动反馈系统技术方案

本发明专利技术涉及一种动反馈系统。一种工作在音频系统中的音频放大器，该音频放大器具有最优源阻抗以最小化与该音频放大器配对的扬声器中的失真。该音频放大器提供了放大的音频信号，以驱动该扬声器。通过使用反馈控制环控制音频放大器的可变输出阻抗，以允许低频处的负输出阻抗改变为高频处的正输出阻抗。从负输出阻抗至正输出阻抗的改变发生在确定的阈值频率处或确定的过渡频率带处。

【技术实现步骤摘要】
相关申请的交叉引用本申请要求2009年3月31日提交的申请号为第61/165,240的美国临时申请和2010年3月26日提交的申请号为第12/748097的美国专利申请的优先权权益。
本专利技术涉及音频系统，尤其涉及与音频系统中的扬声器控制相关的动反馈(motional feedback)。
技术介绍
音频系统典型地包括以音频信号的形式提供音频内容的音频源、放大该音频信号的放大器、以及一个或多个将该放大的音频信号转换成声波的扬声器。扬声器典型地由扬声器制造商标示有标称的阻抗值，例如4欧姆或8欧姆。事实上，扬声器的阻抗随频率而变化，因此导致驱动该扬声器的放大器的负载也随频率而变化。此外，扬声器的阻抗通常是明显非线性的。扬声器阻抗相对于频率的变化可以用扬声器阻抗曲线来显示，这种扬声器阻抗曲线通常由制造商通过扬声器制造模型来提供。该负载阻抗的非线性方面从未公开过。扬声器的非线性操作还因为扬声器是对电压和电流的变化很敏感的电机设备。此外，扬声器的非线性操作可能还归应于移置和老化，以及环境条件，例如温度和湿度。此外，在操作过程中扬声器的音圈可能遭受与音频内容的放大级别有关的加热和冷却。此外，在特定扬声器设计中制造和材料的变化也可能导致/造成扬声器的非线性操作。因此，扬声器参数，例如DC阻抗、质量矩(moving mass)、顺应性(compliance)、共振频率以及电感可能在扬声器的相同制造模型中发生显著变化，还可能随着操作和环境条件的改变而发生明显改变。由于对于任何给定的扬声器，扬声器的非线性操作和该扬声器阻抗的相应变化可能明显改变，因此当扬声器由放大器用放大音频信号驱动时，其导致的失真在不同扬声器当中以及在不同操作条件下也可能明显不同。
技术实现思路
一种具有电压受控音频放大器的音频系统可包括阻抗控制模块，其中所述电压受控音频放大器用放大的音频信号驱动扬声器。阻抗控制模块可以与音频放大器协同工作，以优化音频放大器的输出阻抗，以便最小化扬声器失真。在这种系统中，可首先将音频放大器与特定的一个或多个扬声器配对。基于该配对，可以为阻抗模块配备对于一个或多个扬声器的估计最优源阻抗。阻抗控制模块可包括滤波器，该滤波器被设计成代表与放大器配对的特定一个或多个扬声器的最优源阻抗。在音频放大器操作的过程中，阻抗控制模块可能作为基于频率的电流反馈控制装置进行操作。通过使用滤波器以及包含在驱动扬声器的放大器音频信号内的测量电流，阻抗控制模块可在频率范围中控制音频放大器的输出阻抗。在低频处，可将放大器的输出阻-->抗控制为基本上等于并反相于扬声器负载阻抗的至少某些方面。另一方面，在高频处，放大器可类似于具有高输出阻抗的电流源。扬声器的负载阻抗的某些方面，例如与音圈相关的阻抗和漏电感，可促进扬声器的非线性操作，而这种非线性操作导致由扬声器产生的可听声音中的失真。由于放大器的低频输出电阻被控制成与扬声器的阻挡负载阻抗(与音圈相关的电阻)相等并反相，可能会抵消负载阻抗的一部分，该部分不是与扬声器的运动线圈磁电反电运动势(back-EMF)相关的运动阻抗的一部分。另一方面，放大器的高频输出阻抗可明显高于低频输出阻抗，以便最小化漏电感的影响。可通过将放大器输出阻抗增大成在放大器和扬声器之间形成的电路中的阻抗的主要部分，来最小化扬声器漏电感的影响。因此，由于非线性低频操作和非线性高频操作导致的扬声器输出失真，可以被最小化。音频放大器的输出阻抗可以被控制成在低于阈值频率时提供负输出阻抗，而在高于阈值频率时提供正输出阻抗。该阈值频率可以通过为了最小化扬声器失真而进行的测试来确定。负输出阻抗可以是由阻抗控制模块提供的基于频率的正反馈电流的结果。类似地，正输出阻抗可以是由阻抗控制模块提供的基于频率的负反馈电流的结果。通过使用这些基于频率的控制技术，音频放大器的输出阻抗可被阻抗控制模块控制成，基于阈值频率在低频处输出负输出阻抗，而在高频处改变成输出正输出阻抗。由于负输出阻抗，扬声器的负载阻抗，例如音圈阻抗，可在低频处被取消。此外，电压控制音频放大器可以类似于电流控制音频放大器进行操作，该电流控制音频放大器在高频处使用正输出阻抗以压制和超过扬声器漏电感的阻抗。在研究了附图和详细说明后，对于本领域技术人员来说，本专利技术的其它系统、方法、特征和优点将是，或者将会变得显而易见。所有的这些额外的系统、方法、特征和优点均旨在包括在本说明书中，包括在本专利技术的范围内，并被权利要求所保护。附图说明参照下列附图和描述，可以更好地理解本专利技术。图中的部件不必按比例绘制，重点在于描述本专利技术的原理。此外，在各个附图中，不同视图中相同的附图标记代表相应部分。图1是一部分包括音频源和动反馈系统的音频系统的示例性框图，其中动反馈系统包含音频放大器和扬声器。图2是能被包含在动反馈系统中的一阶滤波器示例的电路示意图。图3是图2中滤波器的幅度和相位响应。图4是图2中滤波器的复平面的显示。图5是能被包含在动反馈系统中的另一个滤波器示例的电路示意图。图6是图5中滤波器的幅度和相位响应。图7是图5中滤波器的复平面的显示。图8是能被包含在动反馈系统中的另一个滤波器示例的电路示意图。图9是图8中滤波器的幅度和相位响应。图10是图8中滤波器的复平面的显示。图11是图8中滤波器的幅度和相位响应，该滤波器具有与参考图9讨论的滤波器不同的一组元件值。-->图12是图8中滤波器的复平面的显示，该滤波器具有与参考图10讨论的滤波器不同的一组元件值。图13是包括电流传感器和滤波器的动反馈系统示例性部分的电路示意图。图14是可被包含在动反馈系统中的二阶滤波器示例的电路示意图，该二阶滤波器具有与全通、带阻或带通滤波器相类似的特性。图15是可被包含在动反馈系统中的二阶滤波器的另一个示例的电路示意图，该二阶滤波器具有与低通滤波器相类似的特性。图16是能被包含在动反馈系统中的二阶滤波器的又一个示例的电路示意图，该二阶滤波器具有与高通滤波器相类似的特性。图17是能被包含在动反馈系统中的另一个滤波器示例的电路示意图，该滤波器具有与高通滤波器相类似的特性。图18是能被包含在动反馈系统中的又一个滤波器示例的电路示意图，该滤波器具有与高通陷波滤波器相类似的特性。图19是能被包含在动反馈系统中的滤波器示例的电路示意图，该滤波器具有与上升和下降均衡滤波器(bump and dip equalization)类似的特性。图20是能被包含在动反馈系统中的再一个示例性二阶滤波器的电路示意图，该滤波器具有与全通滤波器或最小相移滤波器类似的特性。图21是能被包含在动反馈系统中的再一个示例性一阶滤波器的电路示意图，该滤波器具有与全通滤波器类似的特性。图22是能被包含在动反馈系统中的再一个示例性滤波器的电路示意图，该滤波器具有与低通陷波滤波器类似的特性。图23是能被包含在动反馈系统中的再一个示例性二阶滤波器的电路示意图，该滤波器具有与低通滤波器类似的特性。图24是能被包含在动反馈系统中的再一个示例性滤波器的电路示意图，该滤波器具有与带通滤波器类似的特性。图25是能被包含在动反馈系统中的又一个示例性滤波器的电路示意图，该滤波器具有与带通滤波器类似的特性。图26是能被包含在动反馈系统中的再另一个示例性一阶滤波器的电路示意图，该滤波器具有与缓冲本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于最小化扬声器非线性失真的动反馈系统，包括：音频放大器，其输出端具有可变输出阻抗，所述输出端被配置成提供放大的音频信号以驱动扬声器；阻抗控制模块，其包括在所述音频放大器中，所述阻抗控制模块被配置成根据所述音频信号的频率的函数来控制所述可变输出阻抗；所述阻抗控制模块被配置成在低于确定阈值频率时将所述输出阻抗改变成呈现负阻抗；并且所述阻抗控制模块还被配置成在高于所述确定阈值频率时将所述输出阻抗改变成呈现正阻抗。

【技术特征摘要】
US 2009-3-31 61/165,240;US 2010-3-26 12/748,0971.一种用于最小化扬声器非线性失真的动反馈系统，包括：音频放大器，其输出端具有可变输出阻抗，所述输出端被配置成提供放大的音频信号以驱动扬声器；阻抗控制模块，其包括在所述音频放大器中，所述阻抗控制模块被配置成根据所述音频信号的频率的函数来控制所述可变输出阻抗；所述阻抗控制模块被配置成在低于确定阈值频率时将所述输出阻抗改变成呈现负阻抗；并且所述阻抗控制模块还被配置成在高于所述确定阈值频率时将所述输出阻抗改变成呈现正阻抗。2.如权利要求1所述的动反馈系统，其中所述阻抗控制模块包括反馈环，该反馈环对提供给所述扬声器的放大音频信号的电流做出响应，以控制所述可变输出阻抗。3.如权利要求1所述的动反馈系统，其中所述阻抗控制模块包括滤波器，该滤波器被配置为具有代表最优源阻抗的滤波器响应，以最小化所述扬声器的非线性失真。4.如权利要求3所述的动反馈系统，其中代表扬声器的最优源阻抗的滤波器响应包括相位倒置和增益。5.如权利要求4所述的动反馈系统，其中所述相位倒置被配置成在所述确定阈值频率周围的过渡带内发生。6.如权利要求3所述的动反馈系统，其中所述阻抗控制模块被配置成基于所述滤波器响应和提供给所述扬声器的放大音频信号的电流来控制所述音频放大器的输出阻抗。7.如权利要求1所述的动反馈系统，其中所述阻抗控制模块包括有源滤波器。8.如权利要求7所述的动反馈系统，其中所述有源滤波器包括单操作放大器。9.如权利要求1所述的动反馈系统，其中所述确定阈值频率是用户指定的频率过渡带。10.一种最小化扬声器非线性失真的方法，包括：从音频源接收音频信号；通过音频放大器放大所述音频信号；使用所述音频放大器的输出端用放大的音频信号来驱动扬声器，所述输出端具有受控的输出阻抗；在低于所述确定阈值频率时将所述输出阻抗控制成呈现负阻抗；以及在高于所述确定阈值频率时将所述输出阻抗控制成呈现正阻抗。11.如权利要求10所述的方法，其中控制所述负阻抗和控制所述正阻抗包括使用电流反馈，该电流反馈在低于所述确定频率时是正电流反馈，而在高于所述确定频率时是负电流反馈。12.如权利要求10所述的方法，其中将所述输出阻抗控制成负阻抗以及将所述输出阻抗控制成正阻抗，包括监控通过所述音频放大器放大的音频信号中提供的电流，以及使用电流反馈环来优化所述扬声器的受控输出阻抗以最小化扬声器失真。13.如权利要求10所述的方法，其中将所述输出阻抗控制成负阻抗以及将所述输出阻抗控制成正阻抗，包括将滤波器响应的基于频率的增益应用于放大音频信号的输出电流的频谱，以及逼近所述扬声器的控制源阻抗以最小化扬声器失真。14.如权利要求10所述的方法，其中将所述输出阻抗控制成负阻抗包括将滤波器响应的第一增益应用于音频信号中包括的电流的低于所述阈值确定频率的第一频率范围，并且将所述输出阻抗控制成正阻抗包括将第二增益应用于音频信号的电流的高于所述阈值确定频率的第二频率范围。15.如权利要求10所述的方法，其中将所述输出阻抗控制成负阻抗和将所述输出阻抗控制成正阻抗，包括操作电流反馈，该电流反馈在低于所述阈值确定频率时具有正电流反馈，并在高于所述阈值确定频率时具有负电流反馈。16.如权利要求10所述的方法，其中将所述输出阻抗控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：杰拉尔德R斯坦利，
申请(专利权)人：哈曼国际工业有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]