CN112789868B - 配置为产生声音并且同时用作接收器和源的蓝牙扬声器 - Google Patents

Abstract

便携式扬声器，例如超低音音箱，其配置为通过蓝牙与任何能够流式传输蓝牙音频的设备配对，并充当“接收器”。便携式扬声器还配置为通过蓝牙与能够流式传输蓝牙音频的其他音频设备配对，并充当“源”。便携式扬声器还优选地配置为使去往便携式扬声器和播放音乐的另一单元的音频信号同步，这样用户不会听到播放音频流的两个单元之间的延迟。优选地，便携式扬声器配置为便携式的，其尺寸和重量小到足以供人携带，并且是便携式的，其利用单元内部的可充电电池工作，因此不需要诸如交流电插座或汽车电源系统之类的任何其他电源。另一实施方式省略了扬声器，改为提供了用于连接到例如超低音音箱的外部扬声器的线路输出。

Description

配置为产生声音并且同时用作接收器和源的蓝牙扬声器

相关申请(要求优先权)

本申请要求2018年7月25日提交的美国临时申请No.62/703,319的权益，该临时申请的内容通过整体引用合并于此。

技术领域

本发明总体涉及无线扬声器，并且更具体地，涉及诸如超低音音箱(subwoofer)之类的蓝牙扬声器，其配置为接收蓝牙信号，输出声音，并经由蓝牙连接至音频系统，例如另一蓝牙扬声器或车辆的音频系统。

背景技术

个人音频是一个重要的增长市场，主要由蓝牙扬声器的易用性和便携性驱动，用户可以将音频从移动电话流式传输到这些设备。在大多数情况下，这些便携式蓝牙扬声器无法提供足够的低音频率，以像带超低音音箱的家庭影院系统那样为用户提供更“饱满”的音质。

便携式蓝牙扬声器通常难以提供与中频至高频(200-20kHz)相同水平的低频(20-200Hz)。这主要归因于扩音器的尺寸，扩音器无法移动必要的空气量以生成此范围内的低频(20-200Hz)。另一个原因是便携式蓝牙扬声器的尺寸。为了产生与中高频相同水平的声音，设备内部的扩音器需要更大尺寸的外壳，这可能会大大增加原始尺寸和重量。

目前市场上的许多OEM汽车立体声系统将蓝牙连接作为标准选项提供。超低音音箱不是立体声系统的常见标准选项，因此低频输出水平对于“全声(full sound)”不是最佳的。相信汽车制造商不会将超低音音箱作为标准选项提供，因为超低音音箱增加了整车设计的成本、重量和空间要求。

售后解决方案可用于补充汽车立体声系统，其中消费者必须自己安装超低音音箱或使用专业服务，因为通常需要拆卸汽车的某些部分才能布线和安装诸如放大器之类的第三方电子产品。对于许多汽车所有者来说，他们没有安装售后电子产品的经验或知识，或者不想支付高昂的安装费用。在租赁汽车的大多数情况下，使用售后电子设备操纵汽车将违反租赁协议。

现有的解决方案可以连接多个无线扬声器，用于音频播放，包括超低音音箱，但是它们只能由专门为此设计的同一制造商使用。作为示例，这些产品无法连接到竞争对手的产品。

现有的超低音音箱被认为不是“便携式”的，也不是这样设计的。超低音音箱通常太重并且太大，以至于不适合携带。此外，超低音音箱由交流电插座供电，或者在汽车中通过硬连线来接收12-16V电压。

存在为便携式、电池供电且易于连接到现有第三方蓝牙音频系统的音频系统提供更好的低音的需求。这项技术的用户将能够将此超低音音箱设备与他们现有的蓝牙扬声器、他们的启动蓝牙的汽车音频系统或任何其他蓝牙音频系统配对，而无需进行专业安装。

发明内容

本发明的实施方式的目的是提供一种蓝牙扬声器，例如超低音音箱，其配置为接收蓝牙信号，产生声音，并通过蓝牙连接到音频系统，例如蓝牙扬声器、车辆音频系统、家庭影院系统或智能电视。

本发明的实施方式的另一个目的是提供一种设备，该设备可以例如从智能手机或其他设备接收蓝牙信号，通过该设备的至少一个扬声器播放声音，并且通过蓝牙，向音频系统，例如另一个扬声器或车辆的音频系统，无线发射信号。

简言之，本发明的实施方式提供一种设备，该设备包括蓝牙信号接收器、信号处理器、至少一个扬声器以及蓝牙信号发射器。该设备配置为使用蓝牙信号接收器接收蓝牙信号，使用信号处理器处理信号，使用至少一个扬声器发出声音，以及使用蓝牙信号发射器发射蓝牙信号。

本发明的一个优选实施方式包括一种便携式、电池供电的蓝牙超低音音箱，其包括：蓝牙信号接收器，其配置为接收无线蓝牙信号；信号处理器，其配置为接收来自所述蓝牙信号接收器的数字音频信号；蓝牙信号发射器，其配置为接收来自所述信号处理器的信号，并无线发射蓝牙信号；数字音频缓冲器，配置为从所述信号处理器接收信号；至少一个麦克风；同步电路，其配置为接收来自所述至少一个麦克风和所述数字音频缓冲器的信号；以及放大器，所述数字音频缓冲器配置为接收来自所述同步电路的信号，并向所述放大器提供信号，所述放大器配置为驱动所述至少一个扬声器以产生声音。可以提供连接到信号处理器的可由用户调节的至少一个用户交互控件。

附图说明

通过结合附图参考以下描述，可以最好地理解本发明的结构和操作的组织和方式、以及其进一步的目的和优点，其中，相同的附图标记表示相同的元件，其中：

图1是根据本发明的优选实施方式的便携式、电池供电的蓝牙超低音音箱的框图；

图2描绘了将移动电话连接到蓝牙扬声器的标准方法；

图3与图2类似，描绘了用于同一应用的图1的设备；

图4描绘了将移动电话连接到启动蓝牙的汽车音响(又称“音响主机”)的标准方法；

图5与图4类似，描绘了用于同一应用的图1的设备；

图6是用于音频信号的校准(或同步)的互相关计算的图；并且

图7示出了不用于同步音频信号的互相关计算。

具体实施方式

虽然本发明可以容许不同形式的实施方式，但在附图中示出并将在本文中详细描述特定实施方式，用于理解本公开，它们被视为对本发明原理的解释，而不旨在将本发明限制于所示出的实施方式。

图1是配置为接收无线信号、产生声音并无线连接到音频系统的设备的框图，该设备例如是另一扬声器或车辆的音频系统，具体地，示出了本发明的优选实施方式，其中，该设备包括根据本发明的优选实施方式的便携式、电池供电的蓝牙超低音音箱10。

如图所示，便携式、电池供电的蓝牙超低音音箱10包括至少一个无线接收器，例如蓝牙信号接收器12。蓝牙信号接收器12配置为接收来自移动电话的无线信号，例如蓝牙信号。这样，例如，音乐可以从移动电话以无线方式发送到超低音音箱10。超低音音箱10包括信号处理器14(如数字信号处理器(DSP))，其配置为接收来自蓝牙信号接收器12的数字音频信号16。超低音音箱10还包括至少一个无线源，例如蓝牙信号发射器18，其配置为接收来自信号处理器14的信号20，并且无线发射蓝牙信号到音频系统，例如另一个扬声器(如图3所示，在下文中更完整地描述)或车辆的音频系统(如图5所示，下文将更完整地描述)。

如图1所示，超低音音箱10还优选地包括：数字音频缓冲器22，其配置为接收来自信号处理器14的信号23；至少一个麦克风24；以及同步电路26，其配置为接收来自至少一个麦克风24的信号28和来自数字音频缓冲器22的信号30。优选地提供放大器32，并且数字音频缓冲器22配置为接收来自同步电路26的信号34，将信号36提供给放大器32，并且放大器32配置为驱动至少一个扬声器38以产生声音。

如图1所示，可以提供至少一个用户交互控件，例如一个或多个旋钮和/或开关40，以连接到信号处理器14，其中，至少一个用户交互控件可由用户调节，例如设置交越频率、相位等，其中这些控件是超低音音箱应用中常见的用户调节件。此外，便携式、电池供电的蓝牙超低音音箱10可以包括一个或多个输入、灯、按钮等，这些在工业上是标准的，因此为清楚起见已从图中省略。

优选地，信号处理器14配置为有效地将低频馈送到数字音频缓冲器22，以经由至少一个扬声器38进行最终输出，并且配置为将中高频馈送到蓝牙信号发射器18，蓝牙信号发射器18与另一音频系统配对，如另一扬声器(如图3所示，下文将更完整地描述)或车辆的音频系统(如图5所示，下文将更完整地描述)，该音频系统播放中高频。

无论如何，为了校准(或同步)另一音频系统的低频，优选地，超低音音箱10配置为使用至少一个麦克风24，该麦克风24将信号28反馈回同步电路26。同步电路26配置为确定总延迟，并且关于低频数字音频信号23与经由麦克风24接收的传入音频相匹配，指向数字音频缓冲器22中的存储器地址。然后将信号36馈入放大器32，以通过至少一个扬声器38进行播放。优选地，超低音音箱10配置为使得总延迟精度是可接受的，例如小于5毫秒。

校准(或同步)优选地在同步电路26中完成，同步电路26包括数字电路、编程的现场可编程门阵列或编程的数字信号处理器，其对来自至少一个麦克风24的信号28与延迟为信号30的信号23进行互相关(cross correlation)。互相关是经过充分研究和大量记载的数学算法。根据同步电路26的具体实施方式，可能需要例如通过应用具有可编程系数的有限冲激响应滤波器进行卷积的数学上等效的技术。计算出的具有足够置信度的互相关峰的样本数(时间)位置(在图6中，90中的“X”相对于91处的“0”延迟)用于控制数字音频缓冲器22，以根据需要延迟去往放大器的信号36以及去往线路输出80的信号。

优选地，通过分别将图6和7中互相关峰90和93中的“Y”值与下一个最高峰92和94中的“Y”值进行比较，并且还将Y峰值与要评估的互相关的Y均值进行比较来计算校准的置信度。如果该峰值充分大于下一个最高峰值，并且还充分大于平均值，如图6所示，则可使用该计算来配置延迟。如果该峰值不充分大于下一个最高峰，或者不充分大于平均值，图7示出这两种情况，则意味着结果是错误的，丢弃并重复计算。

优选地，通过延迟信号23，产生用于与信号28的互相关比较的更有用的信号30来提高校准的精度。该延迟可以是0、固定的或根据先前的校准尝试计算得出。

优选地，还通过根据至少一个麦克风24可以容易地检测到的、被认为容易由接收来自发射器18和48的信号的扬声器再现的、并且不是由扬声器38或(假定)82再现的那些频率，对信号28和30进行滤波来提高校准的精度。

优选地，超低音音箱10配置为由电池供电，因此，如图1所示，包括电池42、相关的内部电源管理电路44，并且超低音音箱10配置为使用外部墙壁充电器46充电。当然，超低音音箱10可以替代地(或另外)配置为硬连线，例如连接到汽车的电源系统。

代替单个蓝牙发射器18，可以提供另外的蓝牙发射器(由图1中的点48表示)，以接收来自信号处理器14的信号49，从而将超低音音箱10配置为同时连接(和发射)至多个蓝牙扬声器，例如创建5.1环绕声系统。

作为向放大器32提供信号36来驱动扬声器38的替代或补充，数字音频缓冲器22可以将信号提供给线路输出80，线路输出80可连接至外部有源扬声器82，例如，通电的外部超低音音箱或连接到无源超低音音箱的放大器。实际上，放大器32和扬声器38可以完全从设备10中省略，而仅提供线路输出80。可替代地，或者另外，可以在设备10内部提供放大器83，以向放大器输出85提供激励输出，放大器输出85可以连接到外部无源扬声器87，例如无源扬声器或超低音音箱。可以实现这些替代方案中的任何一个或多个，即内部放大器32和扬声器38、线路输出80、内部放大器83、以及放大器输出85。

如由附图标记25指示的多个点所表示的那样，另一实施方式可以提供不止一个麦克风24，以便提供改进的噪声消除。

便携式超低音音箱10配置为连接到能够流式传输音频的任何蓝牙设备。常见示例包括移动电话、平板电脑、个人计算机等。在本公开中，仅将移动电话用作示例。

图2描绘了将移动电话50连接到常规蓝牙扬声器60的标准方法。移动电话50被视为“源”，并且蓝牙扬声器60被视为“接收器”。音频数据从移动电话50流式传输到蓝牙扬声器60。蓝牙扬声器60接收该信号，对其进行处理，并将该信号放大到扬声器，从而产生音频声音。

图3示出了使用图1所示并且在上文中描述的便携式超低音音箱10的相同解决方案。如图3所示，移动电话50通过蓝牙连接到便携式超低音音箱10作为“源”。便携式超低音音箱10是移动电话60的“接收器”，也是蓝牙扬声器60的“源”。相对于便携式超低音音箱10来讲，蓝牙扬声器60是“接收器”。本质上，便携式超低音音箱10配置为接收来自移动电话50的音频信号，处理该信号，将低频路由到内部放大器32(参见图1)，放大器32激励内部超低音音箱扩音器38(参见图1)，并将中高频路由到“源”部分，然后有效地将其广播到蓝牙扬声器60(参见图3)。便携式超低音音箱10和蓝牙扬声器60二者被同步(即，使用图1所示的至少一个麦克风24和同步电路26)，这样发出的声音就不会有可听见的延迟。

当与便携式蓝牙扬声器60配对时，便携式超低音音箱10必须位于源移动电话50和蓝牙扬声器60的范围内。然后，用户将通过蓝牙将移动电话50与便携式超低音音箱10配对。便携式超低音音箱10将与蓝牙扬声器60配对，并且一旦连接，用户将通过其移动电话50流式传输音频。

便携式超低音音箱10可以配置为使用2级蓝牙功率电平，这是目前蓝牙音频产品最常见的级别。它的范围通常约为十米或三十二英尺。可替代地，便携式超低音音箱10可以配置为以其他级别工作，例如1级蓝牙功率电平。

图4描绘了将移动电话50连接到常规的启动蓝牙的汽车音响(也称为“音响主机”)70的标准方法。移动电话50被视为“源”，并且音响主机70被视为“接收器”。音频数据从移动电话50流式传输到音响主机70。音响主机70接收该信号，对其进行处理，并将该信号放大到汽车中的扬声器72，从而产生音频声音。

图5示出了使用图1所示并且在上文中描述的便携式超低音音箱10的相同解决方案。如图5所示，移动电话50通过蓝牙连接到便携式超低音音箱10作为“源”。便携式超低音音箱10是移动电话50的“接收器”，也是汽车立体声音响(即音响主机)70的“源”。相对于便携式超低音音箱10来讲，音响主机70是“接收器”。本质上，便携式超低音音箱10配置为接收来自移动电话50的音频信号，处理该信号，将低频路由到内部放大器(图1中的32)，该放大器激励内部超低音音箱扩音器(图1中的38)，并且将中高频路由到“源”部分，然后有效地将其广播到音响主机70。便携式超低音音箱10和音响主机70二者被同步(即，使用图1所示的至少一个麦克风24和同步电路26)，这样发出的声音就不会有可听见的延迟。

在与汽车立体声音响70配对时，便携式超低音音箱10将设置在源移动电话50和汽车立体声音响70的范围内。用户将通过蓝牙将移动电话50与便携式超低音音箱10配对，并且便携式超低音音箱10将与汽车立体声音响70配对。一旦连接，用户将通过其移动电话流式传输音频。

便携式超低音音箱10优选具有与现有超低音音箱相似的特征，以便“调节”声级以与其配对的环境或产品相匹配。这优选包括例如音量等级、交越频率和相位。

便携式超低音音箱10还配置为将声音与其他音频设备(便携式蓝牙扬声器、汽车立体声音响等)同步，因此用户将听到在来自便携式超低音音箱10的低频与来自其他音频设备的中/高频之间没有任何延迟的音乐。

便携式超低音音箱10配置为通过蓝牙与任何能够传输蓝牙音频的设备配对，并充当“接收器”。便携式超低音音箱10还配置为通过蓝牙与能够传输蓝牙音频的其他音频设备配对，并充当“源”。

便携式超低音音箱10还优选地配置为对音频信号输出进行滤波，以将信号“拆分”为两个流。其中一个为去往便携式超低音音箱10的低频，另一个将无线流式传输到打算用于中高频的另一设备。

便携式超低音音箱10还优选地配置为同步去往便携式超低音音箱10和播放中/高频的单元的音频信号，这样用户不会听到播放音频流的两个单元之间的延迟。

优选地，便携式超低音音箱10配置为便携式的，其尺寸和重量小到足以供人携带，并且是便携式的，其利用该单元内部的可充电电池工作，因此不需要任何其他电源，例如交流电插座或汽车电源系统。

为了增强没有足够低音的现有音频系统，例如便携式蓝牙扬声器和没有超低音音箱的汽车立体声音响，便携式超低音音箱10能够利用以下能力实现这一点：与诸如移动电话的能够流式传输蓝牙音频的设备配对，拆分音频以便便携式超低音音箱10产生更大的低音，并将中/高频发送到现有的音频系统，以产生更饱满的声音。它的便携性不仅体现在尺寸和重量上，还因为该单元是由电池供电的，不需要交流电插座或汽车直接供电即可运行。

尽管本公开将蓝牙作为本文公开的设备和系统使用的无线通信标准，但该设备和相关系统可以配置为使用其他标准和频率例如未来的标准来接收和发射数据，同时仍然在很大程度上落在本发明的范围内。

此外，尽管已将设备描述为超低音音箱，但该设备可被提供为例如能够产生低频、高频和中频的全频扬声器。这样，本文公开的“至少一个扬声器”38实际上可以是多个扬声器，例如三个扬声器，其中信号处理器14配置为向与不同扬声器相关联的不同放大器发送不同的频率。

虽然前面的描述强调了蓝牙，但是应该理解，本发明不限于该无线标准，而是可以将本发明配置为与其他无线标准一起工作

虽然已经示出和描述了本发明的特定实施方式，但是可以预见，本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改。

Claims (15)

1.一种便携式设备，包括：无线接收器；信号处理器；无线源；至少一个麦克风，其配置为接收来自所述便携式设备外部的音频；以及至少一个扬声器和线路输出中的至少一个，其中所述设备配置为使用所述无线接收器接收无线信号，使用所述信号处理器和同步电路处理所述信号，并根据从所述至少一个麦克风接收到的音频，使用所述无线源发射无线信号，并且其中所述便携式设备配置为根据从所述至少一个麦克风接收到的音频，使用所述至少一个扬声器发出声音并且/或者向所述线路输出提供信号，

其中所述便携式设备配置为，如果在比较由所述同步电路接收的信号的互相关的峰值之后，确定最高峰值大于下一个最高峰值，并且也大于所有的所述峰值的平均值，则使所述同步电路添加延迟。

2.根据权利要求1所述的便携式设备，其中，所述无线接收器包括无线信号接收器。

3.根据权利要求1所述的便携式设备，其中，所述无线接收器包括蓝牙信号接收器。

4.根据权利要求1所述的便携式设备，其中，所述无线源包括无线信号发射器。

5.根据权利要求1所述的便携式设备，其中，所述无线源包括蓝牙信号发射器。

6.根据权利要求1所述的便携式设备，还包括：数字音频缓冲器，其配置为从所述信号处理器接收信号。

7.根据权利要求6所述的便携式设备，其中所述同步电路配置为从所述至少一个麦克风和所述数字音频缓冲器两者接收信号。

8.根据权利要求1所述的便携式设备，还包括：数字音频缓冲器，其配置为从所述信号处理器接收信号，其中所述同步电路配置为从所述至少一个麦克风和所述数字音频缓冲器两者接收信号，还包括放大器，其中所述数字音频缓冲器配置为从所述同步电路接收信号，并且向所述放大器提供信号，所述放大器配置为驱动所述至少一个扬声器以产生声音。

9.根据权利要求8所述的便携式设备，其中，所述同步电路配置为采用互相关来实现所述设备的校准。

10.根据权利要求9所述的便携式设备，其中，所述便携式设备配置为，如果确定所述互相关的最高峰值不大于所述下一个最高峰值或不大于所述平均值，则不添加延迟，而是重复计算。

11.根据权利要求9所述的便携式设备，其中，所述便携式设备配置为通过延迟在互相关计算中使用的信号来提高校准的精度。

12.根据权利要求9所述的便携式设备，其中，所述便携式设备配置为，通过根据可由所述同步电路使用所述至少一个麦克风检测到的那些频率来对由所述同步电路接收到的信号进行滤波，从而提高校准的精度。

13.根据权利要求1所述的便携式设备，还包括：至少一个用户交互控件，其连接到所述信号处理器，并配置为是可调节的。

14.根据权利要求1所述的便携式设备，还包括电池、以及与所述电池相关联的内部电源管理电路。

15.一种使用便携式设备同步声音的方法，所述方法包括：

提供所述便携式设备，所述便携式设备包括：无线接收器；信号处理器；无线源；至少一个麦克风，其配置为接收来自所述便携式设备外部的音频；以及至少一个扬声器和线路输出中的至少一个；

使用所述无线接收器接收无线信号；

使用所述信号处理器和同步电路来处理所述信号；

根据从所述至少一个麦克风接收到的音频，使用所述无线源发射无线信号；和

使用所述至少一个扬声器根据从所述至少一个麦克风接收到的音频发出声音，并且/或者根据从所述至少一个麦克风接收到的音频向所述线路输出发送信号，

其中所述便携式设备配置为，如果在比较由所述同步电路接收的信号的互相关的峰值之后，确定最高峰值大于下一个最高峰值，并且也大于所有的所述峰值的平均值，则使所述同步电路添加延迟。

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