CN113596663A - 一种耳机输出阻抗自适应系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耳机输出阻抗自适应系统，包括：运算处理单元，用于采集输入、输出音频幅值，以及根据输入、输出音频幅值计算对应阻抗；第一阻抗调整单元，与音频播放设备和运算处理单元连接，并用于根据运算处理单元的对应计算结果调整阻抗；第二阻抗调整单元，与耳机和运算处理单元连接，并用于根据运算处理单元的对应计算结果调整阻抗；音频调整单元，与运算处理单元、第一阻抗调整单元和第二阻抗调整单元连接，并用于根据运算处理单元的音量调整信号调整输出音频信号；供电单元，与运算处理单元和音频调整单元连接并用于供电。本发明改善了音频信号通路上的整体转换效率，从而获取了最佳的耳机输出效果，完成动态音量自适应。

Description

一种耳机输出阻抗自适应系统及方法

技术领域

本发明涉及耳机技术领域，尤其涉及一种耳机输出阻抗自适应系统及方法。

背景技术

耳机用于与音频播放设备连接使用以随身接收音讯。在设备功率不变的情况下，耳机实际输出功率主要受耳机阻抗(外阻)和设备内阻决定，通过理论计算可知，当外阻等于内阻时，耳机可以获得最大输出功率。

目前市面上的耳机一般阻抗为32Ω，适用于绝大部分电子设备，但还有一些电子设备存在150Ω、300Ω、600Ω及20000Ω等大跨度阻抗范围，一般针对该类型电子设备采用定制化耳机匹配，在一定程度上妨碍了设备的通用性和维修性。因此，针对上述问题，有必要提出进一步地解决方案。

发明内容

本发明旨在提供一种耳机输出阻抗自适应系统及方法，以克服现有技术中存在的不足。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种耳机输出阻抗自适应系统，用于连接在音频播放设备和耳机之间，包括：

运算处理单元，用于采集输入、输出音频幅值，以及根据所述输入、输出音频幅值计算对应阻抗；

第一阻抗调整单元，与所述音频播放设备和所述运算处理单元连接，并用于根据所述运算处理单元的对应计算结果调整阻抗；

第二阻抗调整单元，与所述耳机和所述运算处理单元连接，并用于根据所述运算处理单元的对应计算结果调整阻抗；

音频调整单元，与所述运算处理单元、所述第一阻抗调整单元和所述第二阻抗调整单元连接，并用于根据所述运算处理单元的音量调整信号调整输出音频信号；

供电单元，与所述运算处理单元和所述音频调整单元连接并用于供电。

本发明的一个较佳实施例中，还包括：

时钟单元，与所述运算处理单元连接，用于提供所述运算处理单元和所述音频调整单元电路时钟信号。

本发明的一个较佳实施例中，所述第一阻抗调整单元和所述第二阻抗调整单元均包括一可调电阻，所述运算处理单元分别通过一可调整电压引脚与其连接。

音频调整单元本发明的一个较佳实施例中，所述供电单元的输出电压为4.5V-40V。

本发明的一个较佳实施例中，还包括降压单元，所述降压单元包括DC/DC和LDO混合电路。

本发明的一个较佳实施例中，还包括保护单元，所述保护单元包括欠压保护电路。

本发明的另一技术方案是：

一种耳机输出阻抗自适应方法，采用以上任一所述的耳机输出阻抗自适应系统，并包括以下步骤：

S1所述系统启动后，所述运算处理单元控制所述第一阻抗调整单元、所述第二阻抗调整单元和所述音频调整单元调整至初始位置；

S2所述运算处理单元控制所述音频调整单元输出一基准信号，并采集输入、输出音频幅值，根据两者以及耳机阻抗调整所述第一阻抗调整单元和所述第二阻抗调整单元的阻抗；

S3所述运算处理单元撤销所述基准信号，并根据输入音频幅值，输出音量调整信号给音频调整单元；

S4所述音频调整单元根据所述调整信号调整输出音频信号。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过运算处理单元、音频调整单元以及第一阻抗调整单元、第二阻抗调整单元，进行采集输入、输出信号电平，进而进行多档位调整通路阻抗，解决小功率驱动大阻抗耳机或大功率驱动小阻抗耳机的情况，改善了音频信号通路上的整体转换效率，从而获取了最佳的耳机输出效果，完成动态音量自适应。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的系统框图；

图2为本发明的电路图；

图3为本发明中信号处理框图。

其中，1、运算处理单元；2、第一阻抗调整单元；3、第二阻抗调整单元；4、音频调整单元；5、时钟单元；

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1和图2所示，一种耳机输出阻抗自适应系统，用于连接在音频播放设备和耳机之间，进一步地，设置在耳机扬声器的前端。本系统包括运算处理单元1、第一阻抗调整单元2、第二阻抗调整单元3、音频调整单元4以及供电单元。

具体地，运算处理单元1用于采集输入、输出音频幅值，以及根据输入、输出音频幅值计算对应阻抗。第一阻抗调整单元2与音频播放设备和运算处理单元1连接，并用于根据运算处理单元1的对应计算结果调整阻抗。第二阻抗调整单元3与耳机和运算处理单元1连接，并用于根据运算处理单元1的对应计算结果调整阻抗。音频调整单元4与运算处理单元1、第一阻抗调整单元2和第二阻抗调整单元3连接，并用于根据运算处理单元1的音量调整信号调整输出音频信号。供电单元与运算处理单元1和音频调整单元4连接并用于供电。

更为具体地，第一阻抗调整单元2和第二阻抗调整单元3均包括一可调电阻，运算处理单元1分别通过一可调整电压引脚与其连接。

优选地，供电单元的输出电压为4.5V-40V，以特别与目前绝大部分军用通讯设备的供电阈值相匹配。

本系统还包括时钟单元5，时钟单元5与运算处理单元1连接，用于提供运算处理单元1和音频调整单元4电路时钟信号。

本系统还包括降压单元，降压单元包括DC/DC和LDO混合电路，DC/DC可以减少电压转换损耗，LDO可以加强纹波抑制。进一步地，本系统还包括保护单元，保护单元包括欠压保护电路。当外界电压输入过低时，供电单元失效，使得运算处理单元1、音频调整单元4关闭，从而保护系统，保证系统使用寿命。

耳机扬声器的前端配置了此系统后，当耳机接入音频播放设备时，系统会根据检测到的信号电平数值来调整通路阻抗，优先选择最接近音频播放设备内阻的档位，从而改善了音频信号通路上的整体转换效率，让使用者在第一时间获得最佳的耳机输出效果。

本申请还公开了一种耳机输出阻抗自适应方法，采用本系统时，包括以下步骤：

S1系统启动后，运算处理单元1控制第一阻抗调整单元2、第二阻抗调整单元3和音频调整单元4调整至初始位置；

S2运算处理单元1控制音频调整单元4输出一基准信号，并采集输入、输出音频幅值，根据两者以及耳机阻抗调整第一阻抗调整单元2和第二阻抗调整单元3的阻抗；

S3运算处理单元1撤销基准信号，并根据输入音频幅值，输出音量调整信号给音频调整单元4；

S4音频调整单元4根据调整信号调整输出音频信号。

更为具体地，如图1和图2所示，系统上电后，时钟单元5提供运算处理单元1和音频调整单元4电路主时钟信号，运算处理单元1接收到启动时钟信号后通过片内数据存取子单元中取得执行程序，开始系统程序初始化，将第一阻抗调整单元2和第二阻抗调整单元3调整至初始位置。

然后，运算处理单元1通过通信总线来完成音频调整单元4的运行初始化配置，将音频调整单元4调整至初始位置。

配置完成后，运算处理单元1控制音频调整单元4输出一个基准信号，同时运算处理单元1通过对音频输出接口和音频输入接口处的音频幅值采集，并根据耳机阻抗，分别进行阻抗匹配计算。

也即如图3所示，上电时，运算处理单元1的CPU(SMT32F)控制音频调整单元4中的音频解码芯片(codec)输出一个基准信号，同时对接口处的信号进行采集检测。采集的接口音频信号通过CPU的ADC模数转换通道进行对比计算，根据计算音频幅值输出相应阻抗控制信号，对接口通路阻抗进行补偿匹配，直到采集音频幅值符合计算要求，阻抗控制模块停止阻抗调整。

通过计算值完成阻抗调整，确认输入输出阻抗后撤销基准信号，完成上电初始化阻抗匹配。运算处理单元1根据实际情况，即动态输入音频幅值，输出音量调整信号给音频调整单元4。音频调整单元4根据调整信号，完成输出音频信号的调整，完成动态音量自适应。

综上所述，本发明通过运算处理单元、音频调整单元以及第一阻抗调整单元、第二阻抗调整单元，进行采集输入、输出信号电平，进而进行多档位调整通路阻抗，解决小功率驱动大阻抗耳机或大功率驱动小阻抗耳机的情况，改善了音频信号通路上的整体转换效率，从而获取了最佳的耳机输出效果，完成动态音量自适应。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种耳机输出阻抗自适应系统，用于连接在音频播放设备和耳机之间，其特征在于，包括：

运算处理单元，用于采集输入、输出音频幅值，以及根据所述输入、输出音频幅值计算对应阻抗；

第一阻抗调整单元，与所述音频播放设备和所述运算处理单元连接，并用于根据所述运算处理单元的对应计算结果调整阻抗；

第二阻抗调整单元，与所述耳机和所述运算处理单元连接，并用于根据所述运算处理单元的对应计算结果调整阻抗；

音频调整单元，与所述运算处理单元、所述第一阻抗调整单元和所述第二阻抗调整单元连接，并用于根据所述运算处理单元的音量调整信号调整输出音频信号；

供电单元，与所述运算处理单元和所述音频调整单元连接并用于供电。

2.根据权利要求1所述的耳机输出阻抗自适应系统，其特征在于，还包括：

时钟单元，与所述运算处理单元连接，用于提供所述运算处理单元和所述音频调整单元电路时钟信号。

3.根据权利要求1所述的耳机输出阻抗自适应系统，其特征在于，所述第一阻抗调整单元和所述第二阻抗调整单元均包括一可调电阻，所述运算处理单元分别通过一可调整电压引脚与其连接。

4.根据权利要求1所述的耳机输出阻抗自适应系统，其特征在于，所述供电单元的输出电压为4.5V-40V。

5.根据权利要求1所述的耳机输出阻抗自适应系统，其特征在于，还包括降压单元，所述降压单元包括DC/DC和LDO混合电路。

6.根据权利要求1所述的耳机输出阻抗自适应系统，其特征在于，还包括保护单元，所述保护单元包括欠压保护电路。

7.一种耳机输出阻抗自适应方法，其特征在于，采用如权利要求1-6任一所述的耳机输出阻抗自适应系统，并包括以下步骤：

S1所述系统启动后，所述运算处理单元控制所述第一阻抗调整单元、所述第二阻抗调整单元和所述音频调整单元调整至初始位置；

S2所述运算处理单元控制所述音频调整单元输出一基准信号，并采集输入、输出音频幅值，根据两者以及耳机阻抗调整所述第一阻抗调整单元和所述第二阻抗调整单元的阻抗；

S3所述运算处理单元撤销所述基准信号，并根据输入音频幅值，输出音量调整信号给音频调整单元；

S4所述音频调整单元根据所述调整信号调整输出音频信号。

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