扬声器制造技术

一种扬声器具有连到数字插入器的数字输入信号端以增加有效采样速率，其输出馈送到信号延迟和幅值检测器，其后可在把输入信号加到一元编码器前减小该输入信号的短期动态范围，该编码器把数字输入信号编码成为单个一元信号，然后在这些一元信号通过换能器驱动器加到多个基本上相同的声学换能器前，对它们进行差分延迟和脉冲成型，由幅值检测器和操作人员获得的信号来控制换能器的平均功率驱动电平，以改变所产生的音量。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用实际上可能是模拟的或数字的电信号发声的扬声器。
技术介绍
常规模拟扬声器的操作依靠由某种类型的机电电动机来驱动的振动膜(通常是单片振动膜)的运动，虽然扬声器曾经尝试过使用静电、压电和电离器件，但动圈是最普通的。从整体上讲，模拟扬声器尝试通过与平滑变化的模拟电信号近似同步地推动振动膜的全部或一部分来再现所需的声音，该模拟电信号通常被解释成代表扬声器的听众应该听到的瞬时声压。此类模拟扬声器的固有限制部分地涉及所使用的振动膜的硬度、振动膜的质量、可从具有足够带宽的机电电动机获得的功率的线性和效率；以及对振动膜摆幅(throw)的限制。这些因素和其它因素相结合，使得模拟扬声器只能以低效率和相当高的失真度来操作。随着通常以16位二进制格式的有用高质量数字音频材料(通常具有接近于0.002％的固有失真度)的流行，很明显，在收听再现的声音(包括收音机、电视机、密致盘片(CD)和数字磁带)时，对音频质量的限制因素是接近于1％失真度(差500倍)操作的现有模拟高保真扬声器系统。近来电子设备的趋势已倾向于减少功耗，不只是减少功率消耗量，而且要降低设备的工作温度，从而允许实现超小型化和高可靠性以及便于携带，而且允许以小电池操作。此外，在0.3％到1％的电声效率水平下操作的线性模拟功率放大器/扬声器组合已与这种潮流脱节了。最后，虽然随着数字收音机和电视机的出现，使得数字音频源材料变得日益普及并不断增加，但用于再现数字源材料的常规高保真系统都需要在系统中的某个部分包含数字-模拟转换器(DAC)，以产生应用于模拟扬声器的模拟信号。DAC本身产生的噪声和失真还加到系统中已出现的噪声和失真中，而且也增加了额外的成本。为了开发出克服上述模拟扬声器的某些或所有限制因素的数字扬声器设计，已进行了一些尝试。这些尝试分成几类伪数字扬声器，包括驱动标准模拟扬声器的数字信号处理器；动圈数字扬声器，具有抽头式“音圈”；压电和静电驱动器，其中把振动膜的面积分成具有二进制相关表面积的不同区域；以及脉宽调制放大技术，它实际上是一种数字放大器技术。先前为建立数字扬声器系统而进行的所有尝试都假设二进制数字代码是数字信号媒体，不仅仅是在器件的输入端(实际上，这是一个理想的假设)，而且也在输出换能器处。这实际上引起了严重的技术问题。在有符号的n位系统中，用于输出最低位(LSB)的换能器工作于比最高(无符号)位(MSB)小2n-2倍的功率电平。由于扬声器件所必需的机械性质，所以宽的动态范围给LSB和MSB换能器所使用的器件类型带来严重的设计限制，从而使器件的匹配非常困难。在二进制加权的换能器(或换能器阵列)系统中，在代码从具有许多连续的低阶零或1的值变到具有许多连续的低阶1或零的下一个电平(升或降)的点处，引起严重的瞬变问题。在此代码点变化中产生多个声学转换，即使代码变化只表示信号幅度中最好几乎听不见的最低位的变化，这将不可避免地产生相当大的声能。除了所述的切换瞬变问题以外，还存在与零到1和1到零的代码变化有关的电平误差。这是因为在实际系统中，换能器不易精确匹配，从而无法使最高位换能器准确地在有效功率或幅度上比共同作用的所有低位换能器之和大一个最低位。人们不会不知道扬声器具有许多换能器组成的阵列，这些阵列产生独立且单独馈送的压力脉冲，但在过去这是以二进制数字信号进行的，如Stinger的4,515,997号美国专利，鉴于上述原因，它实际上没有获得成功。没有人以一元数字信号这样做，因为人们还没有预见到它们在这些方面的优点。如Nubert的4343807 A1号丹麦专利，已使用电压采样信号而不是分立的时间采样信号来确定，在已达到一系列电压阈值时应选通以一维或二维阵列排列的相同换能器的哪个瞬时号码，但该专利没有揭示对二进制(或其它)数字代码进行一元编码，它也不能用于把使各种换能器触发的电压电平转换成合适的声压级，而是在换能器中触发接近瞬时三维的音量变化或恒定的行程，于是在触发器的边沿产生一系列正负压力脉冲，而不是具有适当极性的连续脉冲，其最终结果是不产生有用的声功率。Nubert描述了其专利技术的操作完全根据某些电压水平下发生的事件，这本身并未揭示规则时间采样的数字信号，例如，快闪ADC能进行数字化而不需要规则(在某些情况下，任意)时钟信号。在Nubert的揭示中未清楚地指明在存在数字输入信号的情况下如何实现对各个换能器的控制，尤其是，未清楚地指明如何把这些数字输入信号编码成为任何所需的形式。Nubert揭示了使用恒定行程的换能器的想法，但没有揭示恒压的脉冲换能器。现有数字扬声器设计未妥善解决的另一个问题是产生所需的声音输出波形的换能器的动态范围和合适的驱动波形。在已有技术中有众所周知的二进制-一元编码器。5,313,300(Rabile)号美国专利中描述了从能对不太宽的二进制字进行编码的一元子编码器合成宽二进制字的用于视频DAC的这种编码器的技术。描述的该技术使用以类似于树状结构互连的小型一元编码器的“层”，以附加选通方框进行最终一元转换。把此设计扩展到较大输入二进制位宽所存在的问题是，所有一元子编码器之间的互连系统变得很复杂，且不能顺从总线结构方式(因为其树状分层或级联性质)。此外，5,515,300号美国专利的设计预先假定存在一元子编码器方框，虽然揭示了用于整个复合编码器的真值表，但没有描述此种子编码器的操作(也没有真值表)，因此其实际性质是不清楚的。众所周知的数字脉宽调制PWM，例如Kirn的4,773,096号美国专利，它使用时钟振荡器来驱动数字计数器(其输出端连到数字幅值比较器的一个输入端)，以把一系列数字输入字转换成一系列PWM波形，该波形的连续平均值近似于一系列数字输入字的值。然而，此装置没有象这里所揭示的一样把单个数字输入脉冲转换成PWM斜波信号。Rogers的5,287,531号美国专利揭示了一种装置，通过对一系列串行输入/输出移位寄存器(SISOSR)进行菊花链接，以从计算机总线中的一系列插入卡中读取数据，每张卡读取一个数据，并按序将其内容计入控制微处理器。然而，以此方案从每张卡中检索到的数据量完全受到安装在每张卡上SISOSR尺寸的限制，而且不能单独地把信息写入每张卡，也不能存储信息或对卡进行控制。很明显，Roger的器件通过读取来自SISOSR(插在离控制微处理器最远的总线端部，且其数据配置成不同于可插入总线的任何有效卡所产生的数据并被处理器这样认为)的伪数据来检测总线上的器件数，该器件不在专用线上产生指示检测到的总线上最后一个器件的独特逻辑脉冲。说明书、摘要和权利要求书中所使用的术语的定义一个一元的数字(digit)也可采用两个值0、1中的任一个值，或者可定义为只采用单个值1，然后用它不存在表示0，这多少类似于罗马数字表示法。除了以1的整数次幂来代替2或10的整数次幂以外，一元整数位置表示法类似于二进制或十进制位置表示法。由于1的所有正整数次幂都等于1，所以很清楚，用一元表示法，所有的数字都具有相同的权，该权是单位一，且一元位置表示法中一元数字的位置是无关的，只有其值1或0，或其存在或不存在具有某种意义。于是，在一元位置整数中从右数第四个一元数字表示因子1或0乘以13＝1，右面的第一个一元数字表示因子1或0乘以1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种扬声器，包括一些基本上相同的换能器，每个换能器用于把电学扬声器的输入信号转换成声学输出，其中每个换能器可相互独立地被分立时间采样的信号所驱动，这些信号表示将由扬声器产生的声音，其特征在于还包括：提高输入信号的采样速率的数字插入装置；把数字信号电平提高到足以产生输出声功率的功率水平的脉冲放大器；以及能对至相关联的换能器的信号进行延迟的延迟装置。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：安东尼胡利，
申请(专利权)人：一有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]