扬声器模组及电子设备的制作方法

1.本实用新型涉及扬声器技术领域，具体涉及一种扬声器模组及电子设备。


背景技术：

2.笔记本电脑上使用的微型扬声器由于空间有限，导致声音性能有限，为了提升以及突破微型扬声器能提供的最终声音效果，现有技术中，通常使用智能功率放大器(smart amp)来输出超过扬声器的额定功率来驱动微型扬声器运行，同时通过i/v相关的算法来侦测扬声器工作时温度以及振幅，确保扬声器在超功率工作的情况下，没有超过扬声器能承受温度和振幅而导致扬声器损坏，但是，由于smart amp不能感知扬声器发出的声学特性，导致扬声器超功率工作时，由于振幅进一步变大，导致声音失真增大，听感明显变差，影响用户体验。
3.为防止声音失真增大，现有技术中通常是设置智能功率放大器输出的冗余度,以确保智能功率放大器不输出过大的功率而产生过大失真，或者是手动对某些失真偏大的频率段进行限幅，但是，冗余度设置和手动限幅都在一定程度上降低了整个扬声器的性能。另外，扬声器由于其零部件比如音圈、振膜、磁铁以及胶水等本身存在一定的公差和安装公差，导致扬声器的性能公差较大，比如频率响应平台的公差达到+/-3db以上，这部分公差会影响到笔记本电脑产品的声音性能。为保证扬声器的音频性能，将扬声器模组改为全自动生产，以减少组装公差产生的影响，自动化生产一定程度上改善了频响规格，但是，仍不能解决零部件公差带来的影响。


技术实现要素：

4.本实用新型实施例提供了一种扬声器模组及电子设备，能够解决现有技术中扬声器超功率工作下声音性能变差的技术问题。
5.本实用新型实施例提供了一种扬声器模组，包括：壳体以及收容于所述壳体内的扬声器和智能功率放大器，所述智能功率放大器与所述扬声器连接，所述智能功率放大器包括相互连接的第一侦测模块和数字音频处理器，所述第一侦测模块用于侦测所述扬声器输出第一声音信号时播放的第二声音信号的声学特性，并反馈至所述数字音频处理器。
6.在一些实施例中，所述第一侦测模块安装于所述壳体，所述第一侦测模块靠近所述扬声器设置。
7.在一些实施例中，所述壳体上设有与所述扬声器对应的出音口，所述出音口和用于安装所述第一侦测模块的安装口设于所述壳体的同侧。
8.在一些实施例中，所述第一侦测模块的灵敏度小于-36dbfs，所述第一侦测模块承受的声压大于120dbspl。
9.在一些实施例中，所述数字音频处理器包括：
10.获取单元，分别与所述扬声器和所述第一侦测模块连接，以分别获取所述第一声音信号和第二声音信号；
11.处理单元，与所述获取单元连接，用于根据所述第一声音信号和第二声音信号输出调整信号；
12.输出单元，连接在所述处理单元和所述扬声器之间，用于接收所述调整信号并将所述调整信号输出至所述扬声器。
13.在一些实施例中，所述智能功率放大器还包括功率放大模块，连接在所述数字音频处理器和所述扬声器之间，用于将所述调整信号放大后输出。
14.在一些实施例中，所述智能功率放大器还包括第二侦测模块，所述第二侦测模块与所述数字音频处理器连接，用于侦测所述扬声器模组的电流和/或电压，并反馈至所述数字音频处理器。
15.在一些实施例中，所述扬声器模组还包括环境传感器，所述环境传感器与所述智能功率放大器连接，用于检测所述扬声器模组的温度和/或湿度，并反馈至所述智能功率放大器。
16.本实用新型实施例还提供了一种电子设备，包括上述的扬声器模组。
17.在一些实施例中，所述电子设备还包括主控制器，所述主控制器通过i2s音频总线与所述智能功率放大器连接
18.本实用新型的各种实施例提供的扬声器模组及电子设备通过在智能功率放大器中集成第一侦测模块，可以直接侦测扬声器播放时输出的声音信号的声学特性，并将其反馈至数字音频处理器，以快速确定扬声器播放的声音是否失真，并在失真时快速调整，保证声音效果，提高用户使用体验；同时，本实施例可以保证扬声器模组在极限工作状态下不超过最大振幅且耐温，避免扬声器模组损坏，保证扬声器模组的使用寿命；另外，本实用新型实施例提供的扬声器模组可以根据第一侦测模块实时获取的声音信息对扬声器模组进行自动调整，无需设置冗余度或手动调整，且能够调整由于扬声器模组自身引起的失真，能够有效保证扬声器模组的整体性能。
附图说明
19.在不一定按比例绘制的附图中，相同的附图标记可以在不同的视图中描述相似的部件。具有字母后缀或不同字母后缀的相同附图标记可以表示相似部件的不同实例。附图大体上通过举例而不是限制的方式示出各种实施例，并且与说明书以及权利要求书一起用于对所申请的实施例进行说明。在适当的时候，在所有附图中使用相同的附图标记指代同一或相似的部分。这样的实施例是例证性的，而并非旨在作为本装置或方法的穷尽或排他实施例。
20.图1示出本实用新型实施例的扬声器模组的结构示意图；
21.图2示出本实用新型实施例的扬声器模组的另一结构示意图；
22.图3示出本实用新型实施例的扬声器模组的又一结构示意图；
23.图4示出本实用新型实施例的扬声器模组的频率响应曲线图。
24.附图标记：
25.10-扬声器模组、20-主控制器；
26.1-壳体、11-安装口、12-出音口；2-扬声器；3-智能功率放大器、31-第一侦测模块、311-转换单元、32-数字音频处理器、321-获取单元、322-处理单元、323-输出单元、33-功率
放大模块、34-第二侦测模块；4-环境传感器；5-初始化模块。
具体实施方式
27.为了使得本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例的附图，对本实用新型实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。
28.除非另外定义，本实用新型使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本实用新型中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
29.图1至图3示出了本实用新型实施例的扬声器模组的结构示意图。如图1至图3所示，本实用新型实施例提供了一种扬声器模组10，包括：壳体1以及收容于壳体1内的扬声器2和智能功率放大器(smart pa)3，智能功率放大器3与扬声器2连接，智能功率放大器3包括相互连接的第一侦测模块31和数字音频处理器(dsp)32，第一侦测模块31用于侦测扬声器2输出第一声音信号时播放的第二声音信号的声学特性，并反馈至所述数字音频处理器32。
30.其中，第一声音信号为输入扬声器2的待播放的声音信号(输入信号)，第二声音信号为扬声器2播放第一声音信号时实际播放的声音信号(输出信号)。第二声音信号的声学特性包括频率、振幅、相位等声音信息。
31.本实用新型实施例提供的扬声器模组10通过在智能功率放大器3中集成第一侦测模块31，可以直接侦测扬声器2播放时输出的声音信号的声学特性，并将其反馈至数字音频处理器32，以快速确定扬声器2播放的声音是否失真，并在失真时快速调整，保证声音效果，提高用户使用体验；同时，本实施例可以保证扬声器模组在极限工作状态(超过额定功率)下不超过最大振幅且耐温，避免扬声器模组10损坏，保证扬声器模组10的使用寿命；另外，本实用新型实施例提供的扬声器模组10可以根据第一侦测模块31实时获取的声音信息对扬声器模组10进行自动调整，无需设置冗余度或手动调整，且能够调整由于扬声器模组10自身(例如存在一定的公差)引起的失真，能够有效保证扬声器模组10的整体性能。
32.在一些实施例中，如图1所示，第一侦测模块31安装于壳体1，第一侦测模块31靠近扬声器2设置。
33.具体地，可以在壳体1上开设用于安装第一侦测模块31的安装口11，并将第一侦测模块31嵌设于安装口11中，以便侦测第二声音信号，数字音频处理器32位于壳体1内。
34.进一步地，壳体1上设有与扬声器2对应的出音口12，出音口12和用于安装第一侦测模块31的安装口11设于壳体1的同侧，使得扬声器2发出的声音能够快速被位于壳体1的同侧的第一侦测模块31侦测到。
35.具体实施中，也可以根据实际需要确定安装口11和出音口12的位置，例如，可以将安装口11和出音口12分别设于壳体1相邻的两侧壁，且相互靠近的位置。
36.具体实施中，安装口11和出音口12的位置也不能够设置的较近，以防止前、后播放
的声音信号存在混杂，影响侦测效果。
37.在一些实施例中，第一侦测模块31的灵敏度小于-36dbfs，第一侦测模块31承受的声压大于120dbspl。
38.第一侦测模块31具有较低的灵敏度便于侦测到第二声音信号，具有较高的耐声压能够防止第一侦测模块31损坏，延长其使用寿命。
39.优选地，第一侦测模块31为声压侦测模块，可以侦测空气声压。
40.进一步地，如图3所示，第一侦测模块31还包括转换单元311，可以将侦测到的声压信号，转换为上述频率、振幅、相位等声学特性。例如，可以通过转换单元311将接收到的声压信号转换为幅值信号,并传递至数字音频处理器32。
41.数字音频处理器32可以将第一侦测模块31反馈的第二声音信号与第一声音信号进行比对，提取第二声音信号中的失真信号，然后对该失真信号进行处理，以保证输出的第二声音信号的声音性能。
42.本实施例中，失真信号主要为谐波失真信号。谐波失真是指扬声器2工作过程中，由于不可避免地会产生谐振现象(在原始声波的基础上生成二次、三次甚至多次谐波)而导致扬声器2重放声音时出现失真。由于第二声音信号中不再只有第一声音信号的基频信号，还包括由谐波及其倍频成分，这些倍频信号会导致扬声器2播放时产生失真。即第一声音信号中仅包含基频信号，第二声音信号中既包含基频信号也包含失真信号。即本实施例能够调整由于扬声器模组10自身(例如存在一定的公差)引起的失真，能够有效保证扬声器模组10的整体性能。
43.在一些实施例中，如图3所示，数字音频处理器32包括：
44.获取单元321，分别与扬声器2和第一侦测模块31连接，以分别获取第一声音信号和第二声音信号；
45.处理单元322，与获取单元321连接，用于根据第一声音信号和第二声音信号输出调整信号；
46.输出单元323，连接在处理单元322和所述扬声器2之间，用于接收所述调整信号并将所述调整信号输出至扬声器2。
47.获取单元321可以通过扫频的方式获取第一声音信号的频率、振幅、相位等声学特性。本实施例中，获取单元321可以获取第一声音信号的各基频信号对应的第一基频幅值信号。获取单元321接收第一侦测模块31反馈的第二声音信号，该第二声音信号包括与第一声音信号对应的基频信号的第二基频幅值信号以及由于谐振而产生的失真信号的失真幅值信号。
48.处理单元322将第一声音信号和第二声音信号进行比对，根据第一声音信号中各基频信号对应的第一基频幅值信号，从第二声音信号中分离出各基频信号对应的第二基频幅值信号和各失真信号对应的失真幅值信号，计算扬声器2播放时的失真度，该失真度为各频率失真信号加权后的混合失真信号的失真度。若失真度大于一定阈值(例如5％)时，可以确定扬声器2存在失真。
49.失真度的计算公式可以为：失真度的计算公式可以为：其中，为各失真信号的失真幅值信号加权后的混合失真信
号，v
t
为第二声音信号中所有第二基频幅值信号和失真幅值信号的幅值总和。
50.在确定扬声器2存在失真后，处理单元322可以根据失真信号中各频率所占的比例，确定出容易产生失真的频率，进而生成对应的调整信号，以降低失真，并通过输出单元323将该调整信号输出至扬声器2，改善扬声器2的声音性能。
51.在一些实施例中，处理单元322具体包括频响调整单元，频响调整单元可以根据失真信号中容易产生失真的频率，生成频率调整信号，对待输入至扬声器2的第一声音信号(原始信号)进行调整。
52.例如，在获取下一帧待播放的第一声音信号时，处理单元322可以将该第一声音信号与之前失真度较大的第一声音信号(容易产生失真的第一声音信号)进行比较，若二者差异不大，则确定下一帧待播放的第一声音信号播放时可能会存在失真，因此，利用之前播放时的失真信号，生成频率调整信号，进行频率响应调整。
53.具体地，可以根据扬声器2的实际响应能力，将扬声器2中不能响应的低频和高频信号从待播放的第一声音信号中滤除，以减少待输出的第一声音信号的幅值，使扬声器2始终处于非满幅工作状态，保证声音纯度(符合目标失真度)，能够有效改善声音效果。
54.若下一帧待播放的第一声音信号与之前失真度较大的第一声音信号的差异较大，可以确定下一帧要播放的第一声音信号不容易产生失真。进一步地，可以判断该第一声音信号中是否存在容易产生高失真的频率信号(例如上述根据频率占比确定的频率信号)，如果存在，则生成频率调整信号，如上述与之前失真度较大的第一声音信号的差异较大时的处理一样，进行频率响应调整；如果不存在容易产生高失真的频率信号，则无需对待播放的第一声音信号进行调整，可以将第一声音信号直接播放，播放的第一声音信号满足声音纯度要求。
55.在一些实施例中，处理单元322还包括补偿子单元，补偿子单元可以对实时播放的第二声音信号进行调整，例如，可以根据失真信号生成反向调整信号，对所述第二声音信号进行补偿。本实施例中，反向调整信号优选为与失真信号的相位相反的反相位信号，并将该反相位信号叠加输出至扬声器2，在扬声器2输出第一声音信号播放第二声音信号的同时，利用该反相位信号完全抵消第二声音信号中的失真信号，可以有效改善声音效果。
56.由上可知，本实施例中，在确定扬声器2存在失真后，不仅可以通过频率调整进行失真抑制，还可以通过生成反向信号进行抑制，可以有效保证声音纯度，并能够在满足声音纯度的条件下输出最大音量和最佳的低频性能，提高用户体验。
57.在一些实施例中，如图2和图3所示，智能功率放大器3还包括功率放大模块33，连接在数字音频处理器32和扬声器2之间，用于将调整信号放大后输出，可以为扬声器2提供具有较大增益的信号，保证扬声器2的输出音质。
58.在一些实施例中，如图3所示，智能功率放大器3还包括第二侦测模块34，第二侦测模块34与数字音频处理器32连接，用于侦测扬声器模组10的电流和/或电压，并反馈至数字音频处理器32。
59.第二侦测模块34可以实时检测扬声器2两端的电压、通过的电流，并根据检测到的上述工作参数，确定扬声器2的工作功率，并根据扬声器2的工作功率配合上述第一侦测模块31和数字音频处理器32，进一步调节扬声器2的振幅，使得扬声器2能够在超功率工作的情况下，具有较佳的声音性能，且能够有效防止由于扬声器2振幅或工作温度过大而导致的
扬声器2损坏。
60.在一些实施例中，如图3所示，扬声器模组10还包括环境传感器4，环境传感器4与智能功率放大器3连接，用于检测扬声器模组10的温度和/或湿度，并反馈至智能功率放大器3。
61.智能功率放大器3可以根据环境传感器4检测的扬声器模组10所处的温度和/或湿度，配合上述第一侦测模块31侦测播放的第二声音信号的声学特性，实时调整扬声器2的播放参数，使得扬声器2能够在差异较大的环境下，扬声器2的特性出现很大变化情况下，仍能够输出自然的声音，保证扬声器2的声音性能。
62.在一些实施例中，如图3所示，扬声器模组10还包括初始化模块5，可以对扬声器模组10的参数进行初始化配置。
63.本实施例中，初始化模块5为频率响应初始化模块，可以进行频率响应初始化校准，如图4所示，初始化模块5可以通过测试将扬声器模组10的声学频率响应输出特性(例如频率-声压曲线)与目标频率响应曲线进行比对，自动调整智能功率放大器3的均衡器，使得扬声器模组10的声学频率响应输出特性符合目标频率响应曲线，从而保证后续扬声器模组10工作时的工作性能。
64.本实施例提供的扬声器模组10能够均一化扬声器模组10的特性，确保系统微调后具有统一的较佳声音性能。
65.本实用新型实施例还提供了一种电子设备，包括上述的扬声器模组10。
66.电子设备可以为笔记本电脑、平板电脑、手机、车载设备、可穿戴设备(例如智能手表、智能手环、计步器等)等移动终端设备，也可以为台式计算机、数字tv等固定终端设备。
67.如图2所示，该电子设备还包括主控制器20，主控制器20通过i2s音频总线与智能功率放大器3连接。主控制器20可以为cpu芯片等。
68.以上实施例仅为本实用新型的示例性实施例，不用于限制本实用新型，本实用新型的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本实用新型的实质和保护范围内，对本实用新型做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本实用新型的保护范围内。