扬声器为耳机或音响中的一种。

9.一种如权利要求1-8所述的音频接口反馈电路的反馈方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：由音频正极输入端和音频负极输入端输出音频信号至第一放大器和第二放大器，输出平衡电压信号；

S2：通过音频插座、音频插头和耳机传输线输送所述平衡电压信号至扬声器电声单元的正极输入端和负极输入端；

S3：扬声器通过线材反馈等效电路将所述平衡电压信号通过音频插头和音频插座输入反馈电路；

S4：将所述平衡电压信号通过反馈电路输入第一放大器和第二放大器，形成闭环。

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