delta_t降低到结束值。放大器设备以及用于激活一个或所述放大器设备的方法 |
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| 申请号 | CN201380005446.7 | 申请日 | 2013-01-14 | 公开(公告)号 | CN104054261B | 公开(公告)日 | 2017-03-08 |
| 申请人 | 罗伯特·博世有限公司; | 发明人 | F·霍夫麦斯特; | ||||
| 摘要 | 在 放大器 类型中已知所谓的 D类放大器 ，所述D类放大器将模拟 信号 首先借助脉宽 调制器 转换为经 脉宽调制 的 开关 信号，该开关信号随后被放大并且紧接着通过 滤波器 又转换回到一个持续变化的 电压 。这种类型的放大器是特别节能的并且因此优选在具有大功率的放大器中应用。提出一种具有控制装置(5)的放大器设备(1)，其中，所述控制装置(5)具有用于 音频信号 (2)的输入 接口 ；所述放大器设备包括连接在所述控制装置(5)之后的用于放大音频信号(2、8)的放大器装置(9)，其中，所述控制装置(5)具有延迟模 块 6，其中，所述延迟模块(6)构造用于将所述音频信号(2)延迟一个延迟值(delta_t)地转发到所述放大器装置(9)上并且在匹配阶段AP将所述延迟值delta_t自动地和/或自主地由起始值 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种放大器设备(1)，所述放大器设备： |
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| 说明书全文 | 放大器设备以及用于激活一个或所述放大器设备的方法技术领域背景技术[0002] 放大设备在多种领域中应用。这些放大设备例如在小型设备——例如手机或智能电话中、在中型网设备——例如家庭音乐设备或电视机中或者也在大型设备——例如公共广播设备或PA(功率放大器)设备中应用。 [0003] 在放大器类型中已知所谓的D类放大器，所述D类放大器将模拟信号首先借助脉宽调制器转换为经脉宽调制的开关信号，该开关信号随后被放大并且紧接着通过滤波器又转换回到一个持续变化的电压。这类放大器特别节能并且因此优选在具有高功率的放大器中应用。 [0004] 形成最近的现有技术的文献DE102008040291A1公开了一种这样的D类放大器。 发明内容[0005] 在本发明的范围中公开了一种放大器设备，所述放大器设备：具有控制装置，其中，所述控制装置具有用于音频信号的输入接口；具有连接在所述控制装置之后的用于放大所述音频信号的放大器装置，其中，所述控制装置具有延迟模块，其中，所述延迟模块构造用于将所述音频信号延迟一个延迟值地转发到所述放大器装置上并且在匹配阶段中将所述延迟值自动地和/或自主地由起始值降低到结束值，其中，所述控制装置具有用于激活所述放大器装置和所述延迟模块的接通模块，其中，所述接通模块构造用于激活所述放大器装置和所述延迟模块作为对进入所述输入接口的音频信号的响应，其中，用于所述音频信号的延迟的起始值选择为等于或长于所述放大器装置的激活过程的持续时间，从而经延迟的音频信号在所述激活过程之后才到达所述放大器装置。 [0006] 在本发明的范围中公开了用于激活一个或所述放大器设备的方法，其中，通过进入的音频信号从节能状态唤醒所述放大器设备；在所述激活过程期间将所述音频信号延迟一个延迟值，其中，在所述激活过程之后以起始值作为延迟值地放大经延迟的音频信号，其中，所述延迟值在匹配阶段中由所述起始值降低到一个更小的结束值或降低到零，从而在所述匹配阶段之后无延迟地放大所述音频信号。 [0007] 在本发明的范围中还公开了一种控制装置，其中，所述控制装置具有用于音频信号的输入接口和用于输出音频信号到连接在后面的用于放大所述音频信号的放大器装置的输出接口，其中，所述控制装置具有延迟模块，其中，所述延迟模块构造用于将所述音频信号延迟一个延迟值地转发到所述放大器装置上并且在匹配阶段中将所述延迟值自动地和/或自主地由起始值降低到结束值，其中，所述控制装置具有用于激活所述放大器装置和所述延迟模块的接通模块，其中，所述接通模块构造用于激活所述放大器装置和所述延迟模块作为对进入所述输入接口的音频信号的响应，其中，用于所述音频信号的延迟的起始值选择为等于或长于所述放大器装置的激活过程的持续时间，从而经延迟的音频信号在所述激活过程之后才到达所述放大器装置。本发明的优选的或有利的实施方式由随后的说明书以及附图得出。 [0008] 本发明涉及一种放大器设备，该放大器设备构造用于放大音频信号。可以例如在音乐设备中或优选地在扬声设备中、尤其是在用于复杂的区域的扬声的公共广播系统中使用放大器设备。例如放大器设备可以用于足球场、剧院、学校等的扬声。音频信号例如构造为模拟信号，该模拟信号源于麦克风或其他音频源。 [0009] 放大器设备包括控制装置，其中，控制装置具有用于音频信号的输入接口。因此，通过控制装置将音频信号导入到放大器设备中。控制装置可以作为一个紧凑的或中央的结构单元或者在经修改的实施方式中——也例如分为各功能地——在放大器设备中分散地分布。 [0010] 放大器装置连接在控制装置之后，该放大器装置构造用于放大音频信号。 [0011] 在本发明的范围中提出，控制装置具有延迟模块，其中，所述延迟模块构造用于将音频信号延迟一个延迟值地转发到放大器装置上并且在匹配阶段将所述延迟值自动地和/或自主地由起始值降低到结束值。 [0012] 延迟模块因此用于，将音频信号在时间上延迟一个延迟值并且尤其中间存储所述音频信号，并且在延迟值期满之后才转发到放大器装置上。延迟值由延迟模块从起始值降低或减低到结束值。 [0013] 本发明的优点在于，通过延迟模块一方面能够实现音频信号的延迟而另一方面实现了一种可能性，即在匹配阶段又降低延迟或者甚至将所述延迟返回到结束值零。在此，一种考虑在于，出于电路技术原因可能必要的是，不是立刻和/或无延迟地将音频信号转发到放大器装置上，而是在延迟之后才转发。例如可以在该延迟阶段内再次检查音频信号：是否该音频信号实际上应被转发。随后示出了用于应用的另外的优选的替代。 [0014] 然而，持久的信号延迟在多种应用领域中是不期望的或者甚至绝对应该避免。如果例如使用多个放大器设备，则特别是不同的延迟值导致在经放大的离开的音频信号中的相位干扰，这对于收听者是不舒服的。此外，在单个放大器设备的情况下持久的信号延迟也可能在收听者处不舒服地被感知，因为例如参赛者的视觉图像与其声音的音频传输不一致。附加地，特别紧要的是参赛者或表演者自身的愤怒，如果在语音或歌唱方面必须忍受延迟，则愤怒通过放大器设备被放大。 [0016] 本发明的一个特别优选的实施方式涉及放大器装置的激活。这样的激活例如在放大器装置的基本接通(Grundanschalten)中或者在放大器装置从节能状态、特别是从待机状态和/或从空闲状态中激活的情况下实现。 [0017] 在该优选的应用中，控制装置具有用于激活放大器装置并且同时激活延迟模块的接通模块。接通模块通过到达输入接口的音频信号触发，并且构造用于尤其相互同步地激活放大器装置和延迟模块作为对进入输入接口的音频信号的响应。接通模块和延迟模块如此构造，使得用于音频信号的时间延迟的延迟值的起始值选择为长于所述放大器装置的激活过程的持续时间，从而经延迟的音频信号在激活过程之后、即在准备好放大的状态中才到达所述放大器装置。 [0018] 特别优选地，由延迟模块首先中间存储到达的音频信号。同时通过接通模块激活放大器装置。一旦放大器装置已经经历了激活过程并且是激活的，那么音频信号被释放并且作为经延迟的音频信号转发到放大器装置上。在音频信号的到达与经延迟的音频信号转发到放大器装置上之间的在时间上的延迟相应于用于延迟值的起始值。 [0019] 接通模块与延迟模块相互作用的优点是，即——对于放大器装置切换到非激活的情况——音频信号首先被中间存储直至放大器装置又变得激活，并且随后才又转发到放大器装置上。该构型确保，能够不出现信息损失，因为经延迟的音频信号仅仅转发到准备好运行的放大器装置上。然而，通过这样的构型引起之前提及的信号延迟。 [0020] 所述信号延迟在匹配阶段中通过延迟模块自动和/或自主地减低，该匹配阶段优选紧随在激活过程之后。 [0021] 在本发明的一种优选的电路技术的构造中，起始值构造成小于80毫秒、优选小于60毫秒并且尤其小于40毫秒。该延迟值足以跨越用于放大器装置的激活过程的持续时间。 [0022] 特别优选地，所述结束值小于起始值的50％、优选小于所述起始值的30％并且尤其小于所述起始值的10％或者特别是为0秒。该突出特征基于的考虑在于，应该在匹配阶段中使延迟值最小化。然而，在技术上被证明为合理的是，延迟值不减小到零秒，而是仅仅为起始值的一小部分。 [0023] 在本发明的一个优选的实施方式中，用于将延迟值从起始值转变到结束值的匹配阶段的持续时间确定大小为大于1秒、优选大于5秒并且尤其是大于8秒。替代地或补充地，该匹配阶段具有小于40秒、优选小于30秒并且尤其小于20秒的持续时间。在匹配阶段的持续时间与延迟值之间的关系如此确定大小，使得延迟值的返回如此缓慢地通过，使得音频信号的由延迟值的返回而引起的频率升高对于人类的听力不可感知、仅仅几乎不可感知或不受干扰地可感知。延迟值和匹配阶段的所提到的值满足这些前提。如果例如假设所需要的20毫秒的延迟值，则用于实现直接的或无延迟的信号传送的时间为五至十秒。 [0024] 在一个特别优选的并且技术上有利的实施方式中设置，放大器装置包括Class-D放大器(或者也称为D类放大器)或者构造为这样的D类放大器。如开始所述，当所述D类放大器放大音频信号时，D类放大器是特别节能的。出于这个原因，D类放大器也优选应用在高效率应用中。 [0025] 然而D类放大器在准备中——也就是接通却不存在音频信号的情况下——需要大量电能，所述大量电能基本上通过放大器装置中或在输出滤波器中的开关损耗转换为热。如果假设例如在放大器设备用于足球场的扬声的应用中长期地在比赛中的仅仅约5％的时间利用放大器设备，则在运行时间的95％期间吸收的能量失去。 [0026] 为了使准备能耗最小化而设置，使放大器设备、尤其是放大器装置在一定的时间例如15分钟之后在不存在音频信号的情况下处于节能状态中。然而，放大器设备或放大器装置从节能状态的唤醒对于激活过程需要一定的时间段，从而至今不被证明为合理的是，使得放大器设备或放大器装置在运行期间处于节能状态中。现在借助本发明可能的是，使放大器设备或放大器装置处于节能状态中，并且在施加音频信号的情况下——又将其激活，其中，通过延迟模块补偿用于激活过程的持续时间，其方式是，首先中间存储音频信号并且因此延迟一个时间延迟值地将音频信号输出并且随后在匹配阶段中减低延迟值。 [0027] 在本发明的一个特别优选的在设计方面的构型中，D类放大器具有脉宽调制器和连接在后面的功率件，其中，在停用放大器装置时对于节能状态将来自脉宽调制器的经脉宽调制的信号与连接在后面的功率件分离，以便避免功率损失。 [0028] 在本发明的一个优选的扩展方案中，在D类放大器的输出端之后设置开关装置，所述开关装置构造用于将放大器装置的输出端与连接在后面的扬声器或扬声设备分离，从而在分离的情况下没有干扰噪声在激活过程期间从放大器装置传输到连接在后面的扬声器。 [0029] 在将放大器装置转变到节能状态时，首先通过例如继电器作为开关装置将放大器装置的输出端与连接在后面的扬声器分离。随后通过阻止脉宽调制信号来实现D类放大器的停用。 [0030] 在激活放大器装置时，在存在音频信号之后通过释放脉宽调制信号又再次激活D类放大器，从而功率件又开始接通。一旦D类放大器又完成起振，则通过继电器作为开关装置也将D类放大器的输出端又接通。延迟的接通是有利的，以便防止扬声器的由于D类放大器的起振引起的“喀嚓声(knacken)”。 [0031] 在本发明的一种优选的实现中，控制装置构造为DSP(数字信号处理器)或包括所述DSP，其中，所述DSP构造用于在延迟期间中间存储音频信号。例如可以在先进先出(FIFO)结构中实现存储。 [0032] 本发明的另一主题涉及一种用于激活放大器设备、尤其是上述的或根据以上权利要求中任一项所述的放大器设备，其中，放大器设备首先处于节能状态中并且通过进入的音频信号从节能状态中激活。使该音频信号在放大器设备的激活过程期间延迟一个延迟值，其中，在激活过程之后以起始值作为延迟值地放大经延迟的音频信号，其中，延迟值在匹配阶段中由起始值降低到一个更小的结束值或降低到零，以便在匹配阶段之后无延迟地放大音频信号。 附图说明[0033] 本发明的另外的特征、优点和作用由以下的描述、本发明的优选实施例以及附图得出。其中： [0034] 图1：作为本发明的一个实施例的放大器设备的示意方框图； [0035] 图2：在图1中以一种可能的构造形式的放大器装置； [0036] 图3：用于阐明按照本发明的方法的图示。 具体实施方式[0037] 图1非常示意地在一个方框图中示出了作为本发明的一个实施例的放大器设备1。放大器设备1构造用于放大进入的音频信号2并且将其作为离开的音频信号4输出到一个或多个扬声器3。 [0038] 进入的音频信号2可以例如来自于麦克风或其他音频源。特别优选地，进入的音频信号2是语音信号或语音消息。放大器设备1例如构造用于大的区域例如足球场的扬声。放大器设备1的输出功率例如大于100瓦特、尤其是大于500瓦特并且特别地大于1000瓦特。 [0039] 放大器设备1具有控制装置5，该控制装置包括延迟模块6和接通模块7。延迟模块6构造用于将进入的音频信号2转变为从控制装置5离开的在时间上延迟的音频信号8，该经延迟的音频信号输送给连接在后面的放大器装置9。 [0040] 接通模块7构造用于控制延迟模块6并且激活连接在后面的放大器装置9。当放大器设备1和尤其是放大器装置9切换到节能状态时，例如进行放大器装置9的激活。如果放大器设备1或放大器装置9对于一个可预给定的时间段没有反应，即例如进入的音频信号2对于所述可预给定的时间段位于在一个边界值之下，那么例如可以进行转换到节能状态。 [0041] 通过节能状态可以显著地节省在放大器设备1的运行中的能量。因此，具有多种应用，在这些应用中在运行时间的大部分上不利用放大器设备1。如果例如观察典型的足球比赛，那么放大器设备1通常在足球比赛的当天的所有时间的小于5％用于体育场的扬声，从而放大器设备1可以理论上在运行时间的95％处于节能状态。因此例如可以考虑，放大器设备1已经在早上“高负荷运转”并且被测试，然而在晚上才用于足球比赛的扬声。也可能的是，放大器设备在所有的日子、也即每年365天中保持激活，然而仅仅例如每隔三天对于5小时是需要的。 [0042] 然而，技术上看来放大器设备1或放大器装置9在激活过程中需要一定的时间段，以便从节能状态转变到运行状态，从而例如实施激活时的起振过程。因此，如果放大器设备处于节能状态中，则将进入的音频信号2无延迟地转发到放大器装置9上是不可行的。因为放大器装置9还没有准备好放大，所以进入的音频信号2的开始部分没有被放大，从而出现了信息损失。 [0043] 为了避免该效应，控制装置5构造用于在音频信号2进入时通过接通模块7激活放大器装置9，从而使放大器装置由节能状态转变为运行状态。为了避开在音频信号开始时的信息损失，通过延迟模块6将进入的音频信号2延迟一个延迟值，从而当该放大器装置处于运行状态时经延迟的音频信号8才到达放大器装置9。 [0044] 然而由于这样的延迟也随之带来缺点，所以设置，延迟模块6将延迟在匹配阶段中由开始的起始值自主和/或自动地转变到结束值并且由此降低所述延迟。如果例如用于延迟值的起始值为20毫秒，那么在五至十秒钟之上的匹配阶段期间该起始值返回到例如0毫秒的结束值。 [0045] 延迟值的缓慢的返回在此表示在通过延迟产生的缺点与可能通过延迟值的返回产生的频率提高之间的折衷。因此为了补偿延迟，进入的音频信号2必须在匹配阶段中作为经延迟的音频信号8相比于实时的更快地输出到放大器装置9，这导致在经延迟的音频信号9中的频率提高。延迟值的降低因此与唱片的过快的播放形象地类似，其中，同样发生频率提高。所选择的大小表示在技术上有意义的折衷。 [0046] 图2同样在方框图中示出了放大器装置9，其中，可以看到放大器装置9构造为所谓的Class-D放大器(D类放大器)。在左侧示出了放大器装置9的输入端，经延迟的音频信号8进入该输入端。经延迟的音频信号8首先导入到脉宽调制器10中，该脉宽调制器在该实施例中在比较器12中合并经延迟的音频信号8和锯齿信号11，该比较器输出未经放大的脉宽调制信号13。 [0047] 未经放大的脉宽调制信号13引导到功率级14中，该功率级构造为半桥，其中，未经放大的脉宽调制信号13分为两个支路并且首先引导到驱动器15a、15b中。所述驱动器产生用于MOSFET 16a、16b的门信号，所述MOSFET分别产生经放大的信号。所述经放大的信号又被合并，从而在功率级14的输出端上存在经放大的脉宽调制信号17。该信号随后引导通过低通滤波器18，从而离开的音频信号4作为经放大的音频信号存在。这样的结构充分已知为D类放大器。 [0048] 为了使放大器装置9处于节能模式中，该放大器装置具有开关装置19以及信号装置20，所述开关装置将离开的音频信号4与连接在后面的扬声器3分离，所述信号装置同样构造为开关，并且所述信号装置将未经放大的脉宽调制信号13与功率级14分离。特别是信号装置20也可以构造为具有相同功能的与门。 [0049] 开关装置19和信号装置20通过接通模块7连接，以便将放大器装置9由节能状态转变到运行状态。 [0050] 在节能状态，开关装置19以及信号装置20是断开的。断开的开关装置19具有的技术效果在于，不将未经放大的脉宽调制信号13传输到功率级14，从而功率级不必耗费能量用于放大。 [0051] 如果将放大器装置9由节能状态转变到运行状态，则首先闭合信号装置20，从而未经放大的脉宽调制信号13被传输到功率级14。这需要一定的时间用于起振过程。一旦在不存在经延迟的音频信号8的情况下在低通滤波器18之后信号电平由0伏特起振，则闭合开关装置19，从而建立与扬声器3的连接。开关装置19具有的优点在于，在功率级14起振时可能出现的干扰噪声不传输到扬声器3。在闭合开关装置19之后放大器装置9是在运行状态中并且可以放大随后进入的、经延迟的音频信号8。 [0052] 图3非常示意地示出了用于阐明按照本发明的方法的时间图，如这在放大器设备1上实现的那样。 [0053] 首先放大器设备1、尤其是放大器装置9处于节能状态中直至时刻t0。在时刻t0在控制装置5的输入端上施加进入的音频信号2。进入的音频信号2沿着时间轴t分为部分A…L并且代表音频信号，该音频信号例如构造为阅读这些字母的语音电话通知。 [0054] 与进入的音频信号2的输入同时、也就是在时刻t0通过接通模块7使放大器装置9从节能状态转变到运行状态。为此，首先闭合信号装置20并且随后同样闭合开关装置19。因此，在时刻t1放大器装置9处于运行状态中。t0与t1之间的时间差delta_t相应于用于放大器装置9的激活过程的时间并且为例如20毫秒。 [0055] 同时，延迟模块6延迟进入的音频信号2，从而经延迟的音频信号8延迟了至少或正好延迟值delta_t。值delta_t形成用于延迟值的起始值。经延迟的音频信号8如已经所述的那样基于延迟而无信息损失地由放大器装置9放大。 [0056] 为了使得延迟值delta_t由起始值返回到结束值、尤其零，在例如5秒至10秒的匹配阶段AP期间不断减小延迟值delta_t。匹配阶段AP在时刻t1紧随在激活过程之后。在音频信号部分A和A’之间存在相应于起始值delta_t的延迟值，而例如在音频信号部分G和G’中延迟值已经下降到起始值的50％。在音频部分L-L’中延迟值返回到结束值，在此为零秒。在匹配阶段AP之后，进入的音频信号2因此未经延迟地并且未失真地转发到放大器装置9上。放大器设备1随后在正常运行状态下工作。 |
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