專利名稱：音頻信號(hào)放大設(shè)備和失真校正方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及音頻信號(hào)放大裝置和失真校正方法，并且可應(yīng)用于例如用于放大從外部提供的音頻信號(hào)和將該放大的信號(hào)傳送到外部揚(yáng)聲器的音頻裝置。
背景技術(shù)：
已經(jīng)廣泛使用了用于放大從外部光盤(CD)播放器等提供的音頻信號(hào)并將所放大的信號(hào)傳送到外部揚(yáng)聲器以便根據(jù)來自揚(yáng)聲器的音頻信號(hào)發(fā)聲的音頻裝置。
在此，通常，在揚(yáng)聲器中，從音頻裝置提供的放大的音頻信號(hào)、即電信號(hào)流向音圈，以便生成磁力和使膜片振動(dòng)。然而，按照線圈的一般屬性，當(dāng)電信號(hào)流向音圈時(shí)，會(huì)產(chǎn)生反電動(dòng)勢。
因此，在音頻裝置中，存在這樣的問題，即由于來自揚(yáng)聲器的反電動(dòng)勢，在提供給揚(yáng)聲器的放大的音頻信號(hào)中生成失真，并且從揚(yáng)聲器發(fā)出的聲音的質(zhì)量變差了。
因此，在音頻裝置中，已經(jīng)提出了一種其中采用降低流向揚(yáng)聲器的音圈的電流中的失真分量的負(fù)反饋系統(tǒng)的低失真揚(yáng)聲器裝置(例如，參見日本專利申請公開1987-120198[圖4，第1-2頁])。

發(fā)明內(nèi)容
然而，在具有這種結(jié)構(gòu)的音頻裝置中，在地和揚(yáng)聲器間連接用于電流檢測的電阻。因此，噪聲從音頻裝置中的電源電路等中悄悄產(chǎn)生，并且所謂的再生電流有時(shí)會(huì)流向用于電流檢測的電阻。
在這種情況下，在音頻裝置中，不能通過再生電流的影響來僅僅正確地檢測流向揚(yáng)聲器的電流。因此，不能正確地提取由于反電動(dòng)勢而產(chǎn)生的失真分量，并且不能完全消除由反電動(dòng)勢產(chǎn)生的失真。存在從揚(yáng)聲器發(fā)生的聲音的質(zhì)量變差的問題。
鑒于上述情形，期望提供一種音頻信號(hào)放大裝置和失真校正方法，其中能提高從揚(yáng)聲器發(fā)出的聲音質(zhì)量。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，由放大器放大音頻信號(hào)，并生成放大的音頻信號(hào)。在將由放大器放大的音頻信號(hào)提供給揚(yáng)聲器之前，檢測受揚(yáng)聲器的影響而在其上疊加了失真分量的音頻信號(hào)的電流波形?；陔娏鞑ㄐ魏鸵纛l信號(hào)的信號(hào)波形間的差值，計(jì)算失真分量。將由于失真分量添加到音頻信號(hào)上而得到的加法結(jié)果提供給放大器。
因此，在不受到寄生噪聲(noise sneak)的影響的情況下，能正確地僅僅計(jì)算出由于揚(yáng)聲器的影響而疊加在放大的音頻信號(hào)上的失真分量，并且能抵消由于揚(yáng)聲器的影響而生成的失真分量和添加到音頻信號(hào)上的失真分量。由此，能從揚(yáng)聲器中如實(shí)地發(fā)出根據(jù)音頻信號(hào)的聲音。
另外，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，它是一種音頻信號(hào)放大裝置，其用于經(jīng)分別由多個(gè)聲道中的每一個(gè)聲道共用的地線，將通過分別放大多個(gè)聲道上的音頻信號(hào)而獲得的多個(gè)放大的音頻信號(hào)傳送到每一聲道的揚(yáng)聲器。提供了用于放大用于每個(gè)聲道的音頻信號(hào)并且生成放大的音頻信號(hào)的放大器，在放大器和每個(gè)聲道的揚(yáng)聲器間提供的、用于當(dāng)將放大的音頻信號(hào)從該放大器傳送到該揚(yáng)聲器時(shí)分別檢測受該揚(yáng)聲器的影響和經(jīng)由地線來自其他聲道的影響而在其上疊加了失真分量的放大音頻信號(hào)的電流波形的電流檢測部，用于基于電流波形和用于每個(gè)聲道的音頻信號(hào)的信號(hào)波形間的差值來計(jì)算失真分量的失真分量計(jì)算部，以及用于將由于失真分量添加到用于每一聲道的音頻信號(hào)上而得到的加法結(jié)果提供給放大器的失真分量相加部。
因此，能正確地僅僅計(jì)算出由于揚(yáng)聲器的影響和經(jīng)由地線來自其他聲道的影響而疊加在放大的音頻信號(hào)上的失真分量，并且能抵消先前增加到音頻信號(hào)上的失真分量和由揚(yáng)聲器的影響以及來自其他聲道的影響而生成的失真分量。由此，能從揚(yáng)聲器中如實(shí)地發(fā)出根據(jù)音頻信號(hào)的聲音。


在附圖中圖1是表示根據(jù)第一實(shí)施例的音頻裝置的結(jié)構(gòu)的示意電路圖；圖2是表示揚(yáng)聲器的結(jié)構(gòu)的示意截面圖；圖3是表示揚(yáng)聲器的阻抗特性的示意圖；圖4A至4F是表示信號(hào)波形的示意波形圖；圖5A和5B是表示在沒有失真校正的情況下的頻率特性的示意波形圖；圖6A和6B是表示在具有失真校正的情況下的頻率特性的示意波形圖；圖7是表示在第一實(shí)施例中的失真系數(shù)的特性的示意波形圖；圖8A和8B是用于說明來自其他電路的再生電流的影響的示意電路圖；圖9A和9B是用于說明干擾的影響的示意電路圖；圖10是表示根據(jù)第二實(shí)施例的音頻裝置的結(jié)構(gòu)的示意電路圖；圖11A和11B是用于說明來自其他聲道的漏電流的影響的示意電路圖；圖12是表示聲道隔離(channel separation)特性的示意波形圖；圖13是表示在第二實(shí)施例中的失真系數(shù)的特性的示意波形圖；以及圖14A和14B是用于說明電流檢測電阻的連接部分的示意電路圖。
具體實(shí)施例方式
將參考附圖，描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
(1)第一實(shí)施例(1-1)音頻裝置的結(jié)構(gòu)參考圖1，根據(jù)第一實(shí)施例的音頻裝置1作為所謂的音頻放大器進(jìn)行操作，用于放大從音頻信號(hào)源3、諸如光盤(CD)播放器提供的音頻信號(hào)S1，并將所放大的信號(hào)提供給揚(yáng)聲器2。由此，從揚(yáng)聲器2發(fā)出根據(jù)音頻信號(hào)S1的聲音。
在此，如圖2中的截面圖所示，揚(yáng)聲器2具有圓錐形膜片21。經(jīng)由具有可彎曲性的樹脂材料制成的邊緣31，將膜片21固定在以幾乎缽狀形狀的框架22的前外周部中。膜片21能在到框架22的前后方向中自由地移動(dòng)(振動(dòng))。
在框架22中，將分別以幾乎盤狀形狀的頂板23、磁鐵24和背板25固定到背面，并設(shè)置桿狀磁軛(pole yoke)26以便從背板25的中心部分向前向方向中凸出。由于桿狀磁軛26穿過磁鐵24，并且在磁鐵24和頂板23間形成磁隙27，從而形成磁路。
由幾乎圓柱形的金屬材料制成音圈架(voice coil bobbin)28，它由阻尼器30同軸支撐并且固定到膜片21的后中心部分。盤繞音圈29以便使其位于磁隙27中。音圈29連接到經(jīng)由引線(未示出)固定到框架22上的連接端(未示出)，并且從音頻裝置1提供具有交變波形(alternative wave)的輸出音頻信號(hào)S4。
即，在揚(yáng)聲器2中，根據(jù)來自音頻裝置1的輸出音頻信號(hào)S4的電流流向音圈29，以便生成根據(jù)輸出音頻信號(hào)S4的電流的電動(dòng)勢。此時(shí)，在揚(yáng)聲器2中，在到其他部件、諸如框架22的前向方向中，由于電動(dòng)勢而在一個(gè)主體中振動(dòng)膜片21、音圈架28和音圈29。能通過振動(dòng)周圍空氣，而產(chǎn)生根據(jù)輸出音頻信號(hào)S4的聲音。
隨便說一下，在揚(yáng)聲器2中，如圖3所示，根據(jù)音圈29的屬性，阻抗根據(jù)頻率發(fā)生改變。阻抗在低諧振頻率時(shí)取最大值。如果頻率從低諧振頻率增加，則阻抗降低并且取最小值，即，額定阻抗。當(dāng)頻率進(jìn)一步增加時(shí)，阻抗逐漸增加。
此外，在揚(yáng)聲器2中，當(dāng)輸出音頻信號(hào)S4流向音圈29時(shí)，由于線圈的一般屬性，在音圈29中生成反電動(dòng)勢。由于反電動(dòng)勢而使得輸出音頻信號(hào)S4的電流波形失真，并且發(fā)出的聲音的質(zhì)量變差了。
因此，在音頻裝置1(圖1)中，由功率放大器12放大音頻信號(hào)S1，并且通過失真校正電路10校正由于揚(yáng)聲器2的音圈29的影響而引起的失真。
失真校正電路10首先通過失真分量加法器11，從音頻信號(hào)S1中減去失真分量信號(hào)S6(稍后將描述其細(xì)節(jié))以便生成加法(add)音頻信號(hào)S2，并將其提供給功率放大器12。
功率放大器12按預(yù)定放大系數(shù)放大加法音頻信號(hào)S2以便生成放大的音頻信號(hào)S3，并將所放大的音頻信號(hào)S3提供給失真校正電路10中的電流檢測電阻13。
電流檢測電阻13是幾乎不具有電抗分量的非感應(yīng)電阻。電流檢測電阻13稍微衰減從功率放大器12提供的放大的音頻信號(hào)S3，并將所衰減的信號(hào)作為輸出音頻信號(hào)S4傳送給揚(yáng)聲器2。此時(shí)，在電流檢測電阻13中，在所放大的音頻信號(hào)S3和輸出音頻信號(hào)S4間引起電勢差，以便能夠基于該電勢差，檢測放大的音頻信號(hào)S3和輸出音頻信號(hào)S4中的電流值的大小。注意到，由于電流檢測電阻13是非感應(yīng)電阻，所以兩端間的電勢差僅與流向電流檢測電阻13的電流的大小有關(guān)。
就此而言，在電流檢測電阻13中，選擇比較小的電阻值，諸如0.1Ω，以便最小地抑制由電流檢測電阻13引起的放大音頻信號(hào)S3的功率損耗。
在此，因?yàn)槭д娣至啃盘?hào)S6在初始狀態(tài)中為“0”，加法音頻信號(hào)S2變成幾乎與音頻信號(hào)S1相同的波形。然而，所放大的音頻信號(hào)S3和輸出音頻信號(hào)S4由于在揚(yáng)聲器2的音圈29中生成的所述反電動(dòng)勢的影響而變?yōu)槭д娌ㄐ?。?shí)際上，例如，當(dāng)音頻信號(hào)S1是如圖4A所示的方波時(shí)，放大的音頻信號(hào)S3和輸出音頻信號(hào)S4變成音頻信號(hào)S1(圖4A)的失真波形，如圖4B和4C所示。
將放大的音頻信號(hào)S3和輸出音頻信號(hào)S4提供給差動(dòng)放大器14。差動(dòng)放大器14計(jì)算放大的音頻信號(hào)S3和輸出音頻信號(hào)S4間的差值，以便按預(yù)定放大系數(shù)放大它們，并生成電流檢測信號(hào)S5(圖4D)，其表示流向電流檢測電阻13的電流波形(即，放大的音頻信號(hào)S3和輸出音頻信號(hào)4中的電流波形)，并且還將此信號(hào)傳送給失真分量運(yùn)算單元15。
就此而論，差動(dòng)放大器14進(jìn)行放大，以便使電流檢測信號(hào)S5的信號(hào)電平變?yōu)閹缀醯扔谝纛l信號(hào)S1的信號(hào)電平。
失真分量運(yùn)算單元15計(jì)算電流檢測信號(hào)S5和不包括失真分量的初始音頻信號(hào)S1間的差值，以便僅提取包括在放大的音頻信號(hào)S3和輸出音頻信號(hào)S4中的失真分量，并將其作為失真分量信號(hào)S6(圖4E)傳送到失真分量加法器11。
在此，失真分量信號(hào)S6對應(yīng)于這樣的信號(hào)，通過該信號(hào)，僅提取由來自揚(yáng)聲器2的反電動(dòng)勢生成的失真分量。即，失真校正電路10基于所放大的音頻信號(hào)S3和輸出音頻信號(hào)S4間的電勢差，檢測包括在輸出音頻信號(hào)S4中的失真分量。
如上所述，失真分量加法器11從不包括失真分量的初始音頻信號(hào)S1中推導(dǎo)出該失真分量信號(hào)S6。即，失真分量加法器11使失真分量信號(hào)S6的相位反相，并將其加到音頻信號(hào)S1上，以便生成其中以反相相位增加了失真分量的加法音頻信號(hào)S2(圖4F)，并將其傳送到功率放大器12。
響應(yīng)于此，功率放大器12照原樣放大其中以反相相位添加了失真分量的加法音頻信號(hào)S2，以便生成放大的音頻信號(hào)S3，并將輸出音頻信號(hào)S4經(jīng)電流檢測電阻13傳送到揚(yáng)聲器2。
此時(shí)，在放大的音頻信號(hào)S3和輸出音頻信號(hào)S4中，盡管如上所述由于揚(yáng)聲器2的音圈29中生成的反電動(dòng)勢而使波形失真，但是通過先前增加的具有反相相位的失真分量信號(hào)S6，抵消了由于反電動(dòng)勢而引起的失真分量。因此，放大的音頻信號(hào)S3和輸出音頻信號(hào)S4幾乎不包括失真分量，并且被校正成幾乎等于原始音頻信號(hào)S1的波形。
用這種方式，在音頻裝置1中，經(jīng)電流檢測電阻13、差動(dòng)放大器14、失真分量運(yùn)算單元15和失真分量加法器11組成的系統(tǒng)，執(zhí)行電流負(fù)反饋。因此，能將被校正成幾乎等于初始音頻信號(hào)S1的波形的輸出音頻信號(hào)S4提供給揚(yáng)聲器2的音圈29，而與來自音圈29的反電動(dòng)勢的影響無關(guān)。因此，能從揚(yáng)聲器2中如實(shí)地發(fā)出基于音頻信號(hào)S1的高質(zhì)量聲音。
(1-2)操作和影響根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，在音頻裝置1中的失真校正電路10中，在功率放大器12和揚(yáng)聲器2之間提供電流檢測電阻13。失真校正電路10通過電流檢測電路13和差動(dòng)放大器14檢測提供給揚(yáng)聲器2的輸出音頻信號(hào)S4的電流波形，作為電流檢測信號(hào)S5，并計(jì)算電流檢測信號(hào)S5和音頻信號(hào)S1間的差值以提取失真分量信號(hào)S6，并將失真分量信號(hào)S6以反相相位加到初始音頻信號(hào)S1上。
因此，通過失真校正電路10，對音頻信號(hào)S1執(zhí)行電流負(fù)反饋，以便能抵消由于揚(yáng)聲器2的音圈29中產(chǎn)生的反電動(dòng)勢而產(chǎn)生的輸出音頻信號(hào)S4的失真分量。因此，失真校正電路10能將不包括失真分量的輸出音頻信號(hào)S4提供給揚(yáng)聲器2。
將具有幾乎與不包括失真分量的初始音頻信號(hào)S1相同的信號(hào)波形的輸出音頻信號(hào)S4的電流提供給音圈29。因此，揚(yáng)聲器2能根據(jù)初始音頻信號(hào)S1如實(shí)地發(fā)出聲音。
注意到，失真校正電路10對音頻信號(hào)S1執(zhí)行電流負(fù)反饋。因此，即使在輸出音頻信號(hào)S4中生成任何失真，或即使失真不出現(xiàn)，也能夠根據(jù)初始音頻信號(hào)S1的信號(hào)波形如實(shí)地校正輸出音頻信號(hào)S4。
此外，失真校正電路10總是對音頻信號(hào)S1執(zhí)行電流負(fù)反饋。因此，每當(dāng)在輸出音頻信號(hào)S4中生成任何失真時(shí)，考慮到失真分量，能對音頻信號(hào)S1立即執(zhí)行校正。因此，能一直從揚(yáng)聲器2發(fā)出高質(zhì)量聲音。
在此，在僅使用功率放大器12而不使用失真校正電路10的傳統(tǒng)音頻裝置(未示出)中，電壓和電流的頻率特性如圖5A和5B所示。在傳統(tǒng)的音頻位置中，在音頻頻帶(約20Hz-20KHz)中，盡管對于電壓而言，增益和相位幾乎是平直的并且表示良好的特性(圖5A)，但對于電流而言，增益和相位根據(jù)頻率大大地改變(圖5B)。在這種情況下，揚(yáng)聲器2相對于流向音圈29的電流，生成電磁力。因此，將根據(jù)電流的頻率特性發(fā)出的聲音的頻率特性變差了；因此，降低了聲音質(zhì)量。
相反，根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的音頻裝置1中的失真校正電路10通過電流檢測電阻13和差動(dòng)放大器14檢測真正流向揚(yáng)聲器2的電流波形，作為電流檢測信號(hào)S5，并且基于電流檢測信號(hào)S5，通過電流負(fù)反饋，通過與輸入音頻信號(hào)S1相匹配，來校正輸出音頻信號(hào)S4的信號(hào)波形。
因此，在本發(fā)明的第一實(shí)施例的音頻裝置1中，如圖6A和6B所示，盡管對于電壓而言，干擾了增益和相位的特性(圖6A)，但對于電流而言，音頻頻帶中的增益和相位的特性變得幾乎平直；因此，它變?yōu)榱己玫念l率特性(圖6B)。因此，在音頻裝置1中，能從揚(yáng)聲器2發(fā)出良好質(zhì)量的聲音。
另外，如圖7所示，將在通過本發(fā)明的第一實(shí)施例的音頻裝置1中的失真校正電路10校正失真分量的情況下電壓(V)和電流(I)的失真系數(shù)的特性與在傳統(tǒng)的音頻裝置中未校正失真分量的情形相比，在音頻裝置1中，盡管通過失真校正電路10使電壓(V)的總諧波失真(THD)(在下文中，THD簡單地稱為失真系數(shù))增加(即，變差了)，但電流(I)的失真系數(shù)減小了并得到了改善。即，在音頻裝置1中，改善了從揚(yáng)聲器2發(fā)出的聲音的質(zhì)量特性，并且能顯著地改善聲音質(zhì)量。
另一方面，假定在由于來自其他電路、諸如電源電路的電流的影響而經(jīng)由地生成再生電流IT的情況下，例如，在如圖8A所示電流檢測電阻13在接地側(cè)連接到音頻裝置40的情況下，盡管經(jīng)由失真分量加法器(未示出)執(zhí)行了電流反饋，但由于來自其他電路(未示出)的再生電流IT的影響，點(diǎn)P1中的電勢由于地線上的阻抗ZG而改變了，并且電壓eo受到再生電流IT的影響。
此時(shí)，在音頻裝置40中，電壓eo不同于電流檢測電阻13的兩端處的電勢差。因此，不能正確地計(jì)算由于揚(yáng)聲器2的音圈29中生成的反電動(dòng)勢而引起的失真分量。因此，不能適當(dāng)?shù)匦Ｕ飨驌P(yáng)聲器2的信號(hào)電流IS的失真。
相反，在本發(fā)明的第一實(shí)施例的音頻裝置1中，如圖8B所示，由于在功率放大器12和揚(yáng)聲器2之間連接電流檢測電阻13(即，在信號(hào)線側(cè))，所以表示電流檢測信號(hào)S5的電勢的電壓eo不受再生電流IT的影響。
因此，音頻裝置1能通過電流檢測信號(hào)S5，正確地檢測電流檢測電阻13的兩端間的電勢差。因此，在沒有受到再生電流IT的影響的情況下，能高質(zhì)量地計(jì)算失真分量，并且能適當(dāng)?shù)匦Ｕ敵鲆纛l信號(hào)S4中生成的失真。
另外，假定在受到由于電磁波等引起的在電流檢測電阻13的兩端的干擾影響的情形下，例如，如圖9A所示，在音頻裝置40的情況下，作為電流檢測電阻13的兩端處的信號(hào)波形G1和G2，由于干擾，同樣電平的干擾噪聲分量N1和N2分別疊加在音頻信號(hào)上。
在這種情況下，在音頻裝置40中，因?yàn)榻拥貍?cè)的阻抗低，所以音頻信號(hào)的噪聲分量N2變?yōu)樾∮谠肼暦至縉1。因此，作為信號(hào)波形G3，當(dāng)通過差動(dòng)放大器14計(jì)算差值時(shí)，使作為噪聲分量N1和N2間的差值的噪聲分量N3疊加在電壓eo上；因此，不能正確地檢測出電流檢測電阻13的兩端間的電勢差。
另一方面，在本發(fā)明的實(shí)施例的音頻裝置1中，如圖9B所示，當(dāng)在電流檢測電阻13的兩端處受到干擾影響時(shí)，電流檢測電阻13的兩端處的阻抗幾乎相等。因此，作為信號(hào)波形G11和G12，分別疊加在流向電流檢測電阻13的兩端的放大的音頻信號(hào)S3和輸出音頻信號(hào)S4上的噪聲分量N11和N12的大小變?yōu)閹缀跸嗟取?br> 為此，在音頻裝置1中，如信號(hào)波形G13中所示，當(dāng)通過差動(dòng)放大器14計(jì)算差值時(shí)，噪聲分量幾乎不疊加到電壓eo上。因此，在音頻裝置1中，能正確地檢測出電流檢測電阻13的兩端間的電勢差，以及高精度地計(jì)算失真分量。因此，能適當(dāng)?shù)匦Ｕ谳敵鲆纛l信號(hào)S4中生成的失真。
此外，在音頻裝置1中，即使連接音頻裝置1和揚(yáng)聲器2的電纜受到干擾等的影響，并且噪聲疊加在輸出音頻信號(hào)S4上，也可以通過失真校正電路10僅提取不同于初始音頻信號(hào)S1的失真分量，并且能校正在輸出音頻信號(hào)S4中生成的失真分量。因此，能從揚(yáng)聲器2發(fā)出如實(shí)地再現(xiàn)音頻信號(hào)S1的聲音，而與干擾的影響無關(guān)。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，在音頻裝置1的失真校正電路10中，在功率放大器12和揚(yáng)聲器2之間提供電流檢測電阻13。通過電流檢測電阻13和差動(dòng)放大器14，計(jì)算失真分量，并且將其以反相相位增加到初始音頻信號(hào)S1上。因此，抵消由于在揚(yáng)聲器2的音圈29中出現(xiàn)的反電動(dòng)勢而生成的輸出音頻信號(hào)S4中的失真，并且能使輸出音頻信號(hào)S4被校正為等于不具有失真的輸入音頻信號(hào)S1的信號(hào)波形。因此，能顯著地改善揚(yáng)聲器2的聲音質(zhì)量。
(2)第二實(shí)施例(2-1)音頻裝置的結(jié)構(gòu)參考圖10，其中，將相同的附圖標(biāo)記添加到圖1中的相應(yīng)部件上，根據(jù)第二實(shí)施例的音頻裝置60是例如便攜式光盤(CD)播放器。音頻裝置60分別通過功率放大器72R和72L，放大在從形成CD再現(xiàn)部的音頻信號(hào)源63R和63L提供的左右兩個(gè)聲道上的音頻信號(hào)S11R和S11L，并且經(jīng)三級(jí)連接器(tripolar connector)62，將所放大的信號(hào)傳送到傳送到耳機(jī)61。由此，分別從耳機(jī)61中的右聲單元77R和左聲單元77L發(fā)出左右聲。
與音頻裝置1(圖1)相比，音頻裝置60除具有對應(yīng)于失真校正電路10的用于左右兩個(gè)聲道的失真校正電路70R和70L，以及通過共用地線76C的三芯電纜76連接在對應(yīng)于揚(yáng)聲器2的耳機(jī)61中的右聲單元77R和左聲單元77L的方面外，具有共同的結(jié)構(gòu)。
在此，三芯電纜76通過右信號(hào)線76R，連接失真校正電路70R和右聲單元77R，以及通過左信號(hào)線76L，連接失真校正電路70L和左聲單元77L，并且由右信號(hào)線76R和左信號(hào)線76L共用地線76C。
音頻裝置60中的失真校正電路70R(右(R)聲道)通過失真分量加法器71，從音頻信號(hào)S11R中推導(dǎo)出失真分量信號(hào)S16R，以生成加法音頻信號(hào)S12R，并且將其提供給功率放大器72R，這與音頻裝置1(圖1)中的上述失真校正電路10R類似。
功率放大器72R放大加法音頻信號(hào)S12R，以生成放大的音頻信號(hào)S13R，這與功率放大器12(圖1)類似，并將其提供給電流檢測電阻73R。
電流檢測電阻73R是非感應(yīng)電阻。電流檢測電阻73R稍微衰減從功率放大器72R提供的放大的音頻信號(hào)S3以便生成輸出音頻信號(hào)S14R，并且經(jīng)由三級(jí)連接器62和耳機(jī)61的三芯電纜76，將其提供給右聲單元77R。
此時(shí)，失真校正電路70R通過電流檢測電阻73R和差動(dòng)放大器74R檢測將傳送到右聲單元77R的輸出音頻信號(hào)S14R的電流波形，作為電流檢測信號(hào)S15R，計(jì)算電流檢測信號(hào)S15R和音頻信號(hào)S11R間的差值，以便提取失真分量信號(hào)S16R，并且通過失真分量加法器71R，將失真分量以反相相位增加到初始音頻信號(hào)S11R上。
因此，在音頻裝置60中，能通過失真校正電路70R，預(yù)先校正由于在右聲單元77R的音圈78R中生成的反電動(dòng)勢而引起的輸出音頻信號(hào)S14R中的失真。因此，能使被校正成幾乎等于初始音頻信號(hào)S11R的信號(hào)波形的輸出音頻信號(hào)S14R流向右聲單元77R的音圈78R。由此，能從右聲單元77R發(fā)出如實(shí)地根據(jù)音頻信號(hào)S11R的聲音。
注意到，就音頻裝置60中的失真校正電路70L(左(L)聲道)而言，與失真校正電路70R(右聲道)類似，能使被校正成幾乎等于初始音頻信號(hào)S11L的信號(hào)波形的輸出音頻信號(hào)S14L流向左聲單元77L的音圈78L。由此，能從左聲單元77L發(fā)出如實(shí)地根據(jù)聲音信號(hào)S11L的聲音。
(2-2)操作和效果根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，在音頻裝置60(圖10)中的失真校正電路70R和70L中，與根據(jù)第一實(shí)施例的音頻裝置10(圖1)中的失真校正電路10類似，分別在功率放大器72R和72L與右聲單元77R和左聲單元77L之間提供電流檢測電阻73R和73L。失真校正電路70R和70L通過電流檢測電阻73R和73L以及差動(dòng)放大器74R和74，檢測將提供給右聲單元77R和左聲單元77L的輸出音頻信號(hào)S14R和S14L的電流波形，分別作為電流檢測信號(hào)S15R和S15L，計(jì)算電流檢測信號(hào)S15R和S15L與音頻信號(hào)S11R和S11L間的差值以便提取失真分量信號(hào)S16R和S16L，并且將失真分量信號(hào)S16R和S16L分別以反相相位增加到初始音頻信號(hào)S11R和S11L上。由此，執(zhí)行了所謂的電流負(fù)反饋。
由此，分別通過失真校正電路70R和70L，對音頻信號(hào)S11R和S11L執(zhí)行負(fù)反饋，以便能抵消由于在右聲單元77R的音圈78R和左聲單元77L的音圈78L中生成的反電動(dòng)勢而引起的輸出音頻信號(hào)S14R和S14L中的失真。由此，能將幾乎不包括失真分量的輸出音頻信號(hào)S14R和S14L提供給右聲單元77R和左聲單元77L。
在右聲單元77R和左聲單元77L中，將具有幾乎等于不包括失真分量的初始音頻信號(hào)S11R和S11L的信號(hào)波形的輸出音頻信號(hào)S14R和S14L分別提供給音圈78R和78L。因此，能發(fā)出如實(shí)地根據(jù)初始音頻信號(hào)S11R和S11L的高質(zhì)量聲音。
此外，與失真校正電路10類似，失真校正電路70R和70L分別對音頻信號(hào)S11R和S11L執(zhí)行電流負(fù)反饋。因此，即使在輸出音頻信號(hào)S11R和S11中生成任何失真，或即使失真未發(fā)生，在它們的信號(hào)波形分別等于初始音頻信號(hào)S11R和S11L的情況下，也能將輸出音頻信號(hào)S14R和S14L提供給右聲單元77R和左聲單元77L。
此外，將考慮由于共用地線76C而引起的到其他聲道的漏電流的影響。在僅具有功率放大器72R和72L以及其中不校正失真分量的音頻裝置80中，如圖11A所示，例如，當(dāng)將音頻信號(hào)S11R從音頻信號(hào)源63R僅提供給左聲道時(shí)，地線76C具有阻抗ZC，并且地線76C的分支點(diǎn)P2處的電勢將不為“0”。因此，信號(hào)電流IS的漏電流IL流向用于左聲道的左聲單元77L，并且從左聲單元77L稍微發(fā)出右聲道上的聲音；因此，所謂的聲道隔離變得更糟。
另一方面，如圖11B所示，在本發(fā)明的第二實(shí)施例的音頻裝置60的情況下，當(dāng)將音頻信號(hào)S11R從音頻信號(hào)源63R僅提供給右聲道時(shí)，與音頻裝置80的情形類似，由于地線76C上的阻抗ZC的影響，分支點(diǎn)P2處的電勢不為“0”。因此，信號(hào)電流IS的漏電流IL流向用于左聲道的左聲單元77L。
然而，在音頻裝置60中，通過用于左聲道的失真校正電路70L校正輸出音頻信號(hào)S14L的信號(hào)波形，以便調(diào)整到初始音頻信號(hào)S11L的信號(hào)波形。因此，將右聲道上的信號(hào)電流IS的漏電流IL檢測為失真分量，并且能將其中以反相相位增加了失真分量的輸出音頻信號(hào)S14L提供給左聲單元77L。
因此，在音頻裝置60中，能通過由用于左聲道的失真校正電路70L生成的輸出音頻信號(hào)S14L，抵消漏電流分量。因此，當(dāng)從左聲單元77L傳送左聲道上的聲音時(shí)，能防止疊加和提供由于來自左聲道的漏電流IL而引起的聲音，并且能改善聲道隔離。
另外，在音頻裝置60中，同樣對于從左聲道到右聲道的漏電流而言，與從右聲道到左聲道的漏電流IL類似，能類似地將其檢測為失真分量并能進(jìn)行校正。此外，能將互漏電流檢測為失真分量，并且能同時(shí)在右聲道和左聲道中進(jìn)行校正。因此，能在左右兩個(gè)聲道上改善聲道隔離。
在此，在音頻裝置80的情形(不具有失真校正)和本發(fā)明的第二實(shí)施例的音頻裝置60的情形(具有失真校正)中的聲道隔離的測量結(jié)果如圖12所示。參考圖12，關(guān)于從右聲道(R)到左聲道(L)的情形以及從左聲道(L)到右聲道(R)的情形，在具有失真校正的情況下，與不具有失真校正的情形相比，使聲道隔離改善了約30dB。這表明能分別從右聲單元77R和左聲單元77L(圖10)發(fā)出高質(zhì)量聲音。
關(guān)于這一點(diǎn)，參考圖12，在具有失真校正的情況下，在由于從右聲道(R)到左聲道(L)的漏電流而導(dǎo)致的輸出電平和由于從左聲道(L)到右聲道(R)的漏電流而導(dǎo)致的輸出電平之間，生成微小差異。然而，估計(jì)到它是由測量誤差引起的。
接著，在音頻裝置80(不具有失真校正)和本發(fā)明的第二實(shí)施例的音頻裝置60(具有失真校正)中的失真系數(shù)特性的測量結(jié)果如圖13所示。參考這個(gè)圖13，在具有失真校正的情況下，與不具有失真校正的情形相比，在左右兩個(gè)聲道上，降低了失真系數(shù)。這表明通過失真校正改善了從右聲單元77R和左聲單元77L(圖10)發(fā)出的聲音質(zhì)量。
另一方面，對于如圖14A所示的音頻裝置90，如果電流檢測電阻93與共用的接地側(cè)相連，則左右兩個(gè)聲道上的信號(hào)電流流向電流檢測電阻93。因此，不能獨(dú)立地檢測分別流向左聲道和右聲道的電流的波形。即，不能高精度地提取失真分量，并且不能適當(dāng)?shù)匦Ｕд娣至俊?br> 相反，如圖14B所示，在本發(fā)明的第二實(shí)施例的音頻裝置60中，電流檢測電阻73R和73L分別連接在功率放大器72R和72L與右聲單元77R和左聲單元77L之間(即利用信號(hào)線側(cè))。因此，能通過電流檢測電阻73R和73L，單獨(dú)地檢測分別流向左聲道和右聲道的電流的波形，并且能高精度地提取左聲道和右聲道上的每個(gè)失真分量，而且能適當(dāng)?shù)匦Ｕд娣至俊?br> 根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，在音頻裝置60(圖10)中的失真校正電路70R和70L中，分別在功率放大器72R和72L與右聲單元77R和左聲單元77L之間提供電流檢測電阻73R和73L。通過電流檢測電阻73R和73L以及差動(dòng)放大器74R和74L，計(jì)算左右聲道每一個(gè)上的失真分量，并且分別將失真分量以反相相位增加到初始音頻信號(hào)S11R和S11L上。由此，抵消分別以反相相位增加到音頻信號(hào)S11R和S11L上的失真分量、以及由在右聲單元77R的音圈78R和左聲單元77L的音圈78L中生成的反電動(dòng)勢與來自其他聲道的漏電流而引起的輸出音頻信號(hào)S14R和S14L中的失真分量。因此，能使輸出音頻信號(hào)S14R和S14L校正到等于初始音頻信號(hào)S11R和S11L的信號(hào)波形。由此，能改善從右聲單元77R和左聲單元77L發(fā)出的聲音的聲道隔離；因此，能改善聲音質(zhì)量。
(3)其他實(shí)施例在上述第一實(shí)施例中，已經(jīng)論及了通過電流檢測電阻13和差動(dòng)放大器14檢測流向揚(yáng)聲器2的電流的波形的情形。然而，本發(fā)明不僅僅局限于此，而且可以通過例如電磁線圈檢測流向揚(yáng)聲器2的電流的波形。關(guān)于第二實(shí)施例也與此類似。
另外，在上述第二實(shí)施例中，已經(jīng)論及了在具有左右兩個(gè)聲道以及共用地線76C的音頻裝置60中，分別提取左右兩個(gè)聲道上的失真分量，以及分別校正失真分量的情形。然而，本發(fā)明不僅僅局限于此，而且在由任何多個(gè)聲道共用地線的音頻裝置、諸如具有實(shí)現(xiàn)例如環(huán)繞系統(tǒng)的四個(gè)聲道并且由四個(gè)聲道共用地線的音頻裝置中，可以單獨(dú)地提取每一聲道上的失真分量，并且可以分別校正失真分量。
另外，在上述第一實(shí)施例中，已經(jīng)論及了將輸出音頻信號(hào)S4提供給錐形揚(yáng)聲器2的情形。然而，本發(fā)明不僅僅局限于此，而是可以將輸出音頻信號(hào)S4提供給具有包括音圈的另一系統(tǒng)的揚(yáng)聲器、諸如圓頂形揚(yáng)聲器，或是具有將使所提供的輸出音頻信號(hào)S4的電流波形失真的各種系統(tǒng)的揚(yáng)聲器。
另外，在上述第一和第二實(shí)施例中，已經(jīng)論及了將本發(fā)明應(yīng)用于作為音頻放大器進(jìn)行操作的音頻裝置1和作為便攜式CD播放器的音頻裝置60的情形。然而，本發(fā)明不僅僅局限于此，而是可以應(yīng)用于具有用于放大從預(yù)定音頻信號(hào)源提供的音頻信號(hào)并將其提供給揚(yáng)聲器、耳機(jī)等的音頻信號(hào)放大器電路的各種電子設(shè)備，所述電路諸如為在電視接收機(jī)中內(nèi)置的音頻電路部、以及個(gè)人計(jì)算機(jī)、蜂窩電話等中的音頻電路部。
另外，在上述實(shí)施例中，已經(jīng)論及了用作音頻信號(hào)放大裝置的音頻裝置1具有用作放大器的功率放大器12、用作電流檢測部的電流檢測電阻13和差動(dòng)放大器14、用作失真分量計(jì)算部的失真分量運(yùn)算單元15、以及用作失真分量相加部的失真分量加法器11。然而，本發(fā)明不僅僅局限于此，而是音頻信號(hào)放大裝置可以包括具有其他各種電路結(jié)構(gòu)的放大器、電流檢測部、失真分量計(jì)算部和失真分量相加部。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在不受到寄生噪聲的影響的情況下，能正確地僅僅計(jì)算出由于揚(yáng)聲器的影響而疊加在放大的音頻信號(hào)上的失真分量，并且能抵消由于揚(yáng)聲器的影響生成的失真分量和增加到音頻信號(hào)上的失真分量。因此能從揚(yáng)聲器發(fā)出如實(shí)地根據(jù)音頻信號(hào)的聲音。因此，能實(shí)現(xiàn)能夠改善從揚(yáng)聲器發(fā)出的聲音的質(zhì)量的音頻信號(hào)放大裝置和失真校正方法。
此外，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，能正確地僅僅計(jì)算出由于揚(yáng)聲器的影響和經(jīng)由地線來自其他聲道的影響而疊加在放大的音頻信號(hào)上的失真分量，并且能抵消先前增加到音頻信號(hào)上的失真分量和由揚(yáng)聲器的影響生成的失真分量。因此，能從揚(yáng)聲器發(fā)出如實(shí)地根據(jù)音頻信號(hào)的聲音。因此，能實(shí)現(xiàn)能夠改善將從揚(yáng)聲器發(fā)出的聲音的質(zhì)量的音頻信號(hào)放大裝置。
盡管已經(jīng)結(jié)合本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述，但對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，顯然可以進(jìn)行各種改變、修改、組合、子組合和替代，因此，旨在使所附權(quán)利要求書中涵蓋落入本發(fā)明的真正精神和范圍內(nèi)的所有這些改變和修改。
本發(fā)明也可以用在具有音頻信號(hào)放大器電路的各種電子設(shè)備中。
權(quán)利要求
1.一種音頻信號(hào)放大設(shè)備，包括放大器，用于放大音頻信號(hào)和生成放大的音頻信號(hào)；在所述放大器和揚(yáng)聲器之間提供的電流檢測裝置，用于當(dāng)將所述放大的音頻信號(hào)從放大器傳送到揚(yáng)聲器時(shí)，檢測由于受揚(yáng)聲器的影響而在其上疊加了失真分量的所述放大的音頻信號(hào)的電流波形；失真分量計(jì)算裝置，用于基于所述電流波形和所述音頻信號(hào)的信號(hào)波形間的差值，計(jì)算所述失真分量；以及失真分量相加裝置，用于將由于所述失真分量增加到所述音頻信號(hào)上而得到的加法結(jié)果提供給所述放大器。
2.如權(quán)利要求1所述的音頻信號(hào)放大設(shè)備，其中，所述電流檢測裝置基于串聯(lián)連接在所述放大器和所述揚(yáng)聲器之間的非感應(yīng)電阻的兩端的電勢差，檢測電流檢測信號(hào)。
3.一種音頻信號(hào)放大設(shè)備，用于經(jīng)由分別由多個(gè)聲道的每一個(gè)共用的地線，將通過分別放大多個(gè)聲道上的音頻信號(hào)而獲得的多個(gè)放大的音頻信號(hào)傳送到所述每一聲道的揚(yáng)聲器，該音頻信號(hào)放大設(shè)備包括放大器，用于放大用于每個(gè)聲道的所述音頻信號(hào)，并生成所述放大的音頻信號(hào)；在所述放大器和每個(gè)聲道的揚(yáng)聲器之間提供的電流檢測裝置，用于當(dāng)將所述放大的音頻信號(hào)從放大器傳送到揚(yáng)聲器時(shí)，分別檢測由于受揚(yáng)聲器的影響和經(jīng)由地線來自其他聲道的影響而在其上疊加了失真分量的放大的音頻信號(hào)的電流波形；失真分量計(jì)算裝置，用于基于所述電流波形和用于每個(gè)聲道的所述音頻信號(hào)的信號(hào)波形間的差值，計(jì)算所述失真分量；以及失真校正裝置，用于將由于所述失真分量增加到用于每一聲道的所述音頻信號(hào)上而得到的加法結(jié)果提供給所述放大器。
4.一種音頻信號(hào)放大設(shè)備中的失真校正方法，所述設(shè)備通過放大器放大音頻信號(hào)，并將所放大的信號(hào)傳送到揚(yáng)聲器，該音頻信號(hào)放大設(shè)備中的失真校正方法包括電流檢測步驟，在將由所述放大器放大的所述音頻信號(hào)提供給所述揚(yáng)聲器之前，檢測由于受揚(yáng)聲器的影響而在其上疊加了失真分量的所述放大的音頻信號(hào)的電流波形；失真分量計(jì)算步驟，基于所述電流波形和所述音頻信號(hào)的信號(hào)波形間的差值，計(jì)算所述失真分量；以及失真分量相加步驟，將由于所述失真分量增加到所述音頻信號(hào)上而得到的加法結(jié)果提供給所述放大器。
全文摘要
作為本發(fā)明的實(shí)施例，由功率放大器放大音頻信號(hào)，并生成放大的音頻信號(hào)。通過在功率放大器和揚(yáng)聲器間提供的電流檢測電阻和差動(dòng)放大器，當(dāng)將放大的音頻信號(hào)作為輸出音頻信號(hào)提供給揚(yáng)聲器時(shí)，將由于受揚(yáng)聲器的影響而在其上疊加了失真分量的放大的音頻信號(hào)和輸出音頻信號(hào)的電流波形檢測為電流檢測信號(hào)。基于電流檢測信號(hào)和音頻信號(hào)間的差值，計(jì)算失真分量信號(hào)。并且，將通過失真分量加法器把失真分量信號(hào)增加到音頻信號(hào)上而得到的加法結(jié)果提供給功率放大器。
文檔編號(hào)H04R3/04GK1842223SQ20061006834
公開日2006年10月4日 申請日期2006年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月29日
發(fā)明者串田秀明, 齋藤浩 申請人:索尼株式會(huì)社