CN100518384C - 一种无源电-声装置及其放音方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种无源电-声装置及其放音方法，包括放音设备和无源耳机。耳机设置存储有包括频率响应、脉冲响应、灵敏度、频率-阻抗曲线、谐振频率和最大声压的电子声学特性参数的内存芯片。内存芯片与放音设备的DSP相连，DSP读取内存芯片中关于耳机特性参数的数字信息，比对放音信号的音频特性参数并用比对的结果调整放音信号，完成传输和放音。本发明无源电-声装置及其放音方法的优点在于：放音设备的DSP依据耳机存储到内存芯片中的音频特性参数对放音信号进行处理，使耳机达到最佳放音效果，适用于各种无源的耳机、扬声器或音箱。由于没有其他配套的电子装置，其成本低廉，用户操作简便，其放音品质高，并且是自动完成的。
Description
技术领域
本发明涉及数字音频技术领域，特别涉及一种无源电-声装置及其放音方法。
背景技术
目前，在数字音频产品中，传统的电子声学器件几乎没什么技术改进，人们用的还是从1910年以来同一的扬声器设计模式(将声圈附着在一个振膜上，悬挂在一个由强磁铁和金属架构成的磁场间隙内)，相同的麦克风(动圈式、电容器式或者丝带式)和相同的耳机(亦称耳塞机，是一个小型化的扬声器)，基本原理从来没有改变过。很多人试图使其性能有所改变：比如，耳机传感器。它用稀有元素制作出更强的磁铁，做出特殊几何形状的、极薄的薄膜并保持一定的机械强度，用严格的生产工艺和手工技巧以达到预期的音响效果。即使如此，效果距完美仍相去甚远，结果却是价格的昂贵，从几百到几千美金一只是很平常的。
提高扬声器性能的方法有三种：
1.扬声器和其配套的测量校正电子装置一起出售。使用扬声器的时候，用配套的电子装置测出其性能，及时对扬声器的参数进行现场修正，达到好的放音效果。其缺点是扬声器和测量的电子装置必须配套，如果用户要买扬声器，必须将配套的电子装置一起购买，这无疑增大了成本。
2.对有源的扬声器，如音箱，将其参数测量出来后，放到系统内部，随时调用。其缺点是扬声器必须是有源的，对无源的扬声器，此方法就无效了。
3.扬声器配备自动音强消振系统。使用的时候根据使用的环境进行参数的测量，再做空间的调整。这种方法相对来说是比较好的，可是其缺点在于：
a.测量参数专业性强，需要对不同的空间和环境进行测量，将喇叭的物理参数和空间参数同时计入消振系统，增加了复杂度，不容易同时满足要求，一般使用者操作困难。
b.无法适用于耳机，只适用于喇叭。
发明内容
本发明的目的是克服已知技术的上述缺陷，提供一种成本低，用户操作简便，放音品质高的无源电-声装置。
为达到上述目的，本发明无源电-声装置，包括放音设备和通过音频信号电缆和插接件与放音设备相连的无源耳机，其中，放音设备包括数字信号处理单元以及与其分别相连的第一数据转换及功率输出单元、第二数据转换及功率输出单元和数据通信单元；音频信号电缆设有用于传输左声道音频的第一传输线、用于传输右声道音频的第二传输线和公共地线；第一数据转换及功率输出单元的输出接至第一传输线，第二数据转换及功率输出单元的输出接至第二传输线，数据通信单元与第一传输线和第二传输线分别相连；耳机设置一内存芯片，第一传输线通过第一电容器与芯片的时钟端相连，第二传输线与芯片的数据端相连；第一传输线和第二传输线与耳机内左、右声道的喇叭分别相连，芯片的电源端通过第二电容器与公共地线相连。
本发明无源电-声装置，其中所述内存芯片设置正向接在时钟端与电源端之间的第一二极管和负向接在时钟端与地线端之间的第二二极管。
本发明无源电-声装置，其中所述内存芯片存储的电子声学特性参数信息包括频率响应、脉冲响应、灵敏度、频率-阻抗曲线、谐振频率和最大声压。
本发明无源电-声装置，其中所述耳机为无源的耳机、扬声器或音箱。
本发明无源电-声装置，其中所述放音设备为CD/MD/MP3播放器。
本发明的另一目的是提供一种无源电-声装置的放音方法。
为达到这一目的，本发明无源电-声装置的放音方法，通过在无源耳机内的耳机芯片中存储和由放音设备的数字信号处理单元读取耳机的电子声学特性参数信息，并由所述数字信号处理单元对所述放音设备的放音信号实施实时/非实时计算和线性/非线性调整，并将调整后的放音信号传输至所述无源耳机，所述数字信号处理单元存储的操作序列执行如下步骤：
1)首先，将所述耳机的音频特性参数以数字信息存储到耳机的内存芯片中；
2)在所述耳机连接放音设备时，所述放音设备输出时钟信号给所述耳机芯片，同时由该时钟信号实现对耳机芯片的供电；
3)所述耳机芯片输出音频特性参数给所述数字信号处理单元；
4)所述数字信号处理单元确认得到的耳机参数是否正确，若结果为是，切断供给所述耳机芯片的时钟信号并执行步骤5)，若结果为否，返回步骤3)；
5)所述数字信号处理单元根据耳机的特性参数比对放音信号的音频特性参数，并用比对的结果调整所述放音信号的音频特性参数；
6)将调整后的放音信号传输给耳机，完成放音。
本发明无源电-声装置的放音方法，其中所述数字信号处理单元以用户选择的实时/非实时算法对获取的耳机的特性参数进行比对和线性/非线性调整，其中，线性调整包括有限冲击响应、无限冲击响应滤波或快速卷积，非线性调整包括自动增益控制、音量压缩和波形整形。
本发明无源电-声装置的放音方法，其中所述线性/非线性调整用于单声道、立体声道或多声道的放音设备和无源的耳机/扬声器/音箱。
本发明无源电-声装置及其放音方法的优点在于：由于采用了将耳机的音频特性以数字化的参数存储到内存芯片中，并由放音设备的数字信号处理单元对声音信号进行处理，使耳机达到最佳的放音效果，其成本低廉，用户操作简便，放音品质高。
下面将结合实施例参照附图进行详细说明，以对本发明的目的、特征和优点有深入的理解。
附图说明
图1为本发明无源电-声装置中无源耳机的外形图；
图2为本发明无源电-声装置中无源耳机插头的示意图；
图3为图2中无源耳机插头在传输音频数据时的信号示意图；
图4为图2中无源耳机插头在读取内存芯片数据时的信号示意图；
图5为本发明无源电-声装置的结构示意图；
图6为图5中内存芯片的结构示意图；
图7为本发明无源电-声装置放音方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明无源电-声装置的实施例。
参照图1和图5，本发明无源电-声装置是一种带有内存芯片的无源电-声装置，包括放音设备1和与放音设备1相连的耳机2，耳机2设置内存芯片3，内存芯片3通过连接放音设备的电缆或音频信号插接件与放音设备1的数字信号处理单元10(Digital Signal Processing Unit，下称DSP)相连。简单地说，本发明无源电-声装置是先对耳机2进行分析，找出其特性并用数字化的参数来表示和记录，存储到内存芯片3中，这样，在放音的时候就可以根据这些特性对放音信号进行处理，达到最佳的放音效果。
在本发明的实施例中，放音设备1为MP3(或CD、MD)播放器，耳机2为无源的耳机。在其他实施例中，也可以为无源的扬声器或音箱。参照图1，耳机2在其3.5毫米插头内装有一个微小的内存芯片3，内存芯片3存储的电子声学特性参数信息包括频率响应、脉冲响应、灵敏度、频率-阻抗曲线(Impedance with respect to frequency)、谐振频率(fo)、最大声压(maximum Sound Pressure Level)。
在本发明的实施例中，参照图1-图5，放音设备1包括DSP，以及与其分别相连的第一数据转换及功率输出单元11、第二数据转换及功率输出单元12和数据通信单元13。音频信号电缆设有用于传输左声道音频的第一传输线a、用于传输右声道音频的第二传输线b和公共地线c。第一数据转换及功率输出单元11的输出接至第一传输线a，第二数据转换及功率输出单元12的输出接至第二传输线b，数据通信单元13与第一传输线a和第二传输线b分别相连。第一传输线a通过第一电容器C1与内存芯片3的时钟端相连，第二传输线b与内存芯片3的数据端相连。第一传输线a和第二传输线b与耳机内左、右声道的喇叭分别相连，内存芯片3的电源端通过第二电容器C2与公共地线c相连。
本发明的实施例，参照图6，内存芯片3中设置正向接在时钟端与电源端之间的第一二极管D1和负向接在时钟端与地线端之间的第二二极管D2。第一二极管D1和第二二极管D2组成的整流网络D1、D2作为内存芯片3的电源，其输出为电源端VDD。耳机芯片的电源除第一电容器C1和第二电容器C2外的部分都做在了耳机芯片中。
下面参照图5和图6说明本发明无源电-声装置的工作过程：
首先说明传输耳机特性参数的过程。由放音设备1的数据通信单元发出交流信号(方波)，即时钟信号，此信号为频率1.5MHz的高频信号，传输至耳机2。因为人耳能够听到的频率范围为20Hz-20kHz，而对于此频率范围之外的声音是听不到的，所以，当频率为1.5MHz的方波信号传至耳机时，左右声道耳机中听不到任何的声音。可是，此高频信号经由第一传输线a传输至耳机芯片3，经过第一电容器C1的滤波，时钟信号变为直流，作为电源电压VDD给无源耳机芯片供电。待此信号稳定后，耳机芯片3通过第二传输线b将存储的耳机特性参数输出给DSP，然后DSP校验得到的参数无误之后，就会断掉向耳机芯片输出的时钟信号，也就断掉了耳机芯片的电源。
再说明放音的过程。当DSP得到关于耳机的特性参数之后，DSP会根据这些特性参数自动调节放音信号，然后把调节后的放音信号传给耳机放出声音。当放音信号传至耳机2时，由于放音信号的频率范围在20-20kHz之间，此低频信号经第一传输线a传输到耳机芯片3时，经过第一电容器C1之后信号能量会被耗尽，所以无法给芯片3供电，即在放音的时候，耳机芯片3处于断电不工作的状态，放音信号会直接经由耳机左、右声道放出声音。当耳机被连接到放音设备且该放音设备正在开机时，耳机的信息都将会传送到设备，放音设备将会自动配置内部DSP中与所连接的特定耳机的相关参数，所有的工作都自动完成，无需用户的干预。
参照图7，下面说明本发明无源电-声装置的放音方法。
首先，将所述耳机的音频特性参数以数字信息存储到耳机的内存芯片中(步骤1)。在耳机连接MP3播放器时，MP3播放器输出时钟信号给耳机芯片，同时由该时钟信号实现对耳机芯片的供电(步骤2)，然后，耳机芯片输出音频特性参数给所述DSP(步骤3)，MP3播放器的DSP读取内存芯片中关于耳机特性参数的数字信息，确认得到的耳机参数是否正确，若结果为是，切断供给所述耳机芯片的时钟信号；若结果为否，重新读取内存芯片中的数字信息(步骤4)。在分析放音设备输出声音信号的音频特性参数时，DSP根据耳机的特性参数比对放音信号的音频特性参数，并用比对的结果调整所述放音信号的音频特性参数(步骤5)。最后，将调整后的放音信号传输给耳机，完成放音(步骤6)。
DSP在分析放音设备输出声音信号的音频特性参数时，以用户选择的实时或非实时算法对获取的耳机的特性参数进行比对和线性或非线性调整，其中，线性调整包括有限冲击响应(FIR)、无限冲击响应(IIR)滤波或快速卷积，非线性调整包括自动增益控制、音量压缩和波形整形。
在本发明的放音方法中，线性/非线性调整适用于单声道、立体声道或多声道的放音设备和无源的耳机/扬声器/音箱。由于没有其他配套的电子装置，其成本低廉，用户操作简便，其放音品质高，并且是自动完成的。
Claims (8)
1.一种无源电-声装置，包括放音设备(1)和通过音频信号电缆和插接件与所述放音设备(1)相连的无源耳机(2)，其特征在于：其中，所述放音设备(1)包括数字信号处理单元(10)以及与其分别相连的第一数据转换及功率输出单元(11)、第二数据转换及功率输出单元(12)和数据通信单元(13)；所述音频信号电缆设有用于传输左声道音频的第一传输线
(a)、用于传输右声道音频的第二传输线(b)和公共地线(c)；所述第一数据转换及功率输出单元(11)的输出接至所述第一传输线(a)，所述第二数据转换及功率输出单元(12)的输出接至所述第二传输线(b)，所述数据通信单元(13)与所述第一传输线(a)和第二传输线(b)分别相连；所述耳机(2)内设置一内存芯片(3)，所述第一传输线(a)通过第一电容器(C1)与所述芯片(3)的时钟端相连，所述第二传输线(b)与所述芯片(3)的数据端相连；所述第一传输线(a)和第二传输线(b)与所述耳机(2)内左、右声道的喇叭分别相连，所述芯片(3)的电源端通过第二电容器(C2)与所述公共地线(c)相连。
2.根据权利要求1所述的无源电-声装置，其特征在于：其中所述内存芯片(3)设置有正向接在时钟端与电源端之间的第一二极管(D1)和负向接在时钟端与地线端之间的第二二极管(D2)。
3.根据权利要求1或2所述的无源电-声装置，其特征在于：其中所述内存芯片(3)存储的电子声学特性参数信息包括频率响应、脉冲响应、灵敏度、频率-阻抗曲线、谐振频率和最大声压。
4.根据权利要求3所述的无源电-声装置，其特征在于：其中所述无源耳机(2)替换为无源的扬声器或音箱。
5.根据权利要求4所述的无源电-声装置，其特征在于：其中所述放音设备为CD/MD/MP3播放器。
6.一种无源电-声装置的放音方法，通过在无源耳机内的耳机芯片中存储和由放音设备的数字信号处理单元读取耳机的电子声学特性参数信息，由所述数字信号处理单元对所述放音设备的放音信号实施实时/非实时计算和线性/非线性调整，并将调整后的放音信号传输至所述无源耳机，所述数字信号处理单元存储的操作序列执行如下步骤：
1)首先，将所述耳机的音频特性参数以数字信息存储到耳机的内存芯片中；
2)在所述耳机连接放音设备时，所述放音设备输出时钟信号给所述耳机芯片，同时由该时钟信号实现对内存芯片的供电；
3)所述内存芯片输出音频特性参数给所述数字信号处理单元；
4)所述数字信号处理单元确认得到的耳机参数是否正确，若结果为是，切断供给所述耳机芯片的时钟信号并执行步骤5)，若结果为否，返回步骤3)；
5)所述数字信号处理单元根据耳机的特性参数比对放音信号的音频特性参数，并用比对的结果调整所述放音信号的音频特性参数；
6)将调整后的放音信号传输给耳机，完成放音。
7.根据权利要求6所述的放音方法，其特征在于：其中所述数字信号处理单元以用户选择的实时/非实时算法对获取的耳机的特性参数进行比对和线性/非线性调整，其中，线性调整包括有限冲击响应、无限冲击响应滤波或快速卷积，非线性调整包括自动增益控制、音量压缩或波形整形。
8.根据权利要求7所述的放音方法，其特征在于：其中所述线性/非线性调整用于单声道、立体声道或多声道的放音设备和无源的耳机/扬声器/音箱。
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