申请/专利权人：恩平市金马士音频设备有限公司;方炳钧

申请日：2017-12-05

公开（公告）日：2024-04-02

公开（公告）号：CN108012218B

主分类号：H04R3/00

分类号：H04R3/00;H04R9/02;H04R9/06

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.02#授权;2018.06.01#实质审查的生效;2018.05.08#公开

摘要：本发明公开了一种电动势驱动数字功放系统，包括扬声器和用于驱动扬声器发出声音的数字功放模块，数字功放模块包括放大单元、正反馈电路、负反馈电路和用于将由数字功放模块输出的数字信号转化为驱动扬声器进行发声的模拟信号的匹配电路，正反馈电路把扬声器的输出反馈到放大单元的正极输入端，负反馈电路把扬声器的输出反馈到放大单元的负极输入端，匹配电路串接于正反馈电路与放大单元之间。通过在数字功放模块中进行反馈补偿，使得数字功放模块的输出与扬声器的声音输出成正比，从而纠正了扬声器的声失真，使得由数字功放模块及扬声器组成的数字功放系统属于真正意义上的电子网络系统。

主权项：1.电动势驱动数字功放系统，其特征在于：包括扬声器1和用于驱动所述扬声器1发出声音的数字功放模块2，所述数字功放模块2包括放大单元21、正反馈电路、负反馈电路和用于将由所述数字功放模块2输出的数字信号转化为驱动所述扬声器1进行发声的模拟信号的匹配电路，所述正反馈电路把所述扬声器1的输出反馈到所述放大单元21的正极输入端，所述负反馈电路把所述扬声器1的输出反馈到所述放大单元21的负极输入端，所述匹配电路串接于所述正反馈电路与所述放大单元21之间；其中，所述数字功放模块还包括电阻值为负的输出电阻R0，所述输出电阻R0串接于所述匹配电路的输出端与所述扬声器1之间，所述负反馈电路包括第一负反馈电阻R1和第二负反馈电阻R2，所述第一负反馈电阻R1和所述第二负反馈电阻R2串联并串接于所述扬声器1与参考地之间。

全文数据：电动势驱动数字功放系统技术领域[0001]本发明涉及功率放大器领域，尤其是一种电动势驱动数字功放系统。背景技术[0002]社会进入数字化时代，音响功放亦进入数字化时代一一数字功放。与模拟功放相比，数字功放具有功率大、耗电少、体积少、重量轻、发热低等特点，是一种绿色环保产品，颇受消费者喜受。但数字功放有一个致命的缺点，就是其音质比模拟功放的音质差，故此，目前数字功放仍不能完全取代模拟功放，数字功放的音质问题是个世界性的难题。[0003]目前的功放可以分为电压型功放和电流型功放：电压型功放输出电压驱动扬声器，其输出电压与输入电压成线性关系，电压型功放亦称电压V驱动功放，目前的功放基本属于电压驱动功放；电流型功放输出电流驱动扬声器，其输出电流与输入电压成线性关系，电流型功放亦称电流⑴驱动功放。到目前为止，所有的V驱动功放，及由I驱动功放与扬声器连接组成的所谓功放系统，仅是一种简单的组合系统，而不是电子网络所定义的系统。扬声器是一种电声转换器件，电声转换过程中必然会产生声失真，其声失真度远比功放对声音产生的失真度要大，普通数字功放组合的所谓系统並没有把扬声器声失真纳入其内，故扬声器的声失真无法被纠正，只有将扬声器的声失真纳入系统，由系统纠正扬声器的声失真才是真正意义的功放系统，这种系统也可称为动反馈或声反馈功放系统。但目前市场上还没有能够有效解决扬声器声失真的功放系统，对音响行业来说，这是个很大的遗憾。发明内容[0004]为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种电动势驱动数字功放系统，通过在数字功放模块中进行反馈补偿，使得数字功放模块的输出与扬声器的声音输出成正比，从而纠正了扬声器的声失真，使得由数字功放模块及扬声器组成的数字功放系统属于真正意义上的电子网络系统。[0005]本发明解决其问题所采用的技术方案是：[0006]电动势驱动数字功放系统，包括扬声器和用于驱动扬声器发出声音的数字功放模块，数字功放模块包括放大单元、正反馈电路、负反馈电路和用于将由数字功放模块输出的数字信号转化为驱动扬声器进行发声的模拟信号的匹配电路，正反馈电路把扬声器的输出反馈到放大单元的正极输入端，负反馈电路把扬声器的输出反馈到放大单元的负极输入端，匹配电路串接于正反馈电路与放大单元之间。[0007]进一步，正反馈电路包括输入电阻、正反馈电阻和输出电阻，输入电阻串接于数字功放模块的输入端与放大单元的正极输入端之间，正反馈电阻连接于放大单元的正极输入端和匹配电路的输出端之间，输出电阻串接于匹配电路的输出端与扬声器之间。[0008]进一步，负反馈电路包括第一负反馈电阻和第二负反馈电阻，第一负反馈电阻和第二负反馈电阻串联并串接于扬声器与参考地之间，第一负反馈电阻和第二负反馈电阻的连接点与放大单元的负极输入端相连接。[0009]进一步，匹配电路包括均值电感和均值电容；均值电感的一端与放大单元的输出端相连接，其另一端与输出电阻和正反馈电阻的连接点相连接;均值电感与输出电阻及正反馈电阻的共同连接点通过均值电容连接于参考地。[0010]进一步，扬声器中设置有用于产生声音的音圈。[0011]本发明的有益效果是：电动势驱动数字功放系统，正反馈电路和负反馈电路分别从扬声器中取出正反馈信号和负反馈信号，并且分别把正反馈信号和负反馈信号输入到放大单元的正极输入端和负极输入端之中，放大单元在结合输入信号的条件下，对正反馈信号和负反馈信号进行处理，能够产生一个与扬声器中所消耗的阻抗能量等值的正反馈能量，从而能够补偿扬声器的能量损失，使得数字功放模块的输出信号与扬声器发出声音时所产生的信号成正比，从而纠正了由扬声器产生的声失真；匹配电路能够把由数字功放模块输出的数字信号恢复为模拟音频信号，从而能够驱动属于模拟器件的扬声器发出声音，使得本发明的电动势驱动数字功放系统能够正常稳定地进行工作。因此，本发明的电动势驱动数字功放系统，通过在数字功放模块中进行反馈补偿，使得数字功放模块的输出与扬声器的声音输出成正比，从而纠正了扬声器的声失真，使得由数字功放模块及扬声器组成的数字功放系统属于真正意义上的电子网络系统。附图说明[0012]下面结合附图和实例对本发明作进一步说明。[0013]图1是本发明的电动势驱动数字功放系统的原理图。具体实施方式[0014]参照图1，本发明的电动势驱动数字功放系统，包括扬声器1和用于驱动扬声器1发出声音的数字功放模块2,数字功放模块2包括放大单元21、正反馈电路、负反馈电路和用于将由数字功放模块2输出的数字信号转化为驱动扬声器1进行发声的模拟信号的匹配电路，正反馈电路把扬声器1的输出反馈到放大单元21的正极输入端，负反馈电路把扬声器1的输出反馈到放大单元21的负极输入端，匹配电路串接于正反馈电路与放大单元21之间。具体地，正反馈电路和负反馈电路分别从扬声器1中取出正反馈信号和负反馈信号，并且分别把正反馈信号和负反馈信号输入到放大单元21的正极输入端和负极输入端之中，放大单元21在结合输入信号的条件下，对正反馈信号和负反馈信号进行处理，能够产生一个与扬声器1中所消耗的阻抗能量等值的正反馈能量，从而能够补偿扬声器1的能量损失，使得数字功放模块2的输出信号与扬声器1发出声音时所产生的信号成正比，从而纠正了由扬声器1产生的声失真；匹配电路能够把由数字功放模块2输出的数字信号恢复为模拟音频信号，从而能够驱动属于模拟器件的扬声器1发出声音，使得本发明的电动势驱动数字功放系统能够正常稳定地进行工作。因此，本发明的电动势驱动数字功放系统，通过在数字功放模块2中进行反馈补偿，使得数字功放模块2的输出与扬声器1的声音输出成正比，从而纠正了扬声器1的声失真，使得由数字功放模块2及扬声器1组成的数字功放系统属于真正意义上的电子网络系统。[0015]其中，参照图1，正反馈电路包括输入电阻R3、正反馈电阻R4和输出电阻RO，输入电阻R3串接于数字功放模块2的输入端与放大单元21的正极输入端之间，正反馈电阻R4连接于放大单元21的正极输入端和匹配电路的输出端之间，输出电阻RO串接于匹配电路的输出端与扬声器1之间。负反馈电路包括第一负反馈电阻Rl和第二负反馈电阻R2,第一负反馈电阻Rl和第二负反馈电阻R2串联并串接于扬声器1与参考地之间，第一负反馈电阻Rl和第二负反馈电阻R2的连接点与放大单元21的负极输入端相连接。扬声器1中设置有用于产生声音的音圈，具体地，音圈之中包含有一个导致扬声器出现声失真的等效阻抗。[0016]本发明的电动势驱动数字功放系统，为什么能够纠正扬声器的声失真呢?这涉及到一个电动势驱动电流型数字功放的概念，g卩EI驱动数字功放。以下对EI驱动数字功放进行说明：[0017]目前的电动式扬声器属于电流型器件，电流流经扬声器的线圈时驱使线圈进行运动，从而产生声音信号。物理电磁定律告诉我们，通电线圈在磁场中作切割磁力线运动，其所受到的力F与磁场强度⑶、电流强度⑴和线圈有效长度L成正比，S卩F=BIL。因此，扬声器吸收的是电流而不是电压，当然，对扬声器施加电压时，亦可形成电流，但该电压必须除以扬声器线圈的等效阻抗。由此可见，即使数字功放没有任何失真，扬声器亦无任何失真，但由于线圈阻抗是一个很复杂的参数，当V驱动功放与扬声器对接时，线圈阻抗会产生能量的损耗，从而导致压降的产生，使得V驱动功放与扬声器之间出现失配现象，从而必然会产生扬声器的声失真。这种匹配失真唯有用I驱动功放才能得以解决，因为无论扬声器的线圈阻抗多复杂，I驱动功放输出的流过线圈的电流始终不变，所以I驱动功放与扬声器对接时不会出现失配的问题。[0018]而根据电磁学公式:E=BLV,其中E是扬声器发出声音时的电压，B是磁场强度，L是扬声器中线圈的有效长度，V是线圈运动时的速度。因此，参照图1，扬声器1中的音圈进行运动而发出声音时，其所对应的电压为E，而音圈中的等效阻抗为ZSP。此时，当输入电阻R3、正反馈电阻R4、第一负反馈电阻Rl和第二负反馈电阻R2的阻值均相等时，并且从放大单元21的正极输入端中输入驱动电流I时，有以下的结论：[0022]其中，Vp为放大单元21的正极输入端的电压，Vi为数字功放模块2的输入电压，V07为放大单元21的输出端的电压，Vo为扬声器1的驱动电压，即数字功放模块2的输出电压。由于驱动电流I正比于数字功放模块2的输入电压V1，因此数字功放模块2仍属于I驱动功放。当数字功放模块2连接扬声器1时，有以下的连接公式：[0023]Vo=IZsp+E[0024]其中，E是扬声器运动时所产生的反电动势，该公式说明了扬声器1在进行发声运动时，音圈的等效阻抗Zsp会产生导致声失真的阻抗损耗IZSP。结合上述公式可知，Vo大于Vc，即放大单元21在正反馈电路和负反馈电路的共同作用下，产生了一个由负电阻提供的电压能量，该负电阻即为输出电阻R0,当输出电阻RO的阻值等于音圈的等效阻抗值时，这个由负电阻提供的电压能量作用于扬声器1，从而抵消了扬声器1中产生的导致声失真的阻抗损耗IZSP。此时，数字功放模块2连接扬声器1的公式变成了：[0025]Vo=IZsp+E+-R0I=E[0026]即扬声器I的驱动电压Vo正比于扬声器运动时所产生的反电动势E，所以，本发明的电动势驱动数字功放系统即为电动势驱动电流型数字功放系统，即EI驱动数字功放系统。[0027]正反馈电路和负反馈电路共同作用于放大单元21而产生了由负电阻提供的电压能量，那么该负电阻是什么概念呢？一般常见的电阻都是正的，通以电流后，正电阻会消耗能量，相反，当负电阻通以电流后，负电阻会产生能量。那么什么样的电路会存在负电阻呢？常用的振荡电路就是一个负电阻电路，隧道二极管则是一种负电阻器件。在振荡电路中，由于存在正电阻，因此振荡电路会不断消耗能量，故振荡电路的振荡作用必然会衰减以至停振，为了使振荡电路能够持续振荡，振荡电路中必须及时进行能量的补充，所以往往振荡电路必须设计成负电阻电路。[0028]此外，当扬声器1的驱动电压Vo正比于扬声器运动时所产生的反电动势E时，为什么说电动势驱动数字功放系统即为电动势驱动电流型数字功放系统呢?这是因为，当数字功放模块2连接扬声器1时，Vo=IZsp+E，结合电磁学公式E=BLV，至此，我们发现了扬声器的运动信息存在于反电动势E之中，所以，当扬声器1的驱动电压Vo正比于扬声器运动时所产生的反电动势E时，即是扬声器1的驱动电压Vo正比于扬声器运动信号，所以电动势驱动数字功放系统即为电动势驱动电流型数字功放系统。如果将E取出并反馈到数字功放模块2中，即可实现了声反馈音响系统。而在本发明的电动势驱动数字功放系统中，由于正反馈电路和负反馈电路共同作用于放大单元21，使得放大单元21能够得到补偿的电压能量-R0I，从而抵消了扬声器1中产生的导致声失真的阻抗损耗IZSP，正因为放大单元21得到了能量补偿，从而补偿了扬声器1的阻抗损耗IZSP，使得扬声器1的驱动电压Vo正比于扬声器运动时所产生的反电动势E，实现了EI驱动的作用。前面所涉及到的负电阻，正是因为放大单元21存在正反馈，额外增加补充能量而形成的。[0029]此外，参照图1，匹配电路包括均值电感L2和均值电容Cl;均值电感L2的一端与放大单元21的输出端相连接，其另一端与输出电阻RO和正反馈电阻R4的连接点相连接;均值电感L2与输出电阻RO及正反馈电阻R4的共同连接点通过均值电容Cl连接于参考地。具体地，由均值电感L2和均值电容Cl构成的匹配电路，即为一LC均值电路。由电子电路的理论可知，电容两端电压信号可以突变，所以可以用阻容电路耦合电压信号，大信号电压亦可被有效传输，一个例子是早期的OTL功放就是用一个大电容将V驱动功放的输出信号耦合到扬声器。根据对耦原理，即电容与电感对耦，电压与电流对耦，流过电感的电流可以突变，即是说电感可以耦合电流信号，如果用电容耦合电流信号或用电感耦合电压信号，理论上是错误的、不允许的，实际上目前均值电路与电压型数字功放配合必然会引起匹配失真，所以数字功放必须与电流型的输出配合才是完美的。本发明中的电动势驱动数字功放系统为电流型的数字功放系统，并且是电动势驱动，故又是EI驱动数字功放系统。[0030]以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

权利要求：1.电动势驱动数字功放系统，其特征在于:包括扬声器（1和用于驱动所述扬声器（I发出声音的数字功放模块2，所述数字功放模块2包括放大单元21、正反馈电路、负反馈电路和用于将由所述数字功放模块2输出的数字信号转化为驱动所述扬声器（1进行发声的模拟信号的匹配电路，所述正反馈电路把所述扬声器（1的输出反馈到所述放大单元21的正极输入端，所述负反馈电路把所述扬声器（1的输出反馈到所述放大单元21的负极输入端，所述匹配电路串接于所述正反馈电路与所述放大单元21之间。2.根据权利要求1所述的电动势驱动数字功放系统，其特征在于:所述正反馈电路包括输入电阻R3、正反馈电阻R4和输出电阻RO，所述输入电阻R3串接于所述数字功放模块2的输入端与所述放大单元21的正极输入端之间，所述正反馈电阻R4连接于所述放大单元21的正极输入端和所述匹配电路的输出端之间，所述输出电阻RO串接于所述匹配电路的输出端与所述扬声器⑴之间。3.根据权利要求2所述的电动势驱动数字功放系统，其特征在于:所述负反馈电路包括第一负反馈电阻Rl和第二负反馈电阻R2，所述第一负反馈电阻Rl和第二负反馈电阻R2串联并串接于所述扬声器（1与参考地之间，所述第一负反馈电阻Rl和第二负反馈电阻R2的连接点与所述放大单元21的负极输入端相连接。4.根据权利要求2所述的电动势驱动数字功放系统，其特征在于:所述匹配电路包括均值电感L2和均值电容Cl;所述均值电感L2的一端与所述放大单元21的输出端相连接，其另一端与所述输出电阻RO和正反馈电阻R4的连接点相连接;所述均值电感L2与输出电阻RO及正反馈电阻R4的共同连接点通过所述均值电容Cl连接于参考地。5.根据权利要求1-4任一所述的电动势驱动数字功放系统，其特征在于：所述扬声器1中设置有用于产生声音的音圈。

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