CN204440905U - 云音乐微型智能音响 - Google Patents

Abstract

一种可以在线欣赏“云音乐”的微型智能音响(LXS)——包括电子系统与扬声器系统，电子系统包括Flash DSC/音频处理器/Wi-Fi网络通讯模块/功率放大器/电源与显示屏，扬声器系统具有“声聚能管”。相对于蓝牙音响——可以降低智能手机的耗电量，而且音质更好。LXS采用“声聚能管”设计，可以提升扬声器的辐射声功率(声学功率放大器)，改善音色与低频响应，突破音质瓶颈。相对于一般微型音响单薄的声音，声场的深度/层次增加，声音的质感/临场感提升——“让声音更动听”。“声聚能管”的独特造型有利于拓展工业设计空间。

Description

云音乐微型智能音响

技术领域

本实用新型涉及一种微型音响——具体说是一种具有Wi-Fi网络功能，可以在线欣赏“云音乐”的微型智能音响。

背景技术

传统音响主要包括功率放大器与音箱或耳机，音响是随着媒体形式发展而变化的——如CD→Hi-Fi，TV→AV，电脑→PC音响。传统音响一直是作为CD机/电脑声卡等音源的附属品。

“智能音响”(Smart Sound system)——采用计算机多媒体技术以及互联网技术的新一代音响，具有中央处理器(CPU)/网络通讯模块(如Wi-Fi)与操作系统等——将音源(音频处理器/音频播放器等)整合到音响中，从而形成“音源—功放—扬声器”完整的音频系统，“智能音响”自成体系，可以独立使用。新媒体信息平台——“智能音响”具有数据采集/处理与推送功能，不同于早期采用单片机控制的“智能化操作功能音响”，以及采用APP设计的蓝牙音响。

“云音乐”——建立于“云计算”基础上的一种流媒体音乐形式，代表了未来新媒体发展的趋势，可以通过智能手机等移动终端在线欣赏音乐。公共场所Wi-Fi“热点”(WiFi Hot Spot)与家庭无线路由器的不断普及——为低成本/甚至免费欣赏“云音乐”提供了客观基础。无线路由器通过WAN接入有线宽带网络，采用Wi-Fi技术传输信号——宽带网络(XDSL/FTTX)是以时间计费(一般为包月)，而3G/4G是以流量计费。通过目前流行的蓝牙微型音响聆听“云音乐”——只能先下载到手机客户端，再发送到蓝牙音响，音频信号蓝牙发射耗电量大(即使是BT4.0)，其音质也不尽如人意。

智能手机多媒体的娱乐/应用日益丰富多彩，其电能供应也变得捉襟见肘——即使大容量锂电池也常常需要频繁充电，而音频播放/无线信号发射会增加耗电量。据相关专业测试，手机音频播放采用蓝牙音响为待机时耗电量的十几倍——如果采用流媒体在线播放/无线信号发射，其耗电量将会更大；而Wi-Fi Direct的耗电量高于蓝牙的。实际上，通过智能手机可以欣赏“云音乐”，直接使用有线耳机即可，而不必采用蓝牙音响或无线耳机——但其耗电量也比较大。

作为蓝牙音响的升级换代产品——Wi-Fi音响可以在线播放“云音乐”，充分利用Wi-Fi“热点”等资源，能够避免手机耗电量的大幅增加，而且音质优于前者。Wi-Fi音响可以直接上网——通过WLAN(Wi-Fi“热点”/家庭无线路由器)或P2P“点对点”模式(Ad Hoc/Wi-Fi Direct)等接入Internet——如美国专利US20120263318“Smart line-in processing”所披露的。

“知性时代”的微(Micro)美学——微型音响作为“新媒体个人音响系统”，符合未来音响发展趋势。但由于其体积限制，设计难度大，音质并不“Hi-Fi”——微型音响功率小，扬声器口径小，声辐射效率低；频响范围小，低频响应差，失真较大——Wi-Fi音响很少采用微型音响结构。

实用新型内容

本实用新型目的在于提供一种声辐射效率高/音质与音色更好的微型Wi-Fi智能音响。

本实用新型的技术方案——微型音响包括电子系统与扬声器系统，两者采用一体化或分体式结构；电子系统包括Flash DSC/Flash Memory/音频处理器/显示模块以及Wi-Fi网络通讯模块/功率放大器/电源与显示屏；Flash DSC包括CPU/DSP/存储器以及嵌入式软件栈；嵌入式软件栈包括音频解码器/音频播放器/数字信号处理器/数字声场处理器；Flash Memory搭载操作系统，包括Linux与Windows CE；扬声器加载一“声聚能管”，其结构包括反号筒以及蜗壳式/阿基米德螺旋线折叠结构。

“高辐射抗型”云音乐微型智能音响(the Large Xr mode cloud-music mi-ni Smart sound system)——以下简称为LXS。LXS可以通过WLAN(WiFi Hot Spot/Wireless Router)接入Internet，在线播放“云音乐”——参照图1。

LXS包括电子系统与扬声器系统——两者可以采用“一体化”或“分体式”结构，扬声器系统不同声道单元也可采用“分体式”结构。

电子系统包括Flash DSC/Flash Memory/音频处理器/显示模块/Wi-Fi网络通讯模块/功率放大器/电源与显示屏(参照图2)——Flash DSC包括CPU/DSP/存储器以及嵌入式软件栈(参照图3)。

DSC(Digital Signal Controller数字信号控制器)兼具MCU微控制器与DSP数字信号处理器的优势——编程的简易性/灵活性；运算能力强，速度快，能耗低；低成本/高效率开发设计——更适于音频系统。Flash DSC具有可重新编程/新版本升级/综合成本低等优势，可以不断提高产品性能，适应市场需求变化。

LXS存储器包括SRAM(eSRAM)与Flash ROM——片内Flash ROM，即NOR型嵌入式非易失性闪存(eFlash)，容量可达1M Byte，作为程序存储器(嵌入式软件栈)。还具有片外Flash Memory(7G-9G)——即NAND型闪存，存放软件(包括操作系统)以及MP3等音频文件。嵌入式软件栈包括音频解码器/数字音频播放器/数字信号处理器/数字声场处理器——音频解码器支持WAV/APE/FLAC/MP3/WMA等多种音频格式解码。与DSP数字信号处理器(硬件)不同——DSP数字信号处理器(如BBE/偶次谐波激励器等)与DSP数字声场处理器(如SRS TruSurround)为软件，用于提升音质/音效。Flash DSC采用片内Flash ROM作为嵌入式软件栈的程序存储器。

“独立声卡”设计——音频处理器(包括DAC)从DSC中分离出来，可以避免EMI电磁干扰导致的音质劣化——有利于实现便携音响“新媒体Hi-Fi”。

LXS搭载操作系统，可以采用Linux/Windows CE等。Linux系统ALSA音频架构可以支持多种采样频率——虽然开发难度高，但成本低；稳定可靠，EMI电磁干扰小；可支持HD Audio，有利于实现“便携Hi-Fi”。Linux无SRC(Sample Rate Conversion采样率转换)问题，SRC会导致失真。Windows CE系统也可避免SRC问题，GUI用户图形界面丰富，音频软件比前者更丰富，但其授权费用较高，而前者为免费。

Android系统存在SRC问题，不支持44.1kHz以外的其它采样频率，如192kHz/24bit高清音频文件。但是Android系统APP应用软件丰富多彩，可以充分利用各种音频软件(插件)提升音质/音效——如果ARM处理器采用Flash DSC设计，操作系统也可选择Android。

HD Audio(High Definition Audio)高清音频规范解决了AC'97的SRC问题——支持多种采样频率(最高可达192kHz/32bit)以及多声道输出。LXS音频处理器DAC(数-模转换器)可以采用高规格取样频率/量化精度——如96kHz/24bit，192kHz/24bit等，支持HD Audio高清音频文件解码。

辐射阻抗Zr包括辐射阻Rr与辐射抗Xr(Zr＝Rr+jXr)，辐射抗(Xr)包括“质量抗”(Xm)与“弹性抗”(Xe)——“质量抗”(Xm)与扬声器系统振动的排气量(V)成正比，排气量(V)与体速度(u)相关——V↑→u↑→Wr↑(Wr＝u²Za)。

“空气弹簧”——声波为纵波，空气为弹性媒质，在空气中传播时，空气振动产生“容变”(压缩/膨胀)——“空气弹簧”弹性系数Km↑→辐射阻Rr↑(势能→动能)，密部(Km↑)—疏部(Rr↑)。Km↑→弹性抗Xe(容抗X_C)↑→辐射阻Rr↑，则声压Pa↑(Pa＝uRr)/辐射声功率Wr↑(Wr＝u²Rr/2)，声辐射效率σr增加——Xr(Xe/Xm)代表势能，Rr代表动能，势能可以转化为动能。

LXS采用“声聚能管”增加辐射抗Xr(Xm/Xe)——增加声压Pa/辐射声功率Wr与声辐射效率σr，改善低频响应——扬声器正面加载一“声聚能管”。“声聚能管”可以采用号筒结构，包括正号筒与反号筒。LXS扬声器系统结构参照图4。

“声聚能管”(Acoustic Energy Gathered Pipe)——是一种具有声能聚集作用的声管，可以增加声压Pa，将势能转化为动能；也可以将动能转化为势能储存起来。“声聚能管”实际上是一个“声压增益/压限器”——小信号时可以补偿声压，提升辐射声功率(节能)；信号电平提高时，则能够限制声压，可以双向调节声压(蓄水池效应)。

排气量V＝SXmax(S振膜面积/Xmax冲程)——“声聚能管”通过增加质量抗Xm而增加排气量V，采用小口径扬声器也可以获得良好的低频响应——因此更适于微型音响。

一般号筒式扬声器设计都采用正号筒——实际上，反号筒的“声压控制性”优于正号筒的，扬声器辐射声压增加时，能够平抑声压，降低能流密度(声强I)，具有健康性。反号筒相对密闭空间/管壁反射，可以增加弹性抗Xe；声阻抗Za随截面积S逐渐减小而增加，Xe↑→辐射阻Rr↑——则声压Pa/声辐射效率σr增加，其“增压”效果更好。故作为优选，“声聚能管”采用反号筒结构——可以采用指数线/双曲线/“郁金香”形等形状。也可采用反号筒与正号筒组合的方式。

LXS“声聚能管”还可以采用折叠结构——可以增加弹性抗Xe，提高辐射效率，视觉长度减小/实际长度增加，“造型性”提高。相同容积(质量抗Xm相同)，采用折叠结构，由于弹性抗Xe增加，总的辐射抗Xr更大，而且“λ/4”谐振频率fop也不同(声管长度不同)——可采用蜗壳式(立体对数螺旋线)或阿基米德螺旋线(平面等速螺线)折叠结构。蜗壳式大口端扩展成圆形加载扬声器，小口端为出声口。参照图7。

无论正号筒还是反号筒，都不可避免地会产生“驻波共振”——会导致“声染色”，声音“发瓮”，使某些频率的声压级SPL提高，频响曲线不平坦。由于微型音响“号筒”线度小，功率小，“驻波共振”声染色导致的音质劣化并不明显——从这种意义上，“声聚能管”更适于微型音响。实际上，声染色虽然不符合传统“Hi-Fi标准”——但是处理得当，就能够“化腐朽为神奇”，使声音更动听——“声聚能管”的谐波能量随谐波次数增加而逐渐减弱(类似于胆机)，可以获得醇厚/柔和/清新的音色。

本实用新型具有以下有益效果——

LXS作为“智能音响”，可以直接上网/独立使用，在线欣赏“云音乐”——符合未来新媒体音响的发展趋势。

相对于智能手机通过3G/4G或Wi-Fi“热点”上网，再发送到蓝牙音响——可以降低智能手机的耗电量(节能)，而且音质更好。

“声学功率放大器”(Acoustical Power Amplifier)——LXS采用“声聚能管”设计，可以提升扬声器的辐射声功率与电声转换效率——比电子系统功率放大器更“绿色低碳”。

相对于一般微型音响“单薄”的声音——LXS声场的深度/层次增加，声音的立体感/质感/临场感提升，动态范围扩大，声音感染力强——“让声音更动听”。

“突破音障”——将“声聚能管”运用于微型音响，可以改善音色与低频响应，突破其音质瓶颈。

“声聚能管”的独特造型——有利于拓展工业设计空间。

附图说明

图1为LXS网络环境示意图

图2为LXS电子系统框图

图3为Flash DSC框图

图4为LXS扬声器系统结构示意图

图5为LXS一体化结构示意图

图6为LXS分体式结构示意图

图7为蜗壳式“声聚能管”结构示意图

图8为DVC厨房收音机音响结构示意图

图9为APP设计示意图

其中——

1-电子系统，2-扬声器系统，3-3.5mm接口信号线，4-显示屏，

5-扬声器，6-“声聚能管”，7-无源辐射器，

具体实施方式

LXS电子系统与扬声器系统可以采用“一体化”结构(参照图5)——电子系统置于声顺腔体内部，外壳具有显示屏及电源开关与操作按键。左右声道(L/R)扬声器分别加载“声聚能管”，背面耦合一封闭式公共声顺腔体。

电子系统与扬声器系统还可以采用“分体式”结构(参照图6)——两者可以通过3.5mm接口信号线连接；扬声器系统不同声道单元也可采用“分体式”结构，则立体声分离度提高。

LXS主要用于音乐欣赏——功率放大器为双声道立体声功放，采用数字功放IC或模拟功放IC。LXS可以采用内置锂电池或外置直流电源适配器，以及两者并置设计——电源适配器可以避免锂电池频繁充电的麻烦(插电即用)。

“插卡”播放设计——LXS可以采用移动存储介质(如U盘/SD卡/TF卡/MicroU盘)扩展接口及其处理模块(如USB HOST模块/SD卡读写模块与其它读卡器模块)——除了在线欣赏“云音乐”，还可以将音乐下载/存储至U盘/SD卡等，随时随地聆听。

“网络时代的CD”——U盘等移动存储介质具有逐步取代CD等传统媒体介质的趋势。U盘/SD卡等存储容量不断增加，可以随意更新内容。随着多媒体音频技术(如无损压缩等)的发展，WAVE/AAC/WMA/APE等文件音质已得到很大提升，可同传统CD媲美——能够满足普通消费者甚至发烧友的苛刻要求。

一般音频传输速率要求远低于视频的——如PCM传输速率为1.44Mbps，DSD为5.65Mbps。如果IEEE802.11g(54Mbps)/802.11n(150Mbps)能够满足音质要求——就没有必要采用802.11ac(1.3Gbps)。传输速率/发射功率增加，则功耗与电磁辐射增加——但802.11n功耗管理完善，有利于降低电磁辐射模态密度。因此Wi-Fi网络通讯模块可以采用IEEE 802.11g或802.11n协议标准，并且支持TCP/IP协议。

LXS扬声器背面与一声顺腔体耦合，声顺腔体为封闭式结构，可以采用无源辐射器——无源辐射器质量Mm相当于声质量Ma，与音箱内部声顺Ca及其力顺Cm构成“亥姆霍兹共鸣器”。由于一般无源辐射器质量大于倒相管空气柱声质量，则无源辐射器音箱的谐振频率fop(fop＝1/2π√MaCa)比倒相箱的fop低(Ca相同)——而无源辐射器比倒相管体积小，增加Ma可以减小Ca(fop一定)，则可以减小声腔体积V——故无源辐射器更适于微型音响。无源辐射器可充分利用扬声器背面的辐射声能，改善低频响应——并且可以避免倒相箱的“湍流”与“声短路”问题，效率更高。参照图7。

LXS采用两个以上无源辐射器时——无源辐射器谐振频率相邻fop的频率比为2：1或3：2或4：3或5：3。当信号频率中同时包含其中两个fop时，两个无源辐射器同时共鸣——可以构成纯八度“极完全协和音程”(2：1)或纯五度“完全协和音程”(3：2)或纯四度“完全协和音程”(4：3)或大六度“不完全协和音程”(5：3)——“协和音程”可以给人一种平静/柔和/协调的感觉，使声音更和谐动听。

LXS还可以采用“双音圈”(Dual Voice Coil)扬声器——双声道信号经IC放大后分别输入4引线“双音圈”扬声器(并联)。单扬声器设计可以大幅减小音响体积，而DVC“立体声扩展音效”可以突破单扬声器微型音响的局限性(单声道音效)，声场更宽阔——适用于对音质要求不高的一些特殊场合(如厨房收音机音响)，参照图8。一般单扬声器微型音响大多采用2引线“双音圈”扬声器——将双声道信号混合后(R+L)输入DVC扬声器(串联/并联)，虽然声压更大，但声场/音效不如前者。

LXS显示屏可以采用触控屏技术——则更简洁/自由/时尚。一般电容式触控屏采用投射电容式触摸技术，升压转换容易产生噪声干扰，导致音质劣化，而不适于音频系统。压电式触控屏以及表面声波式(SAW)触控屏也存在类似问题——故作为优选，LXS触控屏采用电阻式触控屏。

电阻式触控屏精确度高，结构简单，稳定性好，技术比较成熟；成本低，有利于普及；可以通过任何物体触控。虽然电阻式触控屏的能耗比电容式触控屏/压电式触控屏高——但LXS采用外置直流电源适配器，可以避免锂电池频繁充电的问题。

LXS还可以采用APP应用程序交互式设计(参照图9)——则可最大限度地简化操作系统(甚至无需操作系统)，可以不设置显示屏，而通过智能手机操控之，从而降低成本与价格。

“牵线搭桥”——在同一个WLAN环境，智能手机只需推送网址链接，而LXS直接上网获得流媒体音乐资源，有利于保证音质(减少中间环节损耗与失真)。例如手机将网址链接(URL)/用户名/登陆密码/曲目列表等信息推送给LXS——LXS登陆云服务器端(如百度/QQ“云音乐”)获得音频数据。

智能手机相当于一个“带显示屏的遥控器”——通过APP利用手机进行控制音乐播放(暂停/切换/音量调节等)，相对于蓝牙微型音响(手机发送无线音频信号)，其耗电量更小。

“网络时代的新媒体Radio”——LXS可以通过系统软件/APP配置，整合网络收音机(Internet Radio)功能，实用性强——还可以集成立体声FM模块，无Wi-Fi网络信号时也可收听广播。FM也可以采用数字信号处理器/数字声场处理器(如BBE/SRS)提升音质/音效。

Claims (6)

1.一种微型音响，其特征在于

包括电子系统与扬声器系统，两者采用一体化或分体式结构；

所述电子系统包括Flash DSC/Flash Memory/音频处理器/显示模块以及

Wi-Fi网络通讯模块/功率放大器/电源与显示屏；

所述Flash DSC包括CPU/DSP/存储器以及嵌入式软件栈；

所述嵌入式软件栈包括音频解码器/音频播放器/数字信号处理器/数字声场处理器；

所述Flash Memory搭载操作系统，包括Linux与Windows CE；

所述扬声器加载一“声聚能管”，

所述“声聚能管”结构包括反号筒，以及

蜗壳式/阿基米德螺旋线折叠结构。

2.根据权利要求1所述的微型音响，其特征在于

所述扬声器系统具有至少一无源辐射器，

无源辐射器数量为两个以上时，谐振频率fop各不相同，

相邻fop的频率比为2：1或3：2或4：3或5：3。

3.根据权利要求1或2所述的微型音响，其特征在于

采用双声道/单扬声器设计，

所述扬声器为4引线双音圈扬声器。

4.根据权利要求1或2所述的微型音响，其特征在于

所述显示屏采用触控屏技术。

5.根据权利要求1或2所述的微型音响，其特征在于

采用APP应用程序交互式设计，

通过智能手机推送网址链接/曲目列表等信息，

并且控制音乐播放。

6.根据权利要求1或2所述的微型音响，其特征在于

所述电子系统还具有立体声FM收音机模块；

所述嵌入式软件栈还包括网络收音机。