CN207075075U - 一种虚拟低音生成电路及音频设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及音频信号处理技术领域，尤其涉及一种虚拟低音生成电路及音频设备。其中，该虚拟低音生成电路包括：低通滤波器；第一采样电路，其输入端与低通滤波器的输出端连接；第一均衡电路，其输入端与低通滤波器的输出端连接；控制器，其分别与第一采样电路的输出端和第一均衡电路的控制端连接；谐波发生器，其输入端与第一均衡电路的输出端连接；高通滤波器，高通滤波器的输出端与谐波发生器的输出端皆连接至第一节点，虚拟低频信号与所述高频信号在第一节点叠加以生成虚拟低音。因此，该虚拟低音生成电路能够可靠地、稳定地输出高音质的虚拟低音。

Description

一种虚拟低音生成电路及音频设备

技术领域

本实用新型涉及音频信号处理技术领域，尤其涉及一种虚拟低音生成电路及音频设备。

背景技术

随着技术的发展，小型音频设备以其体积小，功耗低等特点受到市场的热烈追捧，但是，由于受制于墙体结构与振膜尺寸等物理条件，小型音频设备对声音的低频重放能力低、还原效果差，其并未能够满足人们对低音的浑厚感与震撼力的追求。

根据心理声学研究，其表明：通过利用多次谐波成分构造虚拟低音，进而改善小型音频设备的低频重放效果。因此，传统技术能够通过低通滤波器与谐波发生器的作用，输出虚拟低频信号，然后再将该虚拟低频信号与高频信号进行叠加，从而生成虚拟低频信号。

发明人在实现本实用新型的过程中，发现传统技术至少存在以下问题：由于音频信号经过低通滤波器的滤波处理后，低频信号的衰减幅度比较大，导致虚拟低频信号的音质效果比较差。

实用新型内容

为了克服上述技术问题，本实用新型实施例的一个目的旨在提供一种虚拟低音生成电路及音频设备，其解决传统技术存在着虚拟低频信号的音质效果比较差的技术问题。

在第一方面，本实用新型实施例提供一种虚拟低音生成电路，所述虚拟低音生成电路包括：低通滤波器，其输入端用于接收音频信号并滤除音频信号中的高频信号，并通过所述低通滤波器的输出端输出输出低频信号；第一采样电路，其输入端与所述低通滤波器的输出端连接；第一均衡电路，其输入端与所述低通滤波器的输出端连接；控制器，其分别与所述第一采样电路的输出端和所述第一均衡电路的控制端连接，用于根据所述低频信号的幅值，确定所述第一均衡电路的均衡模式，以使所述第一均衡电路切换至对应的均衡模式；谐波发生器，其输入端与所述第一均衡电路的输出端连接，用于处理所述低频信号，以输出虚拟低频信号；高通滤波器，其输入端用于接收音频信号并滤除音频信号中的低频信号，输出高频信号，所述高通滤波器的输出端与所述谐波发生器的输出端皆连接至第一节点，所述虚拟低频信号与所述高频信号在所述第一节点叠加以生成虚拟低音。

可选地，所述虚拟低音生成电路还包括延时电路，所述延时电路的输入端与所述高通滤波器的输出端连接，所述延时电路的输出端连接至所述第一节点。

可选地，所述虚拟低音生成电路还包括第二采样电路与第二均衡电路，所述第二采样电路的输入端与所述高通滤波器的输出端连接，所述第二采样电路的输出端与所述控制器连接，所述第二均衡电路的输入端与所述高通滤波器的输出端，所述第二均衡电路的输出端连接至第一节点。

可选地，所述第一均衡电路包括：第一开关，其包括第一开关输入端、第一开关输出端及第一控制端，所述第一开关输入端与所述低通滤波器的输出端连接，所述第一开关输出端与所述谐波发生器的输入端连接，所述第一控制端与所述控制器连接；第一均衡器，其输入端与所述第一开关输入端连接，所述第一均衡器的输出端与所述第一开关输出端连接。

可选地，所述第二均衡电路包括：第二开关，其包括第二开关输入端、第二开关输出端及第二控制端，所述第二开关输入端与所述高通滤波电路的输出端连接，所述第二开关输出端连接至所述第一节点，所述第二控制端与所述控制器连接；第二均衡器，其输入端与所述第二开关输入端连接，所述第二均衡器的输出端与所述第二开关输出端连接。

在第二方面，本实用新型实施例提供一种音频设备，所述音频设备包括：外壳，其包括收容腔；扬声器，其收容于所述收容腔内；任一项所述的虚拟低音生成电路；功率放大电路，其输入端与所述虚拟低音生成电路的第一节点连接，所述功率放大电路的输出端与所述扬声器连接。

可选地，所述音频设备还包括闪光灯与灯光驱动电路，所述灯光驱动电路的输入端与所述虚拟低音生成电路的控制器连接，所述灯光驱动电路的输出端与所述闪光灯连接。

可选地，所述音频设备还包括无线通讯模块，所述无线通讯模块与所述虚拟低音生成电路的控制器连接。

可选地，所述音频设备还包括显示屏，所述显示屏设置于所述外壳的表面，并与所述虚拟低音生成电路的控制器连接。

可选地，所述音频设备还包括USB接口，所述USB接口与所述控制器连接。

在本实用新型实施例中，音频信号经过低通滤波器的滤波处理，输出低频信号，第一采样电路采样该低频信号，并将采样的低频信号传输给控制器，控制器根据该低频信号的幅值确定第一均衡电路的均衡模式，以使第一均衡电路切换至对应的均衡模式，当该低频信号的幅值低于预设阈值时，第一均衡电路对该低频信号进行补偿，当该低频信号的幅值高于预设阈值时，第一均衡电路未处理该低频信号。谐波发生器将从第一均衡电路输出的低频信号进行处理，从而生成虚拟低频信号。再次，高通滤波器接收音频信号并滤除音频信号中的低频信号，输出高频信号，虚拟低频信号与高频信号在第一节点叠加以生成虚拟低音。因此，该虚拟低音生成电路能够可靠地、稳定地输出高音质的虚拟低音。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供一种音频设备的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供一种音频设备的电路原理框图；

图3是本实用新型实施例提供一种虚拟低音生成电路的电路原理框图；

图4是本实用新型另一实施例提供一种虚拟低音生成电路的电路原理框图；

图5是本实用新型又另一实施例提供一种虚拟低音生成电路的电路原理框图；

图6是本实用新型又另一实施例提供一种虚拟低音生成电路的电路原理框图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面结合附图和具体实施方式，对本实用新型进行更详细的说明。需要说明的是，当元件被表述“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是用于限制本实用新型。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

为了方便说明并且理解本实用新型实施例的技术方案，以下说明所使用的方位词均以附图所展示的方位为准。

本实用新型实施例提供的音频设备可以是多个声道音箱(soundbar)、手机K歌宝、便携式电话、智能电话、平板电脑、笔记本、平板式PC、膝上型计算机、数字广播终端、个人数字助理(PAD)、便携式多媒体播放器(PMP)等等具有播放音频的设备。

请一并参阅图1与图2，图1是本实用新型实施例提供一种音频设备的结构示意图，图2是本实用新型实施例提供一种音频设备的电路原理框图。如图1与图2所示，该音频设备10包括：外壳11、扬声器12、虚拟低音生成电路13、功率放大电路14、闪光灯15、灯光驱动电路16、无线通讯模块17、显示屏18、USB接口19及控制器20。

外壳11包括收容腔，扬声器12收容于该收容腔内。功率放大电路14的输入端与虚拟低音生成电路13连接，功率放大电路14的输出端与扬声器12连接。

外壳11的形状可以根据音频设备10的产品特性进行选择，例如：当该音频设备10为手机时，外壳11可以选择方状体的等等。

扬声器12用于推送音频信号。在一些实施例中，为了实现多声道、立体感的音质效果，用户可以在外壳11上设置若干个用于安装扬声器12的出音孔。

虚拟低音生成电路13用于生成虚拟低音。如前所述，低音具有浑厚感与震撼力的属性，通过将虚拟低音生成电路13生成的虚拟低音推送出，其能够更好地满足用户的高音质需求。再如前所述，由于现有小型音频设备体积小，因此，现有小型音频设备对声音的低频重放能力低、还原效果差。因此，在本实施例中，通过设置虚拟低音生成电路13，该音频设备10在能够实现小型化的同时，还可以实现低音的重放。

功率放大电路14能够将虚拟低音生成电路13输出的虚拟低音进行放大与调理，并且通过扬声器12推送出。

灯光驱动电路16的输入端与控制器20连接，灯光驱动电路16的输出端与闪光灯15连接。控制器20能够向灯光驱动电路16发送具有一定占空比的脉冲宽度调制信号驱动灯光驱动电路16以驱动闪光灯15发光，从而使音频设备10具有酷炫的效果。

无线通讯模块17与控制器20连接，音频设备10通过无线通讯模块17与外界设备通信，其中，该无线通讯模块可以为蓝牙模块、ZIGBEE通讯模块、NFC通讯模块、RFID通讯模块、4G通讯模块、5G通讯模块等等。例如：音频设备10通过4G通讯模块与外部移动终端通讯，其中，外部移动终端能够控制该音频设备10的工作状态。

显示屏18设置于外壳11的表面，并与控制器20连接。控制器20能够将音频设备10的工作参数显示在显示屏18上，在一些实施例中，控制器20还可以根据产品需求在显示屏18上完成一些显示逻辑，例如：投放广告等等。

USB接口19与控制器20连接，该USB接口19可以接收供电电源的供电电压，亦可以用于传输数据。例如：该USB接口19可以为Type-C接口，该音频设备10通过该Type-C接口与外接设备进行适配，控制器20通过该Type-C接口读取存储在该外接设备的音频文件，并解析该音频文件以推送出声音。再例如：该音频设备10通过该Type-C接口与适配器连接进行充电。

本实施例提供的音频设备10不仅仅能够小型化与实现虚拟低音的重放，而且其还可以输出高音质的虚拟低音。

在一些实施例中，如图3所示，该虚拟低音生成电路13包括：低通滤波器131、第一采样电路132、第一均衡电路133、谐波发生器134及高通滤波器135。

低通滤波器131的输入端用于接收音频信号，低通滤波器131的输出端与第一采样电路132的输入端连接，第一采样电路132的输出端与控制器20，第一均衡电路133的输入端与低通滤波器131的输出端，第一均衡电路133的输出端与谐波发生器134的输入端，第一均衡电路133的控制端与控制器20连接，谐波发生器134的输出端连接至第一节点13A，高通滤波器135的输入端用于接收音频信号，高通滤波器135的输出端连接至第一节点13A。

低通滤波器131接收音频信号，滤除音频信号中的高频信号并且输出低频信号，其中，该低通滤波器131的截止频率为扬声器的截止频率。第一采样电路132对低通滤波器131输出的低频信号进行采样，并且将采样的低频信号传输给控制器20，控制器20根据低频信号的幅值，确定第一均衡电路133的均衡模式，以使第一均衡电路133切换至对应的均衡模式，其中，该均衡模式包括补偿处理模式与自然模式。例如：当该低频信号的幅值低于预设阈值时，控制器20确定第一均衡电路133的均衡模式为补偿处理模式，于是，第一均衡电路133对该低频信号进行补偿，使低频信号补偿至期望幅值的信号。当该低频信号的幅值高于预设阈值时，第一均衡电路133未处理该低频信号。

谐波发生器134处理该低频信号(例如：经过补偿的低频信号或未经补偿的低频信号)，以输出虚拟低频信号。在一些实施例中，谐波发生器134基于maxxbass算法进行设计的。

高通滤波器135接收音频信号并滤除音频信号中的低频信号，输出高频信号。

本实施例提供的虚拟低音生成电路13的工作原理如下：

音频信号经过低通滤波器131的滤波处理，输出低频信号，第一采样电路132采样该低频信号，并将采样的低频信号传输给控制器20，控制器20根据该低频信号的幅值确定第一均衡电路133的均衡模式，以使第一均衡电路133切换至对应的均衡模式，当该低频信号的幅值低于预设阈值时，第一均衡电路133对该低频信号进行补偿，当该低频信号的幅值高于预设阈值时，第一均衡电路133未处理该低频信号。谐波发生器134将从第一均衡电路133输出的低频信号进行处理，从而生成虚拟低频信号。再次，高通滤波器135接收音频信号并滤除音频信号中的低频信号，输出高频信号，虚拟低频信号与高频信号在第一节点叠加以生成虚拟低音。因此，该虚拟低音生成电路13能够可靠地、稳定地输出高音质的虚拟低音。

值得提醒的是：在一些实施例中，控制器20概括到虚拟低音生成电路13，成为虚拟低音生成电路13的一部分电路。从产品形态上看，虚拟低音生成电路13不仅仅包括上述各个电路模块，其还可以包括控制器20。因此，本实用新型实施例所示出的各个电路模块在满足一定条件下，可以互相组合成具有一定形态的产品结构，在此不赘述。

为了防止高频信号输出速率过快，在一些实施例中，如图4所示，该虚拟低音生成电路13还包括延时电路136，延时电路136的输入端与高通滤波器135的输出端连接，延时电路136的输出端连接至第一节点13A。延时电路136用于对高频信号进行延时，以便后续将虚拟低频信号与高频信号在第一节点13A进行叠加。

为了防止经过高通滤波器135的滤波作用后，高频信号的衰减幅度比较大而导致虚拟低音的音质效果不佳，在一些实施例中，如图5所述，该虚拟低音生成电路13还包括第二采样电路137与第二均衡电路138，第二采样电路137的输入端与高通滤波器135的输出端连接，第二采样电路137的输出端与控制器20连接，第二均衡电路137的输入端与高通滤波器135的输出端，第二均衡电路138的输出端连接至第一节点13A。

第二采样电路137采样高通滤波器135输出的高频信号，并且将采样的高频信号发送给控制器20，控制器20根据高频信号的幅值第二均衡电路138的均衡模式，以使第二均衡电路138切换至对应的均衡模式，当该高频信号的幅值低于预设阈值时，第二均衡电路138对该高频信号进行补偿，当该高频信号的幅值高于预设阈值时，第二均衡电路138未处理该高频信号。

在一些实施例中，如图6所示，该第一均衡电路133包括：第一开关S1与第一均衡器1331，第一开关S1包括第一开关输入端、第一开关输出端及第一控制端，第一开关输入端与低通滤波器131的输出端连接，第一开关输出端与谐波发生器134的输入端连接，第一控制端与控制器20连接。第一均衡器1331的输入端与第一开关S1输入端连接，第一均衡器1331的输出端与第一开关S1输出端连接。

该第二均衡电路138包括：第二开关S2与第二均衡器1381，第二开关S2包括第二开关输入端、第二开关输出端及第二控制端，第二开关输入端与高通滤波电路135的输出端连接，第二开关输出端连接至第一节点13A，第二控制端与控制器20连接。第二均衡器1381输入端与第二开关输入端连接，第二均衡器1381的输出端与第二开关输出端连接。

控制器20根据采样结果分别控制第一开关S1和/或第二开关S2的关断或闭合，从而实现上述实施例的控制逻辑。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种虚拟低音生成电路，其特征在于，包括：

低通滤波器，其输入端用于接收音频信号并滤除音频信号中的高频信号，并通过所述低通滤波器的输出端输出低频信号；

第一采样电路，其输入端与所述低通滤波器的输出端连接；

第一均衡电路，其输入端与所述低通滤波器的输出端连接；

控制器，其分别与所述第一采样电路的输出端和所述第一均衡电路的控制端连接，用于根据所述低频信号的幅值，确定所述第一均衡电路的均衡模式，以使所述第一均衡电路切换至对应的均衡模式；

谐波发生器，其输入端与所述第一均衡电路的输出端连接，用于处理所述低频信号，以输出虚拟低频信号；

高通滤波器，其输入端用于接收音频信号并滤除音频信号中的低频信号，输出高频信号，所述高通滤波器的输出端与所述谐波发生器的输出端皆连接至第一节点，所述虚拟低频信号与所述高频信号在所述第一节点叠加以生成虚拟低音。

2.根据权利要求1所述的虚拟低音生成电路，其特征在于，所述虚拟低音生成电路还包括延时电路，所述延时电路的输入端与所述高通滤波器的输出端连接，所述延时电路的输出端连接至所述第一节点。

3.根据权利要求1或2所述的虚拟低音生成电路，其特征在于，所述虚拟低音生成电路还包括第二采样电路与第二均衡电路，所述第二采样电路的输入端与所述高通滤波器的输出端连接，所述第二采样电路的输出端与所述控制器连接，所述第二均衡电路的输入端与所述高通滤波器的输出端，所述第二均衡电路的输出端连接至第一节点。

4.根据权利要求3所述的虚拟低音生成电路，其特征在于，所述第一均衡电路包括：

第一开关，其包括第一开关输入端、第一开关输出端及第一控制端，所述第一开关输入端与所述低通滤波器的输出端连接，所述第一开关输出端与所述谐波发生器的输入端连接，所述第一控制端与所述控制器连接；

第一均衡器，其输入端与所述第一开关输入端连接，所述第一均衡器的输出端与所述第一开关输出端连接。

5.根据权利要求4所述的虚拟低音生成电路，其特征在于，所述第二均衡电路包括：

第二开关，其包括第二开关输入端、第二开关输出端及第二控制端，所述第二开关输入端与所述高通滤波电路的输出端连接，所述第二开关输出端连接至所述第一节点，所述第二控制端与所述控制器连接；

第二均衡器，其输入端与所述第二开关输入端连接，所述第二均衡器的输出端与所述第二开关输出端连接。

6.一种音频设备，其特征在于，包括：

外壳，其包括收容腔；

扬声器，其收容于所述收容腔内；

如权利要求1至5任一项所述的虚拟低音生成电路；

功率放大电路，其输入端与所述虚拟低音生成电路的第一节点连接，所述功率放大电路的输出端与所述扬声器连接。

7.根据权利要求6所述的音频设备，其特征在于，所述音频设备还包括闪光灯与灯光驱动电路，所述灯光驱动电路的输入端与所述虚拟低音生成电路的控制器连接，所述灯光驱动电路的输出端与所述闪光灯连接。

8.根据权利要求6所述的音频设备，其特征在于，所述音频设备还包括无线通讯模块，所述无线通讯模块与所述虚拟低音生成电路的控制器连接。

9.根据权利要求6所述的音频设备，其特征在于，所述音频设备还包括显示屏，所述显示屏设置于所述外壳的表面，并与所述虚拟低音生成电路的控制器连接。

10.根据权利要求6至9任一项所述的音频设备，其特征在于，所述音频设备还包括USB接口，所述USB接口与所述控制器连接。