专利名称：扬声器反馈的制作方法
技术领域：
本发明涉及扬声器反馈。更具体地，本发明涉及一种用于响应反馈机制来控制扬声器的设备。
背景技术：
提供反馈来控制并尽可能限制扬声器信号的功率是众所周知的。国际专利申请WO01/03466(Aarts等人/飞利浦)揭示了一种扬声器保护系统，其中电阻与扬声器线圈串联连接。通过线圈的电流被转换为反馈到峰值检波器的测量电压。微处理器响应峰值检波器的输出来控制可变放大器的增益。
虽然现有技术的扬声器保护系统是可用的，但是其还是要忍受它要测量流经扬声器线圈的电流即驱动电流的缺点。这个电流是扬声器所期望的运动的指示。然而，由于扬声器的物理限制，其实际运动与驱动电流不总是正确地相对应。为了解决这个问题，已经建议在扬声器上安装专用转换器，例如加速度计。但是，这样的转换器是相当昂贵的。此外，它们大多改变了扬声器的声音特性。
发明内容
本发明的一个目的就是克服现有技术的这些和其他问题并且提供一种也是相当经济的控制扬声器的设备和方法。
因此，本发明提供了一种控制扬声器的设备，该扬声器提供有导电悬架部分，该设备包括-用于在导电悬架部分中产生测量电流的产生装置，-用于检测由导电悬架部分中的测量电流产生的电压的检测装置，以及-用于响应检测到的电压来控制输出到扬声器的功率的功率控制装置。
通过提供流经悬架的导电部分的测量电流，在扬声器使用期间，导电部分的阻抗可以被测量。当导电悬架部分由于振盆的运动而弯曲和伸长，其阻抗将是实际运动(或“偏移”)的精确测量，比驱动电流更加精确。因此，阻抗或者从阻抗获得的量可以用于控制扬声器，例如校正驱动电流。为此目的，功率控制装置可被安排用于控制馈送到扬声器的音频信号的信号电平。
在另一个有利的实施例中，设备进一步包括一个用于检测音频信号过零的过零检测器和一个用于响应任何检测到的零点来反转音频信号的反相器单元。由于每个过零典型地表示音频信号的变号，过零检测器提供扬声器振盆的运动方向上的信息，由此提供改进的反馈和控制。
本发明的设备可以进一步包括一个用于放大受控输入信号的功率放大器。然而，功率放大器并不是必须的并且可以在本发明的设备外部。
该设备有利地包括用于选择性地放大受控输入信号的滤波器单元。那就是，该输入音频信号被分解成多个频带，响应于测量的扬声器的偏移来控制这些频带中的至少一个的增益。
如果产生装置被安排来在导电悬架部分中产生加热电流，这也是更加有利的。此允许在扬声器的悬架中保持基本恒定的温度，因此保证了一致的扬声器特性。加热电流能够通过恒温器或者其他对温度敏感的控制装置来控制。
本发明也提供一种扬声器，该扬声器设置有使用根据前述权利要求中的任一项的设备的导电悬架部分。
在第一个实施例中，导电悬架部分包含在轮圈中，同时在第二个实施例中，导电悬架部分包含在弹波中。在一个另外的实施例中导电部分在轮圈和弹波中均有提供，以此来提供附加反馈。
导电悬架部分可以由导电橡胶制成，例如包含碳粒子的天然或人造橡胶。
本发明也提供了一种音频系统，包括具有导电悬架部分的扬声器和如上所限定的设备。
本发明附加地提供了一种控制具有导电悬架部分的扬声器的方法，该方法包括步骤-在导电部分中产生测量电流，-检测由导电悬架部分中的测量电流所引起的电压，以及
-响应检测到的电压来控制输出到扬声器的功率。
输出到扬声器的功率可以限制在最大值。本发明的方法有利地用于提供耳朵保护。
下面将参考附图中说明的示范性实施例来进一步说明本发明，其中图1示意性地示出了根据本发明的扬声器的一个实施例的俯视图。
图2示意性地示出了图1的扬声器实施例的横截面图。
图3示意性地示出了根据本发明的扬声器控制设备的第一个实施例。
图4示意性地示出了根据本发明的扬声器控制设备的第二个实施例。
图5示意性地示出了根据本发明的扬声器控制设备的第三个实施例。
图6示意性地示出了根据本发明的扬声器控制设备的第四个实施例。
图7示意性地示出了根据本发明的扬声器控制设备的第五个实施例。
具体实施例方式
仅通过图1和2中的非限制实施例示出的扬声器1包括一个振盆2，一个柔性轮圈3，一个框架4，一个磁体7，一个线圈8和一个弹波9。均连接到框架4的元件上的柔性轮圈3和(柔性)弹波9组成了扬声器的悬架。
如所知的，线圈8可以相对磁体7运动，由此驱动振盆2。振盆2的运动将使得轮圈3和弹波9弯曲和伸长。根据本发明，悬架至少是部分导电的。此外，悬架的导电部分提供有电极，允许电流流过导电悬架部分。由于导电悬架部分的弯曲和/或伸长将使得其电阻不断变化，所以电流能够用于测量电阻并且因此测量悬架的运动。
在实施例示出的，轮圈3是导电的。同心电极5和6位于接近轮圈3的边缘。分别连接到电极5和6的导线5a和6a允许电流通过导电轮圈部分。
应理解(部分)弹波9也是能够导电的，并且根据本发明，合适的电极能够连接到弹波上以便提供导电悬架部分。
在某些实施例中，可以提供多个导电悬架部分，其中每个的电阻被单独测量或者集体测量。例如，轮圈和弹波均可以提供有导电部分，和/或弹波可以提供有两个或者更多导电部分。通过给每个导电部分提供单独的测量电流，将能够获得更加精确的扬声器反馈和控制。那些熟悉本领域的技术人员将能够对扬声器控制设备(图3到7中的10)进行合适的调节使得能够处理多个测量电流。
在特别合适的实施例中，供给导电悬架部分一个斜线张力，例如通过提供一个附加弹簧(未示出)，或者当导电部分位于轮圈中时通过合适地调整弹波的尺寸。这就具有一个好处，即当扬声器被激活时，导电部分的电阻既可以增大和又可以减小，因此提供移动的大小和方向。
扬声器1的导电悬架部分可以由导电的(天然或人造)橡胶或合适的导电并具有弹性的塑料组成。在制造过程中，通过加入合适数量的碳，这些材料可以制成导电的。
图3中示意性示出了用于控制扬声器的装置的非限制性示例。示例性设备10包括受控放大器电路11、12、13，功率放大器14，电压源17和包括缓冲放大器16的反馈支路。在示出的实施例中，反馈支路进一步包括一个(可选的)极性校正电路，该极性校正电路包括过零检测器19和极性反相器20。
扬声器1耦联到功率放大器14。需要指出的是，功率放大器不是设备1的必需的部分并且设备1也可以耦联到一个单独的功率放大器。需要进一步指出的是，也可以使用多个扬声器来代替单个扬声器。
受控放大电路11、12、13通过输入电阻器11从输入端I接收音频输入信号。在示出的示例中，放大器12为一个op-amp(运算放大器)，其增益由电阻器11和电阻器13以及这些电阻器的连接点(点Q)处的电压来确定。放大器12的输出信号馈送到功率放大器14，而功率放大器14又耦联到扬声器1。
根据本发明，扬声器1提供有用于测量扬声器的柔性悬架部分的电阻的导线5a和6a(相比图1)。电压源17产生一个测量电流Im来流过扬声器1的导电悬架部分(图1和2中的3)。这个测量电流的大小由电阻器18和导电悬架部分(图1和2中的3)的组合电阻确定，并且点P处的电压由这些电阻的瞬时比例来确定。由于导电悬架部分的电阻随着扬声器的位移而变化，点P(导线5a和电阻器18的连接点)的电压是这个位移的测量值并且可以作为测量电压。电容器(未示出)可以用于从恒定(DC)分量中分离出测量电压的随时间变化的(AC)分量。
需要注意的是，测量电流Im不象在上提到的WO01/03466中的情况那样流经扬声器的线圈。结果，测量电流Im测量扬声器的实际位移而不是理想位移。在本发明中，不使用相对较贵的加速计或者其他附加转换器来测量扬声器的实际位移。
在点P的测量电压通过缓冲放大器16和电阻器15馈送到电阻器11和13的连接点Q，其中其控制放大器电路11-13的增益并且因此控制馈送到扬声器的信号的功率。以这种方式，提供了一种十分简单但又高效的反馈机制。本发明的反馈机制通过具有两个电极的导电悬架部分测量扬声器的实际位移，而不需要转换器。
设备10的精确性能够通过提供极性校正电路来改善，其中极性校正电路包括过零检测器(ZCD)19和一个极性反相器(INV)20。实质上所知道的，过零检测器19接收缓冲放大器16的输出信号。如上所讨论的，此信号指示了扬声器(的运动部件)的位移。在此信号中的一个过零指示了扬声器运动方向的反转，例如从向后到向前。对于检测过零，过零检测器19提供了一个合适的控制信号给极性反相器20，那么极性反相器20就反转该信号的极性。在点P的结果信号指示了扬声器移动的大小和方向。极性反相器20也可以被实质上了解。电压源17或者缓冲放大器16可以提供一个偏置电压来设置检测器19的过零检测电平在一个合适的电平。
当扬声器1工作于一个受限制频带时过零检测尤其适合，例如当馈送到扬声器的音频信号为包络线信号和具有单一频率的发生器信号的乘积时，如在欧洲专利申请EP03103398.8(Aarts等人/Philips)中所叙述的。
本发明的扬声器控制设备可以用于运动的反馈(音频信号的失真校正)和/或声音限制(限制扬声器的输出功率到一个最大值，例如用于耳朵保护)。特别地当扬声器1作为耳机的一部分时，设备10可以有利地用于限制声音输出功率并且因此来保护使用者的耳朵以防止过大的声级。
电压源17可以由电池或者类似元件组成，但是优选为电子受控的电压源，其电压被设定来产生一个合适的测量电流Im。典型地，测量电流将会非常小。然而，测量电流Im可以有利地用于加热扬声器悬架，其也许需要一个更大的电流。通过轻微地加热扬声器的悬架，来确保悬架具有一个基本恒定的温度。此外，能够使得悬架的柔性更加稳定，因为与由电流提供的加热相比，由扬声器运动产生的任何加热都是可以忽略的。
图4中示出了设备10的一个改进实施例，其中通过点R，过零检测器19的输入被连接到放大器12的输出。因此，在这个实施例中，过零检测器19检测音频信号中的过零而不是测量信号中的过零，这显著地得到了更加有效的过零检测。为了去除可能由放大器14和扬声器1引起的任何相位误差，提供了一个与放大器14串联的扬声器校正网络(LCN)27(虽然LCN27示出位于放大器14的上游，但是其也可以位于下游)。这样一个扬声器校正网络引入一个合适的相移来补偿由扬声器引起的相移和在本实施例中的由放大器14引入的任何相移。扬声器校正网络27可以附加地校正任何非线性。
在图5中示意性地示出了本发明的扬声器控制设备的另一个实施例，其中为了清楚地进行说明省略了次要部件。图5中的设备10包括耦联到功率放大器14的受控放大器12。根据本发明，耦联到功率放大器14的输出的扬声器1包括一个导电悬架部分(图1和2中的3)。一个偏移测量单元(EMU)23被耦联到扬声器1的导电悬架部分(相比图3，其中偏移测量单元基本上由电压源17和电阻器18组成)。偏移测量单元23的输出信号馈送到被耦联到受控放大器12的增益控制单元22。因此，增益控制单元22根据扬声器1的被测量到的偏移(那就是，振盆的移动)来控制放大器12的增益(或衰减)。
增益控制单元12可以具有一个在增益或衰减上的最大值，并且可以具有不同的适应速度当超出最大值(最大功率值)时就产生快速的增益减小，并且当恢复到初始增益时就产生较慢的增益增长。那些熟悉本领域的技术人员能够设计各种合适的控制电路。
本质上所知道的增益控制单元22可以由微控制器、微处理器组成或者由专用数字或模拟电路组成。图5的实施例非常适宜用于扬声器保护或者耳朵保护的目的。
图6的实施例允许每个频带的增益控制。低通滤波器21a和高通滤波器21b被分别耦联于输入端I和受控放大器12a和12b之间。受控放大器12a和12b的输出信号被耦联到组合单元(这里加法器)26，组合单元将组合后的信号馈入到功率放大器14。在图5的实施例中，偏移测量单元(EMU)23耦联到扬声器1的导电悬架部分。在这个实施例中，提供一个(可选的)偏移校正单元(ECU)24用于校正扬声器的导电悬架部分的任何非线性。将导电悬架部分的特性考虑在内，该偏移校正单元24提供了一个从测量到的偏移到实际偏移的映射。通过查找表或类似设备可以合适地提供这种映射。
该(校正后的)偏移信号馈送到另一个低通滤波器25a和另一个高通滤波器25b，上述两个滤波器分别耦联到(低频，LF)增益控制单元(GCU)22a以及(高频，HF)增益控制单元22b，上述两个增益控制单元又分别耦联到受控放大器12a和12b。以这种方式，可以得到每个频带的增益控制。更特别地，事实上能够独立于高频增益来控制低频增益。由于低频相对于高频典型地产生更大的偏移，所以这是特别有利的。因此，当高频增益实际未发生改变时，可以减小低频增益来限制扬声器的偏移。结果，整个音量受输出功率控制的影响更小。因此能够看出的是在图6的实施例中，输入音频信号分成多个频带，响应于扬声器的被测量到的偏移，这些频带中的至少一个的增益是可控的。
滤波器25a和25b的通频带不需要与滤波器21a和21b的通频带一样。尤其是，当从扬声器1的导电悬架部分测得的测量电压是“调整后”的话，那就是说，由于在特定实施例中导电部分的阻抗仅指示扬声器偏移的大小但是不能指示其方向而导致测量电压仅为单极性时，低通滤波器25a的通频带的上限有利地是其对应部分21a的上限的两倍。这个“调整后”的测量电压包含两倍的原始信号频率。因此，当滤波器21a具有例如0到100HZ的通频带时，在这个实施例中的相应滤波器25a就具有100到200的通频带。
图7的实施例与前述实施例相似。然而，已经加上了绝对值确定单元28和扬声器校正网络(LCN)27，并且增益控制单元22的工作稍微不同。
绝对值确定单元(ABS)28确定从设备10的输入端I处接收到的输入信号的绝对值或大小。这个代表扬声器的预期偏移的大小被馈送到增益控制单元22，在这里将此大小与由偏移测量单元23确定并由(可选的)偏移校正单元24校正的测量到的偏移进行比较。预期偏移和实际偏移的比较通过该信号值的除法来执行。比较(在此除法)的结果被用来控制放大器12的增益。例如，如果实际偏移大于预期偏移(那就是说，偏移校正单元24产生的信号大于由绝对值单元28的输出信号)，就不得不减小增益。此能够通过确定预期偏移和实际偏移之间的比值(在本实施例中，此比值小于1)并将现在的增益值乘以这个比值而得到一个新的增益值来实现。
由合适的滤波器组成的(可选的)扬声器校正网络用来产生一个平坦的频率响应来避免由扬声器1、偏移测量单元23、偏移校正单元24、增益控制单元22和受控放大器12组成的控制环路中的任何相位差。这样一个扬声器校正网络本质上是已知的。
图7的实施例特别适用于提供动反馈。
本发明基于这样一个认识在扬声器的悬架内提供一个导电部分从而得到了一个非常简单并且经济的扬声器反馈机制。本发明得益于进一步的认识，即流经导电悬架部分的测量电流可以有利地用于加热悬架并因此提供一个恒定的温度。
需要注意的是，用于本文的任何术语均不应被直接解释来限制本发明的范围。实际上，词语“包含”并不意味着排除任何未特别声明的元件。单一(电路)元件可以由多个(电路)元件或它们的同等物来代替。
本领域技术人员应当理解，本发明不局限于上面描述的实施例并且不偏离附加权利要求定义的本发明的范围可以做出许多修改和添加。
权利要求
1.一种用于控制扬声器(1)的设备(10)，该扬声器提供有导电悬架部分(3)，该设备包括-用于在导电悬架部分中产生测量电流的产生装置(17)，-用于检测由导电悬架部分(3)中的测量电流产生的电压的检测装置(16、18)，以及-用于响应检测到的电压来控制输出到扬声器的功率的功率控制装置(12、13)。
2.如权利要求1所述的设备，其中功率控制装置(12、13)被安排用于控制馈送到扬声器的音频信号的信号电平。
3.如权利要求1所述的设备，进一步包括用于检测音频信号的过零的过零检测器(19)和用于响应任何检测到的零点来反转音频信号的反相器单元(20)。
4.如权利要求1所述的设备，进一步包括用于有选择地放大受控输入信号的滤波器单元(21a、21b)。
5.如权利要求1所述的设备，其中产生装置(17)被安排用于在导电悬架部分(3)中产生加热电流。
6.一种具有与根据权利要求1的设备(10)一起使用的导电悬架部分(3)的扬声器(1)。
7.如权利要求6所述的扬声器，其中导电悬架部分被包含在轮圈(3)中。
8.如权利要求6所述的扬声器，其中导电悬架部分被包含在弹波(9)中。
9.如权利要求6所述的扬声器，其中导电悬架部分用导电橡胶制成。
10.一种音频系统，包括一个具有导电悬架部分(3)和根据权利要求1中的设备(10)的扬声器(1)。
11.一种控制具有导电悬架部分(3)的扬声器(1)的方法，该方法包括步骤-在导电部分中产生测量电流，-检测由导电悬架部分(3)中的测量电流所引起的电压，以及-响应检测到的电压来控制输出到扬声器的功率。
12.如权利要求11所述的方法，其中导电悬架部分(3)位于扬声器(1)的轮圈(3)中。
13.如权利要求11所述的方法，其中导电悬架部分(3)位于扬声器(1)的弹波(9)中。
14.如权利要求11所述的方法，其中测量电流用于加热导电悬架部分。
15.如权利要求11所述的方法，其中输出到扬声器的功率被限制到一个最大值。
16.权利要求15所述的方法用于提供耳朵保护。
全文摘要
一个具有导电悬架部分(3)和两个电极(5、6)的扬声器(1)，通过在导电悬架部分(3)中产生一个测量电流，检测因该测量电流产生的电压并使用电压来控制输出到扬声器的功率来达到控制扬声器的目的。此控制方法和设备可以用于扬声器保护、运动反馈和限制输出功率。导电悬架部分(3)可以是扬声器的轮圈的一部分，并可以由导电橡胶制成。
文档编号H04R3/00GK101044785SQ200580036084
公开日2007年9月26日 申请日期2005年10月14日 优先权日2004年10月21日
发明者D·W·E·肖本, O·奥维尔特杰斯 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司