利用扬声器散热的发声装置及其适用的控制方法

技术领域

本公开属于发声装置的领域，特别涉及一种利用扬声器散热的发声装置及其适用的控制方法。

背景技术

发声装置(或称便携式电子装置)，例如手机等，因相机与无线通信速度的进步，使得高画质录影、3D手游与5G通信在发声装置上盛行，也因此导致发声装置增加了许多负担，故如何提升发声装置中的散热便成为越来越重要的议题。

目前的发声装置大部分采用被动散热，即采用高热传导率的材料来将发热源的热能以热传导方式传递至发声装置的表面，再以热对流方式传递至环境空气中，以达到降低发热源温度的目的。然而，被动散热能解决的发热量受限于发声装置的表面积的尺寸大小，而在小型化且具备高功能的发展趋势下，被动散热的效果并无法大幅增加，故被动散热往往成为发声装置的设计瓶颈。

因此，如何发展一种可改善上述现有技术的利用扬声器散热的发声装置及其适用的控制方法，实为目前迫切的需求。

发明内容

本公开为一种利用扬声器散热的发声装置及其适用的控制方法，从而解决传统发声装置因采用被动散热，导致被动散热的效果因受限于发声装置的表面积的尺寸大小而无法提升的缺失。

为达前述的目的，本公开的一较广实施方式为提供一种发声装置，包含扬声盒、扬声器、温度检测器、中央处理器及信号放大器。扬声盒包括出音口。扬声器设置于扬声盒内。温度检测器用以检测发声装置的温度，并产生反馈信号。中央处理器预存有预设音频信号，并通过反馈信号判断发声装置的温度是否超过温度门限值，其中当中央处理器判断出扬声器处于待机状态且发声装置的温度超过温度门限值时，中央处理器输出预设音频信号，其中预设音频信号为一周期性信号且每一周期包含交互切换的正半周波形及负半周波形。信号放大器连接于中央处理器与扬声器之间，用以放大预设音频信号，并提供至扬声器。

为达前述的目的，本公开的另一较广实施方式为提供一种控制方法，应用于发声装置中，其中发声装置包含扬声盒、扬声器、温度检测器、中央处理器及信号放大器，控制方法包含：利用温度检测器检测发声装置的温度，并产生反馈信号；中央处理器持续判断扬声器是否处于待机状态，以及通过温度检测器所传来的反馈信号判断发声装置的温度是否超过温度门限值；当中央处理器判断扬声器处于待机状态且发声装置的温度超过温度门限值时，中央处理器输出预设音频信号，其中预设音频信号为一周期性信号且每一周期包含交互切换的正半周波形及负半周波形；以及通过信号放大器放大预设音频信号，并提供至扬声器。

附图说明

图1为本公开优选实施例的发声装置的系统方框示意图；

图2为发声装置的部分结构在第一优选实施例下的剖面示意图；

图3为图1所示的扬声器从预设音频信号放大器所接收的放大后的预设音频信号在时域上的波形示意图；

图4为图1所示的扬声器从预设音频信号放大器所接收的放大后的预设音频信号在各频率对应的最大摆荡距离的关系图；

图5为发声装置的部分结构在第二优选实施例下的剖面示意图；

图6为本公开优选实施例的适用于图1所示的发声装置的控制方法流程示意图。

附图标记说明：

1、1a：发声装置

2：扬声器

3：温度检测器

4：中央处理器

5：信号放大器

6：扬声盒

7：热源

60：出音口

Y：弦波的电压值

F1：预设音频信号的负半周波形具有正电压的最大摆荡距离时的频率

F2：预设音频信号的正半周波形具有正电压的最大摆荡距离时的频率

61：第一壳体

62：第二壳体

63：第一热传导介质

64：腔体

610：延伸部

65：第二热传导介质

E：最大摆荡距离

具体实施方式

体现本公开特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本公开能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本公开的范围，且其中的说明及图示在本质上当作说明的用，而非架构于限制本公开。

请参阅图1、图2、图3及图4，其中图1为本公开优选实施例的发声装置的系统方框示意图，图2为发声装置的部分结构在第一优选实施例下的剖面示意图，图3为图1所示的扬声器从预设音频信号放大器所接收的放大后的预设音频信号在时域上的波形示意图，图4为图1所示的扬声器从预设音频信号放大器所接收的放大后的预设音频信号在各频率对应的最大摆荡距离的关系图。如图1至图4所示，本公开的发声装置1可为但不限于手机或笔记本电脑等便携式电子装置，发声装置1包含扬声器2、温度检测器3、中央处理器4、信号放大器5及扬声盒6。扬声器2位于扬声盒6内，其中扬声盒6包含出音口60，发声装置1可通过扬声器2播放人耳可听到的一主要音频。

温度检测器3用以检测发声装置1的温度，并对应产生反馈信号。于一些实施例中，温度检测器3可内建于发声装置1的主机(host)，该主机还可包含扬声器2、中央处理器4、信号放大器5及扬声盒6等，然温度检测器3亦可由外部电路构成而与该主机分别独立地设置于发声装置1内。

中央处理器4预存有预设音频信号，此外，中央处理器4更接收温度检测器3所输出的反馈信号，以通过反馈信号判断发声装置1的温度是否超过温度门限值，并判断扬声器2是否处于一待机状态。于本实施例中，前述待机状态是指扬声器2无须播放主要音频。当扬声器2处于待机状态(即无须播放主要音频)且中央处理器4判断发声装置1的温度超过温度门限值时，中央处理器4便输出预设音频信号，其中预设音频信号为一周期性信号，且每一周期包含交互切换的正半周波形(如图3所示的时域中角度0度到180度)及负半周波形(如图3所示的时域中180度到360度)，且预设音频信号为人类无法听见的音频信号(即预设音频信号的频率低于人耳可听到的门限频率，例如20Hz)。另外，当中央处理器4判断扬声器2非处于待机状态(即需播放主要音频)或发声装置1的温度未超过温度门限值时，中央处理器4便停止输出预设音频信号。

于一些实施例中，中央处理器4预存的预设音频信号可由微处控制单元(microcontroller unit,MCU)或数字信号处理器(digital signal processor,DSP)(皆未图示)计算而产生，并预存于中央处理器4内，但不以此为限。于其它实施例中，预设音频信号可由音乐编辑软件产生而预存于中央处理器4内。另外，预设音频信号可为弦波，而以下皆以预设音频信号为弦波来示范性说明，其中弦波的表示式为Y＝Asinθ，Y为弦波的电压值，A为扬声器2所接收的额定电压，θ为角度，且其范围在0度至360度。

信号放大器5连接于中央处理器4与扬声器2之间，用以放大中央处理器4所输出的预设音频信号，并提供至扬声器2，使扬声器2的振动膜(未图示)依据放大后的预设音频信号而对应振动，其中信号放大器5所输出的放大后的预设音频信号与中央处理器4所输出的预设音频信号的波形及特性一致，只差在振幅加大，而图3及图4则分别以时域及频域显示了放大后的预设音频信号的波形，而由图3及图4所示可知，放大后的预设音频信号为一周期性信号，且每一周期包含交互切换的正半周波形及负半周波形(中央处理器4所输出的预设音频信号亦相同，不再赘述)，其中在放大后的预设音频信号的正半周波形时，通过扬声器2的振动膜的振动将发声装置1内由热源7导致的热空气由出音口60排出发声装置1外，并在预设音频信号的负半周波形时通过扬声器2的振动膜的振动将发声装置1外的冷空气由出音口60吸入于发声装置1内，借此在扬声器2处于待机状态且发声装置1有散热需求时，本公开的发声装置1可驱动扬声器2依据预设音频信号的正半周波形及负半周波形来运行，使得发声装置1在使用者无法听到的情况下进行主动散热，因此本公开的发声装置1的散热量并不受限于表面积的尺寸大小而可增加散热效果。

于上述实施例中，扬声器2的振动膜的振动，能带动扬声盒6内的空气朝出音口60流通，因此在放大后的预设音频信号为正半周波形时，扬声器2的振动膜的振动方向是朝向接近出音口60的方向，以排出发声装置1内的热空气，而在放大后的预设音频信号为负半周波形时，扬声器2的振动膜的振动方向是远离出音口60的方向，以吸入冷空气至发声装置1内。

为了提升发声装置1的散热效果，于一些实施例中，如图3及图4所示，在预设音频信号中由一个正半周波形及一个负半周波形所构成的一个周期下，正半周波形的频率快于负半周波形的频率，换言之，即正半周波形的时间长度短于负半周波形的时间长度，如此一来，扬声器2的振动膜的振动方式为快推慢拉，即在快推形式下是让发声装置1内的热空气尽快排出，在慢拉形式下则是将发声装置1外的冷空气以最大的量吸入于发声装置1内。而对应图3及图4可知，在图3所示的时域中的角度90度与270度时，可以对应到扬声器2的振动膜在不同频率下正电压及负电压分别的最大摆荡距离(Excursion)。而从图4可知，依照振动膜材料的特性，在不同频率下的最大摆荡距离也有所不同。当预设音频信号的负半周波形在F1 Hz时，相较于F2 Hz的操作的摆振距离较小，但由于振动膜摆动较慢，仍可提高由出音口60吸入的冷空气量。换言之，预设音频信号的正半周波形在F2 Hz时，相较于在F1 Hz时的操作，振动膜摆动较快，使得由扬声盒6内的热空气可以快速排除(图4中标示的E为振动膜在预设音频信号为F2Hz下的最大摆荡距离)。

请再参阅图2，于本实施例中，发声装置1还包含第一壳体61、第二壳体62及第一热传导介质63。第一壳体61由金属导热材质所构成，例如铜或铝等，第二壳体62由塑料所构成，且第一壳体61及第二壳体62更相组接而共同定义出具有腔体64的扬声盒6，此外，第一壳体61及第二壳体62两者间至少有部分彼此相隔，以形成扬声盒6的出音口60。再者，第一壳体61还包含有延伸部610，延伸部610突出于扬声盒6的外部。又扬声器2位于腔体64内并设置于第二壳体62上。更甚者，第一热传导介质63位于热源7与第一壳体61的延伸部610之间，且与热源7与延伸部610相接触，还可为但不限于散热膏、导热胶片或焊锡。而由图2所示可知，热源7产生的热能可经由第一热传导介质63及第一壳体61传导至扬声盒6，使得扬声盒6内的冷空气变为热空气，后续再通过扬声器2的振动膜的振动运行将扬声盒6内的热空气排出，并将冷空气吸入扬声盒6内，以实现散热的目的。

请参阅图5，其为发声装置的部分结构在第二优选实施例下的剖面示意图。本实施例的发声装置1a的结构相似于图1及图2所示的发声装置1，故以相同符号进行标示来代表元件结构及特性相似而不再赘述，而本实施例的发声装置1a除了包含如图2所示的第一壳体61、第二壳体62及第一热传导介质63外，还包含第二热传导介质65，且第一壳体61不具有如图2所示的延伸部610，另外，第一热传导介质63仅与热源7接触而未与第一壳体61接触，第二热传导介质65则位于第一热传导介质63及部分第一壳体61之间，且与第一热传导介质63及第一壳体61相接触。更甚者，第一热传导介质63与第二热传导介质65可为但不限于由散热膏、导热胶片或焊锡等中不同的热传导介质所构成。而由图5所示可知，热源7产生的热能可经由第一热传导介质63、第二热传导介质65及第一壳体61传导至扬声盒6，使得扬声盒6的冷空气变为热空气，后续再通过扬声器2的振动膜的振动运行而将扬声盒6内的热空气排出，并将冷空气吸入扬声盒6内，以实现散热的目的。

于一些实施例中，第一壳体61可利用金属的可塑性而形成至少一散热鳍片(未图示)，以增加散热面积而提升发声装置1a的散热效率。

请参阅图6，并配合图1至图4，其中图6为本公开优选实施例的适用于图1所示的发声装置的控制方法流程示意图。如图6所示，本公开的发声装置的控制方法包含步骤如下。

步骤S1，利用温度检测器3检测发声装置1的温度，并产生反馈信号。

步骤S2，中央处理器4持续判断扬声器2是否处于待机状态(即是否不需要播放主要音频)，以及通过温度检测器3所传来的反馈信号判断发声装置1的温度是否超过温度门限值。

步骤S3，当中央处理器4判断扬声器2处于待机状态且发声装置1的温度超过温度门限值时，中央处理器4输出预设音频信号。

步骤S4，通过信号放大器5放大预设音频信号，并提供至扬声器2。

于一些实施例中，本公开的发声装置的控制方法还可包含步骤S5，扬声器2的振动膜依据放大后的预设音频信号对应振动，以在预设音频信号的正半周波形时通过振动膜将发声装置1内的热空气由扬声盒6的出音口60排出发声装置1外，并在预设音频信号的负半周波形时通过振动膜将发声装置1外的冷空气由出音口60吸入发声装置1内。当然，于一些实施例中，在步骤S5执行完后，可重新执行步骤S1。

综上所述，本公开提供一种利用扬声器散热的发声装置及其适用的控制方法，发声装置在扬声器处于待机状态且有散热需求时，驱动扬声器依据预设音频信号的正半周波形及负半周波形来运行，使得发声装置在使用者无法听到的情况下进行主动散热，因此本公开的发声装置的散热量并不受限于表面积的尺寸大小而可增加散热效果。