TWI478487B - 音頻功率放大裝置及其音頻功率放大方法 - Google Patents

音頻功率放大裝置及其音頻功率放大方法 Download PDF

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音頻功率放大裝置及其音頻功率放大方法
本發明是有關於一種功率放大裝置，且特別是有關於一種音頻功率放大裝置。
一般而言，在音響裝置中，通常只使用單一放大器來將所有的音頻訊號進行放大，這使得放大器在對具有不同頻率的音頻訊號進行放大時，可能會因放大器本身的特性而造成在將音頻訊號放大的過程中發生不同的效能下降情形。
舉例而言，在將低頻的音頻訊號經由例如B類(class-B)或是AB類(class-AB)放大器進行放大時，由於B類或是AB類放大器在放大音頻訊號時的效率較低，使得若將B類或是AB類放大器用來放大低頻的音頻訊號時，需要相當大的功率才能使得放大後的音頻訊號足夠驅動例如低音喇叭的揚聲器。另一方面，在將中高頻的音頻訊號經由例如D類(class-D)放大器進行放大時，由於D類放大器在放大音頻訊號時的失真度較高，將使得放大後的中高頻音頻訊號在經由揚聲器播放時會出現例如雜音的情形，造成使用者在聽覺上的不適。
有鑑於此，本發明提供一種音頻功率放大裝置，其可 以在放大中高頻的音頻訊號時達到低失真的效果，同時在放大低頻的音頻訊號時可以降低用於放大音頻訊號的功率消耗。
本發明之一實施例提供一種音頻功率放大裝置，包括：音頻處理電路、切換單元、第一類型放大器電路以及第二類型放大器電路。音頻處理電路用以接收輸入音頻訊號，並根據設定頻率而對輸入音頻訊號進行分頻處理，藉以獲得低於設定頻率的第一頻帶音頻訊號與高於設定頻率的第二頻帶音頻訊號。切換單元耦接音頻處理電路，用以反應於音頻處理電路的控制而傳導第一頻帶音頻訊號與第二頻帶音頻訊號。第一類型放大器電路耦接切換單元，用以對切換單元所傳導的第一頻帶音頻訊號進行第一類型放大處理，藉以產生第一輸出音頻訊號。第二類型放大器電路耦接切換單元，用以對切換單元所傳導的第二頻帶音頻訊號進行第二類型放大處理，藉以產生第二輸出音頻訊號。
另一觀點而言，本發明提供一種音頻功率放大方法，包括下列步驟。根據設定頻率而對輸入音頻訊號進行分頻處理，藉以獲得低於設定頻率的第一頻帶音頻訊號與高於設定頻率的第二頻帶音頻訊號。反應於切換手段而傳導第一頻帶音頻訊號與第二頻帶音頻訊號。對所傳導的第一頻帶音頻訊號與第二頻帶音頻訊號各別進行第一類型放大處理與第二類型放大處理，藉以產生第一輸出音頻訊號與第二輸出音頻訊號。
於本發明的一示範性實施例中，所述音頻功率放大裝 置更包括第一揚聲器以及第二揚聲器。第一揚聲器耦接第一類型放大器電路，用以受第一輸出音頻訊號驅動而發出對應於第一輸出音頻訊號的聲音。第二揚聲器耦接第二類型放大器電路，用以受第二輸出音頻訊號驅動而發出對應於第二輸出音頻訊號的聲音。
於本發明的一示範性實施例中，其中第一類型放大電路可以為D類功率放大器電路，第二類型放大電路可以為B類或是AB類功率放大器電路。
於本發明的一示範性實施例中，所述第一頻帶音頻訊號的頻率落入低頻帶音頻範圍，所述第二頻帶音頻訊號的頻率落入中高頻帶音頻範圍。
於本發明的一示範性實施例中，所述設定頻率可以落在1KHz至1.5KHz之間
基於上述，本發明提供一種音頻功率放大裝置及其音頻功率放大方法，其可以透過音頻處理電路對音頻訊號所進行的分頻處理，使切換單元可以根據所述分頻處理的結果而將具有不同頻率的音頻訊號傳送至具有不同特性的放大器電路來進行放大。舉例而言，當所述音頻訊號的頻率低於設定頻率時，切換單元即可將此落入低頻帶音頻範圍的第一頻帶音頻訊號傳送至功率放大效率較高的第一類型放大電路，使得第一類型放大電路在對第一頻帶音頻訊號進行第一類型放大處理時，不會有過多的功率消耗在此第一類型的放大處理中。另一方面，當音頻訊號的頻率高於設定頻率時，切換單元可將落入中高頻帶音頻範圍的第二 頻帶音頻訊號傳送至在進行放大處理時具有較低失真度的第二類型放大電路來進行放大，使得當此放大後的第二頻帶音頻訊號(亦即第二輸出音頻訊號)被第二揚聲器播放時，可以達到較佳的音質。
應瞭解的是，上述一般描述及以下具體實施方式僅為例示性及闡釋性的，其並不能限制本發明所欲主張之範圍。
現將詳細參考本發明之示範性實施例，在附圖中說明所述示範性實施例之實例。另外，凡可能之處，在圖式及實施方式中使用相同標號的元件/構件代表相同或類似部分。
圖1繪示為本發明之一實施例的音頻功率放大裝置的功能方塊圖。請參照圖1，在本實施例中，音頻功率放大裝置100包括音頻處理電路110、切換單元120、第一類型放大電路130以及第二類型放大電路140。音頻處理電路110用以接收輸入音頻訊號AS，並根據設定頻率而對輸入音頻訊號AS進行分頻處理，藉以獲得低於所述設定頻率的第一頻帶音頻訊號AS1與高於所述設定頻率的第二頻帶音頻訊號AS2。切換單元120耦接音頻處理電路110，用以反應於音頻處理電路110的控制而傳導第一頻帶音頻訊號AS1與第二頻帶音頻訊號AS2。第一類型放大器電路130與第二類型放大器電路140分別耦接切換單元120。
所述設定頻率可以是落在1KHz至1.5KHz之間的頻 率。舉例而言，假若所述設定頻率為1KHz，則當音頻處理電路110接收到頻率為例如800Hz的輸入音頻訊號AS時，音頻處理電路110將會因輸入音頻訊號AS的頻率低於1KHz(亦即設定頻率)而將輸入音頻訊號AS歸類為第一頻帶音頻訊號AS1。另一方面，當音頻處理電路110接收到頻率為例如2KHz的輸入音頻訊號AS時，音頻處理電路110將會因輸入音頻訊號AS的頻率高於1KHz(亦即設定頻率)而將輸入音頻訊號AS歸類為第二頻帶音頻訊號AS2。
在音頻訊號處理單元110完成對輸入音頻訊號AS所進行的分頻處理後，音頻訊號處理單元110即會將第一頻帶音頻訊號AS1或是第二頻帶音頻訊號AS2傳送至切換單元120，並且控制切換單元120來調整接下來第一頻帶音頻訊號AS1或是第二頻帶音頻訊號AS2的傳導路徑。舉例而言，切換單元120可以將第一頻帶音頻訊號AS1傳送至第一類型放大器電路130，用以對第一頻帶音頻訊號AS1進行第一類型放大處理，並產生第一輸出音頻訊號；切換單元120可以將第一頻帶音頻訊號AS1傳送至第二類型放大器電路140，用以對第二頻帶音頻訊號AS2進行第二類型放大處理，並產生第二輸出音頻訊號。
簡單來說，切換單元120將會依據音頻處理單元110的控制而將具有不同頻率的音頻訊號傳導至不同類型的放大器電路來進行放大。
在一實施例中，第一頻帶音頻訊號AS1可以是落入低 頻帶的音頻範圍，第二頻帶音頻訊號AS2可以是落入中高頻帶的音頻範圍，而所述低頻帶的音頻範圍及中高頻帶的音頻範圍的介定將隨著所述設定頻率的設定而有所不同。舉例而言，當所述設定頻率為1KHz時，頻率低於1KHz的音頻訊號即視為落入低頻帶的音頻範圍，頻率高於1KHz的音頻訊號即視為落入高頻帶的音頻範圍。當所述設定頻率為1.5KHz時，頻率低於1.5KHz的音頻訊號即視為落入低頻帶的音頻範圍，頻率高於1.5KHz的音頻訊號即視為落入高頻帶的音頻範圍。本實施例中的設定頻率僅用以舉例說明，其可以由使用者自行設定，或是依據本領域通常知識者的設計需求而定。
圖2繪示為本發明另一實施例的音頻功率放大裝置的功能方塊圖。請參照圖2，在本實施例中，音頻功率放大裝置100除了包括圖1所繪示的實施例中的所有元件之外，更包括第一揚聲器210以及第二揚聲器220。其中，音頻處理電路110、切換單元120、第一類型放大器電路130以及第二類型放大器電路140之間的耦接關係如同圖1中所繪示的實施例，在此不再贅述。第一揚聲器210耦接於第一類型放大電路130，用以受第一輸出音頻訊號OA1的驅動而發出對應於第一輸出音頻訊號OA1的聲音。第二揚聲器220耦接於第二類型放大電路140，用以受第二輸出音頻訊號OA2的驅動而發出對應於第二輸出音頻訊號OA2的聲音。第一揚聲器210可以是例如低音喇叭的揚聲器，第二揚聲器220可以是例如高音喇叭的揚聲器，但並 不限於此。
一般而言，由於用來驅動例如低音喇叭的第一揚聲器210所需的功率一般而言較大，所以在對落入低頻帶音頻範圍(例如低於設定頻率的頻率)的第一頻帶音頻訊號AS1進行第一類型放大處理時，須採用能達到較高放大效率的功率放大器電路來實現第一類型放大電路130，方能使得第一類型放大電路130在對第一頻帶音頻訊號AS1進行第一類型放大處理的過程中能夠有較低的功率消耗，進而讓經過第一類型放大處理後的第一頻帶音頻訊號AS1(亦即第一輸出音頻訊號OA1)的功率足夠驅動第一揚聲器210。為了在放大第一頻帶音頻訊號AS1的第一類型放大處理中可以達到較高的效率，第一類型放大電路130可用D類功率放大器電路來實現。
另一方面，由於使用者普遍對於落入中高頻帶音頻範圍(例如高於設定頻率的頻率)的聲音較敏感，所以當經過第二類型放大處理後的第二頻帶音頻訊號AS2(亦即第二輸出音頻訊號OA2)出現失真(distortion)的情形時，第二輸出音頻訊號OA2經由揚聲器播放出來的聲音可能會讓使用者在聽覺上感到不適(例如聲音中出現雜音等)。因此，在對第二頻帶音頻訊號AS2進行第二類型放大處理時，須採用可達到較高傳真度(fidelity)(亦即低失真度)的功率放大器電路來實現第二類型放大電路140，方能使得所述第二輸出音頻訊號OA2可以達到較佳的音質(亦即較低的失真度)。為了使第二輸出音頻訊號OA2達到較低的失真度， 第二類型放大電路140可用B類或是AB類功率放大器電路來實現。
換言之，為了讓經過放大處理後的第一頻帶音頻訊號AS1仍足夠驅動例如低音喇叭的第一揚聲器210，第一類型放大電路130的放大效率須高於第二類型放大電路140，方能使得在對第一頻帶音頻訊號AS1進行放大處理時，不會有過多的功率消耗在將第一頻帶音頻訊號AS1的放大處理中。此外，為了使中高頻的第二頻帶音頻訊號AS2在經過第二類型放大處理後能夠達到較低的失真度，用於放大第二頻帶音頻訊號AS2的第二類型放大電路140的在進行放大處理時的失真度須低於第一類型放大電路130，方能使得使用者在聆聽由第二揚聲器220所播放的對應於第二輸出音頻訊號OA2的聲音時，較不會因第二輸出音頻訊號OA2過度失真而造成聽覺上的不適
基於上述示範性實施例所揭示/教示的內容，圖3繪示為本發明之一示範性實施例的音頻功率放大方法流程圖。請參照圖3，在本實施例中，音頻處理電路根據設定頻率而對輸入音頻訊號進行分頻處理，藉以獲得低於所述設定頻率的第一頻帶音頻訊號與高於所述設定頻率的第二頻帶音頻訊號(步驟S310)，接著，切換單元反應於切換手段而傳導第一頻帶音頻訊號與第二頻帶音頻訊號(步驟S320)。當第一類型放大器電路接收到切換單元所傳導的第一頻帶音頻訊號時，第一類型放大器電路對第一頻帶音頻訊號進行第一類型放大處理，而當第二類型放大器電路接收到切 換單元所傳導的第二頻帶音頻訊號時，第二類型放大器電路對第二頻帶音頻訊號進行第二類型放大處理(步驟S330)。
圖4繪示為本發明之另一示範性實施例的音頻功率放大方法流程圖。請參照圖4，在本實施例中，步驟S410~S430與圖3所繪示的實施例中的步驟S310~S330相同。與圖3中所繪示的實施例的不同之處在於，在第一類型放大器電路以及第二類型放大器產生第一輸出音頻訊號與第二輸出音頻訊號(步驟S430)之後，音頻功率放大裝置可以利用第一輸出音頻訊號驅動第一揚聲器，藉以致使第一揚聲器發出對應於第一輸出音頻訊號的聲音。此外，音頻功率放大裝置可以同時利用第二輸出音頻訊號以驅動第二揚聲器，藉以致使第二揚聲器發出對應於第二輸出音頻訊號的聲音(步驟S440)。上述步驟的細節可參照圖1及圖2實施例中的說明，在此則不再贅述。
綜上所述，本發明提供一種音頻功率放大裝置及其音頻功率放大方法，其可以透過音頻處理電路對音頻訊號所進行的分頻處理，使切換單元可以根據所述分頻處理的結果而將具有不同頻率的音頻訊號傳送至具有不同特性的放大器電路來進行放大。舉例而言，當所述音頻訊號的頻率低於設定頻率時，切換單元即可將此落入低頻帶音頻範圍的第一頻帶音頻訊號傳送至功率放大效率較高的第一類型放大電路，使得第一類型放大電路在對第一頻帶音頻訊號進行第一類型放大處理時，不會有過多的功率消耗在此第 一類型的放大處理中。另一方面，當音頻訊號的頻率高於設定頻率時，切換單元可將落入中高頻帶音頻範圍的第二頻帶音頻訊號傳送至在進行放大處理時具有較低失真度的第二類型放大電路來進行放大，使得當此放大後的第二頻帶音頻訊號(亦即第二輸出音頻訊號)被第二揚聲器播放時，可以達到較佳的音質。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。另外，本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本發明之權利範圍。
100‧‧‧音頻功率放大裝置
110‧‧‧音頻處理電路
120‧‧‧切換單元
130‧‧‧第一類型放大器電路
140‧‧‧第二類型放大器電路
AS‧‧‧音頻訊號
AS1‧‧‧第一頻帶音頻訊號
AS2‧‧‧第二頻帶音頻訊號
OA1‧‧‧第一輸出音頻訊號
OA2‧‧‧第二輸出音頻訊號
210‧‧‧第一揚聲器
220‧‧‧第二揚聲器
S310~S330、S410~S440‧‧‧步驟
圖1繪示為本發明之一實施例的音頻功率放大裝置的功能方塊圖。
圖2繪示為本發明另一實施例的音頻功率放大裝置的功能方塊圖。
圖3繪示為本發明之一示範性實施例的音頻功率放大方法流程圖。
圖4繪示為本發明之另一示範性實施例的音頻功率放大方法流程圖。
100‧‧‧音頻功率放大裝置
110‧‧‧音頻處理電路
120‧‧‧切換單元
130‧‧‧第一類型放大電路
140‧‧‧第二類型放大電路
AS‧‧‧音頻訊號
AS1‧‧‧第一頻帶音頻訊號
AS2‧‧‧第二頻帶音頻訊號

Claims (10)

  1. 一種音頻功率放大裝置，包括：一音頻處理電路，用以接收一輸入音頻訊號，並根據一設定頻率而對該輸入音頻訊號進行一分頻處理，藉以獲得低於該設定頻率的一第一頻帶音頻訊號與高於該設定頻率的一第二頻帶音頻訊號；一切換單元，耦接該音頻處理電路，用以反應於該音頻處理電路的控制而傳導該第一頻帶音頻訊號與該第二頻帶音頻訊號；一第一類型放大器電路，耦接該切換單元，用以對該切換單元所傳導的該第一頻帶音頻訊號進行一第一類型放大處理，藉以產生一第一輸出音頻訊號；以及一第二類型放大器電路，耦接該切換單元，用以對該切換單元所傳導的該第二頻帶音頻訊號進行一第二類型放大處理，藉以產生一第二輸出音頻訊號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之音頻功率放大裝置，更包括：一第一揚聲器，耦接該第一類型放大器電路，其中該第一揚聲器受該第一輸出音頻訊號驅動而發出對應於該第一輸出音頻訊號的聲音；以及一第二揚聲器，耦接該第二類型放大器電路，其中該第二揚聲器受該第二輸出音頻訊號驅動而發出對應於該第二輸出音頻訊號的聲音。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之音頻功率放大裝置，其中：該第一類型放大器電路為一D類功率放大器電路；以及該第二類型放大器電路為一AB類功率放大器電路或一B類功率放大器電路。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之音頻功率放大裝置，其中：該第一頻帶音頻訊號的頻率落入一低頻帶音頻範圍；以及該第二頻帶音頻訊號的頻率落入一中高頻帶音頻範圍。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之音頻功率放大裝置，其中該設定頻率落在1KHz至1.5KHz之間。
  6. 一種音頻功率放大方法，包括：根據一設定頻率而對一輸入音頻訊號進行一分頻處理，藉以獲得低於該設定頻率的一第一頻帶音頻訊號與高於該設定頻率的一第二頻帶音頻訊號；反應於一切換手段而傳導該第一頻帶音頻訊號與該第二頻帶音頻訊號；以及對所傳導的該第一頻帶音頻訊號與該第二頻帶音頻訊號各別進行一第一類型放大處理與一第二類型放大處理，藉以產生一第一輸出音頻訊號與一第二輸出音頻訊號。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之音頻功率放大方法，更包括：利用該第一輸出音頻訊號以驅動一第一揚聲器，藉以致使該第一揚聲器發出對應於該第一輸出音頻訊號的聲音；以及利用該第二輸出音頻訊號以驅動一第二揚聲器，藉以致使該第二揚聲器發出對應於該第二輸出音頻訊號的聲音。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之音頻功率放大方法，其中：該第一類型放大處理為一D類功率放大處理；以及該第二類型放大處理為一AB類功率放大處理或一B類功率放大處理。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之音頻功率放大方法，其中：該第一頻帶音頻訊號的頻率落入一低頻帶音頻範圍；以及該第二頻帶音頻訊號的頻率落入一中高頻帶音頻範圍。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之音頻功率放大方法，其中該設定頻率落在1KHz至1.5KHz之間。
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