CN106507241A - 用于确定加电音频总线上的节点的连接顺序的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于确定在加电音频总线上的节点的连接顺序的方法，包括：使所述节点从所述加电音频总线汲取功率；测量在下游消耗的功率；确定哪一个节点是所述总线上的最后一个节点；以及将所述最后一个节点的标识符传输到所述总线驱动器。

Description

用于确定加电音频总线上的节点的连接顺序的方法

技术领域

本发明涉及加电扬声器总线。

背景技术

基于具有智能驱动器和节点的扬声器总线的扬声器系统安装比传统的70V/100V系统更复杂。然而，为了利用众多智能且高级的可能性，例如，就哪些节点或多少节点来说，总线驱动器将必须能够检测连接到总线的节点。获得这种信息或解锁智能特征所需的总线驱动器和节点之间的通信在许多情形下难以在没有来自安装人员或其他技术人员的大量且易于产生错误的协助的情况下初始化，这种协助例如涉及记住终接所安装的传输线缆、在且仅在正确的地方终接线缆、为驱动器馈送节点的详情(例如地址和型号)等等。

发明内容

本发明一方面涉及一种用于确定加电音频总线上的至少两个节点的连接顺序的方法，所述方法包括以下步骤：

·提供加电音频总线；

·提供连接到所述加电音频总线的节点，所述节点中的每个节点包括：

o节点处理单元和节点存储器，所述节点存储器被设置以存储至少节点标识符；

o节点接收器和节点发射器，被设置以接收和发射所述加电音频总线上的通信；

o总线功率监控单元；

o实用单元，所述实用单元被设置以提供所述节点的实用功能，所述节点中的至少一个节点的所述实用单元包括至少一个扬声器和至少一个放大器，所述至少一个放大器被设置以基于由所述节点接收器从所述加电音频总线接收的控制信息和音频信息来驱动所述扬声器；以及

o功率转换器，所述功率转换器被设置以转换来自所述加电音频总线的功率以便将功率至少部分地供应给所述节点处理单元、所述节点接收器、所述节点发射器和所述实用单元；

·在所述加电音频总线的总线驱动器部分提供连接到所述加电音频总线的总线驱动器，所述总线驱动器被设置以将控制信息和音频信息馈送到所述加电音频总线中，所述总线驱动器包括驱动器处理单元和驱动器存储器，所述驱动器存储器被设置以存储所述节点的至少所述节点标识符；

·在所述加电音频总线的所述总线驱动器部分提供连接到所述加电音频总线的总线电源，所述总线电源被设置以将功率馈送到所述加电音频总线中；

·设置以使所述节点的子集经由所述加电音频总线从所述总线电源汲取功率；

·使用所述子集的所述功率监控单元将最远的节点确定为所述子集的相比所述子集的任何其他节点更远离所述总线驱动器连接到所述加电音频总线的一个节点；

·使用所述确定的最远节点的所述节点发射器和节点接收器以与所述总线驱动器通信节点标识符，从而使得所述确定的最远节点的节点标识符被存储在所述节点存储器和所述控制器存储器中。

由此实现了一种确定沿着加电音频总线的特定节点的序列或者这种序列的一部分或者这些节点的连接顺序的特征的有利方式。由此获得的确定线路上的最后一个节点的能力可以例如特别在各个实施例中令人感兴趣。各个实施例中的另一个特别令人感兴趣的可能性是，由此获得的相对于单独的标识符枚举未知节点串以及这些节点的特定连接顺序或序列的能力。

根据本发明的各实施例，优选地，大部分或者甚至所有节点是有源扬声器节点，即，包括放大器和扬声器作为其实用单元的一部分的节点，例如在酒店、购物中心、饭店和酒吧、体育中心等等中建立的公共广播系统(即，所谓的PA系统)、背景音乐或播报系统。在这种系统的许多应用中，特别有益的是，知道哪个特定的扬声器节点在哪个位置连接到总线线缆，例如，以便便利于故障定位和物理上维修或替换仅仅其标识符(诸如例如序列号或节点地址)是已知的特定扬声器。

在这种音频系统的许多应用中，还期望的是能够通过空间或逻辑区域单独地或成组地对扬声器进行寻址，其中，特别有益的是能够通过本发明的各实施例自动地枚举扬声器以便标识单独的标识符或地址，这些标识符或地址可以然后被直接地寻址或指派给群组以便进行区域寻址。

本发明的各实施例的另一个有利的应用是标识总线上的最远节点，即，没有下一个节点连接的节点。当加电音频总线用于通信要求高数据速率的高质量音频和控制信息时，这是特别相关的，这进而要求总线在端部节点被终接到其特征阻抗以便避免数据通信的反射和损坏。通过确定总线的端部节点，总线驱动器可以在各个实施例中便利于例如通过通知用户(例如，安装人员)或者根据特别有利的实施例通过指示端部节点自动地终接总线来正确地应用终接。

本发明的各个实施例可以因此用于确定用于终接加电音频总线的节点、用于确定加电音频总线上的最后一个节点、用于枚举加电音频总线上的至少两个节点(优选地所有节点)、用于确定加电音频总线上的至少两个节点(优选地所有节点)的序列或连接顺序、或者用于标识加电音频总线上的至少两个节点(优选地所有节点)。

加电音频总线的总线驱动器部分是指加电音频总线的由总线驱动器连接的并且不包括任何节点的任何部分。换言之，总线驱动器部分可以通常是总线的一个端部，从端部延伸到总线上的第一个节点。如果总线驱动器连接在总线上的两个节点之间，总线驱动器部分从这些节点中的一个节点延伸越过总线驱动器并且到达这些节点中的另一个节点。术语“距离总线驱动器最远的节点”是指总线上的不具有到当前正在处理的节点子集中的更远节点的下游连接的节点。

总线电源优选地集成有总线驱动器，从而使得仅具有一个连接器的一个接线盒通常连接到总线的端部。由电源馈送到加电音频总线的功率优选地是直流功率。

需要注意，即使高吞吐量通信通常在未终接的总线上不可实现，通常有可能的是用更简单的和更慢的技术来通信。这用在与所述总线驱动器通信节点标识符的步骤中。节点标识符的通信可以涉及这个节点从其存储器读取其序列号或其他标识符并且将其传输到总线驱动器或者总线驱动器选择、生成或者读取特定的节点的传输到这个这点的标识符。在这两种情况下，最终结果是这个节点和总线驱动器两者已经将该特定节点的相同标识符存储在其存储器中。

通过本方法，总线驱动器识别总线上的最远节点(或者至少在该子集中)并且与其通信。然而，本方法便利于枚举总线上的多个或者优选地所有节点。完全或部分枚举可以例如通过用不包括已经识别的节点的新的子集重复本方法来实现。完全或部分枚举节点的另一种途径涉及：分析来自所有节点的功率或电流测量值(这可以在这些节点中完成或者这些节点可以经由对未终接的传输线稳健的通信来传输其观察值)，并且通过比较由单独的节点测量的下游电流，将其连接顺序确定为具有最高下游消耗的节点离总线驱动器最近并且具有最低或不具有下游消耗的节点离总线驱动器最远并且任何其他节点这两个节点之间排序。

当所述加电音频总线是通过一对未屏蔽或屏蔽双绞线缆实现时，获得有利的实施例。

根据本发明的一个有利实施例，这种线缆便利于总共两个导体，即，同时经由这两条电线传输功率、控制和音频。在线缆包括屏障的情况下，这种屏障可以被用作承载导体的信号(功率和审计)。作为示例，合适的线缆可以是具有两个导体的TP(TP：双绞线对)或UTP(UTP：未屏蔽的双绞线对)或例如来自类别5网络线缆的一对导体、具有24AWG(AWG：美国线规)的电线直径的线缆、常规的扬声器安装线缆等等。

现有的节点/扬声器网络可以被改装，即，旧的扬声器可以由根据本发明的新的扬声器替换而不需要还替换旧的线缆。此外，可以用适当的线缆延伸现有的节点/扬声器网络，这种适当的线缆可能不具有与用于本发明的现有网络的有待应用于这种现有网络的相同类型。

当所述加电音频总线由具有在50Ω到150Ω范围内的特征阻抗的两导体线缆实现时，获得有利的实施例。

有利的是，因为这个阻抗范围内的线缆已经证明便利于高质量的音频传输。具有100Ω特征阻抗的线缆是优选的。

当所述节点以菊花链配置连接到所述加电音频总线时，获得有利的实施例。

菊花链配置应当被理解为其中多个设备被顺序地或环形地接线在一起的接线方案。以下进一步详细解释这一点。

当所述加电音频总线包括至少两个总线驱动器部分(例如，所述加电音频总线的每一端有一个部分)并且一个或多个总线驱动器的单独总线驱动器端口都连接到所述至少两个总线驱动器部分中的每一个部分由此为音频系统提供冗余(例如，作为环形拓扑)时，获得有利的实施例。

出于可靠性原因，具体与关键的音频系统(诸如疏散系统)相关的，针对故障提供冗余性是高度有利的并且通常需要这样。通过将一条加电音频总线(例如，总线的每一端)的不同部分连接到若干总线驱动器端口(例如，作为环形拓扑)，避免了线缆断裂、节点断开连接等等造成从总线驱动器断开加电音频总线的一部分。在例如加电音频总线的两个节点之间的线缆断开的情况下，加电音频总线的现在分离的部分中的每一个部分仍连接到总线驱动器。一个总线驱动器可以包括用于驱动若干加电音频总线或者用于通过使用用于驱动一条加电音频总线的两个或更多个总线端口在类似环形拓扑配置中提供冗余性的多于一个总线端口，在这种情况下，优选的是只要总线是完整的，一次只有一个端口是活跃的。还可以通过连接到相同的加电音频总线的若干总线驱动器提供冗余性，在这种情况下，总线驱动器由用户或相互通信配置为只要总线是完整则一次只有一个总线驱动器是活跃的。在使用两个或更多个总线驱动器用于冗余的情况下，这些驱动器位于不同的物理位置以便改善对局部火灾、功率损耗、建筑物坍塌等等的保护。

当至少两个总线驱动器端口连接到所述加电音频总线时，获得有利的实施例；其中，所述方法包括当所述加电音频总线是完整的时将所述至少两个总线驱动器端口中的仅一个端口配置为是活跃的并且当所述加电音频总线断裂时针对所述加电音频总线的每一个分离的部分将所述至少两个总线驱动器端口中的一个端口配置为是活跃的；并且其中，所述方法包括当所述加电音频总线断裂时针对每个活跃的总线驱动器重新执行确定连接顺序的所述方法。

当所述总线功率监控单元串联连接到所述加电音频总线时，获得有利的实施例。

有利的是，因为总线功率监控单元的优选测量值是电流，因此例如电流感测电阻器可以是第一节点和任何后续节点消耗的电流经由其通过第一节点的第一(或最后一个)组件。作为感测电阻器的替代方案，霍尔传感器(例如，Allegro ACS712)或电感测量线圈(诸如罗戈夫斯基线圈)可以用于测量流经第一节点的电流。

当所述总线功率监控单元被设置以监控与选自以下列表的电流、电压或功率相关的功率相关信息时获得有利的实施例：级别、差值、超过阈值、斜率、频率、实数部分、虚数部分、相位、周期性、重叠或编码信息或其任何组合。

有利的是，因为可以从这种功率相关信息导出第一和/或后续节点的电流消耗。因此，如果任何这种信息可供使用，电流传感器可能是多余的并且可以证实其测量值。

当节点的所述总线功率监控单元被设置以监控所述节点的两侧上的功率相关信息时，获得有利的实施例。

通过例如借助电流感测电阻器监控该节点的两侧上的例如电流，获得有利的实施例，这便利于监控该节点自身的功率相关信息(例如，电流消耗)作为这两个测量值之间的差值以及在例如电流的情况下确定哪一侧在下游作为最小的测量值。

实际中，由此使得不会受逆转上游和下游连接器影响，因为总线功率监控单元将仍能够提供标识距离总线驱动器最远的节点所需的信息。因为该节点的其他功能在总线上并联耦合，它们同样不会受逆转上游和下游连接影响。

不具有特定的上游和下游侧的音频总线节点尤其与音频总线安装人员是高度相关的，因为该节点将安装人员从跟踪哪些电线在上游和下游的麻烦中解脱并且由此从安装过程移除了常见的错误原因。

当节点的所述总线功率监控单元被设置以监控所述加电音频总线的两个导体上的功率相关信息时，获得有利的实施例。

通过例如经由电流感测电阻器监控加电音频总线的两个导体上的例如电流，这个总线优选地由仅两个导体组成并且优选地是直流加电的，获得有利的实施例，这便利于用最接近地电势的电势监控导体上的功率相关的信息(例如，电流消耗)而不管这些导体是否已经连接到该节点。

换言之，这个实施例使得不会受逆转高和低电势导体影响，即，例如VCC和地导体。在优选实施例中，功率转换器还被设置以容忍逆转极性，例如通过为其提供二极管桥，并且通过平衡类型协议执行数据通信，由此使得整个节点不会受逆转极性影响。

具有极性容忍的音频总线节点尤其与音频总线安装人员是高度相关的，因为该节点将安装人员从跟踪哪些电线在上游和下游的麻烦中解脱并且由此从安装过程移除了常见的错误原因。

在优选实施例中，该节点包括不会上游/下游逆转以及上述极性逆转影响，使得实际上安装人员不可能在该节点的优选地四个连接器中连接总线的优选地四个导体时出现错误，这是非常有利的实现，并且同时使得确定最远的节点或者枚举所有节点更稳健。

当以使节点的子集从总线电源汲取功率的设置包括将节点处理单元安排成致使对应的节点中的预定的功率消耗时，获得有利的实施例。

有利的是，因为通过来自节点的这种预定的功率消耗，总线驱动器可以导出对应的节点位于节点网络中的什么位置。此外，这可以便利于在一个测试周期中标识最远的节点的标识作为一个接一个地(即，在多个测试周期中)标识节点的替代方案。

当预定的功率消耗包括可变电流时，获得有利的实施例。

当预定的功率消耗是通过节点的实用单元确立的时，获得有利的实施例。

当预定的功率消耗是通过经由可听地或不可听地处理测试信号将节点的实用单元的节点放大器和扬声器安排成消耗功率确立的时，获得有利的实施例。

当在该节点中生成或存储该测试信号时，获得有利的实施例。

当该测试信号是具有在0.1到10Hz范围内的频率的波形时，获得有利的实施例。

有利的是，因为这种测试信号于是不在人类的可听范围内并且由此包括加电音频总线的节点的房间中的人类存在(其顺序有待确定)不受这种测试信号影响。

作为有利的交流测试信号的替代方案，如果节点的空闲消耗被校准到直流测试信号，可以使用这种直流测试信号。

当预定的功率消耗造成节点内的具有在1-10W范围内的RMS功率的消耗时，获得有利的实施例。

在优选实施例中，加电音频总线用48V直流加电，其中，范围1-10W内的功率意味着节点在大致20mA到200mA范围内汲取电流。

当预定的功率消耗在节点之间不同时，获得有利的实施例。

在实施例中，预定的功率消耗被用作用于枚举或验证节点的标识符，由此最快地获得节点的自动顺序并且没有人类干扰和由此错误源的风险。

当预定的功率消耗可变并且在节点之间同步时，获得有利的实施例。

在优选实施例中，预定的功率消耗是可变功率信号，由此改善被认为是节点枚举或排序的一部分的巧合功率消耗的验证和稳健性。为了不让来自不同节点的可变功率消耗中和或混淆彼此，优选的实施例被设置以便利于预定的功率消耗的同步。这种同步可以由各种方案提供，例如，根据已知的算法使节点对准彼此或者使总线驱动器定时或调节功率消耗，例如，通过将定时代码编码到加电音频总线电流中，优选地根据可由节点接收器解释的传输协议。

当这些节点中的至少一个节点包括可控传输线终接单元时，获得有利的实施例。

传输线终接单元优选地是可控的，从而使得当需要时可以将其插入并移除。优选地，通过在其应当插入终接单元时指示该节点而使得总线驱动器受控。

当本方法包括指示最远的节点在加电音频总线上插入传输线终接单元的步骤时，获得有利的实施例。

可控传输线终接单元是有利的，因为这种终接单元可以在该节点处连接或断开连接但是受中央单元(诸如总线驱动器)控制。因此，当确定了最远的节点时，总线控制器可以要求最远的节点连接终接单元并且由此传输线被终接，便利于适合高质量音频分布的平衡节点网络。

当传输线终接单元包括至少一个阻抗和至少一个电容时，获得有利的实施例，阻抗值粗略地对应于传输线的特征阻抗。

终接单元优选地用电阻器作为阻抗实现，其中，电阻器或整个终接单元由开关设备控制，便利于终接单元的连接/断开连接。因此，在节点网络被扩展的情况下，过去的最远节点的终接单元断开连接并且新的最远节点的终接单元连接。中央单元(诸如总线驱动器)的所有这种控制便利于适合于高质量音频分布的平衡节点网络。

当这些节点中的一个节点包括总线驱动器时，获得有利的实施例。

根据本发明的有利实施例，至少一个节点是延伸节点，因为这种延伸节点包括总线驱动器。包括这种延伸节点的节点网络是有利的，因为为了创建智能节点网络，不需要除了节点之外的附加组件。此外，延伸节点和由此总线驱动器可以位于节点网络(也被称为菊花链)的最方便的(例如，与维修和安装有关)一端。

当该节点包括第一和第二节点总线接口时，获得有利的实施例。

有利的是因为第一和第二节点总线接口是以其节点安装不会被弄错的方式在该节点中实现的，即，第一节点总线接口可以连接到加电音频总线的上游端和下游端。这减少了在安装音频系统时出现安装错误的风险。

除了将加电音频总线安装到该节点是自由的事实之外，将这两个导体(物理上构成加电音频总线)安装到节点总线接口也是有利的。这为音频系统的安装增添了更大的用户友好性。

当第一和第二节点电流传感器不测量节点的电流消耗时，获得有利的实施例。

有利的是，因为仅测量上游或下游电流消耗，即位于加电音频总线上游或下游的节点的消耗。

当第一和第二节点电流传感器便利于测量加电音频总线的电压时，获得有利的实施例。

当所述方法进一步包括以下步骤时，获得有利的实施例：

·从所述子集排除所述最远节点；

·从设置以使所述节点的所述子集安从所述总线电源汲取功率的所述步骤重复所述方法，直至所有节点已被从所述子集排除。

根据本发明的这个优选实施例，应用迭代方法，其中，每一次迭代标识最远的节点、存储其信息并且将其从下一次迭代排除。每一次迭代由此将子集减少一个节点，直至该子集仅包含距离总线驱动器最近的节点，该节点然后被标识为距离总线驱动器最近的节点。因此，以此方式，该子集中的每一个节点被根据其在网络中相对于总线驱动器的的定位/位置来记录并且由此标识最近和最远的节点。

当总线电源是直流电源时，获得有利的实施例。

当这些节点中的一个节点包括总线电源时，获得有利的实施例。

有利的是，因为一个延伸节点于是可以包括总线驱动器和总线电源，并且由此在安装时，总线/网络既是加电的又是可控的。

当加电音频总线被进一步供应有来自总线功率注入器的功率时，获得有利的实施例。

总线功率注入器尤其在大型网络中是有利的，在这种网络中，考虑总线电源的大小和价格、电压降等等是相关的。因此，在某些情况下，标准总线电源和总线功率注入器的组合可以提供整个最便宜的网络配置。

此外，总线功率注入器是有利的，因为可以提供标准组件(一个大小的总线电源和总线功率注入器)，因为，当节点网络向上扩展时，附加的总线功率注入器用于便利于到节点网络的必要功率。

当在一个节点处理模块中实现节点处理单元、节点接收器和节点功率监控单元时，获得有利的实施例。

将便利于这些操作的单元集成到一个物理壳体中是有利的，因为单独组件的数量由此减少了。除了所提及的组件之外，还可以在节点处理单元中或者一起在其他单元中实现其他未提及的组件。

当节点发射器使能从该节点到总线驱动器的通信时，获得有利的实施例。

该节点可以优选地能够结合确定节点的连接顺序的过程向驱动器传输信息，以便例如提供其观察值、标识符等等。在优选实施例中，这个通信由不要求终接加电音频总线的协议或技术执行，因为传输线终接可以在优选实施例中可以是该过程的结果并且因此在该过程期间不可使用。该通信可以例如是简单的、低速率的通信，诸如FSK。

本发明一方面涉及一种扬声器系统，包括：

·加电音频总线；

·连接到所述加电音频总线的节点，所述节点中的每个节点包括：

o节点处理单元和节点存储器，所述节点存储器被设置以存储至少节点标识符；

o节点接收器和节点发射器，被设置以接收和发射所述加电音频总线上的通信；

o总线功率监控单元；

o实用单元，所述实用单元被设置以提供所述节点的实用功能，所述节点中的至少一个节点的所述实用单元包括至少一个扬声器和至少一个放大器，所述至少一个放大器被设置以基于由所述节点接收器从所述加电音频总线接收的控制信息和音频信息来驱动所述扬声器；以及

o功率转换器，所述功率转换器被设置以转换来自所述加电音频总线的功率以便将功率至少部分地供应给所述节点处理单元、所述节点接收器、所述节点发射器以及所述实用单元；

·在所述加电音频总线的总线驱动器部分连接到所述加电音频总线的总线驱动器，所述总线驱动器被设置以将控制信息和音频信息馈送到所述加电音频总线中，所述总线驱动器包括驱动器处理单元和驱动器存储器，所述驱动器存储器被设置以存储所述节点的至少所述节点标识符；以及

·在所述加电音频总线连接到所述加电音频总线的总线电源，所述总线电源被设置以将功率馈送到所述加电音频总线中；

其中，所述节点被设置以当由所述节点驱动器指示时或者当其连接顺序未由所述总线驱动器标识时，经由所述加电音频总线从所述总线电源汲取功率；由此形成在一种情况下汲取功率的节点的子集；

其中，所述功率监控单元被设置以将最远的节点确定为所述节点的所述子集的相比所述子集的任何其他节点更远离所述总线驱动器连接到所述加电音频总线的一个节点；

其中，当被确定为所述最远节点时，节点的所述节点发射器和节点接收器被设置以与所述总线驱动器通信节点标识符，从而使得所述最远节点的节点标识符能够被存储在所述节点存储器和所述控制器存储器中。

本扬声器系统可以有利地与上述任何特征和实施例组合以便实现上述优点。

本发明一方面涉及一种将节点和总线驱动器改装到现有扬声器安装线缆从而将其转变为加电音频总线的方法，所述方法包括：

·通过以下动作提供加电音频总线：

o将节点连接到先前安装的扬声器安装线缆，所述节点中的每一个节点包括：

·节点处理单元和节点存储器，所述节点存储器被设置以存储至少节点标识符；

·节点接收器和节点发射器，被设置以接收和发射所述加电音频总线上的通信；

·总线功率监控单元；

·实用单元，所述实用单元被设置以提供所述节点的实用功能，所述节点中的至少一个节点的所述实用单元包括至少一个扬声器和至少一个放大器，所述至少一个放大器被设置以基于由所述节点接收器从所述加电音频总线接收的控制信息和音频信息来驱动所述扬声器；以及

·功率转换器，所述功率转换器被设置以转换来自所述加电音频总线的功率以便将功率至少部分地供应给所述节点处理单元、所述节点接收器、所述节点发射器以及所述实用单元；

o在所述加电音频总线的总线驱动器部分将总线驱动器连接到安装线缆，所述总线驱动器被设置以将控制信息和音频信息馈送到所述加电音频总线中，所述总线驱动器包括驱动器处理单元和驱动器存储器，所述驱动器存储器被设置以存储所述节点的至少所述节点标识符；以及通过

o在所述加电音频总线将总线电源连接到安装线缆，所述总线电源被设置以将功率馈送到所述加电音频总线中；

·设置以使所述节点的子集经由所述加电音频总线从所述总线电源汲取功率；

·使用所述子集的所述功率监控单元将最远的节点确定为所述子集的相比所述子集的任何其他节点更远离所述总线驱动器连接到所述加电音频总线的一个节点；以及

·使用所述确定的最远节点的所述节点发射器和节点接收器以与所述总线驱动器通信节点标识符，从而使得所述确定的最远节点的节点标识符被存储在所述节点存储器和所述控制器存储器中。

本发明的扬声器系统对于改装是高度有利的和方便的，因为它们在优选实施例中充分支持用传统的扬声器安装线缆(例如，UTP线缆)安装。由此，可以简单地通过用节点替换扬声器并且用所描述的总线驱动器替换旧的驱动器来将例如基于70/100V系统的现有的扬声器安装设施升级到在此描述的加电音频总线系统。线缆通常无需更新或重新安装，对于大多数建筑物和安装设施而言，这将是与更新音频系统相关最繁琐的任务。

当将本改装方法与上述一个或多个特征和实施例组合时(例如，相对于确定节点的连接顺序的方法)，实现本改装方法的有利实施例。

附图说明

将在以下参照附图描述本发明，在附图中：

图1示出本发明的实施例的音频系统，

图2示出本发明的实施例的总线驱动器，

图3示出本发明的实施例的节点，

图4至图6示出本发明的各个实施例的不同网络拓扑中连接到节点的总线驱动器,

图7和图8示出本发明的实施例的延伸菊花链网络的阻抗平衡,

图9示出本发明的实施例的不同音频系统布局和节点子集，

图10(10a+10b)示出本发明的实施例的具有电流传感器的总线驱动器和节点的实施例，

图11至图13示出本发明的实施例的电流传感器的各个实施例，以及

图14示出本发明的实施例的示例节点枚举方法。

具体实施方式

图1示出本发明的实施例的音频系统33。音频系统33包括加电音频总线5。总线驱动器提供到加电音频总线5的控制数据、音频和优选地功率。节点20被菊花链到加电音频总线。优选地，至少节点20包括扬声器，例如嵌入式有源扬声器、具有用于连接外部无源扬声器的扬声器输出的输出级或用于连接外部有源扬声器的外线或等效物。

图2示出根据本发明的实施例的更详细的音频系统33的总线驱动器1。总线驱动器1优选地被供应有来自驱动器电源2的功率。这个电源2可以例如连接到110/230V交流市电或者包括直流源或任何其他电源。此外，总线驱动器1优选地包括将进入功率转换为给音频系统33的节点20供电的直流电压的驱动器功率转换器3。

驱动器电源2和驱动器功率转换器3一起为总线驱动器1和节点20的所有电子设备供应合适的工作电压并且可以被称为总线电源。总线电源的组件可以在总线驱动器1中实现或者可以位于总线驱动器1外部并且直接耦合到加电音频总线5。

直流电压优选地在50V以下并且优选地在40V和50V之间。优选地，48V被经由加电音频总线5提供给节点20。直流电压应当在加电音频总线的低损耗(高直流电压限制功率损耗)和不具有危害性的数据传输(低直流电压便利于避免导管和符合安全要求)之间平衡。因此，总线驱动器1和节点20之间的通信因此都包括为节点20供电的供电电压和用于经由节点20广播的音频信号。

应当提及的是电源2的容量可以从例如大约50W到超过1000W变换，取决于音频系统33的大小和要求。此外，如果认为必要的话，被称为注入电源的外部(位于总线驱动器1外部)电源可以连接到加电音频总线5。功率在节点20处用于为本地放大器、数据处理器等等供电。用于为加电音频总线供应附加功率的功率注入器可以优选地被实现为节点并且从总线驱动器接收控制数据，例如在优选实施例中在节点枚举过程期间关闭或断开连接以便不干扰电流测量。功率注入器可以例如使用来自以太网功率(PoE)技术的原理来注入功率。功率注入器可以提供来自市电、电池等等的功率。

优选地，总线驱动器1进一步包括第一驱动器滤波器4，该滤波器相对于交流将驱动器电源2从加电音频总线5解耦合(优选地其两个导体被标记为图4至图6的34a、34b)。可以使用功率电感器(优选地具有用于所有操作电流的10uH的电感)实现第一驱动器滤波器4。

优选地，总线驱动器1进一步包括驱动器电流传感器6。这个电流传感器6是可选的，并且如果被实现，电流传感器6便利于测量位于总线驱动器1下游的加电音频总线5上的电流消耗。此外，驱动器电流传感器6可以充当加电音频总线电压监控器。

优选地，总线驱动器1进一步包括充当朝向总线驱动器1和外部音频源8之间的音频信号的接口的驱动器音频接口7。在此上下文中，音频可以是经由WiFI、蓝牙、以太网、USB、SPDIF、AES/EBU、ADAT、TOSLINK或通过任何其他合适的数字协议从音频源8发送的模拟(平衡的或不平衡的电气信号)或数字音频。因此，当贯穿本文档引用音频时，引用可以包括除音频之外的其他信息(诸如有待在总线驱动器1和节点20之间交换的简单数据、视频等等)的数据信号。

优选地，总线驱动器1进一步包括充当朝向总线驱动器1和外部控制器(多个)10之间的控制/信息/状态信号(多个)的接口的驱动器接口单元9。可以通过WiFi、蓝牙、以太网、RS232、RS485或通过任何其他合适的机制发送这些信号。

总线驱动器1可以包括内部音频源(未示出)或连接到上述外部音频源8。外部音频源8可以被定位成LAN(LAN：局域网)或互联网的一部分。可以例如经由无线/有线LAN或互联网从总线驱动器1远程地访问该音频源。音频源8可以是任何音频播放器(诸如便携式设备，诸如平板计算机、智能电话、膝上计算机等等)，或者其可以是用于音频产生和/或音频分布的更大型设施(诸如静态媒体播放器、计算机、数据存储设备、无线电、矩阵单元、音频功率放大器等等)。音频源8还可以是驱动器内部的从互联网接收数字音频的“音乐播放器”，像例如无线电接收器或流媒体接收器。

音频源8的类型可以是与其中使用音频系统33的应用的任何相关源并且因此对于本发明而言不重要。本发明集中在音频信号的分布而不是具体的音频信号的源或类型。因此，未进一步详细说明驱动器音频接口7，因为不同的音频源8(如果不是总线驱动器1的一部分)可以通过各种类型的光学、有线或无线音频和视频连接器(诸如例如不同类型和大小的插孔、插头、连接器、螺钉/无螺钉电线连接等等)连接到总线驱动器1，并且音频信号可以具有各种相关的模拟或数字音频格式、编码、压缩率、容器格式等等。

驱动器音频接口7和驱动器接口单元9优选地还用作到其他音频系统、总线驱动器1、互联网等等的接口。以此方式，通过连接到总线驱动器1的节点20广播的音频可以与相同或其他音频系统33的其他总线驱动器1协调。由此还有可能的是将音频系统33连接到其他系统(诸如家庭自动化系统)并且将从节点20或从总线驱动器1收集的信息提供给这种系统或者从这种系统检索信息以便在音频系统33中使用。

到总线驱动器1的互联网连接还便利于远程控制并监控音频系统33及其单独的元件(诸如节点20)。这意味着可以远程地监控节点20的健康、可以定位便利于更快维护或替换的故障、可以记录来自若干音频系统33的数据并且将其用于统计和未来改善等等。

应当提及的是优选地，有可能从未示出的控制接口到达音频源8。这种控制接口可以用于从音频源8选择有待经由节点20广播的具体音频、质量、声音级别、音频信道等等。控制接口的示例可以是安装在移动设备(诸如平板计算机或智能电话)上的应用程序，或者其可以例如在总线驱动器1或外部音频源8中实现。

音频系统33便利于远程地或自动地实现单独控制节点20的扬声器32的级别的事实具有若干优点。

首先，这使能可以动态地改变节点20的单个区域中的给定的声音配置文件而无需机械地调整例如每个单独节点20或扬声器32上的旋转开关。这使能区域的第一节点具有第一声音级别并且第二节点具有另一个更高的或更低的声音级别，因此，酒吧或酒店的节点的声音级别比厕所的节点的声音级别更高，即使这些节点具有播放相同音乐的相同区域。这将在其中播放级别要求随着每日节奏(像在酒吧和酒店中)而改变的区域中有利。具有这种能力的第二特征是可以实现混合-减去(mix-minus)。混合-减去(Mix-minus)是一种减小在麦克风中说话的人附近的音频级别从而使得这个人不会在放大级别听到他/她自己的声音的技术。在使用麦克风时，这个特征增加了“自然性”。当单个区域(例如，在会议室中)中存在若干麦克风时，要求单个扬声器32可以根据哪一个麦克风被激活而减小其声音级别。

另外，节点20的状态信息还可以被测量并被传输到总线驱动器1。状态信息可以例如是温度、功耗、扬声器阻抗等等。

优选地，总线驱动器1进一步包括可以被认为是总线驱动器1以及因此整个音频系统的主数据处理器的驱动器处理单元11。驱动器处理单元11收集数据和控制/信息信号并且做出有关信号路由、节点20操作的决定。因此，协调并控制总线驱动器1的信号和数据处理的目的受数据处理单元11控制。这可以包括定义音频信号的质量、设计数据处理器所做的操纵、确定应当何时从总线驱动器1传输哪一个音频信号、处理总线驱动器1所接收的数据以及采取适当的行动、校准并设定节点20等等。

总线驱动器优选地便利于总线驱动器1和节点20之间的两个通信信道但是在各个实施例中可以仅便利于一个或多于两个。便利于两个通信信道的优点可以在即使一些情况使得这些通信信道中的一个信道不可用时确保一定程度的通信。因此，这两个通信信道被优选地根据具有不同缺点和优点的非常不同的技术来设计。在实施例中，第一通信信道可以例如允许用简单的编码在相对低频率实现稳健的通信但是固有地比较慢，而第二通信信道可以例如允许实现高频率、高数据带宽高级通信但是对任何不规律性相对敏感。

对于上述第一通信信道，总线驱动器1可以例如包括第二驱动器滤波器12和第一驱动器模数转换器14。第二驱动器滤波器12便利于衰减并过滤经由不属于第一通信信道的总线5接收的信号和噪声，并且其优选地通过例如电容器将总线的直流功率从第一通信信道的处理解耦合。

在优选实施例中，从节点20通过第二驱动器滤波器12的第一通信信道信号是具有相对低载波频率的FSK(FSK：频移键控)信号，具体地优选地很好地低于优选地在远高于人类可听频率范围的频率工作的第二通信信道的频率含量以下。适合此应用的FSK调制方案的示例可以是使用频率8kHz和12kHz的二进制FSK调制，其中，第二驱动器滤波器12可以是允许信号在该频率区域内通过的带通滤波器。使用这种机制在总线5上通信的典型的可获得的比特率在若干kbit/sec的范围内。该通信方法主要由有待发送的期望的信息量和加电音频总线5的带宽、在节点20/总线驱动器1便利于数据传输的硬件(硬件在此是任何类型的数据处理器)确定并且将在大多数情况下相对于从总线驱动器1传输到节点20的音频信号较慢。

第一驱动器模数转换器14便利于将第一通信信道的模拟调制的通信信号(承载数字数据)从加电音频总线5的节点20变换为数据(在振幅和时间上量化)表示。在某些情况下，将有利的是通过这个第一通信信道13建立双向通信。在总线驱动器1和节点20之间的这种双向通信的情况下，第一驱动器模数转换器14还可以包括将来自驱动器处理单元11的数字信号变换为时间/振幅连续表示并且将该信号传递通过第二驱动器滤波器12的数模转换器。在后一种情况下，数模转换器中的功能允许数模转换器在第一模数转换器14从加电音频总线5上的一个或节点20接收信息时采用hi-z模式。优选地，驱动器处理单元11被设置以处理例如通过第一通信信道接收的FSK信号和/或生成例如FSK信号以便经由第一通信信道传输到节点20。

对于上述第二通信信道，总线驱动器1可以例如包括第三驱动器滤波器15和驱动器数字发射器17。第三驱动器滤波器15的主要功能是借由例如电容器将总线的直流功率从第二通信信道的处理单元解耦合，但是其还可以便利于衰减并过滤不属于第二通信信道的总线5上的信号和噪声。

至少应当衰减来自加电音频总线5的直流分量并且优选地将其全部移除。在优选实施例中，通过第三驱动器传感器15的第二通信信道信号可以是保持从驱动器处理单元11到节点20的音频相关数据和(可选)控制数据的二进制数据信号。一个这种二进制数据流可以符合具有44.1kHz或48kHz的典型速率的保持两个24比特信道的AES3(也被称为AES/EBU)协议。然而，还可以使用其他速率和/或协议，AES3协议已经证明其在过去几十年的价值是非常稳健的音频传输协议。作为这个标准化协议的一部分的是“用户数据”和“信道状态”比特。对于此应用，这些可以用作用于控制节点20的装置。

优选地，作为第二通信信道的一部分，总线驱动器1进一步包括便利于将来自驱动器处理单元11的数字数据流转换为差分电气信号的驱动器数字发射器17，该信号可以被传递通过第三驱动器滤波器15到达加电音频总线5。在优选实现方式中，该电气信号符合RS-422或RS-485，这两个是用于在长距离以及在噪声环境中传输数字数据的稳健的标准化协议。这些标准已经持续数十年成为许多工业自动化系统中的优选选择。可选的，驱动器数字发射器17还包括数字接收器(未示出)，从而使得可以在驱动器1和节点20之间获得双向数据流(半双工)。当接收数据时，驱动器数字发射器17采用通常在大多数RS-485收发器集成电路中是嵌入式特征的hi-z状态。

这种数字接收器可以与驱动器发射器17并联连接并且优选地交流耦合到加电音频总线5。

当来自音频源8的音频信号已经由总线驱动器1处理从而符合例如信号质量要求时，这个信号被经由加电音频总线5传输到节点20的网络。数字音频传输的选择是有利的，因为其不受像串扰问题和蜂音(50/60Hz)伪影影响并且便利于总线驱动器1和节点20之间的加电音频总线5的发射导体34a、334b上的多个并行双向信息，诸如多个同时音频信道以及控制数据的通信。

音频/数据传输(简单地称为音频传输或数据传输)优选地具有便利于有效地在长距离(例如，高达几百米)和电噪声环境中传输数据以及便利于将节点20连接到加电音频总线5的类型。可以通过传输具有隐藏在两个导体之间的差值中的信息的信号差分按照非常稳健的方式进行数据传输。

在优选实施例中，音频传输符合TIA-485标准(正式地被称为RS-485标准)，非常稳健并可靠的电气数字层，但是还可以使用其他标准。因此，数字编码的音频信息优选地叠加在直流电压上并且通过加电音频总线5通信。节点20于是包括将音频信号重新构建为适合输入到节点功率放大器31(也被简单地称为节点放大器)中或者直接输入到然后产生最终可听语音、音乐、音调等等的扬声器32的格式的音频解码器/节点处理单元

在实施例中，总线驱动器1进一步包括允许驱动器处理单元11读取加电音频总线5上的电流和电压的第二驱动器模数转换器18。这个信息可以用于检测加电音频总线故障以及帮助自动地建立总线网络上的映射，例如，位于加电音频总线5上的节点20的信息。

总线驱动器1可以至少连接到市电电源或电池、模拟音频(平衡的或不平衡的)、数字音频(电气或光学)SPDIF、TOSlink、AES/EBU、ADAT等等、网络诸如以太网、互联网、RS232、CAN等等、WiFi、蓝牙等等。此外，应当提及的是总线驱动器1可以具有到按钮、(触摸)显示器、LED等等的用户接口。

优选地，总线驱动器1进一步包括便利于总线驱动器1和加电音频总线5之间与其节点20的连接的驱动器总线接口19。这个连接可以包括减少来自/去向总线驱动器1的电磁干扰的EMI(EMI：电磁干扰)组件。这种组件可以是电容器、电阻器、瞬态吸收设备以及改善去向/来自周围环境的兼容性的任何其他部件。驱动器总线接口19还可以包括物理连接器，该物理连接器优选地是所谓的菲尼克斯(Phoenix)连接器，即，用于专业固定安装的典型的扬声器连接器。

如所提及的，总线驱动器1包括一个或多个数据处理器，这些数据处理器包括控制器单元、模数和数模转换器、滤波器、发射器和接收器、接口等等。因此，当音频/数据信号(简单地被称为音频信号或数据信号)是模拟信号时，其被转换为具有期望质量的模拟信号的数字表示。同样，如果音频信号是数字信号，其被转换为具有期望质量的其模拟表示。为了获得音频信号的期望质量，数据处理器可以执行音频信号的数学操纵，诸如对音频信号进行过滤、压缩/解压缩等等。

根据本发明的实施例，总线驱动器1便利于去向和来自节点20的音频/数字信号的发射和接收。因此，在其中节点20在能够基于自身的动机或者作为对来自总线驱动器1的查询的回复而与总线驱动器1通信的意义上是智能的，数据处理器可以接收并处理这种通信。这个处理可以包括将总线驱动器1和节点20之间的这种双向通信从数字信号转换为模拟信号或者反之亦然。此外，提取从节点20发送的信息也可能是必要的并且可以由上述数据处理器中的一个处理器执行。

图3示出根据本发明的节点20的优选实施例。优选地，节点20包括便利于节点20连接到加电音频总线5的两个节点总线接口21(21a第一节点总线接口、21b第二节点总线接口)。这个连接可以包括减少来自/去向总线驱动器1的电磁干扰的EMI组件。这种组件可以是电容器、电阻器、瞬态吸收设备以及改善去向/来自周围环境的兼容性的任何其他部件。节点总线接口21还可以包括物理连接器，优选地所谓的Phoenix连接器。

为了简化安装过程并且最小化安装期间的错误风险，将总线驱动器1和节点20安装到加电音频总线5的人可以自由地将第一节点总线接口21a或第二节点总线接口21b连接到加电音频总线5线缆的上游端，意味着节点20中的信号流(从第一到第二节点总线接口)可以位于朝左或朝右方向。此外，用户被允许将加电音频总线5的优选地两个导体连接到在节点总线接口21a、21b中发现的任何端子，意味着节点20内部的加电音频总线的那一部分的极性(第一和第二节点电流传感器22a、22b之间的导体)可以或正或负。再次，有利的是，因为其帮助简化安装过程和最小化该过程中的错误。

优选地，节点20进一步包括第一节点电流传感器22a和第二电流传感器22b，这些传感器被安排为使得节点20自身的电流消耗可以与任何下游电流消耗区分开，而不管电压极性和信号(优选地直流电流)方向。

应当提及的是第一和第二电流传感器22a、22b可以进一步包括用于感测总线电压水平的装置。只要节点处理单元23能够至少获得下游电流消耗，可以使用其他合适的传感器结构。可以使用霍尔传感器、基于电感的传感器、使用具有低阻抗的电阻器的电流到电压转换或任何其他合适的机制实现电流传感器22。

理想地，电流传感器22不会造成节点输入到输出的任何信号改变，从而使得节点总线接口21处的信号是完全相同的，意味着它们是在两个方向上是完全透明的。

若干电路可以确立电流估计值，该估计值能够估计电流，而不管其极性和电流流动方向，优选地电流传感器22被实现为引用零(地电势)的电阻器。具有两个(完全相同的)电流感测电路和总线极性的知识允许从电路选择从连接到地电势的电流感测电路取得电流信息。优选地跨两个电阻器感测电流。这使得节点能够区分其自身的电流消耗与下游消耗。

相应地，电流传感器22与例如节点处理单元23以及其他未提及的组件可以被称为总线功率监控单元。

优选地，节点20进一步包括允许节点处理单元23读取总线上的如上述那样感测的电流和电压的第一和第二模数转换器24a、24b。

优选地，节点20进一步包括便利于阻挡交流电流的第一节点滤波器25。第一节点滤波器25的目的是提取用于为节点20供电的直流电流。这个第一节点滤波器25可以使用具有较大电感(优选地高于100uH)的电感器实现。这是因为当看包括若干个节点20的较大音频系统时将在加电音频总线5上并行地安装这些第一节点滤波器25中的若干滤波器。

优选地，节点20进一步包括节点电源35，也被简单地称为功率转换器。

来自总线驱动器的直流电压在节点20被转换为例如在1V和12V之间用于为一个或多个数据处理器以及节点20的其他功率消耗组件供电的电压水平。

为了确保加电音频总线5的数字音频信号的高频分量不被“短路”，例如，可以在加电音频总线5和节点20的组件之间实现电感器。

优选地，节点20进一步包括传输线终接单元26，如果该节点位于加电音频总线5的一端(优选地加电音频总线5上的一系列节点20中的最远或最后一个节点20)以便消除传输线反射，该单元理想地插入阻抗。该节点可以自身确定其是否位于加电音频总线的端部或者优选地总线驱动器指示适当的节点插入其传输线阻抗。传输线终接单元26由节点处理单元23控制，该处理单元使用中继器、晶体管、MOSFET或通过任何其他合适的装置插入传输线终接阻抗。在优选实施例中，传输线终接阻抗是与电容器串联的电阻器。

应当提及的是加电音频总线5应当在两端都终接。在加电音频总线5的总线驱动器1端部，输出阻抗例如从驱动器数字发射器17是已知的。

优选地，节点20进一步包括衰减对于传递数字音频和控制流数据不相关的信号分量的第二节点滤波器27。至少直流分量被衰减或者优选地被全部移除。可以使用电容器和电阻器实现这种交流耦合。

优选地，节点20进一步包括节点接收器，优选地接收从总线驱动器1的控制器数字发射器17输出的数字音频信号(优选地经由第二通信信道16)，并且将这个信号传递到节点处理单元23。节点数字接收器28还(可选地)可以包括数字发射器并且可以使用RS-485接收器/收发器实现。

优选地，节点20进一步包括用于第一通信信道的衰减用于传递控制/信息/状态数据的不相关的信号分量的第三节点滤波器29。在优选实施例中，使用频移键控FSK在载波频率对不干扰通过如上所述的第二通信信道16发送的数字流数据的数据进行编码。可以使用电感器、电容器和电阻器实现第三节点滤波器29。

优选地，节点20进一步包括便利于将从节点处理单元23发送的状态数据的经调制版本输出到总线驱动器1的节点发射器30。在优选实施例中，可以通过使用频移键控FSK来完成这一动作，因为FSK可以是稳健的，即使最远节点20尚未被终接。以此方式，可以例如借由从节点20发送到总线驱动器1的标识符标识节点20。可以通过使用从74HC逻辑族(输出方波信号)的简单缓冲器或者通过使用数模转换器实现节点发射器30。当不发送数据时，节点发射器30的输出理想地是三态的。可选地，可以按照双向方式实现节点发射器30，类似于总线驱动器1的第一控制器模数转换器14。

优选地，节点20进一步包括充当给定节点20的主数据处理器的节点处理单元23。该节点接收(从节点数字接收器28或从任何其他音频源，未示出)、处理并且将音频信号输出到节点放大器31或者任何其他音频输出信道(未示出)。此外，节点处理单元23至少从节点数字接收器28和/或从节点发射器30接收控制信号。这些控制器信号被拦截并且在控制请求的基础上实施合适的行动。节点处理单元23还是所示实施例的“线缆端部”标识过程和节点枚举过程的重要部分。

优选地，节点20进一步包括驱动一个或多个扬声器32的节点功率放大器31。节点功率放大器31优选地从节点处理单元23(或者从其他源)接收音频并且可以使用任一模拟和/或数字接口(未示出)接收音频信号。

节点功率放大器31可以具有模拟(时间连续的)或数字(时间离散的)类型，具有或者模拟输入信号或数字输入信号。

根据本发明的优选实施例，优选的节点功率放大器31是D类放大器。由于来自驱动器处理单元11的信号优选地是数字音频信号的事实，节点功率放大器31优选地是具有数字输入的D类放大器，因此不要求数模转换器。

通过在每个单独的节点20进行分布式放大，其中，每个扬声器具有其自身的节点功率放大器31，可以相比于传统的70VRMS/100VRMS系统而改善声音质量。在传统的系统中，音频功率信号必须通过被认为是扬声器节点20的一部分的内在变压器。这种变压器致使低频率信号的铁芯饱和效应，意味着总是调用衰减这些信号分量并且因此衰减频谱的低端的滤波器。移除变压器因此增强了具有更佳和更“紧”带通再现的声音质量。

优选地，节点20进一步包括包含一个或多个无源扬声器的扬声器32。在本发明的优选实施例中，扬声器具有电动力类型，具有范围在2-32欧姆的阻抗。

节点功率放大器31和扬声器32可以形成节点20的是实用单元36的一部分。实用单元36还可以包括数据处理器，其目的可以是转换并传输从换能器(诸如扬声器32(使得扬声器32充当麦克风))或者其他未示出的换能器(诸如麦克风、光传感器、烟雾传感器、温度传感器、接近度传感器等等)或者发射器或致动器(例如，LED、显示器等等)或接口设备(例如，按钮、蓝牙收发器、IR收发器、用于有线外部设备的连接器等等)接收的数据。这种换能器的用途示例可以是麦克风，优选地连接到节点处理单元23，例如经由A/D转换器，其可以用于以下或其他用途中的任一种：估计环境噪声等级或语音(例如，以便确定人类存在)、自动校准、测试扬声器、确定其他扬声器的位置、声音级别触发防盗警报等等。

这种换能器可以是独立的或者集成到节点20/总线驱动器1、连接到加电音频总线5的分离的监控节点中、分离地连接到总线驱动器1等等。这种记录信息由合适的数据处理器经由加电音频总线5传输(如果必要的话，在从数字转换为模拟或者反之亦然之后)到总线驱动器1。可替代地或者除此之外，这种信息可以存储在本地存储器(未示出)中。

如所提及的，节点20优选地被经由优选地包括至少两个分离的导体34a、34b的加电音频总线5从总线驱动器1被供应直流电压。

节点20的功耗大小主要由扬声器32的大小确定并且节点20的功耗的示例可以在2W和400W之间或者更高，如果需要的话，取决于音频系统33的用途目的，当在最大功率容量操作时。

节点20包括嵌入式数据处理的事实使得节点20智能，由此便利于用单独的(可能远程的)级别控制、音频源选择等等创建物理上更小多节点20。

如所提及的，根据本发明的优选实施例，这些数据处理器便利于数字信号处理、D类调制并且便利于接收经由上述标准或专有协议发射的数字信号。除了上述操作之外，这些数据处理器还可以便利于来自包括以下各项的以下非限制性列表的操作：均衡、人工混响、线性过滤、补偿扬声器、限制、补偿加电音频总线上的直流电压的动态压降、记录并变换传感器信号、频移键控调制、D类调制以便驱动扬声器、带通增强、控制均衡讲话并且由此使得讲话更容易理解和/或使得音乐听起来更好听等等的讲话和/或音乐鉴别器。

应当提及的是这些操作中的某些操作还可以由总线驱动器1的数据处理器便利于。

应当提及的是根据本发明的实施例，总线驱动器1可以至少部分地被实现为节点20的一部分。因此，以此方式，一个单独的节点20可以包括总线驱动器1并且由此可能不需要独立的总线驱动器1。

所示总线驱动器1和节点20构建自不同的组件并且应当提及的是以上参照图1至图3提及的组件和总线驱动器1以及节点20可以按照任何合适的方式组合以便便利于期望的音频系统33。此外，还可能需要未提及的组件，诸如驱动器存储器或节点存储器以便存储在音频系统33的操作期间检索的或者预加载有与音频系统33的操作有关的信息的信息。这种存储器可以具有最小的容量，诸如仅包括标识符(诸如节点的序列号)的简单的ROM。然而，在大多数情况下，存储器可以具有能够存储更多数据(诸如兆字节或千兆字节)并且具有便利于从其读取和向其写入的类型的大小。

此外，应当提及的是提及若干个数据处理器的事实不应当被字面地理解，因为这些可以可替代地被实现为一个或多个多功能数据处理器/单元。

本发明的音频系统33便利于以下将描述的从总线驱动器1到单独的节点20以及从节点20到总线驱动器1的智能音频信号分布。

图4示出根据本发明的实施例的音频系统33，包括音频源8、传输介质以及多个节点20，音频源8连接到也被称为总线驱动器1的网关或部分网关，传输介质被称为加电音频总线5或者传输线。加电音频总线5优选地包括第一和第二导体34a、34b。

为了将来自位于总线驱动器1(音频功率放大器或电源)内部或外部的能源的功率分布给无源或有源节点20，用于实现加电音频总线5的优选选择是铜线，因为铜提供最佳导电性。铝线也可以是有吸引力的，即使其电阻性较高，因为当前的布线总成本将小于铜线并且由此其当前提供比铜更好的导电性与重量之比。然而，当其进入标准端子(像常见的螺钉端子)时，铝具有缺点，因为金属氧化将开始充当薄氧化铝层中的电绝缘体。此外，螺钉端子要求提供与铜相似的阻抗所需的更大接线尺寸的更大大小。

结合处于或者模拟或者数字形式的音频信号的分布，至少存在三个选项，即，使用无线电波技术(像WiFi、蓝牙、ANR、ZigBee等等)的无线选项、使用玻璃或塑料光导的光学选项或者使用导电线的电气选项。

无线技术当前不被专业音频集成师和咨询师认为是选项，因为其被认为不够稳健。然而，对于具有低稳健性要求的音频系统33，无线技术是选项，因为其更有可能在将来用于具有更高稳健性要求的音频系统33，因为无线技术会进一步发展。不选择无线技术作为优选技术的另一个争议是无线系统将在节点处要求将增加功耗以及由此音频系统33的价格的接收器/发射器。再次，另一方面，无线系统的益处可以在某些音频系统33中补偿这些缺点。

光学数据传输技术具有有利的性质。首先，光学链路的数据带宽能力是卓越的。光纤为给定大小的光纤提供极高的数据速率并且作为线缆长度的函数的信号质量损失与电导体相比较低。然而，光纤的下侧是线缆的终接。当其必须连接到给定的设备时，该线缆必须被切断并且通过将光变换为电气信号的光学接收器连接到该设备。切断和安装过程与简单的RJ45或螺钉端子连接器相比较复杂。

电导体对于用作用于将音频信号从总线驱动器1携带到节点20并且反之亦然并且与模拟和数字音频信号传输结合的传输导体34a、34b而言是优选的，可以在单端或平衡信令之间进行区别。

在单端方法中，电气信息被相对于常见的地电势放置。这种方法主要用于短距离并且简单并且针对单个信道音频流(模拟或数字)仅要求单个发射器和单个接收器。然而，该拓扑具有缺少共模抑制的一个主要缺点。

为了克服单端通信拓扑的缺陷，平衡信令是优选的。这个技术在每个信息流使用两个导体。基本想法是将信息作为将该信息保持为两个导体上的电压之间的差值的差分信号发送出。通常，这要求输出具有相反相位的实用信号的两个(完全相同的)单独的发射器。在接收器端，使用具有高共模抑制比的差分放大器发现该差值，意味着对于这两个导体共同的任何信号分量被消除。这意味着(与单端拓扑相反)即使发射器设备和发送器设备上的共同电压电势上下弹跳，这不会造成接收器将看到的任何错误的差分信号。

除了结合在使用平衡信令时抑制共模的优点之外，尤其是当这两个导体是双绞的时，这个导体对还具有有关来自和去向其他电导体的电势干扰的更好的特性。这种干扰可以例如源自来自外部源(线缆托盘中的其他线缆等等)的电磁干扰。

因此，根据本发明的优选实施例的加电音频总线5是具有绝缘双绞对铜导体(诸如“Belden 5300U”类型的安全和商业音频线缆)的一种标准商业音频线缆。通过这一点，还可以使用所述其他类型的线缆，诸如屏蔽的或未屏蔽的多导体Cat5线缆或其他线缆、屏蔽的或未屏蔽的双绞对类型。

决定线缆类型的关键特征是线缆能够在高比特率传输数字信号并且其符合EMC要求。此外，优选的是可以使用例如在现有的70V/100V模拟音频系统中使用的现有的线缆。令人惊讶的是，“Belden 5300U”(以及相似的)类型线缆便利于以高比特率传输数字信号，因为导体是双绞的，线缆符合EMC要求并常用在现有的70V/100V系统中。

原则上，使用两导体屏蔽线缆给出可能在某些实施例中需要的三个导体。

应当提及的是根据本发明的优选实施例，加点音频总线5优选地在菊花链网络中将多个节点20连接到总线驱动器1。尽管菊花链结构的附图可以指示节点20是串联连接的，节点20从电气的角度而言基本上是并联连接的。

如所提及的，音频系统33的节点20优选地通过也被称为加点音频总线5的两导体类型传输介质在菊花链网络中连接。优选的是加点音频总线包括直接安装在也被称为节点20的在图4中示出的节点总线接口21的环路端子中的两个导体34a、34b。如图4所示，第一和第二连接器34a、34b各自的一端连接到总线驱动器1的驱动器总线接口19并且第一和第二连接器34a、34b的另一端连接到节点20a的节点总线接口21。节点20b的节点总线接口21经由第一和第二导体34a、34b链式连接到节点20a的节点总线接口21等等。

如上所述，以安装(即，安装传输导体34a、34b)不会通过混淆将导体34a、34b安装到具体的端子或者通过这些导体34a、34b应当安装在节点总线接口21a、21b中的哪一个接口处导致故障的方式来开发节点20。由此，确保了音频总是同相，因为导体的极性可以被忽略并且节点20在音频系统33中的安装因此变得非常简单并且可以在不需要对音频系统的特殊知识的情况下完成。

优选地，加电音频总线5的导体34a、34b直接连接到节点20。由此，从节点20到加电音频总线5的附加导体(例如，将附加导体连接到加电音频总线5的接线盒)被避免，有利的是，因为这种附加导体会使得从节点20到总线驱动器1的信息通信变得困难。这种通信的示例可以是节点20在网络中的自动单独节点标识(例如，例如，当总线驱动器1请求时，节点标识被发送到总线驱动器1)或定位。

根据本发明，在本文档中描述的连接的菊花链节点20的优点是多个音频信道可以存在于单个传输线中(或者作为多个导体或者作为单个导体对内的多个数字音频信道)，由此使得音频系统33和安装更加灵活。由于单个线缆(加电音频总线5)可以针对节点20的多于一个单个子集或者节点20的区域承载音频信号，布线布局可以被简化并且因此可以减少劳动成本。事实上，具有包括至少一个导体对的传输线的现有的音频系统可以被改装或更新为本发明的音频系统。

节点20的一个单个菊花链将潜在地为若干个不同的扬声器区域供应在图9中示出的单独的音频信道，该图示出了根据本发明的音频系统33的平面图。

本发明的音频系统33在音频信道的数量、区域中和菊花链网络中的节点20的数量以及加电音频总线5从总线驱动器1到网络中的最后一个/最远节点20的大小或长度的意义上是非常灵活的。

可以通过音频信道的数量和这些信道上的音频质量确定这种菊花链网络的大小。根据本发明的实施例，具有两个48kHZ音频信道的菊花链网络将甚至在具有连接到其上的十六个节点20的加电音频总线5的100米的长度处工作良好。

关于菊花链的节点20的数量，在此的限制因素是传输线质量降级和每当添加节点20时引入反射，这种反射引入比特错误风险。

每个参数(节点、质量、长度、信道)彼此相互影响，因此如果例如仅需要一个信道，菊花链网络的长度/大小可以增加。另一个示例可以是如果在48kHz/24比特要求质量，则带宽可以仅允许两个信道，其中相同的带宽(48000*24*2＝2.304Mbit/sec)可以用于四个36kHz/16比特信道。

通常，应当提及的是优选的是节点20的控制(即，分布并广播/产生音频)具有比监控(即，节点20将节点20及其周围环境的信息返回总线驱动器1)更高的优先级。可以在若干kbit/s发送后一个上游状态信息，这使得可以在一秒内由总线驱动器1从节点接收几个字节的简单的状态信息。

除了下游音频流和上游状态之外，同样在加电音频总线5上例如在例如96kbit每秒的速度下传输从总线驱动器1到节点20的下游控制信号(即，查询、请求、状态或用户比特等等)。

音频系统33优选地便利于自动化初始化，即，当总线驱动器1请求时，每个节点20回复例如类型、序列号等等。

如所提及的，双向数据流使能端部节点20监控。这使能远程维修功能，其中，可以检查包括节点20及其扬声器32的整个音频系统33并且可以在维修技术人员就位之前获得精确的错误信息。这个特征同样在音频系统33的安装阶段中有利，尤其是在菊花链的安装期间，以便验证安装而无需手动地检查每个单独的节点20。当总线驱动器1连接到互联网时，可以在连接到互联网的任何地方使用远程维修。

在图4至图6中示出的网络布局是优选的菊花链拓扑，该拓扑类似于耦合，其中，网络总线驱动器1和网络节点20全部电气并联或基本上并联耦合。节点20的节点总线接口21a、21b实际上是短路，仅具有来自导体和电流传感器22的电阻损耗。因此，可以如图4至图6所示而示出网络示例(连接器和电流传感器未示出)。

为了最小化构成加电音频总线5的线缆中的反射，重要的是确保源阻抗(总线驱动器输出阻抗)、线缆阻抗和终接阻抗(终接阻抗附接在给定的分支或菊花链中的最后一个/最远节点20中的总线导体34a、34b之间)完全相同或者基本上完全相同。在本发明的优选实施例中，这三个阻抗(从差分的角度看在从100kHz到10MHz的范围内)全部在范围40到120欧姆中。

然而，该网络拓扑未绑定到纯菊花链。使用如图5所示的Y型分路器35，加电音频总线5可以被划分为两个(或者甚至更多)分支。为了保持阻抗匹配紧凑，重要的是在两个分支的端部插入终接阻抗。此外，要求在Y型分路器39中添加阻抗匹配装置。

图6示出本发明的实施例的环形拓扑加电音频总线的示例。具有上述若干个菊花链式节点20的加电音频总线5在每个端部连接到总线驱动器1的两个单独的音频总线端口。总线驱动器被配置成将这两个端口作为环形拓扑的一个加电音频总线处置或者其自身例如通过能够在一个端口接收另一个端口的其自身的控制数据而检测这种情况。优选地，总线驱动器使得这些端口中的一个端口不活跃，并且可以在各个实施例中在不活跃端口应用传输线阻抗或者依赖于将距离不活跃端口最近的节点检测为最远节点并且指示应用其上述传输线阻抗。环形拓扑实施例的优点是在线缆断裂、节点断开连接或者将加电音频总线的一部分从总线驱动器断开的其他事件的情况下，可以通过手动警报输入、通过检测阻抗不匹配、低质量通信或者通过其他自动终接检测这种情况，并且当推论出不可到达总线的一部分时，总线驱动器可以激活第二端口、对这两个端口执行节点枚举过程并且因此用两个单独的加电的音频总线继续操作。换言之，环形拓扑使能对于关键音频系统(例如，急救或疏散系统)特别有利的冗余性。还可以通过各个其他实施例实现环形拓扑，例如通过在加电音频总线的每一端提供单独的总线驱动器，并且或者手动地或者自动地在其中一个在正常操作期间活跃的两个总线驱动器之间协调，由此仍允许另一个总线驱动器在中断的情况下接管加电音频总线的一部分。由此，总线驱动器功能同样是冗余的，并且可以有利地定位在不同的物理位置以便在局部火灾、功率损耗等等情况下保护一个驱动器。环形拓扑实施例的变体包括在不同位置连接到加电音频总线的两个或更多个总线驱动器，例如，四个总线驱动器沿着加电音频总线分布，并且手动地协调或被协调其中哪一个在正常操作期间作为活跃总线驱动器操作。在总线故障的情况下，重新协调发生以便确定最适当的总线驱动器从而接管总线的任何截断部分的操作，并且每个活跃的总线驱动器执行连接节点的重新枚举。

包括参照图4至图6描述并示出的拓扑的组合的各个其他拓扑实施例是可能的并且适合不同的应用、建筑物布局、用途、安全规定等等。

因为例如适合于图5中示出的分支加电音频总线，可以使用三个完全相同的阻抗建立Y型分路器39中的阻抗匹配，也被称为“毛团网络”，如图7所示(出于简化的原因，仅具有单个端部)。看到这个星型配置的任何端部，阻抗Z1、Z2和Z3等于R/3+(R/3+R)/2＝R，这确保最小化反射相关的问题。然而，这个网络将6dB的衰减从一个分支端部引入到另一个。

对于2线直流加电总线，基于纯电阻器的方法不合适，由于相对小的电阻器将在通过总线汲取电流时引入显著的功率损耗。为了绕开这个问题，阻抗匹配装置可以被设计为使得阻抗匹配电阻器仅针对交流存在，不包括直流。在图8中示出了一个解决方案，其中，电阻器是使用电容器直流解耦合的并且通过电感器L处置直流功率分布。

图9示出本发明的实施例的音频系统33的布局。第一总线驱动器1a控制第一加电音频总线5a上的节点20a-20d并且第二总线驱动器1b控制第二加电音频总线5b上的节点20e-20h。

节点20a-20h可以位于一个或多个环境中。环境可以例如由房间定义。包括节点20的子集的区域可以被定义为或多或少与环境和总线相关，并且提供用于向区域指派任何扬声器的抽象层，而不管其环境和总线拓扑。通常，指派给区域用于向相同区域的节点广播相同的音频或控制。应当提及的是节点20在区域或环境中的子集的分组可以包括由不同总线驱动器1控制的节点20。因此，节点20的区域或子集应当被理解为被分组并且由此播放相同的音频信号的一个或节点20。

图9示出分布在两个环境(房间37和38)中的节点20a-20d和20e-20h的两个菊花链。第一房间37可以被划分为两个区域37a和37b，例如，基于房间37的用途，因此区域37a可以是忙碌和噪音区域而区域37b可是房间37a的放松地方。房间38表示被标记为38a的仅一个区域。

现在，如果将在环境37和38中广播不同的音频信号，节点20a-20h必须在区域中划分。因此，包括节点20a-20c和20h的区域1和包括节点20d和20e的区域2以及包括节点20f和20g的区域3。

表示区域1-3的节点的子集或者被自动地或者被手动地配置为便利于播放不同的音频或在不同的声音级别播放相同的音频的对应的区域。播放音频信号应当被理解为将音频信号转换为至少对人类可听的语音、音乐、音调等等。

在实施例中，节点可以在安装期间被预配置，例如，相对于区域指派、音频信道选择、音频级别或其他基本配置参数。节点的预配置可以例如由包括硬件选择器和/或可编程存储器的节点便利于，安装人员可以使用这个预配置来设定一个或多个参数并且这个预配置可以在上电之后由内部电路读取。例如，可以在节点处提供旋转编码器、DIP开关(DIP：双内联封装体)、NFC接收器(NFC：近场通信)、RFID标签(RFID：射频识别)等等。在安装期间，在该节点处访问预配置选择器，并且安装人员可以预配置例如该节点最初属于哪个区域以及初始衰减等级。可以甚至在该节点连接到加电音频总线之前以及由此在其接收任何功率之前应用预配置。这些设定可以是安装项目计划的一部分或者自发地由安装人员决定。然而，因为这种预配置在关闭安装设施、天花板、墙壁等等之后倾向于人为错误和/或改变主意，包括验证预配置的实施例因此是非常有利的，作为允许总线驱动器否决节点的预配置的优选实施例。

为了便利于区域的自动配置，总线驱动器1a和1b可以或者直接或者经由外部音频源8或外部控制器10连接。

相应地，集总环境包括一组环境37、38，每个环境包括本扬声器系统的扬声器(也被称为节点)中的一个或多个扬声器。每个环境包括物理区域，例如，走廊、会议室、酒店或类似的物理上界定的环境。换言之，这些环境由充当听觉和/或视觉障碍物(诸如墙壁、地板和天花板、门窗、隔墙、植物、窗帘或者甚至相对大距离的空间)的物理结构限定。集总环境可以由此例如是包括一组环境的办公楼、酒店建筑物等等。集总环境被限制于包括本扬声器系统的扬声器的环境的集总并且可以因此被限制为建筑物、地板等等的一部分并且包括单个环境或若干个环境。扬声器系统可以包括安装在一个或多个环境中的扬声器。

扬声器系统在电气或通信连接意义上的拓扑(也被称为菊花链节点或音频系统)可以通常与环境拓扑不相关。

在实施例中，可以为通过分析某些麦克风何时听不到或者仅模糊地听到来自某些扬声器的声音获得的听觉障碍物的信息来分析声音测量值，由此使能分组所述环境中的不同环境中的扬声器，并且反射表面的信息使能估计扬声器和表面之间的距离，由此使得可以在某些实施例中估计这些环境中的两个或三个维度中的维度，例如，房间的维度和形状。在实施例中，例如来自照相机的视觉信息、来自距离测量值的物理特性的信息、例如通过激光器或加速计、定位系统或蓝光打印或其他形式的数据或手动插入的数据等等可以被分析以便估计环境的维度和扬声器的相对或绝对位置。在有利实施例中，自动地或手动地确定的环境信息可以用于针对可以如何将扬声器划分为扬声器区域以便进行后续正常操作来作出基本建议或基本启动配置。在许多实际应用中，确立这种方式的基本启动配置将很好地适用于大多数用途。

环境的拓扑可以无需对应于扬声器区域的拓扑。换言之，网络拓扑、扬声器连接、环境和扬声器区域是不受限制的但是是至少部分地重叠的。

在高级实施例中，所指派的扬声器区域可能不是静态或永久的，而是可以根据房间或走廊的应用而改变。应用(诸如“演唱会”、“会议”、或“高级酒吧”)可能要求扬声器扮演不同的角色。

如可以从以上描述中看到的，本发明的音频系统33具有若干优点，在总线驱动器1和节点20之间的两线加电音频总线5上传输功率和双向数据的特征以及两条电线34a、34b的极性无差异是尤其有利的。

在以上优点中，至少可以提及的是单独对扬声器32进行故障监控、单独增益、延迟以及用高粒度均衡、节点20的动态寻呼和分组、相同菊花链上的节点类型、相同菊花链上的多于一个区域或信道、改装或更新现有音频系统而无需在现有系统的节点之间安装新的传输线的可能性、在网络的第一和最后一个节点20中相同的音频质量、便利于自动地对哪一个节点可能存在错误进行故障定位以及与传统的可媲美的音频系统相比使用更薄的导体34。

能够在本发明的音频系统33相比于例如70VRMS使用更薄的导体34的理由是，在70VRMS，音频信号的RMS显著地低于本发明所建议的40V–50V直流系统。因此，相比于70VRMS系统，本发明的音频系统33的电流以及由此损耗被显著地降低。

相比于传统的70/100V安装技术，至少存在以下优点：

布线可以是相位无差异的。线缆中的交换导体将不会造成所得听觉输出的180度相变。

可以同时在单条线缆(双绞对)上传输多于一个音频信道。这意味着可以使用单个菊花链(线缆)覆盖多个区域。

本系统可以并入建立保持包括从总线上的第一个节点到最后一个节点的物理(电气连接)序列的所有总线节点的列表的节点枚举过程。这个列表确保所有电气连接起作用。来自在最后的上电期间获得的列表的导出值可以被报告(经由电子邮件或类似物自动地)到给定的位置。

本系统可以并入自测特征，该特征告诉安装人员/维护人员最后一个功能节点在线缆上的位置。

每个节点可以实现单独的级别控制、EQ和可以被远程控制的其他DSP相关的功能。当本系统被安装在其中根据环境切换“声音配置文件”将是有利的环境中时，有利的是，例如，在酒店中，其中，仅针对某些场合在总酒店空间的子部分中调整声音级别将是令人期望的，或者甚至差分音频材料(对应于动态/虚拟路由能力)。

可以监控每个单独节点的状态，意味着可以连续地跟踪扬声器(以及放大器)状态(温度、功耗、阻抗)。

由于不存在音频功率变压器，可以改善音质，该变压器通常要求对音频信号进行高通滤波以便避免低频失真。在不需要这个变压器的情况下直接驱动扬声器将使能更丰富和更紧凑的低音再现。

当再现音频材料时，布线中的功率损耗将低于70/100V系统。对于典型的音频信号，波峰因数是12dB。这意味着70V(100V峰值)系统中的全规模音频的RMS电压仅仅是25V，相比于所提出的系统，可能在总线上具有48V直流(＝48Vrms)。这个差异将导致70V系统中的电流，该电流大概是48V系统中的电流的两倍，转变为比线缆功耗高四倍(P＝I2·R)，假设类似的线缆厚度(电阻导电损耗)。这个事实可以用于或者(1)使用更薄的线缆或者(2)针对给定的线缆维度(以及可接受的损耗)提供增加的线缆长度。

本系统可以进一步包括与音频再现不直接相关的若干其他类型的传感器。示例可以是光传感器、烟雾传感器、气体传感器(CO)、接近度传感器或任何其他种类的传感器。来自这些传感器的信息可以被中继回总线驱动器1并且进一步被中继到互联网和/或连接到驱动器和/或总线的其他设备。

总线峰值电压与70V(100V峰值)或100V(140V峰值)相比更低。使用48V意味着本系统可以由“任何人”安装，由于48V被认为是没有危害性的，而安装70/100V系统可能要求合格人员。

附图的描述已经集中在提供本发明的特征的元素。因此，应当提及的是还可以在各个实施例中实现其他未提及的元素。这种元素可以是安装在加电音频总线5和驱动器处理单元11的传输导体34之间的电容器、总线驱动器1的数据发射器和接收器以及加电音频总线5的用作用于防止直流功率信号干扰数据处理的滤波器的传输导体34。

以相同的方式，电感器可以存在于总线驱动器1的电源3、节点20的电源35以及加电音频总线5的传输导体34之间以便过滤并确保数据通信不干扰电源。

应当提及的是在本说明书中引用的任何附图的任何元素可以组合以便获得符合特定要求的音频系统33。此外，附图的许多元素是现有技术元素并且因此未详细描述，因为这些元素及其功能是技术人员已知的。

由应当被一起对待的图10a和图10b组成的图10示出根据本发明的优选实施例的总线驱动器1和节点20的简化实施例。总线驱动器1包括经由加电音频总线5通过电感器40为节点20供应直流功率的驱动器电源2。

如所提及的，总线驱动器1包括通过电容器41为加电音频总线5供应数据的驱动器数字发射器17。这些数字发射器17具有给定的输出阻抗，该阻抗应当匹配音频系统33以便不损害通信质量以及由此音频质量。为了获得这个平衡，终接阻抗可以耦合在加电音频总线5的导体34a、34b之间，即，从电气的角度来看，在W1和W2之间。

实际上，终接阻抗耦合在W1和W2之间，优选地在经由由节点20组成的传输线终接单元26连接到总线驱动器1的最远节点20。

传输线终接单元26优选地包括电容器41、电阻器42和开关43。这些组件一起可以被称为传输线终接单元26，并且当引用插入传输线终接单元26的步骤时，根据本发明的具体实施例引用电容器41和电阻器42通过开关43所提供的阻抗。应当提及的是其他组件或分布式组件还可以用于便利于合适的终接阻抗。

根据本发明的优选实施例，节点20包括以下：

·优选地，二极管桥44，该二极管桥使得连接相位是可容忍的(由于数字音频数据和FSK通信也是相位可容忍的)。

·包含电容器(优选地，电解的，>100uF)和用于为节点20中的低电压模块供电的其他装置的(例如，提供5V/3.3V/1.2V/1V或其他电压的开关模式电源)节点电源35直流总线电压优选地是48V。

·传输线终接单元26，其基本上与线缆阻抗以及加电音频总线5阻抗42匹配。传输线终接单元26可以通过使用中继器、晶体管、mosfet或其他装置43经由电容器41而交流耦合到总线。

·经由电容器C2而交流耦合到总线的节点数字接收器28(可以在相同的位置提供发射器)。

·节点处理单元23，例如，数字信号处理器DSP。

·用于FSK或类似的简单通信的发生器或收发器，优选地被实现为节点处理单元23的一部分，其经由电容器C3而交流耦合到加电音频总线5。

·音频放大器31，优选地具有后续滤波器的驱动扬声器32的开关放大器。

·测量流经节点20的电流传感器22。

·用于检测总线极性的装置(未示出)。

有利的是节点20被实现为允许可以在例如连接器插槽中自由地放置将节点20连接到加电音频总线5的连接器(通过用户安装节点20)以及允许改变导体的极性。这意味着该节点不知道A1/A2和B1/B2在上游还是下游并且其不知道总线的极性。

由于低级别电子器件被最佳地参照地电势放置(典型设计)，电流感测任务被最佳地放置在“域”中，如以下示例所示：假设高电势总线导体上的这两个感测电阻器各自是0.05欧姆感测电阻器，即，0.1欧姆的组合感测电阻，并且总线传导20mA的最小直流感测电流(假设节点20在低功耗空闲)，这意味着例如3mV的感测电压(即，来自下游的单个节点的2mV以及在组合电阻器的一般上的节点自身的1mV)。这个小信号存在于噪声环境中，这进一步使得稳健的阈值机制复杂化。

为了抵销这些困难(偏置电压、CMRR和噪声)，电流传感器22可以优选地涉及例如以下各项中的一项或多项：

通过测量两个级别来校准直流测量并且查看差异(假设两个电流是固定的和已知的)。这意味着总线节点必须在两个(显著的)不同的电流消耗(优选地跨节点同步)之间改变。可以经由像FSK、低比特率数字控制(这不要求终接电阻器)、或其他合适的通信装置等通信由总线驱动器1对这种情况进行控制。

使总线节点作出周期性电路消耗图案(正弦)。图案可以使用例如上述通信装置从驱动器同步。这些节点可以然后测量电流消耗的交流RMS值。这将衰减(求平均)噪声并且其将移除电流感测电子器件中的偏置问题。

图11至图13示出根据本发明的电流传感器的实施例的进一步的细节。图11包括表示为加电音频总线馈送48V直流的总线驱动器1的总线电源V1和表示汲取20mA电流的下游节点的电流I2。在当前节点内部，电流I1表示节点自身在本示例中也为20mA的电流消耗。与总线导体串联连接的感测电阻器R1-R4如上所述各自为例如0.05欧姆。通过图11中的实施例，电流被感测为在这两个导体中流动的电流的平均值的差值。然而，在图11的实施例中，电流传感器电路具有等于干线电压的50％的共模电压，当小型信号电子器件接近地电势时，这可能不是令人期望的。

图12示出相对于总线电压V2、下游节点电路I4、自身的消耗电流I3和感测电阻器R9-R11的类似设定，所有这些具有与图11的示例相同的值。假设扬声器节点中的电子器件被经由如上参照图10描述的二极管桥44供电，确保总是用正确的极性为运算放大器供电。取决于总线极性，或者二极管D1/D3或者二极管D2/D4将导通，由于参考输入REF接收与这两个导体的最低电势相比更高的电压电势。在正电压电势的情况下，图12中的上部导体(相对于下部导体)将意味着二极管D2和D4可以被认为不存在。并且假设理想的二极管，由运算放大器和电阻器R15/R14/R16/R17组成的差分放大器将测量跨电阻器R10和R12的电压，该电压正比于在这些电阻器中流动的电流(下部导体)。相同的情况将会发生在总线上的相反极性，但是然后将而是使用D2/D4和R9/R11。

图13示出相对于总线电压V2、下游节点电路I4、自身的消耗电流I3和感测电阻器R9-R11的类似设定，所有这些具有与图11的示例相同的值。结合图12中的方法，二极管D1和D3实际上不是理想的，跨这两个二极管的电压降影响差分电压估计值，即，运算放大器上的输出。为了移除这种错误，图13中的电路可以被使用，使用相同的原理这个电用使用相同的原理路建立有双极性晶体管的“接触功能”替换二极管，或者Q1、Q2或Q3/Q4将导通。还可以使用FET、中继器或任何其他接触功能建立这种“接触功能”。

图14示出根据本发明的实施例的示例节点枚举方法的示例。该方法优选地在该系统的每次上电时生效，但是还可以由用户命令或者当检测到失常(例如，缺少来自某个节点的通信、阻抗失配可能造成的降低的通信质量、或指示节点的可能断开连接或总线线缆断裂的其他事件、或者已经添加或改变节点的指示)时生效。

步骤S1：节点被指示调用预先定义的参考消耗，这个消耗在级别上是固定的和充分的，从而使得其可以由其他节点检测到。

步骤S2：在这个步骤中，节点被指示测量下游消耗。作为这个测量的一部分，可能有利的是节点减去它们自身的和/或下游空闲消耗，从而使得仅测量来自下游节点的参考消耗。可以在步骤S1之前实施这个空闲消耗测量。如果给定的节点测量清楚地类似少于一个参考消耗的下游消耗级别，例如相当于空闲消耗，这指示给定的节点是当前参与参考消耗的节点中的位于加电音频总线上的最远节点，并且优选地在上游将包括该给定节点的ID的消息发送到总线驱动器。

S3：在本步骤中，总线驱动器等待节点响应，该响应基于在步骤S2中执行的测量将包含认为其自身是当前参与节点中的最远节点的节点ID。

S4：如果未在给定的时间段内接收到任何响应，意味着没有任何节点仍参与参考消耗，总线枚举过程已经结束。如果另一方面接收到响应，则本方法继续到S5。

S5：总线驱动器指示在步骤S4中做出响应的节点释放其参考消耗，该节点由此不再参与参考消耗。这使能枚举过程中的下一次迭代，其中所检测到的节点由于没有消耗而是透明的。

S6：总线驱动器将所接收到的节点ID存储在对应于总线的电气序列的表中。

当节点枚举方法结束时，即，当未在步骤S4中接收到任何响应时，所构建的ID表现在对应于总线上的节点的电气序列。表中的第一个条目对应于下游最远的节点并且最后一个条目对应于上游最远的节点，即，最靠近总线驱动器。

在各个实施例中，可以实现可替代的的迭代退出方法例如从而使得总线驱动器自身测量总线消耗，并且当这个所测量的消耗小于单个参考消耗时，推论出所有节点已经被检测并且因此是空闲的，并且迭代结束。再次，可能有利的是减去总线空闲消耗以便增加稳健性和精确性。

在优选实施例中，当已经例如根据上述方法标识了最远节点时，总线驱动器指示应用更详细地在以上各个实施例中描述的传输线终接。

在优选实施例中，当节点已经被枚举并且传输线已经被适当地终接，总线驱动器和节点可以调用更高质量、更高速率的通信协议以便高效地同时分布高质量音频和/或若干音频和控制信道。

列表

1.总线驱动器

2.驱动器电源

3.驱动器功率转换器

4.第一驱动器滤波器

5.加电音频总线

6.驱动器电流传感器

7.驱动器音频接口

8.外部音频源

9.驱动器接口单元

10.外部控制器

11.驱动器处理单元

12.第二驱动器滤波器

13.第一通信信道

14.第一驱动器模数转换器

15.第三驱动器滤波器

16.第二通信信道

17.驱动器数字发射器

18.第二驱动器模数转换器

19.控制器总线接口

20.节点

21.节点总线接口(21a第一节点总线接口、21a第二节点总线接口)

22.节点电流传感器(22a第一节点电流传感器、22a第二节点电流传感器)

23.节点处理单元

24.第一节点模数转换器

25.第一节点滤波器

26.传输线终接单元

27.第二节点滤波器

28.节点数字接收器

29.第三节点滤波器

30.节点发射器

31.节点放大器

32.扬声器

33.音频系统

34.传输线导体(34a第一传输线导体、34b第二传输线导体)

35.节点电源

36.实用单元

37.第一房间(37a第一区域、37b第二区域)

38.第二房间(38a第三区域)

39.Y分路器

40.电感器

41.终接电容器

42.终接电阻器

43.终接开关

44.二极管桥

Claims (10)

1.一种用于确定加电音频总线(5)上的至少两个节点(20)的连接顺序的方法，所述方法包括以下步骤：

·提供加电音频总线(5)；

·提供连接到所述加电音频总线(5)的节点(20)，所述节点(20)中的每个节点包括：

о节点处理单元(23)和节点存储器，所述节点存储器被设置以存储至少节点标识符；

о节点接收器(28)和节点发射器(30)，被设置以接收和发射所述加电音频总线(5)上的通信；

о总线功率监控单元(22，24，23)；

о实用单元(36)，所述实用单元被设置以提供所述节点(20)的实用功能，所述节点(20)中的至少一个节点的所述实用单元(36)包括至少一个扬声器(32)和至少一个放大器(31)，所述至少一个放大器被设置以基于由所述节点接收器(28)从所述加电音频总线(5)接收的控制信息和音频信息来驱动所述扬声器(32)；以及

о功率转换器，所述功率转换器被设置以转换来自所述加电音频总线(5)的功率以便将功率至少部分地供应给所述节点处理单元(23)、所述节点接收器(28)、所述节点发射器(30)和所述实用单元(36)；

·在所述加电音频总线(5)的总线驱动器部分提供连接到所述加电音频总线(5)的总线驱动器(1)，所述总线驱动器(1)被设置以将控制信息和音频信息馈送到所述加电音频总线(5)中，所述总线驱动器(1)包括驱动器处理单元(11)和驱动器存储器，所述驱动器存储器被设置以存储所述节点(20)的至少所述节点标识符；

·在所述加电音频总线(5)的所述总线驱动器部分提供连接到所述加电音频总线(5)的总线电源，所述总线电源被设置以将功率馈送到所述加电音频总线(5)中；

·设置以使所述节点(20)的子集经由所述加电音频总线(5)从所述总线电源汲取功率；

·使用所述子集的所述总线功率监控单元(22，24，23)将最远的节点(20)确定为所述子集的相比所述子集的任何其他节点(20)更远离所述总线驱动器(1)连接到所述加电音频总线(5)的一个节点(20)；

·使用所述确定的最远节点(20)的所述节点发射器(30)和所述节点接收器(28)以与所述总线驱动器(1)通信节点标识符，从而使得所述确定的最远节点(20)的节点标识符被存储在所述节点存储器和所述控制器存储器中。

2.根据任一项前述权利要求所述的用于确定连接顺序的方法，其中所述加电音频总线(5)包括至少两个总线驱动器部分，例如，所述加电音频总线的每一端有一个总线驱动器部分，并且一个或多个总线驱动器(1)的单独总线驱动器端口都连接到所述至少两个总线驱动器部分中的每一个部分，由此为音频系统提供冗余，例如，作为环形拓扑。

3.根据任一项前述权利要求所述的用于确定连接顺序的方法，其中节点(20)的所述总线功率监控单元被设置以监控所述节点(20)的两侧上的功率相关信息。

4.根据任一项前述权利要求所述的用于确定连接顺序的方法，其中节点(20)的所述总线功率监控单元被设置以监控所述加电音频总线(5)的两个导体上的功率相关信息。

5.根据任一项前述权利要求所述的用于确定连接顺序的方法，其中以使所述节点(20)的所述子集从所述总线电源汲取功率的所述设置包括设置所述节点处理单元(23)以在对应的节点中产生预定的功率消耗。

6.根据任一项前述权利要求所述的用于确定连接顺序的方法，其中所述节点(20)中的至少一个节点包括可控制的传输线终接单元(26)。

7.根据任一项前述权利要求所述的用于确定连接顺序的方法，其中所述方法包括步骤：指示最远节点(20)将传输线终接单元(26)插入在所述加电音频总线上。

8.根据任一项前述权利要求所述的用于确定连接顺序的方法，其中所述方法进一步包括以下步骤：

·从所述子集排除所述最远节点(20)；

·从设置以使所述节点(20)的所述子集从所述总线电源汲取功率的所述步骤重复所述方法，直至所有节点(20)已被从所述子集排除。

9.一种扬声器系统，包括：

·加电音频总线(5)；

·连接到所述加电音频总线(5)的节点(20)，所述节点(20)中的每个节点包括：

о节点处理单元(23)和节点存储器，所述节点存储器被设置以存储至少节点标识符；

о节点接收器(28)和节点发射器(30)，被设置以接收和发射所述加电音频总线(5)上的通信；

о总线功率监控单元(22，24，23)；

о实用单元(36)，所述实用单元被设置以提供所述节点(20)的实用功能，所述节点(20)中的至少一个节点的所述实用单元(36)包括至少一个扬声器(32)和至少一个放大器(31)，所述至少一个放大器被设置以基于由所述节点接收器(28)从所述加电音频总线(5)接收的控制信息和音频信息来驱动所述扬声器(32)；以及

о功率转换器，所述功率转换器被设置以转换来自所述加电音频总线(5)的功率以便将功率至少部分地供应给所述节点处理单元(23)、所述节点接收器(28)、所述节点发射器(30)以及所述实用单元(36)；

·在所述加电音频总线(5)的总线驱动器部分连接到所述加电音频总线(5)的总线驱动器(1)，所述总线驱动器(1)被设置以将控制信息和音频信息馈送到所述加电音频总线(5)中，所述总线驱动器(1)包括驱动器处理单元(11)和驱动器存储器，所述驱动器存储器被设置以存储所述节点(20)的至少所述节点标识符；

·在所述加电音频总线(5)的所述总线驱动器部分连接到所述加电音频总线(5)的总线电源，所述总线电源被设置以将功率馈送到所述加电音频总线(5)中；

其中所述节点(20)被设置以当由所述节点驱动器指示时或者当其连接顺序未由所述总线驱动器标识时，经由所述加电音频总线(5)从所述总线电源汲取功率；由此形成在一种情况下汲取功率的所述节点(20)的子集；

其中所述总线功率监控单元(22，24，23)被设置以将最远的节点(20)确定为所述节点的所述子集的相比所述子集的任何其他节点(20)更远离所述总线驱动器(1)连接到所述加电音频总线(5)的一个节点(20)；

其中当被确定为所述最远节点(20)时，节点(20)的所述节点发射器(30)和节点接收器(28)被设置以与所述总线驱动器通信节点标识符，从而使得所述最远节点的节点标识符能够被存储在所述节点存储器和所述控制器存储器中。

10.一种将节点(20)和总线驱动器(1)改装到现有扬声器安装线缆从而将其转变为加电音频总线(5)的方法，所述方法包括：

·提供加电音频总线(5)，通过：

о将节点(20)连接到先前安装的扬声器安装线缆，所述节点(20)中的每一个节点包括：

·节点处理单元(23)和节点存储器，所述节点存储器被设置以存储至少节点标识符；

·节点接收器(28)和节点发射器(30)，被设置以接收和发射所述加电音频总线(5)上的通信；

·总线功率监控单元(22，24，23)；

·实用单元(36)，所述实用单元被设置以提供所述节点(20)的实用功能，所述节点(20)中的至少一个节点的所述实用单元(36)包括至少一个扬声器(32)和至少一个放大器(31)，所述至少一个放大器被设置以基于由所述节点接收器(28)从所述加电音频总线(5)接收的控制信息和音频信息来驱动所述扬声器(32)；以及·功率转换器，所述功率转换器被设置以转换来自所述加电音频总线(5)的功率以便将功率至少部分地供应给所述节点处理单元(23)、所述节点接收器(28)、所述节点发射器(30)以及所述实用单元(36)；

о在所述加电音频总线(5)的总线驱动器部分将总线驱动器(1)连接到所述安装线缆，所述总线驱动器(1)被设置以将控制信息和音频信息馈送到所述加电音频总线(5)中，所述总线驱动器(1)包括驱动器处理单元(11)和驱动器存储器，所述驱动器存储器被设置以存储所述节点(20)的至少所述节点标识符；及

о在所述加电音频总线(5)的所述总线驱动器部分将总线电源连接到所述安装线缆，所述总线电源被设置以将功率馈送到所述加电音频总线(5)中；

·设置以使所述节点(20)的子集经由所述加电音频总线(5)从所述总线电源汲取功率；

·使用所述子集的所述总线功率监控单元(22，24，23)将最远的节点(20)确定为所述子集的相比所述子集的任何其他节点(20)更远离所述总线驱动器(1)连接到所述加电音频总线(5)的一个节点(20)；以及

·使用所述确定的最远节点(20)的所述节点发射器(30)和所述节点接收器(28)以与所述总线驱动器(1)通信节点标识符，从而使得所述确定的最远节点(20)的节点标识符被存储在所述节点存储器和所述控制器存储器中。