專利名稱：熱聲換能器的制作方法
熱聲換能器
本發(fā)明涉及熱聲換能器。更具體地，本發(fā)明涉及一種熱聲換能器，其包括
基本上為空的殼體，其中容納一個通常被稱為熱聲組套(thermo-acoustic stack)
的溫度梯度元件。
使用熱聲原理產(chǎn)生或增強(qiáng)聲音是公知的。例如，美國專利US5369625 (Gabnelson)公開了一種能沉入水中的聲音產(chǎn)生器。該產(chǎn)生器包括一個管狀的 共鳴器，在其較低端開口而在其較高端封閉， 一個所謂的熱聲組套位于其中。 在組套中， 一對熱交換器產(chǎn)生溫度梯度，其中一個交換器被化學(xué)燃料加熱而另 一交換器被周圍的水降溫。該溫度梯度允許在共鳴器中產(chǎn)生高幅度振蕩。
一般的熱聲發(fā)生器僅僅能夠產(chǎn)生單調(diào)的聲音，也就是在基本上固定的音量 上具有單一頻率的聲音。這限制了熱聲裝置在音頻系統(tǒng)中的應(yīng)用。盡管如此，
仍然非常期望在音頻系統(tǒng)中使用熱聲裝置，因?yàn)樗鼈儧]有移動的部件，這構(gòu)成 了相對于傳統(tǒng)擴(kuò)音器的重要優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明的一個目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的這些問題，尤其是提供一種可以在音 頻系統(tǒng)中方便地使用的熱聲換能器裝置。
因此，本發(fā)明提供一種熱聲換能器裝置，包括一個基本上為空的殼體，其 中容納至少一個熱聲元件；以及耦合到熱聲元件用于控制該元件的溫度梯度的
加熱控制單元，其中該加熱控制單元被配置為由控制信號控制；并且其中該裝
置還包括耦合至咖熱控制單元用于響應(yīng)音頻信號產(chǎn)生控制信號的調(diào)制單元。
通過提供可以由控制信號控制的加熱控制單元，熱聲元件的溫度梯度以及 因此由熱聲裝置產(chǎn)生的聲學(xué)能量(音量)可以被控制。通過提供用于響應(yīng)音頻 信號產(chǎn)生控制信號的調(diào)制單元，熱聲元件的加熱以及因此產(chǎn)生的音量被輸入音 頻信號控制。因此，可以獲得幅度調(diào)制的音頻信號，調(diào)制由輸入音頻信號確定。 該裝置尤其但不限于對再現(xiàn)低音信號是有用的。
應(yīng)當(dāng)注意熱聲元件可以是本身已公知的熱聲組套，該組套可以一組基本上 平行的間隔板構(gòu)成，其優(yōu)選地設(shè)置在平行于空的殼體的長度的平面上。組套的材料可以是多孔滲透的，盡管也可以使用金屬。在典型實(shí)施例中，熱聲元件包 括一個或多個與間隔板的一端熱連接的加熱單元。
還要注意在本發(fā)明的裝置或單元中可以有一個以上的熱聲元件，例如，可 以提供兩個或三個熱聲單元。
在{，實(shí)施例中，調(diào)制單元包括帶通濾波器單元，用于選擇音頻信號的 頻帶；以及檢測器單元，用于檢測帶通濾波音頻信號的包絡(luò)，從而產(chǎn)生控制信 號。帶通濾波器允許選擇相關(guān)的頻帶，例如低音頻帶。包絡(luò)檢測器產(chǎn)生一個合 適的調(diào)制信號，進(jìn)而該信號用作加熱控制信號來調(diào)節(jié)聲級。
在有利的實(shí)施例中，調(diào)制單元還包括低通濾波器單元，用于低通濾波控制 信號。這保證了從控制信號中基本上移除可能由包絡(luò)檢觀y器弓l入的任何不想要 的頻率成分。
注意國際專利申請WO2005/027569 (Philips)公開了一種音頻裝置，其中 為經(jīng)設(shè)置運(yùn)行在它的諧振頻率下的換能器(transducer)產(chǎn)生單頻驅(qū)動信號。這 種已知裝置的換能器是傳統(tǒng)的擴(kuò)音器，該文檔中沒有公開熱聲裝置。
本發(fā)明還提供了一種驅(qū)動熱聲換能器裝置的方法，該熱聲換能器包括基本 上空的殼體，其中至少容納一個熱聲元件，以及耦合到該熱聲元件用于控制該 元件的溫度梯度的加熱控制單元，該方法包括以下步驟
響應(yīng)音頻信號產(chǎn)生控制信號，以及
-M控制信號控制加熱控制單元。
有利地，本發(fā)明的方法還包括步驟
-選g頻信號的頻帶，以及 -檢測帶通濾波音頻信號的包絡(luò)從而產(chǎn)生控制信號。 本發(fā)明還提供音頻系統(tǒng)，包括音頻放大器以及上面定義的熱聲換能器裝置。
該音頻系統(tǒng)還可以包括一個或多個擴(kuò)音器和一個聲源，例如，DVD播放器、無 線電調(diào)諧器、互聯(lián)網(wǎng)終端禾口/或MP3或AAC播放器。
下面將參考在相應(yīng)附圖中示意的典型實(shí)施例進(jìn)一步解釋本發(fā)明，其中
圖1示意性地示出依照現(xiàn)有技術(shù)的熱聲換能器單元。 圖2示意性地示出依照本發(fā)明的熱聲換能器裝置的第一實(shí)施例。 圖3示意性i也示出依照本發(fā)明的音頻系統(tǒng)的第一實(shí)施例。
圖4示意性地示出依照本發(fā)明的音頻系統(tǒng)的第二實(shí)施例。
通過圖1的例子所示的依照現(xiàn)有技術(shù)的熱聲換能器單元1包括基本上為空 的殼體10，其中容納一個熱聲元件11，以及耦合到熱聲元件11用于控制其溫度梯度的加熱控制單元2。這個空的殼體10可以是管狀的。在所示的例子中， 殼體10具有封閉端12和開口端13。
熱聲元件11通常包括間隔板的堆疊以及一個或多個加熱單元，*板的一 端熱耦合到加熱單元，從而提供局部加熱。每個板的另一端通常并不被加熱， 或者甚至可能被P軒顯，從而在板的堆疊中產(chǎn)生溫度梯度。作為這種溫度梯度的 結(jié)果，在殼體10的內(nèi)細(xì)每產(chǎn)生駐波殼體10內(nèi)的空氣將共振，熱聲元件ll提 供所需的能量。ilil設(shè)定由加熱控制單元2產(chǎn)生的加熱電流，元件ll的溫度梯 度可以被設(shè)定為合適的固定的值?？梢允褂脠D1的熱聲換能器單元代替?zhèn)鹘y(tǒng)的 擴(kuò)音器來產(chǎn)生單調(diào)。
在圖2中僅僅作為非限定性例子顯示的依照本發(fā)明的熱聲換能器裝置8包 括熱聲換能器單元1 、加熱控制單元2和調(diào)制單元3 。
圖2的裝置8中使用的熱聲換能器單元1可以基本上與圖1的熱聲換能器 單元1相同，并且也可以包括基本上為空的殼體10，其中容納至少一個熱聲元 件ll;以及加熱控制單元2，其電耦合到熱聲元件ll用于控制其溫度梯度。
在所示的例子中，熱聲換能器單元1的空的殼體(圖1中的10)具有封閉 端和開口端?？盏臍んw可以是管狀的，具有基本上圓或者橢圓的橫截面，盡管 還可以使用例如長方形、正方形、三角形、六邊形和八邊形等其它橫截面。
熱聲元件(圖l中的ll)可以包括例如戰(zhàn)提至啲，在此將其全部內(nèi)容結(jié) 合到本文中的US5369625中公開的傳統(tǒng)熱聲組套。加熱控制單元2電耦合到熱 聲元件ll用于控制其溫度梯度?？梢蕴峁┥崞?未示出)來對該熱聲元件ll 的另一端降溫。
依照本發(fā)明，加熱控制單元2被配置為由控制信號Sm控制，并且該裝置另外還包括耦合到加熱控制單元2用于響應(yīng)音頻信號^產(chǎn)生控制信號的調(diào)制單元 3。通過允許外部信號控制加熱控制單元2，可以容易地改變熱聲元件ll的溫度梯度。m提供用于從音頻信號Si中獲得控制信號Sm的調(diào)制單元，可以獲得音 頻信號控制的溫度梯度，從而產(chǎn)生頻信號控制的音級。
圖2所示的調(diào)制單元3包括帶逾搶波器31、包絡(luò)檢測器32以及低通濾波 器33。帶通濾波器31接收輸入音頻信號St并選擇該音頻信號的理想頻帶，例 如低音頻帶，盡管可以選擇較高的頻帶。濾波的音頻信號傳遞到包絡(luò)檢測器32， 其產(chǎn)生表示濾波音頻信號的包絡(luò)的包謝言號。該包絡(luò)信號然后被(任選的)低 通濾波器33低通濾波，以產(chǎn)生調(diào)制信號Sm。該調(diào)帶K言號然后被加熱控制單元2 接收作為控制信號。結(jié)果，依照輸入音頻信號S,，調(diào)制(或控制)信號SJ每調(diào) 制熱聲元件中的溫度梯度，從而調(diào)制熱聲單元1產(chǎn)生產(chǎn)生的聲級。換言之，熱 聲單元1產(chǎn)生的聲級將隨著輸入音頻信號S,改變。
本發(fā)明的熱聲換能器裝置8非常適合再現(xiàn)低音聲音，例如，頻率范圍為20 到80Hz，盡管本發(fā)明并不限定于此，而且也可以再現(xiàn)其它音頻范圍。體8有 效地把所選頻率范圍映射到熱聲單元1的共振頻率。因此ttiMk,該共振頻率 位于帶通濾波器31所選的頻率范圍內(nèi)，盡管這并不是關(guān)鍵的。
當(dāng)用于再J見低音頻率時，本發(fā)明的裝置8尤其適合代替音頻系統(tǒng)中的傳統(tǒng) 亞低音擴(kuò)音器。本發(fā)明的裝置8還可以用于亞音范圍。
本發(fā)明的特別合適的應(yīng)用是火警報警器，以及必須產(chǎn)生具有較高聲級的聲 音的其它聲音報警裝置。本發(fā)明的熱聲換能器裝子允許提供簡潔但強(qiáng)大的聲音 報警。
在圖2的實(shí)施例中，熱聲換能器單元1的熱聲元件(圖l中的ll)中產(chǎn)生 的所有熱量由電產(chǎn)生，并且由加熱控制單元2控制。所需的部分熱量由其它方 式產(chǎn)生，例如由音頻系統(tǒng)的功率放大器產(chǎn)生，這也是有可能的。在這種情況下， 熱管可以連接功率放大器和熱聲元件。
圖3示意性示出依照本發(fā)明的音頻系統(tǒng)的典型實(shí)施例。本發(fā)明的音頻系統(tǒng) 9包括熱聲換能器單元l，其包括加熱控制單元2、低音調(diào)制器(BM)單元3; 音頻放大器(AA) 4;擴(kuò)音器6和聲源(SS) 7。熱聲換能器單元l可以是圖l 所示的現(xiàn)有技術(shù)單元。低音調(diào)制單元3可以對應(yīng)于圖2的調(diào)制單元3，并且在該 實(shí)施例中被設(shè)計(jì)為把低音頻率鵬t到熱聲換能器單元1的頻率。低音調(diào)制單元3 從音頻放大器4接收(放大的)音頻信號。擴(kuò)音器6可以是設(shè)計(jì)為產(chǎn)生中頻和 高頻聲音的傳統(tǒng)擴(kuò)音器，也從音頻放大器4接收放大的音頻信號。音頻信號由 聲源7發(fā)起，聲源7可以是CD播放器、DVD播放器、計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)終端、 AAC或者M(jìn)P3播放器、或者任何其它合適的聲源。在圖3的音頻系統(tǒng)9中，熱聲換能器單元1允許非常有的效產(chǎn)生低音聲音。
為了清楚，本發(fā)明的音頻系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括圖中沒有示出的組件。例如，
可以在音頻放大大器4和擴(kuò)音器6之間設(shè)置交迭濾波器(cross-over filter)。
圖4示意了依照本發(fā)明的音頻系統(tǒng)的替代實(shí)施例。音頻系統(tǒng)9的該實(shí)施例 包括與圖3的實(shí)施例相同的部件。然而，熱聲換能器單元1已經(jīng)被修改為包括 擴(kuò)音器，也被稱為(聲學(xué))揚(yáng)聲器14。該聲學(xué)揚(yáng)聲器14在空殼體(圖1中的 10)的一端并且被耦合到音頻放大器4。
修改的熱聲單元l'育的多產(chǎn)生較大范圍的頻率。低音調(diào)制器3和加熱控制2 仍然控制單元l'產(chǎn)生的聲級。因此揚(yáng)聲器14產(chǎn)生的聲音可以被熱聲元件(圖 1中的11)幅度調(diào)制。在某些實(shí)施例中，聲學(xué)揚(yáng)聲器可以再現(xiàn)音頻信號的第一 頻率范圍，而低音調(diào)制單元基于同^t頻信號的另一頻率范圍產(chǎn)生調(diào)制(控制) 信號。例如，200到1000Hz的第一頻率范圍可以依靠第二頻率范圍40到100Hz 而被幅度調(diào)制，從而提高音頻信號的低音感覺。
本發(fā)明基于這種理解，即熱聲換能器可以有利的用于提供低音聲音，尤其 是當(dāng)?shù)鸵舴秶挥成涞胶苷念l帶時。
注意，本文檔中使用的任何術(shù)語不應(yīng)當(dāng)解釋為限定本發(fā)明的范圍。尤其， 單詞"包括"并不意味著排除這里沒有專門陳述的任何部件。單個(電路)元 件可以被多個(電路)元件或者它們的等價物代替。在本文檔中，熱聲(換能 器)裝置意味著包括至少一個熱聲(換能器)單元。
本領(lǐng)域技術(shù)人員明白本發(fā)明決不限定為上述實(shí)施例，并且可以在不脫離附 加的權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的范圍的情況下，可以進(jìn)行多種改進(jìn)和添加。
權(quán)利要求
1、一種熱聲換能器裝置(8)，包括-基本上為空的殼體(10)，其中容納至少一個熱聲元件(11)，-加熱控制單元(2)，耦合到所述至少一個熱聲元件(11)，用于控制該元件的溫度梯度，該加熱控制單元(2)被配置為由控制信號(Sm)控制，以及-調(diào)制單元(3)，耦合到該加熱控制單元(2)用于響應(yīng)音頻信號(Si)產(chǎn)生該控制信號(Sm)。
2、 如權(quán)利要求1所述的換能器裝置，其中所述調(diào)制單元(3)包括 -帶通濾波器單元(31)，用于選擇音頻信號(S》的頻帶，以及 -檢測器單元(32)，用于檢測帶通濾波音頻信號的包絡(luò)，從而產(chǎn)生所述控制信號(Sm)。
3、 如權(quán)利要求2所述的換能器裝置，其中所述調(diào)制單元(3)還包括 -低通濾波器單元(33)，用于低通濾波所述控制信號(Sm)。
4、 一種音頻系統(tǒng)(9)，包括 -音頻放大器(4)，以及-如權(quán)利要求1 ， 2或3所述的熱聲換能器裝置(8)。
5、 如權(quán)禾腰求4所述的音頻系統(tǒng)，還包括聲源(7)禾D/或至少一個擴(kuò)音器 (6)。
6、 如權(quán)利要求4所述的音頻系統(tǒng)，其中所述熱聲換能器裝置(8)包括聲 學(xué)揚(yáng)聲器(14)。
7、 一種報，置，包括如權(quán)利要求l， 2或3所述的熱聲換能器裝置(8)。
8、 一種驅(qū)動熱聲換能器體(8)的方法，所述熱聲換能器裝置8包括 -基本上空的殼體(10)，其中容納至少一個熱聲元件(11)， -加熱控制單元(2)，耦合到所述至少一個熱聲元件(11)，用于控制該元件的溫度梯度，所述方法包括步驟-響應(yīng)音頻信號(SO產(chǎn)生控串W言號(Sm)，以及 -M控制信號(Sm)控制所述加熱控制單元(2)。
9、 如權(quán)利要求8所述的方法，還包括步驟-選擇音頻信號(S,)的頻帶，以及通、搶波音頻信號的包絡(luò)從而產(chǎn)生所鵬制言號(sm)
全文摘要
熱聲換能器裝置(8)包括基本上為空的殼體(10)，其中容納至少一個熱聲元件(11)，以及耦合到該熱聲元件(11)用于控制該元件的溫度梯度的加熱控制單元(2)。加熱控制單元(2)被配置為由控制信號(S<sub>m</sub>)控制。該裝置還包括耦合到熱控制單元(2)用于響應(yīng)音頻信號(S<sub>i</sub>)產(chǎn)生控制信號的調(diào)制單元(3)。調(diào)制單元(3)可以包括用于選擇音頻信號(S<sub>i</sub>)的頻帶的帶通濾波器單元(31)、用于檢測帶通濾波音頻信號的包絡(luò)從而產(chǎn)生控制信號(S<sub>m</sub>)的檢測器單元(32)、以及用于低通濾波控制信號(S<sub>m</sub>)的低通濾波器單元(33)。
文檔編號H04R23/00GK101204119SQ200680022603
公開日2008年6月18日 申請日期2006年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月24日
發(fā)明者D·W·E·肖本, R·M·阿爾茨 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司