CN102742358B - 声致动照明电路 - Google Patents

Abstract

一种电路(10)，让光源(30)响应输入的声音信号，例如音乐(12)的峰值幅度而闪烁，所述电路包括音频换能器(14)、带通放大器(16)、峰值检测器部分(18)，以及经由电容(22)连接到单稳态电路(24)的滤波电路(20)。所述光源包括一个或更多表面安装LED器件，并且可用来照明容器，例如饮料瓶，中的内容物。

Description

声致动照明电路

背景技术

用于在夜总会中与音乐合拍地致动闪光灯的电路是熟知的。这样的电路是相对较大的成套的静止设备的一部分。WO2004/110892公开了一种光源，其连接到容器，诸如饮料瓶，并布置成被来自夜总会的扬声器的声波致动。特定的声波，例如低音输出，被安排成作为触发器让光源产生与音乐合拍的闪光。

现有电路的特征在于它们仅能够响应相对于窄范围的声级，典型地15dB范围。对于静止设备来说，这不是问题，但对于移动的物品布置来说，当环境从非常嘈杂变成相对安静(反之亦然)时，现有电路不能容易地改变它们的响应。

发明内容

本发明的方面寻求克服或者至少减轻上述问题。

根据本发明的第一方面，提供一种电路，让光源响应于收到的声音信号的峰值幅度而闪烁，其中所述电路包括用来接收声音信号的音频换能器、连接到音频换能器的输出的峰值检测器部分，以及AC耦合到峰值检测器部分的输出的单稳态电路，单稳态电路的输出布置成致动所述光源。

该电路的优点是它对收到的声音信号的幅度上的相对变化作出反应，而非依赖于这些信号的绝对值。

音频换能器到峰值检测器部分的连接优选通过DC耦合完成。这避免在低频响应上的限制，同时不需要串联电容(否则串联电容是必要的)，并且减少了部件的数量。

带通放大器优选连接在音频换能器和峰值检测器部分之间。在优选的频率的通带范围是50kHz到160kHz的情况下，这排除了外来噪音，例如交通或飞行器噪音，但仍包含有用的信息，例如在收到的音乐信号中的大多数节拍信息。

在优选实施例中，峰值检测器具有快速响应时间和相对较慢的衰减时间。峰值检测器优选响应收到的信号的上升沿。这些特征保证闪光对音乐或者收到的声音提供令人愉快但仍忠实的响应。

所述光源优选包括一个或更多表面安装LED器件，这允许实现高的包装密度和明亮的光线显示。

所述电路可还包括控制装置，用来响应于单稳态电路的输出而控制音频换能器的输出水平。控制装置可包括编程的微控制器，所述微控制器构造成对从输入的音乐信号收到的节拍进行计数。这样的电路布置提供自调节特征，由此即使在输入的幅度水平有明显变化时也能保持对单稳态电路及因而光源的正确触发。

控制装置可方便地施加脉宽调制技术到供应至音频换能器的电压和电流。

本发明的实施例涉及自持照明装置，用来照明饮料瓶和并非一定是瓶/容器的变型的其它类型容器中的内容物。这为饮料工业提供了强有力的新的市场和推销工具。它们可以在检测到音轨中的低音节拍时被触发，从而LED与低音节拍合拍地闪烁，因此照射内容物从而它们看起来与会场中演奏的音乐同步。这样的装置需要能够根据不同的音量水平自调节以及检测不同风格的音乐(例如摇滚乐、舞曲、乡村和细部音乐等)的低音节拍。在从酒吧演奏的相对柔和的背景音乐到非常响亮的夜总会环境的不同类型的会场中，所述装置能够根据不同音量水平和相应的音乐风格自动调节。让上述装置能根据音乐的不同音量水平自调节的另外的好处是，当所述装置被从会场的一个部分移动到另一个部分(例如，如果它被附接到33cl啤酒瓶上的话)，它可以继续有效地工作。在会场中的整个声音空间中，声级可以在相当程度上改变。这为饮料工业提供了成本效率高的推销工具，允许单一设计的所述装置使用在在店内喝或在店外喝的(onoroffpremise)任何让所述装置暴露到音乐的地方。

装置的另一个优点是该电路设计允许装置配合到小的空间中，即进入到33cl或更大的啤酒瓶的基座凹陷中。由此，由于装置的优选实施例使用包括表面安装LED器件的表面安装部件，部件数量优选被保持在最小值。

使用音频换能器。得到来自音频换能器的信号可能需要放大或削弱(频率滤波或未频率滤波)，以产生落入剩下的电路的工作区域的信号水平。因此，所述电路可被修改以在不同跨度的声频电平上操作。此处描述的所述电路可成功地响应横跨至少36dB范围的不同声频电平。

当使用驻极体电容麦克风时，一种有效的方法是放大在50Hz到160Hz范围内的信号，因为大多数节拍信息包含在该声频带中。放大低于50Hz的频率会导致交通行驶声音、低飞的飞行器和其它低频噪音被放大。当装置设定在其最敏感的水平上时，不希望对这些错误的信号作出响应。

带通放大器的输出连接到峰值检测电路的输入。峰值检测电路布置成响应输入信号的上升沿。

上述电路的一个优点是，它对变换范围非常大的声音提供表示收到的声音信号的输出。

所述电路可以被预置以在选定声级处开始作出反应，低于所述选定声级它就不会作出反应，因为输入的声音过于安静。高于该声级，则电路随着声级的提高而作出反应，直到达到最大干线电压(railvoltage)并且在该点附近的信号电平饱和，且几乎没有或者没有可辨别的变化出现。

带通放大器优选设置在麦克风和峰值检测器之间。带通放大器优选通过在大致50Hz到大致160Hz范围内的信号。

滤波电路优选设置在峰值检测器和单稳态电路之间。峰值检测器和滤波电路的结合得到快速的响应但是缓慢的衰减。所述衰减可以长达大致5秒。

根据本发明的第二方面，提供一种让光源按照收到的声音信号的峰值幅度而闪烁，所述方法使用根据第一方面的电路。所述声音信号可以是音乐及/或语音信号。

在优选的方法中，音频换能器被用在反馈回路中以控制供应到音频换能器的电压和电流。

期望提供一种发光装置，其更明亮地闪烁。对于联结在一起的LED，可以通过让更大电流通过它们而实现这一点，但是它们将在大电流水平下快速劣化，尤其是如果它们被用在闪烁显示时。

另一个期望的特征是这样的发光装置，其能够发出多种或者不同颜色的光线，以便提供有趣的显示。

然而，在用于照明容器的装置中，空间通常是非常珍贵。例如，在瓶子中，经常需要压挤照明装置及其相关电路到相对较小的底部凹陷中。

联结LED是部分手工的过程。使用内部编程有坐标的机器，以便添加联结线。这种机器处于手动控制以确定联结每个点。然后手工施加树脂以覆盖安装的LED，一般为拱顶形状。这种施加树脂的问题是，它会扩散到相对较大的周围区域，因而可能侵占为其它部件提供的空间或者跑到后面手工焊接其它部件时需要的焊盘区域。这会造成设计上的约束，从而对于特定设计无法使用最好的部件，因为所述部件无法配合到可用的空间中。缺少空间还意味着不得不对LED的定位进行妥协，甚至是在设计阶段。

树脂的扩散还可能与用于插入电池的区域交迭，使得电池可能被不期望地被甚至少量的硬化树脂从下面的印刷电路板上垫起来。由于断断续续的电池连接，这会导致装置的故障。有时树脂侵占电池区域意味着人们无法将电池推到电池夹下面。

当联结LED及其树脂被放置得非常靠近需要手工焊接的焊盘时，工人可能会意外地灼烧树脂，改变其光散射和光输出，并且有时光的颜色会被变色的树脂染色。

为了克服或减小一个或多个上述问题，优选实施例包括多个表面安装LED。

由于SMD(表面安装器件)LED与用于联结LED和其它发光部件的区域相比相对较小，它们能够让发光装置特别紧凑，或者它们允许相同的空间中设置更多的LED。

虽然SMDLED可以被用手施加，如果它们仅由机器施加的话(从而该过程可以自动化)则更有利。当用机器施加时，所用的焊料被最小化并且整洁和容纳在轮廓清楚的区域内。对于大量生产来说，这使得该过程迅速并且成本效率高。

SMDLED还可以放置在非常靠近电池进入点处，因为不再需要可能导致电池插入问题的树脂也不会有树脂蔓延到电池定位区域中。

SMDLED还让焊接电池夹的工人的麻烦更少，因为它们较小因而更容易避开。

从颜色和光输出来说，SMDLED还提供从一个LED到下一个LED的更大的一致性。例如，联结的白色LED是通过手工用磷掺杂蓝色LED而产生的。用手掺杂会导致较大的公差并且经常导致颜色和光输出上不一致。

使用SMDLED的另一个优点是，光线发散的角度可以被仔细控制以使内容被照射的机会最大化。因而，它们对一致性和选择范围提供了改进的选项。

附图说明

下面参考附图，将描述仅作为例子的本发明的优选实施例，在附图中：

图1示出电路，该电路使光源闪光与输入的声音信号合拍；

图2示出图1的电路内的DC路径中的信号；

图3示出图1的电路内的随后的AC路径中的信号；及

图4示出结合图1的电路的印刷电路板上的部件的布局。

具体实施方式

参考附图，图1示出电路10，其用于使形式为LED30的光源与输入声信号12合拍地闪光。输入声信号12，尤其是音乐信号，由驻极体电容麦克风(electretcondensermicrophone)14检测。它被供应到带通放大器16，所述带通放大器放大在50Hz到160Hz范围中的信号。

带通放大器的输出连接到峰值检测器电路18的输入，该检测器电路构造成响应输入信号的上升沿。峰值检测器的输出峰值与指定声频带内的最响音频声音的峰值级成比例。

峰值检测器电路18的输出连接到滤波电路20。它用来移除噪音扰动以及其它高低频率的不想要信号，让峰尽可能干净。明显与众不同并且和相同频带中的其它声音区分开的音乐节拍使得在输出信号中出现快速的前缘上升。当输入信号幅度较低时，因为声频电平较低，峰值检测器电路18的输出也较低。电路18和20一起具有快速的响应40和缓慢的衰减42，看图2。衰减被设定为大约5秒。这样的优点是可以相当程度上减小移位电压轨在所需要的触发信号上的影响。

滤波电路20的输出经由电容器22连接到单稳态电路24的输入。如果，在图2所示的长延迟(长衰减)期间42中出现了另一个峰，那么该峰的幅度将与对应的声频电平成比例。长衰减，作为电压上的非常缓慢的下降，类似于DC，从而在此处使用电容器22将产生如图3所示的波形36。应注意到，图2的DC状部分已经被移除。剩下的信号36形成用于单稳态电路24的触发脉冲。对每个随后到来的峰，触发脉冲36从零或接近零处开始，迅速上升到峰值电平并在非常短时间之后被重置。衰减42继续下去甚至在LED30继续发光(因为触发)和影响电压轨时，在峰后面的来自滤波电路的输出合理地不受干扰。长衰减42使电路部分彼此缓冲，并减小了单稳态电路24的操作在其自身触发源上的影响。

因而可以看到触发信号被AC耦合到单稳态电路中。AC耦合保证电压偏移被忽略，但允许触发的快速上升沿通过。当声频和峰值电平改变时，到达单稳态的触发仍然是相对于电路地电平的快速上升沿触发，仅仅是幅度改变。然而，单稳态是不受输入幅度的变化的影响的，因为它响应于上升沿触发信号的开始最低电平部分。在触发了单稳态后不久；由于触发信号36而出现在输入电容22上的电荷被移除，因而允许一旦单稳态回到其稳定态就发生再触发。

单稳态电路24被连接到LED30并被使用成使得LED的打开时间受到控制而不依赖于音乐类型或水平，这还保证LED清晰可见并实时响应声音峰值。当电路10被放在音乐占主导地位并且是主要的声音源的环境中时，该装置响应音乐的节拍。

通过使用在驻极体麦克风14两端产生的电压作为开始的两个级16、18的偏压，电路10减少了部件计数。因此，开始的两个级被DC耦合。这还防止在低频响应上的限制，并且不需要串联电容器。单稳态部分24设置在已知的358型运算放大器周围。然而，在358电路块中的第二运算放大器不是被用于峰值检测或放大级，因为它的公共偏压电路扰乱了这些级的操作(当单稳态电路被触发时)。没有发现其它单稳态结构具有这样良好的触发灵敏度。期望让LED在尽可能大的亮度下闪烁。当电路由小的硬币型电池供电时，由于该电池具有有限的输出电流，并不总是期望在LED上有更多的电流限制。没有电流限制，当每次LED被打开时，供电电压被拉低到LED的前向电压降。对于大多数电路布置，这会不可撤销地扰乱电路的这些部件的操作。然而，上面描述的电路基本不受这种效应的影响。

可以使用其它光源来代替LED。可以使用不需要外部晶体管的其它运算放大器来驱动LED。

可以使用响应输入信号的下降部分而提供输出的电路，但是这并非很有利，因为在电路的响应中有可察觉的延迟(由于波的下降部分在相关激发事件之后发生)。对图1的电路的替代方法是使用麦克风来拾取声音并直接提供这一信号(滤除了一些高频)到单稳态电路或比较器中。当音乐具有显著的低音节拍时，这在最流行的音乐中是常见的情况，所述节拍经常具有最高内能并因此具有波形的最大幅度部分。这可以被用来直接触发单稳态或比较器。由此引起的在输出中的变化，在正确的阈值水平上，将对应音乐的低音节拍。来自单稳态或比较器的输出脉冲可以设定成具有足够的宽度，从而输入音频信号的高于预定阈值的主上升斜面产生输出脉冲，但所述波的低于所述阈值的剩余部分则被忽略。当声级太高时，则同一波形的其它部分会具有足够的强度引起相同的触发。因此，对实用来说，需要引入一种系统来控制来自麦克风的输入电压电平。

一种控制麦克风输出水平的方法是借助于脉宽调制来改变提供至麦克风的电压和电流。对音频进行的适当低通滤波还可以移除脉宽调制的高频部分(否则所述高频部分会叠加到音频信号上)。替代的方法是使用串联或并联的n通道金属氧化物半导体场效应晶体管或者其它的被设定成增大电源阻抗或箝制(clamp)所述信号的晶体管。这样的晶体管也可以被脉宽调制控制，其中PWM被平滑成控制电压。脉宽调制可以从编程的微控制器中产生，该微控制器被编程以对输入的低音节拍计数并相应地对过多或者过少的脉冲作出反应。这样，当输入声级改变时，电力可作出反应并调整到新的水平。来自单稳态或比较器的输出然后可用来驱动LED，于是LED会与低音节拍合拍地闪烁。

微控制器可被用来直接驱动LED。通过模拟手段，还可以产生控制电压，所述控制电压被用来设定晶体管的操作以进行电平控制。另外，可用微控制器直接处理来自麦克风的信号。然而，对于实际应用来说，优选在信号到达微控制器之前让信号被模拟装置处理。将这种方法与上面描述的电路10相比，可以看出微控制器可以成为单稳态部分的有效替代物。

任何上述手段可以结合到单个芯片中。

图4示出发光装置100，带有印刷电路板70，所述印刷电路板布置成结合了图1的电路。如待审的申请PCT/GB2009/002097中公开的那样，电路板70被贴上粘性标签80。

参考图4，发光装置100包括印刷电路板(PCB)70，在电路板70上安装了电池夹44、大致对应电路部分16和18的第一集成电路46、、大致对应电路部分20和24的第二集成电路50、一个或更多电阻120和四个LED30。LED为矩形表面安装LED(SMDLED)并布置成在电池夹44的相对两侧与电路板12的周界相邻。

利用机器，通过同时施加所有的SMD部件，即四个LED22和电阻120来制造所述装置。

当所有这些都由机器完成时，安放位置的精度，以及所有表面安装器件的焊接质量可以更好。

在使用之前，通过将电池推抵止动部件16而将电池安装在夹44内。

上面描述的装置具有几个优点。SMDLED30紧凑，并且在矩形时良好地包装在其它表面部件中。而且还避免了上面提到的随后用树脂覆盖的缺点。

可以设置任何期望数量和图案的SMDLED。

除了WO2004/110892和PCT/GB2009/002097中公开的瓶子以外，所述装置可附接到许多物品，例如在同样待审的申请PCT/GB2009/002676中公开的烟包等、烟灰缸、玉米片包和用于牙膏、化妆品和食物的容器等等。所述装置可以附接到房间的墙壁上，例如在夜总会内部。它也可以结合到迪斯科灯的壳体内；这样提供紧凑并自动调整的单元。

本公开的这些特征可以代替或者组合(如果合适的话)同样待审的名称为“Switch-ActuatedArrangements”和“SwitchActuatedCircuits”的同日申请的两件国际专利申请的特征。

Claims (16)

1.一种电路(10)，用于让光源(30)根据收到的声音信号(12)的峰值幅度而闪烁，其中所述电路包括用来接收所述声音信号的音频换能器(14)、连接到音频换能器的输出的峰值检测器部分(18)，以及AC耦合到峰值检测器部分的输出的单稳态电路(24)，单稳态电路的输出布置成致动所述光源，其中单稳态电路(24)包括放大器，所述放大器具有第一输入和第二输入以及输出，所述输出连接到单稳态电路的输出，所述第一输入连接到单稳态电路的AC输入的第一端，并且所述第二输入连接到一电路节点，所述电路节点定位在第一电容器和第二电容器之间，所述第一电容器和第二电容器跨越单稳态电路的AC输入的两端串联连接，其中第一电容器的第一端连接到放大器的第一输入，第一电容器的第二端连接到电路节点，第二电容器的第一端连接到电路节点，第二电容器的第二端连接到单稳态电路(24)的AC输入的第二端。

2.根据权利要求1所述的电路，其中与音频换能器(14)的连接被DC耦合到峰值检测器部分(18)。

3.根据权利要求1或2所述的电路，其中音频换能器(14)的输出连接到带通放大器(16)，带通放大器的输出连接到峰值检测器部分(18)。

4.根据权利要求3所述的电路，其中带通放大器(16)的通带大致为50Hz到160Hz。

5.根据权利要求1所述的电路，其中峰值检测器部分(18)的输出连接到滤波电路(20)，滤波电路的输出连接到单稳态电路(24)。

6.根据权利要求1所述的电路，其中音频换能器(14)是驻极体电容麦克风。

7.根据权利要求1所述的电路，其中峰值检测器部分(18)具有快速响应时间和相对较慢的衰减时间。

8.根据权利要求1所述的电路，其中峰值检测器部分(18)对接收的信号的上升沿作出响应。

9.根据权利要求1所述的电路，还包括控制装置，该控制装置用来响应于单稳态电路(24)的输出而控制音频换能器的输出水平。

10.根据权利要求9所述的电路，其中控制装置包括编程的微控制器，所述微控制器构造成对从输入的音乐信号接收的节拍进行计数。

11.根据权利要求9或10所述的电路，其中控制装置布置成施加脉宽调制到供应至音频换能器(14)的电压和电流。

12.根据权利要求1所述的电路，其中光源包括一个或更多表面安装LED器件。

13.根据权利要求1所述的电路，其中单稳态电路还包括第一电阻、第二电阻和第三电阻，第一电阻连接到单稳态电路的AC输入的第一端和第二端之间，第二电阻连接在单稳态电路的AC输入的第一端和输出之间，并且第三电阻连接到所述电路节点和单稳态电路的输出之间，其中第一电阻的第一端连接到放大器的第一输入，第一电阻的第二端连接到单稳态电路(24)的AC输入的第二端，第二电阻的第一端连接到放大器的第一输入，第二电阻的第二端连接到单稳态电路(24)的输出，第三电阻的第一端连接到电路节点，第三电阻的第二端连接到单稳态电路(24)的输出。

14.一种照明瓶子的内容物的装置，包括根据前述权利要求任一项中所述的电路。

15.一种使用根据权利要求1至8中任一项所述的电路让光源按照接收的声音信号的峰值幅度闪烁的方法。

16.根据权利要求15所述的方法，其中音频换能器(14)的输出被用来控制提供至音频换能器的电压和电流。