TWI442786B - 揚聲器系統及揚聲器驅動電路 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種揚聲器系統及揚聲器驅動電路,更特別係關於一種混合式揚聲器系統及混合式揚聲器驅動電路。
目前,根據驅動方式之不同,揚聲器主要可分為動圈式、壓電式及電容式揚聲器。動圈式揚聲器(coil speaker)之技術成熟且為目前使用最廣泛的一種揚聲器,一般可使用AB類或D類放大器作為其驅動電路。第1圖顯示利用一AB類或D類放大器9驅動一動圈式揚聲器CS之示意圖。根據動圈式揚聲器CS之操作特性,該放大器9必須提供低電壓(約1~10Vrms)及大電流(約0.1~10A)之驅動信號。
電容式揚聲器(capacitive speaker)相較於其他種類的揚聲器具有較優越的音質,然而用以驅動電容式揚聲器之驅動電路需要提供高電壓(大於100Vrms)及低電流(約0.1A)之驅動信號,而其恰好與用以驅動動圈式揚聲器之驅動信號相反。
一般而言,動圈式揚聲器於低頻操作時的特性較佳,而電容式揚聲器於中高頻時具有較佳之操作特性,因此整合動圈式揚聲器及電容式揚聲器於同一個揚聲器系統是提升整體音質的一種方式。然而,由於動圈式揚聲器及電容式揚聲器具有前述之不同驅動特性,因此需要發展一種能夠同時驅動兩種揚聲器之驅動電路及包含兩種不同揚聲器之揚聲器系統。
本發明提供一種能夠同時驅動一動圈式揚聲器及一電容式揚聲器之混合式揚聲器驅動電路。
本發明另提供一種包含一動圈式揚聲器及一電容式揚聲器之揚聲器系統。
本發明提供一種揚聲器系統,包含一第一揚聲器、一第二揚聲器及一驅動電路。該第一揚聲器及該第二揚聲器為不同種類之揚聲器。該驅動電路以一第一驅動電壓及一第一驅動電流驅動該第一揚聲器並以一第二驅動電壓及一第二驅動電流驅動該第二揚聲器;其中,該第一驅動電壓大於該第二驅動電壓而該第一驅動電流小於該第二驅動電流。
本發明另提供一種揚聲器驅動電路用以同時驅動兩種不同種類之揚聲器。該揚聲器驅動電路包含一放大單元、一第一驅動端、及一第二驅動端。該放大單元用以接收一音源信號,並根據該音源信號輸出一放大信號。該第一驅動端耦接該放大單元,用以接收該放大信號,並根據該放大信號提供一
第一驅動電壓及一第一驅動電流至一第一揚聲器;及該第二驅動端並聯於該第一驅動端,且耦接該放大單元,用以接收該放大信號,並根據該放大信號提供一第二驅動電壓及一第二驅動電流至一第二揚聲器,其中該第一驅動電壓大於該第二驅動電壓而該第一驅動電流小於該第二驅動電流。
於本發明之一實施例中,該第一驅動端另具有一電壓轉換單元及一保護及匹配單元。該電壓轉換單元提供該第一驅動電壓及該第一驅動電流至該第一揚聲器,而該保護及匹配單元耦接於該放大單元及該電壓轉換單元之間,用以於該放大單元及該電壓轉換單元間進行阻抗匹配並限制流經該放大單元之總電流以保護該放大單元。
本發明另提供一種揚聲器系統,包含一電容式揚聲器、一動圈式揚聲器及一驅動電路。該驅動電路包含一D類或AB類放大器用以同時驅動該電容式揚聲器及該動圈式揚聲器。
本發明之揚聲器系統另包含一電壓轉換單元及一保護及匹配單元。該電壓轉換單元耦接該電容式揚聲器以驅動該電容式揚聲器。該保護及匹配單元耦接於該電壓轉換單元及該D類或AB類放大器之間,用以於該電壓轉換單元及該D類或AB類放大器間進行阻抗匹配並限制流經該D類或AB類放大器之總電流以保護該D類或AB類放大器。
本發明之揚聲器系統及揚聲器驅動電路中,該放大單元可為一單端放大器或一差動放大器;該保護及匹配單元可耦接於該放大單元之兩個輸出端的其中之一或同時耦接於兩個輸出端。
此外,為增加該第一揚聲器及該第二揚聲器之音質,本發明之揚聲器系統及揚聲器驅動電路中可選擇分別設置一音質調整單元,例如一等化器及/或一自動增益控制器或一動態範圍調整器,於該放大單元與該第一揚聲器及該第二揚聲器間;或選擇設置另一音質調整單元,例如一自動增益控制器或一動態範圍調整器,於該放大單元之輸入端前。
透過使用本發明之揚聲器驅動電路,一傳統的AB類或D類放大器可用以同時驅動兩種不同種類的放大器,以增進一揚聲器系統之整體播放音質。
為了讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯,下文將配合所附圖示,作詳細說明如下。此外,於本發明之說明中,相同之構件係以相同之符號表示,於此合先敘明。
請參考第2圖所示,其顯示本發明第一實施例之揚聲器系統10之示意圖。該揚聲器系統10包含一揚聲器驅動電路11、一第一揚聲器12及一第二揚聲器13。
該揚聲器驅動電路11提供一第一驅動電壓V1
及一第一驅動電流I1
以驅動該第一揚聲器12;該揚聲器驅動電路11同時提供一第二驅動電壓V2
及一第二驅動電流I2
以驅動該第二揚聲器13,其中該第一驅動電壓V1
遠大於(較佳至少大於10倍)該第二驅動電壓V2
,而該一驅動電流I1
小於該第二驅動電流I2
。該第一揚聲器12與該第二揚聲器13係為不同種類之揚聲器,例如該第一揚聲器12為一電容式揚聲器而該第二揚聲器13為一動圈式揚聲器。
該揚聲器驅動電路11包含一放大單元111、一保護及匹配單元112、一電壓轉換單元113、一第一音質調整單元114及一第二音質調整單元115,其中該第一音質調整單元114及該第二音質調整單元115可根據不同實施例而完全不予實施或僅實施該第一音質調整單元114或該第二音質調整單元115。該放大單元111例如可為一AB類或D類音頻放大器,在此實施例中,該放大單元111可為一單端放大器,用以接收一音源信號15,並根據該音源信號15輸出一放大信號,該放大信號假設其輸出之電壓有效值為Vrms。另外,該放大單元111可為利用IC製程所形成之放大器,並用以驅動兩個並聯之一第一驅動端及一第二驅動端。該第一驅動端耦接該放大單元111,用以接收該放大信號,並根據該放大信號提供該第一驅動電壓V1
及該第一驅動電流I1
至該第一揚聲器12,且該第一驅動端具有該電壓轉換單元113、保護及匹配單元112及第一音質調整單元114。該第二驅動端並聯於該第一驅動端,且耦接該放大單元111,用以接收該放大信號,並根據該放大信號提供該第二驅動電壓V2
及該第二驅動電流I2
至該第二揚聲器13,且該第二驅動端具有該第二音質單元115。
該保護及匹配單元112耦接於該放大單元111及該電壓轉換單元113之間,其可由電阻、電感及電容其中之一或其組合所形成,例如,但不限於,由一電感串聯一電容所形成。該保護及匹配單元112限制流經該放大單元111之總電流,以對該放大單元111進行過電流保護(over current protection),藉以避免該放大單元111因太高之總電流而損毀。此外,該保護及匹配單元112同時於該放大單元111及該電壓轉換單元113之間進行阻抗匹配。例如,該第二揚聲器13之輸入阻抗為4~16歐姆;該第一揚聲器12之輸入阻抗大於1百萬歐姆,該電壓轉換單元113之輸入阻抗為0.5~16歐姆而輸出阻抗大於300歐姆;因此,該保護及匹配單元112之輸入阻抗較佳為1~4歐姆,以使得第二驅動端之輸入阻抗大致相等於第一驅動端(即該第二揚聲器13)之輸入阻抗。藉此,相對於該放大單元111而言,相當於同時驅動兩個並聯且具有相同輸入阻抗的揚聲器,因此該揚聲器驅動電路11則可以同時驅動兩個特性不同之該第一揚聲器12及該第二揚聲器13。
該電壓轉換單元113係用以提供該第一驅動電壓V1
及該第一驅動電流I1
,用以驅動該第一揚聲器12,其可為一升壓變壓器或一升壓器。當該電壓轉換單元113為升壓器時,其例如可由IC或運算器(operator)所形成。該電壓轉換單元113例如可將一輸入電壓Vrms升壓至35×Vrms(亦即該第一驅動電壓V1
為該放大單元111輸出電壓之35倍),但並不限於此。本發明中,該電壓轉換單元113具有高輸出阻抗,當驅動信號頻率愈高,其輸出阻抗愈高而提高轉換效率,於驅動該第一揚聲器12時可具有良好的效能。
該第一音質調整單元114耦接於該保護及匹配單元112與該放大單元111之間,且該第二音質調整單元115耦接於該第二揚聲器13與該放大單元111之間。該第一音質調整單元114及該第二音質調整單元115用以分別調整輸入至該第一揚聲器12及該第二揚聲器13之音頻信號。該第一音質調整單元114及該第二音質調整單元115例如可包括一等化器(equalizer)及/或一自動增益控制器(AGC)或動態範圍調整器(DRC),其中等化器可對音頻信號進行濾波,其例如可為一高通濾波器或一低通濾波器;自動增益控制器可用以對音頻信號中之小信號提供較大的增益並對大信號提供較小的增益以減少不同頻段間的能量差異;動態範圍調整器亦適用於減少不同頻段間的能量差異。由於電容式揚聲器於中高頻具有較好的操作特性而動圈式揚聲器於低頻具有較好的操作特性。因此,當該第一揚聲器12為電容式揚聲器時,包含於該第一音質調整單元114之等化器為一高通濾波器用以濾除音頻信號中之低頻成分;當該第二揚聲器13為動圈式揚聲器時,包含於該第二音質調整單元115之等化器為一低通濾波器用以濾除音頻信號中之中高頻成分。如前所述,該揚聲器驅動電路11中亦可完全不設置該第一音質調整單元114及該第二音質調整單元115或僅設置其中之一。
請參照第3圖所示,其顯示本發明第二實施例之揚聲器系統10'
,其包含一揚聲器驅動電路11'
、該第一揚聲器12及該第二揚聲器13,其中該第一揚聲器12及該第二揚聲器13與第一實施例相同,故於此不在贅述。該揚聲器驅動電路11'
包含一放大單元111'
、一保護及匹配單元112'
、該電壓轉換單元113、該第一音質調整單元114及該第二音質調整單元115,其中該電壓轉換單元113、該第一音質調整單元114及該第二音質調整單元115與第一實施例相同,故於此不在再贅述。同樣地,本實施例中該第一音質調整單元114及該第二音質調整單元115可不予實施或僅實施其中之一。本實施例與第一實施例之差異在於,本實施例中該放大器111'
為一差動放大器(differential amplifier),用以接收一對差動音源信號151與152,而該保護及匹配單元112'
可實施為單邊式或雙邊式;其中,單邊式係指該保護及匹配單元112'
耦接於該放大單元111'
的兩個輸出端的其中之一,而雙邊式係指該保護及匹配單元112'
同時耦接於該放大單元111'
的兩個輸出端。
請參照第4圖所示,其顯示本發明第三實施例之揚聲器系統10"
,其包含一揚聲器驅動電路11"
、該第一揚聲器12及該第二揚聲器13,其中該第一揚聲器12及該第二揚聲器13與第一實施例相同,故於此不在贅述。該揚聲器驅動電路11"
包含一放大單元111"
、一保護及匹配單元112"
、該電壓轉換單元113、一第一音質調整單元114'
、一第二音質調整單元115'
及一第三音質調整單元116,其中該電壓轉換單元113與第一實施例相同,故於此不再贅述。本實施例與第一實施例之差異在於,本實施例中該第一音質調整單元114'
及該第二音質調整單元115'
為一等化器;該放大單元111"
之輸入端前另設置該第三音質調整單元116,其例如為一自動增益控制器(AGC)或一動態範圍控制器(DRC),用以接收一對差動音源信號151與152,或用以接收如第2圖之單一音源信號15。此外,於此實施例中,該放大單元111"
可為一差動放大器或為一單端放大器。該保護及匹配單元112"
可實施為單邊式或雙邊式;其中當該放大單元111"
為一單端放大器時,該保護及匹配單元112"
較佳為單邊式;該放大單元111"
為一差動放大器時,該保護及匹配單元112"
可為單邊式或雙邊式。
如前所述,由於習知揚聲器驅動電路無法同時驅動兩種不同種類之揚聲器,因此於提升揚聲器系統之整體音質時有其限制。本發明另提出一種揚聲器系統及揚聲器驅動電路,其利用一習知D類或AB類放大器及可同時驅動一動圈式揚聲器及一電容式揚聲器(如第2~4圖所示),可有效增進一揚聲器系統所發出之整體音質。
雖然本發明已以前述實施例揭示,然其並非用以限定本發明,任何本發明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,當可作各種之更動與修改。因此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。
10,10'
,10"
...揚聲器系統
11,11'
,11"
...驅動電路
111,111'
,111"
...放大單元
112,112'
,112"
...保護及匹配單元
113...電壓轉換單元
114,114'
...第一音質調整單元
115,115'
...第二音質調整單元
12...第一揚聲器
13...第二揚聲器
9...放大器
15,151,152...音源信號
CS...動圈式揚聲器
V1
,V2
...驅動電壓
I1
,I2
...驅動電流
第1圖顯示習知動圈式揚聲器系統之示意圖。
第2圖顯示本發明第一實施例之揚聲器系統之方塊圖。
第3圖顯示本發明第二實施例之揚聲器系統之方塊圖。
第4圖顯示本發明第三實施例之揚聲器系統之方塊圖。
10...揚聲器系統
11...驅動電路
111...放大單元
112...保護及匹配單元
113...電壓轉換單元
114...第一音質調整單元
115...第二音質調整單元
12...第一揚聲器
13...第二揚聲器
15...音源信號
Claims (18)
- 一種揚聲器系統,包含:一電容式揚聲器;一動圈式揚聲器;及一驅動電路,用以同時驅動該電容式揚聲器及該動圈式揚聲器並包含:一D類或AB類放大器,用以接收一音源信號,並根據該音源信號輸出一放大信號;一第一驅動端,耦接該D類或AB類放大器,用以接收該放大信號,並具有一電壓轉換單元以及一保護及匹配單元,其中該電壓轉換單元係用以根據該放大信號提供一第一驅動電壓及一第一驅動電流至該電容式揚聲器,且其中該保護及匹配單元耦接於該D類或AB類放大器及該電壓轉換單元之間,用以於該D類或AB類放大器及該電壓轉換單元間進行阻抗匹配並限制流經該D類或AB類放大器之總電流;以及一第二驅動端,並聯於該第一驅動端,且耦接該D類或AB類放大器,用以接收該放大信號,並根據該放大信號提供一第二驅動電壓及一第二驅動電流至該動圈式揚聲器;其中,該第一驅動電壓大於該第二驅動電壓而該 第一驅動電流小於該第二驅動電流。
- 如申請專利範圍第1項所述之揚聲器系統,其中該D類或AB類放大器為一單端放大器或一差動放大器。
- 如申請專利範圍第1項所述之揚聲器系統,其中該電壓轉換單元為一升壓變壓器或一升壓器。
- 如申請專利範圍第1項所述之揚聲器系統,其中該第一驅動端另具有一第一音質調整單元,耦接於該保護及匹配單元與該D類或AB類放大器之間;及該第二驅動端另具有一第二音質調整單元,耦接於該動圈式揚聲器與該D類或AB類放大器之間。
- 如申請專利範圍第4項所述之揚聲器系統,其中該第一音質調整單元及該第二音質調整單元各包括一等化器及/或一自動增益控制器或一動態範圍調整器。
- 如申請專利範圍第4項所述之揚聲器系統,其中該驅動電路另包含一第三音質調整單元耦接於該D類或AB類放大器之輸入端。
- 如申請專利範圍第6項所述之揚聲器系統,其中該第一音質調整單元及該第二音質調整單元為一等化器,該第三音質調整單元為一自動增益控制 器或一動態範圍調整器。
- 如申請專利範圍第1項所述之揚聲器系統,其中該保護及匹配單元係由電阻、電容及電感其中之一或其組合所形成。
- 如申請專利範圍第1項所述之揚聲器系統,其中該D類或AB類放大器具有兩輸出端,該保護及匹配單元耦接於該兩輸出端其中之一或耦接於該兩輸出端。
- 一種揚聲器驅動電路,用以同時驅動一電容式揚聲器及一動圈式揚聲器,該揚聲器驅動電路包含:一D類或AB類放大器,用以接收一音源信號,並根據該音源信號輸出一放大信號;一第一驅動端,耦接該D類或AB類放大器,用以接收該放大信號,並具有一電壓轉換單元及一保護及匹配單元,其中該電壓轉換單元用以根據該放大信號提供一第一驅動電壓及一第一驅動電流至該電容式揚聲器,且其中該保護及匹配單元耦接於該D類或AB類放大器及該電壓轉換單元之間,用以於該D類或AB類放大器及該電壓轉換單元間進行阻抗匹配並限制流經該D類或AB類放大器之總電流;及一第二驅動端,並聯於該第一驅動端,且耦接該 D類或AB類放大器,用以接收該放大信號,並根據該放大信號提供一第二驅動電壓及一第二驅動電流至該動圈式揚聲器;其中,該第一驅動電壓大於該第二驅動電壓而該第一驅動電流小於該第二驅動電流。
- 如申請專利範圍第10項所述之揚聲器驅動電路,其中該D類或AB類放大器為一單端放大器或一差動放大器。
- 如申請專利範圍第10項所述之揚聲器驅動電路,其中該電壓轉換單元為一升壓變壓器或一升壓器。
- 如申請專利範圍第10項所述之揚聲器驅動電路,其中該第一驅動端另具有一第一音質調整單元,耦接於該保護及匹配單元與該D類或AB類放大器之間;及該第二驅動端另具有一第二音質調整單元,耦接於該D類或AB類放大器。
- 如申請專利範圍第13項所述之揚聲器驅動電路,其中該第一音質調整單元及該第二音質調整單元各包括一等化器及/或一自動增益控制器或一動態範圍調整器。
- 如申請專利範圍第13項所述之揚聲器驅動電 路,另包含一第三音質調整單元耦接於該D類或AB類放大器之輸入端。
- 如申請專利範圍第15項所述之揚聲器驅動電路,其中該第一音質調整單元及該第二音質調整單元為一等化器,該第三音質調整單元為一自動增益控制器或一動態範圍調整器。
- 如申請專利範圍第10項所述之揚聲器驅動電路,其中該保護及匹配單元係由電阻、電容及電感其中之一或其組合所形成。
- 如申請專利範圍第10項所述之揚聲器驅動電路,其中該D類或AB類放大器之第一驅動端具有兩輸出端,該保護及匹配單元耦接於該兩輸出端其中之一或耦接於該兩輸出端。
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