CN107493543B - 用于耳机耳塞的3d音效处理电路及其处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于耳机耳塞的3D音效处理电路及其处理方法。用于耳机耳塞的3D音效处理电路包括用于外接音频信号的输入接口，与输入接口连接的AD转换模块，音效处理器，功放电路，及输出接口；输入接口、输出接口均包括左声道信号线和右声道信号线；AD转换模块将模拟的音频信号转换为数字信号传输至音效处理器；音效处理器根据接收到的左声道和右声道的数字音频信号生成多组频段不同并且存在时间差的音频信号，以叠加的方式经左声道、右声道二个模拟音频信号输出端口输出；功放电路对模拟音频信号进行功率放大之后输出至输出接口。本发明对原始的音频信号转换为多个音频信号，以叠加方式通过二个声道的播放出来，进而通过耳机耳塞的左右二个发音器件播放出具有3D效果的音频。

Description

用于耳机耳塞的3D音效处理电路及其处理方法

技术领域

本发明涉及一种音效处理电路，更具体地说是指用于耳机耳塞的3D音效处理电路及其处理方法。

背景技术

现有技术中，耳机和耳塞由于体积小，只能设有单一的发音器件。这样的结构，使得其无法放出3D音效的效果。

随着人们的移动设备增加，人们在工作和生活中的移动距离也在增大。人们更有更多的机会通过耳机耳塞来收听数字媒体的音频信号。

因此，有必要开发出一种用于耳机耳塞的3D音效处理电路及其处理方法，以提高人们在使用耳机耳塞的音频效果，增加体验感。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种用于耳机耳塞的3D音效处理电路及其处理方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

用于耳机耳塞的3D音效处理电路，包括用于外接音频信号的输入接口，与输入接口连接的AD转换模块，与AD转换模块连接的音效处理器，与音效处理器连接的功放电路，及与功放电路连接的用于输出3D音效音频信号的输出接口；所述的输入接口、输出接口均包括左声道信号线和右声道信号线；所述的AD转换模块将模拟的音频信号转换为数字信号传输至音效处理器；所述的音效处理器根据接收到的左声道和右声道的数字音频信号生成多组频段不同并且存在时间差的音频信号，以叠加的方式经左声道、右声道二个模拟音频信号输出端口输出；所述的功放电路对音效处理器输出的模拟音频信号进行功率放大之后，输出至输出接口。

其进一步技术方案为：还包括连接于输入接口与AD转换模块之间的输入滤波电路和隔离电路；及连接于功放电路与输出接口之间的输出滤波电路。

其进一步技术方案为：还包括连接于输入滤波电路、输出滤波电路和功放电路三者之间的音效切换电路，当音效切换电路工作时，功放电路与输出滤波电路相通，此时输出的为经过音效处理器加工过的具有3D音效的音频信号；当音效切换电路不工作时，输入滤波电路的信号与输出滤波电路相通，输出的为输入接口的原始音频信号。

其进一步技术方案为：还包括与音效处理器连接的存储器，所述的存储器存储有音频文件，所述的音效处理器将音频文件转换为模拟的音频信号输出至功放电路。

其进一步技术方案为：还包括与音效处理器连接的指示灯和控制按钮，所述的指示灯包括工作状态灯和工作模式灯；所述的控制按钮包括用于开机或关机的开关键和用于选择音效模式的模式键；所述的音效处理器为DSP处理器。

其进一步技术方案为：还包括与音效处理器连接的电源模块，及与电源模块连接的电池和USB接口，所述的USB接口与音效处理器之间还连接有用于升级的滤波芯片。

其进一步技术方案为：所述的电源模块包括与电池连接的充放电管理电路，与音效处理器连接的降压电路，用于切换外部电源与内部电池电源的电源切换电路，将5V电源转换为3.3V的电源转换电路，及用于关闭局部电源的电源开关电路。

本发明用于耳机耳塞的3D音效处理方法，该方法是将音频信号经过AD转换之后，输入至音效处理器，音效处理器根据接收到的左声道和右声道的数字音频信号生成多组频段不同并且存在时间差的音频信号，再以叠加的方式经左声道、右声道二个模拟音频信号输出端口输出；再经过功率放大，输出至耳机或耳塞的发音器件。

其进一步技术方案为：所述的多组频段不同并且存在时间差的音频信号至少包括基于听者正前方位置的中置声源生成的中置音频信号，基于听者左前方位置的左前声源生成的左前音频信号，基于听者右前方位置的右前声源生成的右前音频信号，基于听者左后方位置的左后声源生成的左后音频信号和基于听者右后方位置的右后声源生成的右后音频信号，且这四种音频信号输出至左耳塞/左耳机、右耳塞/右耳机时，存在0.01-0.6ms的时间差。

其进一步技术方案为：当配带耳机或耳塞的使用者的头部发生变化时，通过设有的传感器，切换左声道与右声道的时间差，以适应使用者的头部移动角度；或者，当配带耳机的使用者在行走时，通过设有的传感器，检测到行走的速度，音效处理器仿真人体左右耳朵在该行走状态时接收到的音频信号，并输出至耳机或耳塞的发音器件。

本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明音效处理电路采用音效处理器，对原始的音频信号生成多组基于听者不同位置的模拟声源而生成的不同频段的音频信号，并以叠加方式通过耳机耳塞的左右二个发音器件播放出来，可以模拟出来3D环绕音响所具有的3D音效。大大地改善了使用者的体验感。还可以通过传感器的检测，或者内置定时电路的方式，对3D音频进行相对应的改变。以改善长期使用耳机耳塞对耳朵造成的疲劳感。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

附图说明

图1为本发明用于耳机耳塞的3D音效处理电路具体实施例的电路方框图；

图2为本发明用于耳机耳塞的3D音效处理电路具体实施例的电路原理图第一部分（包括音效处理器、控制按钮、指示灯和存储器）；

图3为本发明用于耳机耳塞的3D音效处理电路具体实施例的电路原理图第二部分（包括输入接口、输入滤波电路、隔离电路、音效切换电路、AD转换模块、输出滤波电路和输出接口）；

图4为本发明用于耳机耳塞的3D音效处理电路具体实施例的电路原理图第三部分（包括电源模块、电池和USB接口）；

图5为本发明用于耳机耳塞的3D音效处理方法的模拟声源示意图。

附图标记

10 输入接口 11 输入滤波电路

12 隔离电路 20 AD转换模块

30 音效处理器 31 存储器

32 指示灯 33 控制按钮

40 功放电路 50 输出接口

51 输出滤波电路 60 音效切换电路

70 电源模块 71 电池

72 USB接口 73 滤波芯片

具体实施方式

为了更充分理解本发明的技术内容，下面结合具体实施例对本发明的技术方案进一步介绍和说明，但不局限于此。

如图1所示，本发明用于耳机耳塞的3D音效处理电路，包括用于外接音频信号的输入接口10，与输入接口10连接的AD转换模块20，与AD转换模块20连接的音效处理器30，与音效处理器30连接的功放电路40，及与功放电路40连接的用于输出3D音效音频信号的输出接口50；输入接口10、输出接口50均包括左声道信号线和右声道信号线（也包括用于拾取音频信号的MIC线）；AD转换模块20将模拟的音频信号转换为数字信号传输至音效处理器30；音效处理器30对接收到的左声道和右声道的数字音频信号进行高频中频低频处理，和/或二声道之间进行延时处理之后，并以模拟信号的方式输出；功放电路40对音效处理器30输出的模拟音频信号进行功率放大之后，输出至输出接口50。

其中，还包括连接于输入接口10与AD转换模块20之间的输入滤波电路11和隔离电路12；及连接于功放电路40与输出接口50之间的输出滤波电路51。还包括连接于输入滤波电路11、输出滤波电路51和功放电路40三者之间的音效切换电路60，当音效切换电路60工作时，功放电路40与输出滤波电路51相通，此时输出的为经过音效处理器30加工过的具有3D音效的音频信号；当音效切换电路60不工作时，输入滤波电路11的信号与输出滤波电路51相通，输出的为输入接口10的原始音频信号。

还包括与音效处理器30连接的存储器31，存储器31存储有音频文件，音效处理器30可以将音频文件转换为模拟的音频信号输出至功放电路40，此时，音效处理器相当于是具有3D音效的MP3播放器。存储器31也可以用于存储其它文件，比如控制程序文件。

还包括与音效处理器30连接的指示灯32和控制按钮33，指示灯32包括工作状态灯和工作模式灯；控制按钮33包括用于开机或关机的开关键和用于选择音效模式的模式键。按频率分，工作模式可以至少设有三种，高频处理，中频处理和低频处理。或者按使用者所处的场景来分，至少设有三种，封闭空间型，广场型，和过道型（或称为涵洞型）。

还包括与音效处理器30连接的电源模块70，及与电源模块70连接的电池71和USB接口72，USB接口72与音效处理器30之间还连接有用于升级的滤波芯片73。

如图3的电路原理图中，音频的输入接口为GNDN、LIN、RIN和MIC。输入滤波电路包括L13、L14、L15、L17、C47、C48、C55、C56、C57，及R36、R37。再通过LIN[2]、RIN[2]与U8（即SGM3002芯片，隔离电路)的COM1、COM2端脚连接，且与U9(即SGM3717芯片，音效切换电路)的NC1、NC2端脚连接。音频的输出接口LO、RO经过L20、L21(即输出滤波电路，还包括C49、C50)与U9(即SGM3717芯片，音效切换电路)的COM1、COM2端脚连接。U8（即SGM3002芯片，隔离电路)的NO1、NO2端脚与U5（即AD1370芯片，AD转换模块）的AINL、AINR端脚连接。U5（即AD1370芯片，AD转换模块）将数字化的音频信号传输至U1(即M3802微控制器芯片，音效处理器)进行音效处理。

如图2所示，音效处理器采用了M3802微控制器芯片（一种DSP处理器芯片），其周边配置有C41-C43构成的滤波电路，R25、R26和C39构成的电池电压检测电路，以及由R30、C32、C33构成的时钟电路。存储器为U5(即EN25Q16芯片)。

如图4所示，电源模块包括与电池（即BAT）连接的充放电管理电路（即U2，4054芯片），用于与音效处理器U1连接的降压电路U10(LP3220芯片)，用于切换外部电源与内部电池电源的电源切换电路Q1（即场效管，SI2301型），将5V电源转换为3.3V的电源转换电路U3(即电压转换芯片，LP3986型)，及用于关闭局部电源的电源开关电路Q2（即场效管，SI2301型），这样的话，可以节省电源，提高单次充电的使用时间。其中的滤波芯片为CMF2012芯片，连接于USB接口与音效处理器之间，是音效处理器的升级接口。其中的输入接口为音频插头，输出接口为音频插孔。由于录音信号不需要进行音频处理，所以，输入接口和输出接口的MIC拾音端脚直接相连。

于其它实施例中，也可以不采用音效切换电路，只能采用3D音效处理方式，没有直接输出原始音频的工作方式。

于其它实施例中，上述各器件也可采用其它型号的。

于其它实施例中，也可以设有外接存储卡的插槽，可以存储更大容量的音频文件。

本发明用于耳机耳塞的3D音效处理方法，该方法是将音频信号经过AD转换之后，输入至音效处理器，音效处理器根据接收到的左声道和右声道的数字音频信号生成多组频段不同并且存在时间差的音频信号，再以叠加的方式经左声道、右声道二个模拟音频信号输出端口输出；再经过功率放大，输出至耳机或耳塞的发音器件。

如图5所示，其中的多组频段不同并且存在时间差的音频信号包括基于听者正前方位置的中置声源8A生成的中置音频信号AL、AR，基于听者左前方位置的左前声源8B生成的左前音频信号BL、BR，基于听者右前方位置的右前声源8C生成的右前音频信号CL、CR，基于听者左后方位置的左后声源8D生成的左后音频信号DL、DR,基于听者右后方位置的右后声源8E生成的右后音频信号EL、ER,及基于听者左边位置的低音声源8F生成的低音音频信号FL、FR，且这四种音频信号输出至左耳塞/左耳机、右耳塞/右耳机时，根据其位置与听者的角度的不同，存在0.01-0.6ms的时间差。其中的各个声源是音效处理器根据设定参数生成的基于听者（即耳机或耳塞）若干距离之外的模拟声源，并且基于这些模拟声源生成多组的音频信号。其中的音频信号AL、BL、CL、DL、EL、FL以叠加的方式输出至左声道（即左耳塞或左耳机）。其中的音频信号AR、BR、CR、DR、ER、FR以叠加的方式输出至右声道（即右耳塞或右耳机）。其中的音频信号AL、AR采用高频声源（即高音频段），音频信号BL、CL、DL、EL 、BR、CR、DR、ER采用中频声源（即中音频段），并且使前后位置的频段不同，以让使用者识别出这些模拟出来的声源是来自前方或后方。

为了能体现更多不同的3D音效，还可以增加一个基于听者右前方的低音声源8G，在输出时，可以使用基于低音声源8F和/或低音声源8G生成的音频信号。

还可以通过控制按钮选择不同的模式，以选择不同的参数，以实现听者在不同场景下的3D音效体验，比如修改各个声源与听者的距离，实现家庭影院模式与电影院模式之间的切换，又比如，修改各个声源的频段，实现轻音乐模式与摇滚模式之间的切换。

于其它实施例中，当配带耳机或耳塞的使用者的头部发生变化时，通过设有的传感器，切换左声道与右声道的时间差，以适应使用者的头部移动角度；或者，当配带耳机的使用者在行走时，通过设有的传感器，检测到行走的速度，音效处理器仿真人体左右耳朵在该行走状态时接收到的音频信号，并输出至耳机或耳塞的发音器件。

于其它实施例中，也可以增设有GPS模块，通过GPS模块，获取到使用者所处在的位置，进而自动切换工作模式，比如在封闭空间型，广场型，和过道型（或称为涵洞型）之间切换。这样可以让使用者在使用这种耳机或耳塞时，3D音效会实时发生变化，并与其所位置相匹配。又比如，使用者在经过路口时，音效处理器，可以关闭其来车方向的音频输出（过路口的前半部分关闭左声道，过路口的后半部分关闭右声道），让其接收来车方向的车辆声音，以提高通过路口的安全性。

于其它实施例中，还可以增设有定时模块，对使用者超过设定时间的3D音效模式进行切换，或者关闭3D音效模式，让使用者的耳朵从某一固定模式中跳出来，减少在某一种固定模式下的疲劳感。

为了能体现出3D音效，耳机耳塞的大小要一定的要求，最佳尺寸为直径在10-13mm之间。

综上所述，本发明音效处理电路采用音效处理器，对原始的音频信号生成多组基于听者不同位置的模拟声源而生成的不同频段的音频信号，并以叠加方式通过耳机耳塞的左右二个发音器件播放出来，可以模拟出来3D环绕音响所具有的3D音效。大大地改善了使用者的体验感。还可以通过传感器的检测，或者内置定时电路的方式，对3D音频进行相对应的改变。以改善长期使用耳机耳塞对耳朵造成的疲劳感。

上述仅以实施例来进一步说明本发明的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (5)

1.用于耳机耳塞的3D音效处理方法，其特征在于采用3D音效处理电路，所述的3D音效处理电路包括用于外接音频信号的输入接口，与输入接口连接的AD转换模块，与AD转换模块连接的音效处理器，与音效处理器连接的功放电路，及与功放电路连接的用于输出3D音效音频信号的输出接口；所述的输入接口、输出接口均包括左声道信号线和右声道信号线；

所述的AD转换模块将模拟的音频信号转换为数字信号传输至音效处理器；

所述的音效处理器根据接收到的左声道和右声道的数字音频信号生成多组频段不同并且存在时间差的音频信号，以叠加的方式经左声道、右声道二个模拟音频信号输出端口输出；

所述的功放电路对音效处理器输出的模拟音频信号进行功率放大之后，输出至输出接口；

还包括连接于输入接口与AD转换模块之间的输入滤波电路和隔离电路；及连接于功放电路与输出接口之间的输出滤波电路；

还包括连接于输入滤波电路、输出滤波电路和功放电路三者之间的音效切换电路，当音效切换电路工作时，功放电路与输出滤波电路相通，此时输出的为经过音效处理器加工过的具有3D音效的音频信号；当音效切换电路不工作时，输入滤波电路的信号与输出滤波电路相通，输出的为输入接口的原始音频信号；

还设有传感器，当配带耳机或耳塞的使用者的头部发生变化时，通过设有的传感器，切换左声道与右声道的时间差，以适应使用者的头部移动角度；或者，当配带耳机的使用者在行走时，通过设有的传感器，检测到行走的速度，音效处理器仿真人体左右耳朵在该行走状态时接收到的音频信号，并输出至耳机或耳塞的发音器件；

还增设有GPS模块，通过GPS模块，获取到使用者所处在的位置，进而自动切换工作模式，在封闭空间型，广场型，和过道型之间切换；让使用者在使用这种耳机或耳塞时，3D音效会实时发生变化，并与其所位置相匹配；在经过路口时，音效处理器关闭其来车方向的音频输出：过路口的前半部分关闭左声道，过路口的后半部分关闭右声道，让其接收来车方向的车辆声音，以提高通过路口的安全性；

所述方法是将音频信号经过AD转换之后，输入至音效处理器，音效处理器根据接收到的左声道和右声道的数字音频信号生成多组频段不同并且存在时间差的音频信号，再以叠加的方式经左声道、右声道二个模拟音频信号输出端口输出；再经过功率放大，输出至耳机或耳塞的发音器件；所述的多组频段不同并且存在时间差的音频信号至少包括基于听者正前方位置的中置声源生成的中置音频信号，基于听者左前方位置的左前声源生成的左前音频信号，基于听者右前方位置的右前声源生成的右前音频信号，基于听者左后方位置的左后声源生成的左后音频信号和基于听者右后方位置的右后声源生成的右后音频信号，且这四种音频信号输出至左耳塞/左耳机、右耳塞/右耳机时，存在0.01-0.6ms的时间差；

其中的多组频段不同并且存在时间差的音频信号包括基于听者正前方位置的中置声源生成的中置音频信号AL、AR，基于听者左前方位置的左前声源生成的左前音频信号BL、BR，基于听者右前方位置的右前声源生成的右前音频信号CL、CR，基于听者左后方位置的左后声源生成的左后音频信号DL、DR,基于听者右后方位置的右后声源生成的右后音频信号EL、ER,及基于听者左边位置的低音声源生成的低音音频信号FL、FR，且这四种音频信号输出至左耳塞/左耳机、右耳塞/右耳机时，根据其位置与听者的角度的不同，存在0.01-0.6ms的时间差；其中的各个声源是音效处理器根据设定参数生成的基于听者若干距离之外的模拟声源，并且基于这些模拟声源生成多组的音频信号；其中的音频信号AL、BL、CL、DL、EL、FL以叠加的方式输出至左声道；其中的音频信号AR、BR、CR、DR、ER、FR以叠加的方式输出至右声道；其中的音频信号AL、AR采用高频声源，音频信号BL、CL、DL、EL 、BR、CR、DR、ER采用中频声源，并且使前后位置的频段不同，以让使用者识别出这些模拟出来的声源是来自前方或后方；

还增加一个基于听者右前方的低音声源；在输出时，使用基于低音声源和/或低音声源生成的音频信号；

还通过控制按钮选择不同的模式，以选择不同的参数，以实现听者在不同场景下的3D音效体验，修改各个声源与听者的距离，实现家庭影院模式与电影院模式之间的切换，修改各个声源的频段，实现轻音乐模式与摇滚模式之间的切换。

2.根据权利要求1所述的3D音效处理方法，其特征在于所述3D音效处理电路还包括与音效处理器连接的存储器，所述的存储器存储有音频文件，所述的音效处理器将音频文件转换为模拟的音频信号输出至功放电路。

3.根据权利要求1所述的3D音效处理方法，其特征在于所述3D音效处理电路还包括与音效处理器连接的指示灯和控制按钮，所述的指示灯包括工作状态灯和工作模式灯；所述的控制按钮包括用于开机或关机的开关键和用于选择音效模式的模式键；所述的音效处理器为DSP处理器。

4.根据权利要求1所述的3D音效处理方法，其特征在于还包括与音效处理器连接的电源模块，及与电源模块连接的电池和USB接口，所述的USB接口与音效处理器之间还连接有用于升级的滤波芯片。

5.根据权利要求4所述的3D音效处理方法，其特征在于所述的电源模块包括与电池连接的充放电管理电路，与音效处理器连接的降压电路，用于切换外部电源与内部电池电源的电源切换电路，将5V电源转换为3.3V的电源转换电路，及用于关闭局部电源的电源开关电路。

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