CN101682812A - 用于便携式设备的音频系统 - Google Patents

Abstract

一种音频系统，包括箱体和安装在该箱体上的换能器。响应于被音频信号所驱动，换能器引起箱体的振动。支架组件通过一个或多个隔振器将便携式设备机械式耦接到箱体，使得仅有部分振动耦接到便携式设备。该箱体基本上完全由支架组件来支撑。

Description

用于便携式设备的音频系统

背景技术

根据专利法35U.S.C.§120，本申请是2004年9月1日提交的、序列号为10/932,137的美国申请的部分继续申请并要求享有其优先权。在先申请的公开内容被视为本申请公开内容的一部分并且通过引用包含于此。

用于收听高质量音频的便携式电子设备已经变得越来越流行。大多数便携式电子设备还包括用于通过柔性线缆将该便携式电子设备连接到立体声系统或外部扬声器的输出端口。

发明内容

在一个方面中，一种音频系统包括：箱体，以及安装到该箱体上的换能器。换能器响应于被音频信号驱动而引起箱体的振动。支架组件通过一个或多个隔振器将便携式设备机械式耦接到箱体，使得仅有振动的一部分耦接到便携式设备。箱体基本上完全由支架组件来支撑。

进一步的特征包括：一个或多个隔振器位于支架组件与箱体之间。可以有两个隔振器位于支架组件与箱体之间。可以有三个隔振器位于支架组件与箱体之间。可以有四个隔振器位于支架组件与箱体之间。支架组件可以包括一个或多个支脚，当音频系统放置在表面上时，这些支脚在该表面上支撑支架组件。一个或多个支脚中的每一个可以与一个或多个隔振器中对应的一个相对准。当音频系统放置在基本水平的表面上并且一个或多个支脚与该表面相接触时，一个或多个支脚中的每一个可以与一个或多个隔振器中对应的一个垂直对准。一个或多个隔振器中的每一个可以选自：弹性体构件、硅构件、弹簧、泡沫构件、软木构件、阻尼器、撞击吸收器、液压系统、软垫、套管和衬套。

在另一方面，一种音频系统包括：箱体，以及安装到该箱体上的换能器。换能器响应于被音频信号驱动而引起箱体的振动。支架组件通过一个或多个隔振器将便携式设备机械式耦接到箱体，使得仅有振动的一部分耦接到便携式设备。一个或多个支脚的每一个与一个或多个隔振器中对应的一个对准。

在又一方面，一种减小振动的方法，包括步骤：提供箱体；以及利用安装在该箱体上的换能器引起箱体的振动。换能器响应于被音频信号驱动而引起该振动。经由支架组件以及一个或多个隔振器将便携式设备机械式耦接到箱体，使得仅有振动的一部分耦接到便携式设备。提供一个或多个支脚，其中每个支脚与一个或多个隔振器中对应的一个对准。

另一方面包括一种音频系统，其具有箱体以及安装到箱体的换能器。换能器响应于被音频信号驱动而引起箱体的振动。部件可拆卸地附接到箱体，该部件包括第一支脚，当音频系统放置在水平表面上时，第一支脚搁放在该水平表面上。第二支脚位于音频系统的底表面上并且搁放在该水平表面上。

进一步的特征包括该部件为电池。该部件可以是可充电电池。音频系统可以包括在音频系统的底表面上的第三支脚，第三支脚搁放在所述水平表面上。第三支脚的位置可以比第二支脚更靠近音频系统的前面。当音频系统搁放在水平表面上时，第三支脚可以比第二支脚更加受重。第三支脚的位置可以比第二支脚更远离所述部件。

附图说明

图1是音频系统的分解透视图；

图2示出了图1的音频系统中的振动的传播路径的框图；

图3示出了图1的音频系统的示意图；

图4示出了图1的音频系统中的电子系统的框图；

图5示出了在连接到扩展坞(docking station)的便携式设备的操作期间、作为施加到安装在扬声器箱体中的换能器上的信号频率的函数的中断的曲线图；

图6示出了在连接到音频系统的便携式设备的操作期间、作为施加到安装在音频系统中的换能器上的信号频率的函数的中断的曲线图；

图7示出了音频系统中的振动的传播路径的框图；

图8示出了音频系统的示意图；

图9示出了音频系统中的振动的传播路径的框图；

图10示出了音频系统的示意图；

图11是音频系统的透视图；

图12是图11的音频系统的分解透视图；

图13是图11的音频系统的透视图，其示出了音频系统的底部视图；

图14是振动隔离装置的另一示例的局部剖面图；以及

图15是音频系统的另一示例的透视图。

具体实施方式

诸如便携式音频设备的便携式电子设备通常包括内部存储设备以用于存储数据。存储设备可以是内部存储芯片、可移动存储卡或硬盘驱动(HDD)或其他媒体存储设备。可选地，便携式音频设备可以包括用于播放存储在可移动存储设备(诸如CD盘或DVD盘)上的内容的驱动。基于硬盘驱动的便携式设备具有优势，因为其可以存储大量数据。

然而，硬盘驱动和光盘驱动可能比其他存储设备对于撞击和振动更为敏感。即使相对较小的撞击或振动也可能中断驱动的读取操作。对于硬盘驱动而言，足够大的撞击可能导致读取头撞入盘中，从而损坏驱动。

这使得某些制造商将存储缓冲器集成到便携设备中，以便在盘驱动(例如，硬盘驱动、CD/DVD驱动)操作发生中断时，为用户提供无中断的音频数据流。有些存储缓冲器可以存储几分钟的音频数据。驱动将音频数据加载到存储缓冲器中。当便携式设备经受导致临时中断驱动操作的撞击或振动时，存储缓冲器继续供应无中断的音频数据给便携式设备。一旦振动或撞击停止，驱动将音频数据补充到存储缓冲器中。如果振动重复出现的速率太快使得驱动仍然处于中断状态，则存储缓冲器最终将释放完所缓冲的音频数据，用户将感受到音频数据流中的中断。在另一更常见的场景中，当存储缓冲器请求额外的音频数据时，驱动可能处于中断状态。由于驱动不能提供额外的音频数据，所以用户感受到来自便携式设备的音频数据流中的中断。

参考图1，音频系统100包括箱体102、支架104以及支架104的底座106。扩展坞100还包括第一电声换能器108和第二电声换能器110。在一个示例中，箱体102是具有调谐到期望频率的倒相孔111的倒相式扬声器箱。箱体102也可以包括附加的倒相孔、声波导结构、无源辐射器、声音隔离器、消音材料和/或可以改善音频系统100的声学性能的任何其他特征。

放大器112安装在箱体102上。放大器112可以包括散热片113或其他冷却机构以耗散放大器112的热量。在一个示例中，放大器112是双通道放大器。放大器112也可以是单通道放大器或多个单通道放大器。放大器112电连接到换能器108、110，并且适用于放大由便携式设备116供应的音频信号。便携式设备116例如可以包括MP3设备、迷你盘设备、紧致盘(CD)设备、个人数字助理(PDA)、掌上型计算机、蜂窝电话、数字照相机或寻呼机。

箱体102还包括网筛(screen)(未示出)或格栅，其覆盖和保护换能器108、110。网筛可以由织物、泡沫、塑料或金属材料制成。网筛可以是可拆卸的或者可以永久地固定安装在箱体102上。

支架104可以包括定形成容纳便携式设备116的底座的插入件。取决于特定的便携式设备，插入件可以有不同的形状和大小。支架104还包括连接器114，其通过电路板117机械式耦接到支架104的底座106。电路板117利用螺钉或其他安装硬件安装在支架104的底座106上。在一个示例中，支架104、连接器114以及电路板117集成为具有底座106的支架组件105。支架组件105的底座通过一个或多个隔振器118机械式耦接到音频系统100的箱体102。隔振器118例如可以包括弹性体构件、弹簧、泡沫构件、软木构件、阻尼器、撞击吸收器、液压系统、软垫、套管或衬套。连接器114适用于与便携式设备116的连接器115相配合。在一个示例中，连接器114与能够形成支架组件105的支架104通过隔振器118机械式耦接到音频系统100的箱体102，使得连接器114和支架104基本上与箱体102振动隔离。

支架组件105的底座106还包括一个或多个支脚120，当音频系统100放置在表面，诸如桌子或架子上时，安置这些支脚120以支撑含有连接器114的支架104。所用支脚120的数目、类型和位置由系统的属性决定，诸如结构中呈现的机械能量谱、结构的设计、结构中元件的材料属性等。

音频系统100的箱体102还包括多个支脚124，当音频系统100放置在表面上时，安置这些支脚124以支撑音频系统100。例如支脚124可以对称安置在箱体102的底面。音频系统100的参数，诸如大小和重量，可以用于确定支撑音频系统100的支脚124的数目和位置。

音频系统100还可以包括音频信号处理器126，诸如数字信号处理器(DSP)。音频信号处理器126可以对便携式设备116生成的音频信号执行信号处理。例如，音频信号处理器126可以执行任何已知的声音处理算法，其可以包括：声音均衡、数字分频、低音、高音、音量、环绕声、杜比定向逻辑(Dolby pro-logic^TM)、AC-3和MPEG解码或其他信号处理功能。下文将参考图4更详细地描述DSP126的其他功能。安装托架128利用四个螺钉130将DSP 126紧固到支架104的底面。在有些示例中，安装托架128可以利用胶、压入配件或任何其他安装系统来紧固DSP 126。DSP通常安装在PCB上。PCB可以是包含连接器的同一PCB，或者可以是不同的PCB，这取决于系统如何配置。

转到图2，其公开了可能影响音频系统100中的便携式设备116的机械振动的传播路径150。传播路径150可以分隔为三条不同的路径。在一个示例中，根据本发明的方法可以在振动传播到便携式设备116中之前隔离大部分振动。在另一方面，对于基本上未隔离的任何振动，可以在其影响便携式设备116的操作之前进行抑制或衰减。因此，在振动能够影响便携式设备116的操作之前，通过隔振器或减震器阻断和/或衰减振动的路径。技术人员可以理解，振动路径中的隔振器或减震器的数目和位置可以根据特定音频系统的需要而变化。

第一振动路径152由换能器108、110的声音输出以声波的形式产生。第一路径152通常对便携式设备116的操作影响较小。因此，便携式设备116通常不与换能器108、110的声音输出相隔离。技术人员将理解，可以使用各种技术来最小化换能器108、110的声音输出对便携式设备116的操作的影响，诸如改变换能器108、110的声音辐射模式，使得朝向便携式设备辐射的声能量相对小于向外辐射到听音位置的声能量。

第二振动路径154由箱体102中的换能器108、110的机械运动产生。第二振动路径154可能对便携式设备116的操作影响较大，因此在本文中详细描述。箱体102还可能经受从箱体102内产生的、来自内部声振动路径156的振动。内部声振动路径156由箱体102内的换能器108、110的声音输出引起。箱体内产生的气压变化会对箱体壁施加力，这继而导致箱体结构中的振动。

箱体102通过支脚124机械式耦接到表面158。支脚124设计成在从箱体102传出的振动传播到表面158之前对其进行衰减。支脚124也可以在从表面158传出的振动传播到箱体102之前对其进行衰减。

在一个示例中，第二振动路径154被一个或多个隔振器118阻断。隔振器118放置在箱体102与支架104的底座之间。隔振器118设计成防止箱体102的振动耦接到支架104的底座106中。隔振器118将底座106与箱体102隔离，并且在振动可能影响便携式设备116的操作之前对其进行衰减。

底座106还包括支脚120。支脚120设计成对可能从表面158传出的振动进行衰减，例如通过支脚124从箱体102传出的振动，或者从耦接到表面158的外部源160传出的振动。

连接器114例如通过焊接连接刚性地安装到电路板117上。电路板117使用安装硬件，例如螺钉，刚性地安装到底座106上。在一个示例中，电路板117可以通过隔振器(未示出)安装到底座106上，以进一步将连接器114与从箱体102传出的以及从表面158传出的振动相隔离。便携式设备116机械式且电子式耦接到连接器114。在一个示例中，连接器114通过隔振器与电路板117机械式隔离。

便携式设备116还机械式耦接到支架104。当便携式设备116安坐在连接器114上时，支架104对便携式设备116提供物理支撑。支架104可以包括可压缩弹性体，当便携式设备116安坐到支架104中时压缩该弹性体。可压缩弹性体可以在支架中的振动传播到便携式设备116的壳体中之前对其进行隔离和/或抑制。在一个示例中，支架104、电路板117以及连接器114(也即支架组件)与底座106一体化。支架104也可以使用一个或多个隔振器与底座106机械式隔离。

参考图3，音频系统100包括箱体102和支架104。支架104的底座106通过隔振器118机械式耦接到箱体102。在其他示例中，支架104的底座106可以通过刚性的、阻性的、弹性的或柔性的耦接而耦接到箱体102。箱体102定形为包含电声换能器108、110。电声换能器108、110通常刚性地安装到箱体102上。在一个示例中，箱体102是倒相式音箱。倒相式音箱可以调谐到期望的谐振频率。箱体102可以包括任意数目的声倒相孔、无源辐射器、声波导结构、声音隔离器以及消音材料。

在一个示例中，使用螺钉或其他安装硬件将换能器108、110安装到箱体102中的孔中。密封垫或其他密封器件可以放置在每个换能器108、110的边框或框架与箱体102中其对应的孔之间。

支架104包括被定形为连接到便携式设备116的连接器114。支架104和连接器114一起可以构成支架组件。下文中参考图4更详细地描述包括连接器114的小插头的技术性说明。连接器114机械式耦接到支架104的底座106。在一个示例中，连接器114耦接到中间结构，诸如电路板117，该中间结构继而耦接到底座106。同样，连接器114也可以直接机械式耦接到支架104。支架104通常包围连接器114。连接器114可以与支架104一体化或铸模在支架104中，并且支架组件可以通过隔振器118耦接到箱体102。

支架104和连接器114可以与其他支架和连接器调换，以便允许音频系统100与各种各样的便携式设备一起使用。电路板117也可以与具有不同接口电路或不同连接器的电路板调换。例如，基于硬盘驱动的音频播放器可能具有与蜂窝电话或个人数字助理(PDA)不同的接口连接器并且需要不同的支架。在这些情形中，根据设备的类型和品牌，可以使用不同的支架104和/或不同的连接器114以及可能的接口电子电路。支架104的形状和大小通常是可变的，以适应不同的便携式设备116。在一个示例中(未示出)，支架104设计成改变其形状和大小以适应不同的便携式设备。

扩展坞100包括将连接器114和支架104在振动上与箱体102相隔离的隔振器118。“振动上隔离”是指在从箱体102传出的振动或振荡传播到支架104和连接器114以及最终到达便携式设备116之前，通过隔振器118将其大部分振动或振荡基本上阻断或滤除。隔振器118实质上在机械能量的传播路径(从源到设备)中设置机械滤波器。隔振器118可以是弹簧，或者可以是弹簧与物质的组合。也可以加入机械式阻性滤波元件(也即，消音元件)。滤波元件可以是单独的元件，或者可以在诸如弹簧的元件中加入消音。也可以加入弹性体构件，并且该弹性体构件可以模塑成机械弹簧与机械阻体的组合。

“消音”是指机械能量被衰减。消音意味着耗散能量(在此案例中为机械能量)。通常，耗散是以热的形式。由于消音或滤波，所传播的振动可以被衰减。滤波实质上改变结构的机械阻抗。因此，放置在源和结构的一部分之间的机械滤波器可以基本上防止机械能量从源传送到通过该机械滤波器而与源隔离的该部分结构中。

通常选择机械滤波器的拐角频率(假设为机械低通滤波器拓扑)为与实际频率一样低，使得其处于预期存在振动能量的频率范围之下。需要的话也可以使用更高阶滤波器。不过，高阶滤波器通常更贵，并且高阶系统在截止频率附近的行为通常更难以控制。

隔振器118可以是弹簧、弹性体构件、泡沫构件、软木构件、阻尼器、撞击吸收器、液压系统、软垫、套管、衬套或适合于隔离和衰减振动或振荡的任何器件。图3中将隔振器118示出为并行布置的消音器172和弹簧174的组合。隔振器118也可以描述成串行布置的消音器和弹簧的组合(未示出)。在图3所示的示例中，隔振器118放置在箱体102与底座106之间。然而，技术人员可以理解，隔振器118可以放置在其他位置，而会不偏离本发明。例如，一个或多个隔振器118可以放置在电路板117与底座106之间。

在有些示例中，隔振器118是由橡胶、弹性体或硅材料制成的套管。隔振器118可以由在很宽的温度范围内表现出良好的消音特性和稳定的材料属性的聚氨酯复合物制成。例如，隔振器118可以由来自Aearo公司的E-A-R专业合成物部门的VersaDamp^TM产品制成。便携式设备116的重量和大小，以及将便携式设备116连接到连接器114所经受的剪应力和压力加载，会影响所使用的隔振器118的数目、位置和类型。

音频系统100的箱体102还可以包括一个或多个支脚124，当音频系统100放置在表面158上时，安置这些支脚124以支撑音频系统100。例如，表面158可以是桌子或架子的上表面。支脚124可以由橡胶、弹性体或硅材料制成。在一个示例中，支脚124由3M^TM公司的橡胶化合物制成。支脚124机械耦接到音频系统100的箱体102，并且安置这些支脚124以使得隔离从箱体102向表面158传播的振动。支脚124也可以消除从箱体102到表面158的任何振动。在一个示例中，支脚124基本上类似于隔振器118。它们也可以描述成机械滤波器。支脚124以与隔振器118的功能相类似的方式工作。

支架104(机械式耦接到连接器114)的底座106也可以包括一个或多个支脚120，以适用于当音频系统100放置在表面158上时支撑支架104。支脚120设计成支撑支架104、连接器114和便携式设备116的组合，使得将底座106耦接到箱体102的隔振器118基本上保持在期望的压缩状态。在一个示例中(未示出)，支架104的底座106不包含支脚120，而是由隔振器118来支撑支架104、连接器114和便携式设备116的组合。支脚120可以由橡胶、弹性体或硅材料制成。在一个示例中，支脚120由3M^TM公司的橡胶化合物制成。

在从箱体102传出并途经表面158的振动传播到达支架104的底座106并最终到达便携式设备116之前，支脚120可以对这些振动进行衰减。支脚120构成了机械滤波器(通常为低通滤波器)，其滤除可能从箱体102传播到表面158、或者从表面158通过支架104传播到便携式设备116的机械能量。在此示例中，支脚124和120可以联合操作以提供对可能从箱体102通过表面158传播到底座104的振动能量的隔离或衰减。在一个示例中，支脚120还可以基本上衰减从与表面158相接触的外部源160(图2)传出的振动。

扩展坞100操作如下。便携式设备116放置在支架104中并且安坐在连接器114上。便携式设备116被激活并且选择音频轨道。远程控制单元(未示出)可以用于选择音频轨道和/或用于控制音量。远程控制单元可以控制各种功能，例如包括声音均衡和立体声平衡。连接器114接收对应于所选择的音频轨道的音频数据。该音频数据由扩展坞100中的处理器(未示出)进行处理。例如，处理器可以包括对音频数据进行放大的放大器和/或执行声音处理(诸如声音均衡)的音频信号处理器。音频信号处理器可以是执行例如模数转换的数字信号处理器(DSP)。音频数据驱动安装在箱体102中的换能器108、110。

换能器108、110通过振动和扰动其周围的空气来制造声音，由此产生声能。换能器108、110在制造声音时的运动产生空气传载能量和机械能。声能和机械能的组合可能导致箱体102中的振动。振动的幅度和频率取决于驱动换能器108、110的音频信号，以及音频系统100的结构设计和用于构成音频系统100的材料的材料特性。不同的便携式设备可能对不同的振动频率更为敏感或更不敏感。

将连接器114通过支架104的底座106耦接到箱体102的隔振器118可以基本上将连接器114和支架104与换能器108、110产生的箱体102中的振动相隔离。应当注意，有两条主要振动路径可能影响便携式设备116。第一条路径是通过连接器114到达便携式设备116。第二条路径是通过支架104到达便携式设备116。通过这两条路径传播的有些振动直接从箱体102耦接到隔振器118并且到达底座106。箱体102中的其他振动通过表面158传播到底座106。这些振动基本上被机械式耦接到箱体102的支脚124所衰减。支脚124未完全衰减的任何振动可以通过表面158进行传播，在它们对连接器114或支架104起作用之前，支脚120可以对其进行衰减。支脚120还可以衰减从外部源(诸如与表面158相接触的源)传出的表面158中的振动。

无论从哪条机械能传播路径，放置在支架104中并且连接到连接器114的便携式设备116基本上与振动隔离。例如，包含硬盘驱动的便携式设备116可能对外部振动非常敏感。振动可能中断硬盘驱动的操作。操作可以包括音频播放、从存储器访问数据、从硬盘驱动访问数据、向存储器记录数据、向硬盘驱动记录数据，对便携式设备中的电池充电或便携式设备116的任何其他功能。包含隔振器118的音频系统100可以在从箱体102或从外部源传出的振动可能影响便携式设备116的操作之前，对其进行隔离和衰减。

现在参考图4，音频系统100包括便携式设备接口202。便携式设备接口202包括图1的连接器114。连接器114与便携式设备116的连接器115(图1)相配合。每种特定的便携式设备可能具有不同的连接器115。音频系统100的连接器114可以用设计用于与该特定便携式设备的连接器相配合的其他连接器来替换。连接器114包含多个小插头(未示出)。每个小插头用于从便携式设备116向音频系统100传输各种数据，反之亦然。连接器114中的小插头的数目和布置根据与音频系统100一起使用的便携式设备116的类型而变化。

便携式设备接口202的输出通过总线206耦接到可选的接口模块204的输入。总线206可以是双向总线。在一个示例中，不包含可选的接口模块204，便携式设备接口202通过总线206直接耦接到处理器208。便携式设备116生成输出信号，其通过总线206进行传输。例如，输出信号可以包括左右声道音频信号、串行协议信号、电源信号和接地信号以及控制信号。便携式设备116可以传输任意数目的控制信号和/或数据信号。在一个示例中，数据信号是模拟信号。

处理器208可以通过总线206向便携式设备116传输命令。命令可以包括平衡、音量、均衡、音轨选择、快进、回退、暂停、播放、跳过音轨、移动音轨、定制播放列表、随机播放音轨和/或便携式设备116能够识别的任何命令。处理器208还可以将电源信号和接地信号传输给便携式设备116，以便提供电源和/或对便携式设备116中的电池充电。

可选的接口模块204可以是硬件/软件接口，其从各种便携式设备接受接口信号，并且修改这些信号以便与扩展坞100中的处理器208相兼容。接口模块204可以是双向的。例如，接口模块204可以修改命令以便与处理器208相兼容，其也可以从处理器208接收输出命令并且修改这些输出命令以与便携式设备116相兼容。附加地，接口功能可以包含在系统处理器208中，从而不需要单独的模块。

对信号的修改例如可以包括：将信号从模拟信号转换为数字信号，或者重新路由各个信号。可选的接口模块204可以在任意类型的便携式设备与处理器208之间创建接口，使得处理器208接收并理解来自特定便携式设备的信号和命令。接口模块204可以包括处理器、开关、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)和/或任何其他必需部件。

远程控制发射器210通过通信链路214耦接到远程控制接收器212。远程控制发射器210可以是射频(RF)发射器、红外(IR)发射器或硬线连接的发射器。取决于扩展坞100的需求，通信链路214可以是无线通信链路或有线通信链路。远程控制发射器210可以映射便携式设备116的功能，使得远程控制发射器210上的控制开关对应于便携式设备116上的类型控制开关。例如，如果便携式设备116上的控制按钮对应于“向前跳进”功能，则可以将远程控制发射器210编程为映射“向前跳进”控制按钮。

远程控制接收器212通过通信链路216耦接到处理器208。通过通信链路214将命令从远程控制发射器210传输到远程控制接收器212。处理器208通过通信链路216从远程控制接收器212接收命令。命令可以包括调节音量、均衡、音轨选择或者可以控制便携式设备116和/或音频系统100的功能的任何其他命令。

在不包含可选的接口模块204的示例中，处理器208对命令进行修改或处理，使得便携式设备116能够理解命令。经处理的命令继而通过总线206传输到便携式设备接口202。便携式设备116连接到便携式设备接口202中的连接器114。从处理器208接收到命令之后，便携式设备116执行命令并且向处理器208传输信号。例如，如果来自处理器的命令涉及选择新的音轨，则便携式设备116改变传输到处理器208的音轨。

处理器208可以通过改变均衡或对音频信号执行其他信号处理来修改接收自便携式设备116的音频信号。例如，处理器208可以对音频信号应用动态范围压缩算法。处理器208还可以执行其他功能，诸如感应便携式设备116连接到连接器114，以及响应于所连接的便携式设备116而激活音频系统100。处理器208还可以使音频系统100置于冬眠模式以在其不使用时节省能量。

在一个示例中，处理器208可以包括增益单元，其改变音频信号中一个或多个频率的增益。例如，处理器208可以确定音频信号中的哪些预定频率对箱体102中对所连接的便携式设备116的振动有最大有害影响有贡献。在一个示例中，预先确定对影响便携式设备的振动有贡献的已知频率，并将其存储在查找表中，处理器208响应于这些已知频率来调节增益单元。例如，处理器208可以减小音频信号中某些频率的增益，由此减小换能器108、110针对这些频率的最大输出。

在一个示例中，处理器208可以包括陷波滤波器以最小化音频信号中某些频率的输出。也可以采用其他形式的信号处理来减少对有害于便携式设备116的振动有贡献的特定频率的增益。在标题为“Mechanical Resonance Reducing”的美国专利No.6,067,362中更详细地描述了用于减小机械振动的影响的其他增益单元和陷波滤波器方案，该申请转让给本申请的受让人。通过引用将美国专利No.6,067,362的全文包含于此。上面引用的专利中所使用的陷波滤波器不同于上文描述的示例。上面引用的专利中所使用的陷波滤波器用于构成频变限幅器。也即，陷波滤波器确定可以应用的每个频率的最大允许水平。然而，只要没有频率分量高于该水平，信号路径中就不会存在滤波。陷波滤波器所执行的滤波是与信号水平相关的。

处理器208通过通信链路220将音频信号传输给放大器218。放大器218对音频信号进行放大。在一个示例中，处理器208可以逐渐增大音频信号的增益，使得在音频信号达到期望的放大水平之前，用户可以逐步适应该音频信号。例如，当正在播放音频数据的便携式设备116连接到音频系统100时，可以出现这种斜线上升行为。处理器208确定便携式设备116已经连接到音频系统，从而慢慢地增大放大器218的增益。处理器208可以按不同的增量来调节放大器218的增益。可以使用能够放大音频信号的任何放大器。例如，放大器218可以是A类、A/B类、C类、D类、G类或H类放大器或者任何其他已知放大器。在另一示例中，处理器208通过对信号执行乘法来直接改变数字音频信号的增益。

处理器208也可以调节便携式设备116的均衡。例如，当便携式设备116连接到音频系统100时，处理器208可以向便携式设备116发布命令以将其信号处理参数(例如，与音调控制、均衡设置、动态均衡或其他信号处理功能有关的参数)重置为预先确定的设置，诸如标称设置。这样可以防止便携式设备116向音频信号添加明显不期望的均衡(或其他处理)。在其他示例中，处理器208可以在便携式设备116连接到音频系统100时向便携式设备116应用预先确定的参数设置。

放大器218的输出通过通信链路224耦接到扩展坞100中的扬声器系统222。扬声器系统222可以包括图1的换能器108、110。扬声器系统222可以包括任意数目或类型的换能器，包括无源辐射器、低音扬声器、高音扬声器、压电式扬声器、静电式扬声器、喇叭式扬声器或电磁平板式扬声器。

放大器218的输出可以耦接到可选的超低音扬声器226。超低音扬声器226可以是动力式超低音扬声器。放大器218的另一输出可以耦接到可选的头戴受话器228。音频系统100(图1)可以包括任意数目的耦接到处理器208或放大器218的输入/输出端口，以便链接到各种外部设备，诸如立体声系统、音频/视频播放器、头戴受话器、扬声器系统、个人计算机、蜂窝电话、个人数字助理(PDA)、电视和/或机顶盒。

控制面板230可以安装到扩展坞100上。控制面板230通过通信链路232电耦接到处理器208。控制面板230可以包括控制旋钮、小键盘、触摸板、开关、液晶显示屏、触摸屏或能够控制音频系统100和便携式设备116的功能的任何其他器件。控制面板230和远程控制器210可以包括相同或不同的控件，或者可以包括某些通用控制功能。

存储器234也可以通过通信链路236电耦接到处理器208。存储器234可以是RAM、ROM、盘驱动、闪存、EPROM或任何其他适当类型的存储器。存储器234可以存储音频系统100和/或便携式设备116的参数或设置。在一个示例中，存储器234可以缓存音频数据。存储器234还可以用于存储可以通过音频系统100播放的整个音轨。所存储的音轨也可以传送和/或保存到便携式设备116中。

外部调谐器/CD播放器238，诸如AM、FM或卫星调谐器或便携式CD播放器，可以通过通信链路240电耦接到处理器208。外部调谐器/CD播放器238可以用于通过音频系统100播放音频信号。也可以使用其他设备，诸如迷你盘播放器、卡式播放器或数字音频带(DAT)播放器。在一个示例中(未示出)，无线电调谐器和/或CD播放器直接集成在音频系统100中。

在一个示例中，音频系统100可以包括多媒体功能。在此示例中，视频显示器242通过通信链路244耦接到处理器208。视频显示器242可以是液晶显示器(LCD)、发光二极管(LED)显示器、等离子显示器、阴极射线管(CRT)显示器或任何其他适合的显示设备。便携式设备116例如可以是数码相机、摄像机、具有数字图像功能的蜂窝电话、便携式视频播放器或便携式DVD播放器。便携式设备116可以向处理器208传输音频信号和/或视频信号。处理器208处理该音频信号，放大器218对处理过的音频信号进行放大。处理器208还可以处理视频信号，并且将视频信号传输给视频显示器242。视频数据处理可以包括色彩平衡控制、亮度控制、对比度控制、纵横比控制、格式转换或任何其他视频控制参数。具有视频功能的音频系统100可以包括环绕声功能。环绕声功能可以使用音频系统100内部或外部的一个或多个换能器来实现。

转到图5，在没有隔振器118的情况下，便携式设备116机械式耦接到典型的扬声器箱体(也即，支架/底座组件刚性连接到箱体)。因此，便携式设备116并没有与扬声器箱体在振动上隔离。在此示例中，便携式设备116包括硬盘驱动。硬盘驱动的操作可能被具有特定频率和幅度的振动所中断。曲线图300示出了在不导致连接到扩展坞的基于硬盘驱动的便携式设备116所提供的音频输出中断的情况下，可以施加给换能器108、110的最大信号水平与频率的关系。

在低于大约100Hz的频率处，最大可用信号可以施加给换能器108、110而不导致便携式设备所提供的信号中断。在频率大于为100Hz处，在盘驱动的操作被换能器108、110产生的振动中断之前，所施加信号的最大幅度312大约为最大值的百分之五十。

在大约100Hz到300Hz之间的频率处，在盘驱动的操作被换能器108、110产生的振动中断之前，所施加信号的最大幅度314达到低于百分之五十。在大约300Hz的频率处，最大可用信号可以施加给换能器108、110而不导致便携式设备116所提供的信号中断。在大约300Hz到650Hz之间的频率处，在盘驱动的操作被换能器108、110产生的振动中断之前，所施加信号的最大幅度318达到低于百分之五十。图5示出了在很大频率范围上，盘驱动的操作被换能器108、110产生的振动严重中断，因为所施加的信号水平明显低于系统可以施加的最大信号水平。

现在参考图6，便携式设备116连接到支架104和连接器114，其通过隔振器118机械式耦接到箱体102(也即，支架104的底座106与箱体102相隔离)。因此，便携式设备116与箱体102在振动上隔离。在此示例中，便携式设备116包括硬盘驱动。

在低于大约100Hz到大约800Hz的频率处，最大可用信号可以施加给换能器108、110而不导致便携式设备116所提供的信号中断。在大约800Hz到1250Hz之间的频率处，在盘驱动的操作被中断之前，所施加信号的幅度322达到低于百分之五十。在这些频率处，盘驱动的操作的中断归因于便携式设备116的声激励，而不是从换能器108、110传出的机械振动。在大约1250Hz以上的频率，最大可用信号可以施加给换能器108、110而不导致便携式设备116所提供的信号中断。

图6显示出相比于图5中示出的便携式设备116中发生的中断，便携式设备116中发生的中断有了相当大的改善。这是因为支架组件105(图1)将便携式设备116通过隔振器118机械式耦接到箱体102。隔振器118降低了所耦接的振动的幅度，从而当便携式设备116耦接到支架组件105时，在部分信号频率范围内，便携式设备的操作未被中断。在一个示例中，此部分信号频率范围例如可以是大于10Hz到800Hz之间，或者大约1200Hz到20kHz之间。对于不同的便携式设备，此部分信号频率范围可以不同，其取决于特定便携式设备的振动敏感度。

应当注意，图5的曲线图300和图6的曲线图320是使用具有类似输出特性和相同的最大输出水平能力而生成的。因此，对于每个设备，相对输出水平与频率之间的函数关系是相同的。

参考图7，公开了音频系统400中的振动的传播路径350。图8中示出了音频系统400的一个示例。音频系统400中可能影响便携式设备116的振动可以分隔为三条不同的路径，如参考图2所描述的。

第一振动路径152由换能器108、110的声音输出以声波的形式产生。便携式设备116通常不与换能器108、110的声音输出相隔离。第二振动路径154由箱体102中的换能器108、110的机械运动产生。箱体102还可能经受从箱体102内产生的、来自内部声振动路径156的振动，内部声振动路径156由箱体102内的换能器108、110的声音输出引起。箱体102内的气压对箱体壁施加力，继而导致壁中的机械振动。

箱体102通过支脚124机械式耦接到表面158。支脚124设计成在从箱体102传出的振动传播到表面158之前对其进行衰减。支脚124也可以在从表面158传出的振动传播到箱体102之前对其进行衰减。

在图7所描述的示例中，支架104的底座106刚性地安装在箱体102上。第二振动路径154被一个或多个隔振器402阻断。隔振器402放置在底座106与支架104和电路板117/连接器114的组合之间。应当注意，隔振器402可以直接连接到PCB 117，直接连接到支架104，或者直接连接到二者。其通常直接连接到支架104。在此示例中，电路板117刚性地安装在支架104上。隔振器402设计成防止箱体102传出的振动耦接到支架104中。隔振器402将支架104和电路板117/连接器114与底座106和箱体102相隔离，并且在振动可能影响便携式设备116的操作之前对其进行衰减。

便携式设备116机械式且电子式耦接到连接器114。便携式设备116还机械式耦接到支架104。当便携式设备116安坐在连接器114上时，支架104对便携式设备116提供物理支撑。

参考图8，音频系统400包括箱体102和支架104。支架104的底座106通过刚性元件404、406机械式耦接到音频系统400的箱体102。箱体102定形为包含换能器108、110。换能器108、110通常刚性地安装到箱体102上。

在一个示例中，使用螺钉或其他安装硬件将换能器108、110安装到箱体102的孔中。密封垫或其他密封器件可以放置在每个换能器108、110的边框或框架与箱体102中其对应的孔之间。

支架104包含电路板117。电路板117包含连接器114，该连接器114被定形为连接到便携式设备116的连接器115。连接器114机械式耦接到电路板117，电路板117机械式耦接到支架104。支架104通过一个或多个隔振器402安装在底座106上。支架104通常包围连接器114。支架104和连接器114可以与其他支架和连接器调换，以便允许音频系统400与各种各样的便携式设备一起使用。

隔振器402将支架104和连接器114与底座106和箱体102相隔离。隔振器402可以是弹簧、弹性体构件、泡沫构件、软木构件、阻尼器、撞击吸收器、液压系统、软垫、套管、衬套或任何合适的机械滤波器元件。

在一个示例中，隔振器402是由橡胶、弹性体或硅材料制成的套管。隔振器402可以由在很宽的温度范围内表现出良好的消音特性和稳定的材料属性的聚氨酯复合物制成。便携式设备116的重量和大小，以及将便携式设备116连接到连接器114所经受的剪应力和压力加载，决定了所使用的隔振器402的数目、位置和类型。来自箱体102的振动可能直接耦接到底座106中。因此，支架104与底座106之间的隔振器402应当能够在从箱体102传出的振动传播到支架104和连接器114之前对其进行衰减。

音频系统400的箱体102还可以包括支脚124，当音频系统400放置在表面158上时，安置这些支脚124以支撑音频系统400。支脚124可以由橡胶、弹性体或硅材料制成。支脚124基本上滤除或衰减从箱体102传出的可能传播到表面158中的振动。

现在转到图9，公开了音频系统450中的振动的传播路径420。图10中示出了音频系统450的一个示例。音频系统450中来自箱体102的可能影响便携式设备116的振动基本上可以被去耦。

箱体102通过支脚124机械式耦接到表面158。支脚124设计成在从箱体102传出的振动传播到表面158之前对其进行衰减。支脚124也可以在从表面158传出的振动传播到箱体102之前对其进行衰减。底座106通过支脚464机械式耦接到表面158。支脚464设计成在从箱体102传出的通过表面158传播的振动被传输到支架104的底座106之前对其进行衰减。

在所示示例中，支架104的底座106通过去耦器452与箱体102分离。第二振动路径154因而由去耦器452阻断。去耦器452设计成防止箱体102传出的振动耦接到支架104的底座106中。去耦器452可以包含下文中详细描述的对准机构。

现在参考图10，公开了音频系统450。音频系统450包括箱体102和支架104。支架104的底座106通过去耦器452与箱体102在物理上分离。从底座106到箱体102的唯一机械连接是通过一个或多个系链(tethers)454。系链454基本上将支架104的底座106栓系到箱体102，以便防止支架104与音频系统450完全脱离。系链454还可以基本上防止支架104相对于箱体102横向运动。在有些示例中，系链454由弹性体、纸制品、塑料、金属、橡胶、织物或任何其他合适的材料制成。例如，系链454可以是橡胶带、O环、绳子、布条、弹簧或金属线。

箱体102定形为包含一个或多个换能器108、110。在一个示例中，使用螺钉或其他安装硬件将换能器108、110安装到箱体102的孔中。

连接器114机械式耦接到电路板117，电路板117刚性地安装在支架104的底座106上。支架104通常包围连接器114。连接器114可以与支架104一体化或铸模在支架104。支架104的形状和大小通常可变以适应各种便携式设备116。

当音频系统450放置在表面158上时，安置去耦器452以物理上隔离支架104的底座106与箱体102。去耦器452可以包含对准机构456，当音频系统450移动时，对准机构456可以将支架104的底座106与箱体102对准。对准机构456包含具有对准部件458的顶部。对准机构456还包含具有配对部件462的底部，该配对部件462与顶部中的对准部件458相配合。当音频系统450从表面158移开时，顶部中的对准部件458与底部中的配对部件462相啮合。

音频系统450的箱体102还可以包括一个或多个支脚124，当音频系统450放置在表面158上时，安置这些支脚124以支撑音频系统450。通过去耦器452与箱体102在物理上分离的底座106也可以包含一个或多个支脚464，当音频系统450放置在表面158上时，安置这些支脚464以支撑底座106。在一个示例中，支架104下的支脚464的高度高于箱体102下的支脚124的高度468。在此示例中，当音频系统450安置在表面158上时，支架104的底座106与箱体102基本上物理分离。系链454基本上处于松弛状态，因此不会将从箱体102传出的振动传播到底座106。

支脚464基本上可以在从箱体102传出的通过表面158传播的任何振动传播到底座106并最终到达连接器114之前对其进行衰减。如前所述的，通过在振动可能到达连接器114之前阻断振动的传播，支脚464明显地衰减了振动。在一个示例中，支脚464也可以明显衰减从与表面158相接触的外部源(未示出)传出的振动。

现在参考图11，音频系统550包括箱体552和支架554。箱体552包含安装在箱体552上的至少一个换能器(声驱动，未示出)。响应于从安装在支架554中的便携式音频设备(未示出)接收到的音频信号，换能器产生声波。便携式设备插入在托架554的凹槽558中，以便将便携式设备与箱体552机械式耦接。电连接器(未示出)接收对应于选定的音轨的音频数据。音频数据由支架554中的处理器(未示出)进行处理。例如，处理器可以包括对音频数据进行放大的放大器和/或执行声音处理(诸如声音均衡)的音频信号处理器。音频信号处理器可以是执行例如模数转换的数字信号处理器(DSP)。音频数据驱动安装在箱体552中的换能器。换能器自身的声波和/或振动引起箱体中的振动。箱体552的前表面556由多孔金属板构成，其使得换能器产生的声波能够传出箱体552(穿孔未示出)。底座560连接到支架554，并且还经由四个隔振器(下文将进一步描述)连接到箱体552。底座560和支架554构成支架组件。

现在转到图12，支架554可绕轴562旋转，从而使支架554基本上平坦的后表面与箱体552的前表面556基本上齐平。该部件的进一步细节在2006年12月22日提交的美国专利申请No.11/615,674中描述，通过引用将该申请全文包含于此。底座560包括四个隔振器564，在此示例中为硅套管。四个螺钉566(第四个螺钉在视图上被遮挡)中的每一个穿过对应的一个套管，紧固到箱体552的下部中的螺纹开口中。这样，利用位于底座560和箱体552之间的隔振器将底座560和支架554紧固到箱体上。柔韧的套管仅允许换能器产生的部分振动耦接到底座560、支架554以及安装在支架554中的便携式设备中。尽管示出了四个隔振器，但是也可以使用更少或更多数目的隔振器。当底座560位于基本水平的表面上时，箱体552基本上完全由底座560来支撑。

参考图13，其中可见底座560的底表面568。四个支脚570紧固到底座560的底表面568，其中支脚570可以由柔性材料(诸如橡胶)制成。当音频系统550放置在表面(例如桌子上表面)上时，支脚570在该表面上支撑底座。每个支脚570覆盖一个开口，当螺钉566被紧固到箱体时，螺钉穿过该开口(参见图12)。这样，当音频系统放置在基本水平的表面上并且支脚570与该表面相接触时，每个支脚570与对应的一个隔振器564垂直对准。通过将支脚570与隔振器564对准，可以减少通过底座传输到支架和便携式设备的振动能量。

现在转到图14，可选的振动隔离装置包括金属或塑料螺钉600。螺钉头上可以覆有橡胶。螺钉600被紧固到螺母602，以便将整个组件固定在一起。橡胶或硅套管604经由套管的切口部分紧固到箱体606。金属箍608防止螺母602拧得过紧从而挤压套管604。对套管604的这种挤压可能会降低套管吸收来自箱体606的振动能量的性能。支架组件的底座610由螺钉600固定在适当位置。套管604减少了箱体606中传输到底座610的振动能量。这使得振动能量减弱后才传输到安装在支架组件中的便携式设备。

图15示出了类似于图11-13中公开的音频系统的音频系统620的另一示例，不同之处在于该音频系统包括可拆卸地附接到音频系统的背面的可充电电池(部件)622。应当注意，在此示例中，支架554已经旋转到闭合位置，其基本上与音频系统620的前表面556齐平。电池622包括支脚624，当音频系统620放置在表面上(例如桌子上)时，支脚624在该表面上支撑电池。电池不包含振动隔离器。

音频系统620的前面(前表面556附近)比后面有更多的振动能量。因此，支脚570A与振动隔离器对齐，振动隔离器能够给予所需的大部分隔离。当不存在电池622时，支脚570A与系统所放置的表面相接触。当电池622附接到音频系统620时，电池的重量可能导致系统翻倒。因此在电池622上提供支脚624。然而，如果所有支脚(624、570A和570B)为同样尺寸使得所有5个支脚都与表面相接触，则要确定偏差，因为有些情形中系统会搁放在所有5个支脚上，有些情形中系统会搁放在支脚624和570A上，有些情形中系统会搁放在支脚624和570B上。在后一情形中，需要最大振动隔离的路径并没有给予隔离，因为支脚520A悬空或者轻微受重。为了确保不会发生此情形，在此示例中将支脚624做得稍微长一些，使得系统总是会依靠支脚624和支脚570A而搁放在表面上。当音频系统620放置在水平表面上时，这使得支脚570A比支脚570B更加受重。支脚570A比支脚570B更靠近音频系统620的前面而更远离电池622。这种布置协助位于支架554中的便携式音频设备隔离振动。当将电池622从音频系统620移开时，音频系统良好地仅搁放在支脚570A和570B上，并且在例如110V AC电源上工作。

尽管参考具体优选实施方式特别示出和描述了本发明，但是本领域技术人员应当理解，可以做出各种形式和细节上的变动而不偏离此处所定义的本发明的精神和范围。

Claims (23)

1.一种音频系统，包括：

箱体；

安装到所述箱体的换能器，响应于被音频信号所驱动，所述换能器引起所述箱体的振动；以及

支架组件，其通过一个或多个隔振器将便携式设备机械式耦接到所述箱体，使得仅有所述振动的一部分耦接到所述便携式设备，所述箱体基本上完全由所述支架组件来支撑。

2.根据权利要求1所述的音频系统，其中所述一个或多个隔振器位于所述支架组件与所述箱体之间。

3.根据权利要求1所述的音频系统，其中有两个隔振器位于所述支架组件与所述箱体之间。

4.根据权利要求3所述的音频系统，其中有三个隔振器位于所述支架组件与所述箱体之间。

5.根据权利要求4所述的音频系统，其中有四个隔振器位于所述支架组件与所述箱体之间。

6.根据权利要求1所述的音频系统，其中所述支架组件包括一个或多个支脚，当所述音频系统放置在表面上时，所述支脚在所述表面上支撑所述支架组件。

7.根据权利要求6所述的音频系统，其中所述一个或多个支脚中的每一个与所述一个或多个隔振器中对应的一个相对准。

8.根据权利要求7所述的音频系统，其中当所述音频系统放置在基本水平的表面上并且所述一个或多个支脚与所述表面相接触时，所述一个或多个支脚中的每一个与所述一个或多个隔振器中对应的一个垂直对准。

9.根据权利要求1所述的音频系统，其中所述一个或多个隔振器的每一个选自：弹性体构件、硅构件、弹簧、泡沫构件、软木构件、阻尼器、撞击吸收器、液压系统、软垫、套管和衬套。

10.一种减小振动的方法，包括步骤：

提供箱体；

利用安装在所述箱体上的换能器引起所述箱体的振动，所述换能器响应于被音频信号所驱动而引起所述振动；

经由支架组件以及一个或多个隔振器将便携式设备机械式耦接到所述箱体，使得仅有所述振动的一部分耦接到所述便携式设备；以及

提供一个或多个支脚，其中每个支脚与所述一个或多个隔振器中对应的一个对准。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述一个或多个隔振器位于所述支架组件与所述箱体之间。

12.根据权利要求11所述的方法，其中有两个隔振器位于所述支架组件与所述箱体之间。

13.根据权利要求11所述的方法，其中有三个隔振器位于所述支架组件与所述箱体之间。

14.根据权利要求11所述的方法，其中有四个隔振器位于所述支架组件与所述箱体之间。

15.根据权利要求11所述的方法，其中当所述音频系统放置在表面上时，所述一个或多个支脚在所述表面上支撑所述支架组件。

16.根据权利要求10所述的方法，其中当所述音频系统放置在基本水平的表面上并且所述一个或多个支脚与所述表面相接触时，所述一个或多个支脚中的每一个与所述一个或多个隔振器中对应的一个垂直对准。

17.根据权利要求10所述的方法，其中所述箱体基本上完全由所述支架组件来支撑。

18.根据权利要求10所述的方法，其中所述一个或多个隔振器的每一个选自：弹性体构件、硅构件、弹簧、泡沫构件、软木构件、阻尼器、撞击吸收器、液压系统、软垫、套管和衬套。

19.一种音频系统，包括：

箱体；

安装到所述箱体的换能器，响应于被音频信号所驱动，所述换能器引起所述箱体的振动；

可拆卸地附接到所述箱体的部件，所述部件包括第一支脚，当所述音频系统放置在水平表面上时，所述第一支脚搁放在所述水平表面上；以及

在所述音频系统的底表面上的第二支脚，所述第二支脚搁放在所述水平表面上。

20.根据权利要求19所述的音频系统，其中所述部件是电池。

21.根据权利要求20所述的音频系统，其中所述部件是可充电电池。

22.根据权利要求19所述的音频系统，进一步包括在所述音频系统的底表面上的第三支脚，所述第三支脚搁放在所述水平表面上，所述第三支脚的位置比第二支脚更靠近所述音频系统的前面，当所述音频系统搁放在水平表面上时，所述第三支脚比所述第二支脚更加受重。

23.根据权利要求19所述的音频系统，进一步包括在所述音频系统的底表面上的第三支脚，所述第三支脚搁放在所述水平表面上，所述第三支脚的位置比第二支脚更远离所述部件，当所述音频系统搁放在水平表面上时，所述第三支脚比所述第二支脚更加受重。

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