CN208739393U - 一种大功率高频声波发生装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种大功率高频声波发生装置，包括主控芯片、存储器、音频解码电路、功放模块、高音喇叭以及电源电路，主控芯片采用STM32芯片，音频解码电路采用VS1003音频解码器，所述主控芯片与音频解码电路通过SPI/I2S总线通信连接；所述音频解码电路接收主控芯片信号后转换为模拟音频信号，并输送至功放模块；所述功放模块接收到音频解码电路的音频信号后先放大再输出至高音喇叭；存储器通过SDIO/I2C接口与主控芯片通信连接；电源电路为主控芯片、存储器、音频解码电路、功放模块、高音喇叭提供电源。本实用新型电路结构简单，成本低，有利于普及推广，针对某特定场景及场所使用效果突出。

Description

一种大功率高频声波发生装置

技术领域

本实用新型涉及一种音频发生装置，尤其是涉及一种大功率高频声波发生装置。

背景技术

现有的音频发生装置即音响设备指的是电器设备组合发出声音的一套音频系统，音响系统大体包含：声源设备，例如：DVD、CD、MP3、MP4、电脑、手机、麦克风等声源输出设备；

音频信号动态处理设备，如压限器、效果器、调音台、音频处理器、均衡器等音频信号处理设备；音频信号放大设备，前级功率放大器、后级功率放大器、数字功率放大器等模拟功率放大器、设备；声音还原设备，全频音箱、吸顶喇叭、音柱、线阵音箱、阵列式音箱、高频喇叭、低音炮等。使用场景上基本集中在听音乐、广播教学、宣传喊话等场合。

目前尚无针对银行、监狱、政府大楼、学校、楼堂馆所等特定场景，以大功率声波驱散为特定功能的音频集成发生装置。在全国范围内反恐处突压力增大的情况下，现行的处置方案一般在获取现场报警信号或影像信息后，也无法做出相关的主动行为，一般只能等待出警处置，很难实现防御处突的及时性、时效性。现有音频发生装置使用场景一般用于听音乐、广播等场合，频响范围大，声波范围无针对性，一般无法在2k-4k特定频响范围内发声，或者功率不大，不能实现特定的驱散功能。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术不足，提出一种大功率高频声波发生装置，电路结构简单，成本低，有利于普及推广。针对某特定场景及场所使用效果突出。

本实用新型采用的技术方案：

一种大功率高频声波发生装置，包括主控芯片、存储器、音频解码电路、功放模块、高音喇叭以及电源电路，所述主控芯片采用STM32芯片，音频解码电路采用VS1003音频解码器，所述主控芯片与音频解码电路通过SPI/I2S总线通信连接；所述音频解码电路接收主控芯片信号后转换为模拟音频信号，并输送至功放模块；所述功放模块接收到音频解码电路的音频信号后先放大再输出至高音喇叭；存储器通过SDIO/I2C接口与主控芯片通信连接；电源电路为主控芯片、存储器、音频解码电路、功放模块、高音喇叭提供电源。

所述音频解码电路包括VS1003B音频解码芯片及其外围电路，高音喇叭包括语音喇叭以及高频喇叭，音频解码电路设有两路音频输出通道，一路输出至语音喇叭，一路输出至高频喇叭，两路音频输出通道通过继电器切换；音频解码芯片输出音频信号接入功放板的输入端，功放板的音频信号输出通过继电器切换连接两路音频输出。

所述的大功率高频声波发生装置，功放模块采用D类功放形式，高频喇叭采用复合物振膜，音腔设计后腔尽量大，前腔尽量小，放音孔直径控制在1.5mm-2.5mm之间，且放音孔面积不小于喇叭有效出音面积的20%；功放模块接收到来自音频解码电路的模拟音频信号后放大后输送至高频喇叭。

所述的大功率高频声波发生装置，电源电路采用升降压结合的形式，输入电压为12V，符合CCC认证规范，并且设置了两路DC-DC电路，一路降压成3.3V，供芯片主电路，一路升压成24V，供功放模块使用。

所述的大功率高频声波发生装置，外壳采用不锈钢冲压钣金或/和铝合金一体成型，内部采用8个高频喇叭按双声道构成4*2结构。

实用新型有益效果：

1、本实用新型大功率高频声波发生装置，针对特定声音频率、特定场景、特定功能开发，针对性高，使用效果显著。根据人耳的听音等响曲线专门开发的2k-4k发声音源，效率高，对人耳刺激较强。详见图7：横坐标为频率，纵坐标为声压级，由图可知在2k-4k范围内，达成相同的人耳听音响度需要的声压级为最低，在此区间内发声效率最高，且人耳最敏感。

2、本实用新型大功率高频声波发生装置，主控芯片采用STM32芯片，成本低，声音样本可定制。存储器使用flash芯片或TF卡为存储介质，具有掉电不丢失信息功能，内部存储有相关的音频文件，供所述主控芯片按需调取使用。支持本地存储，可存储各种声音样本。

3、本实用新型大功率高频声波发生装置，外壳采用不锈钢冲压钣金或/和铝合金一体成型工艺，可靠性高，寿命长，耐高温（瓦斯释放高温）。

4、本实用新型大功率高频声波发生装置，通过与目前传统安防体系的融合，使得传统安防体系对暴力犯罪只能起到简单震慑、一般警示和事后提取证据的作用提升到强力震慑、有效预防、及时制止的层面，有效制止犯罪的发生。适应当前各行业对重点防控区域的安防升级需求，实现了防控手段多样化、有效化。声音响度高达125dB。短时间即可令人感官超载、高效驱离，逃生欲望强烈，远离事发现场，不会对人体造成伤害和听力损伤。支持与现有的报警网络进行联动，对于一些无人值守的场所，可以对现场的红外探测器、微波探测器、门磁等探头触发的报警信号迅速做出反应，后台人员能够迅速的跳转到事发现场画面，并进行防御驱散相关操作。

5、本实用新型大功率高频声波发生装置，功放模块采用D类功放形式，发热小，功率大。高频喇叭采用复合物振膜，防水防尘，在2-4KHz频响范围内具备较高的灵敏度。高频喇叭采用两路输出，4并联，共8喇叭方案组合，提高发声效率，接收功放模块放大后的音频信号并发出相应声波。

6、本实用新型大功率高频声波发生装置，电源电路采用DC-DC转换模式，转换效率高，发热量低。为主控芯片、音频解码电路、功放模块、高频喇叭等提供电源。

附图说明

图1是本实用新型大功率高频声波发生装置的整体电路构成方框图；

图2是本实用新型大功率高频声波发生装置的主控芯片电路原理图；

图3a、图3b是装置集成的大容量存储器原理图（分别为micro SD卡和Flash芯片）；

图4是本实用新型大功率高频声波发生装置的音频解码电路原理图；

图5是本实用新型大功率高频声波发生装置的高频喇叭板原理图；

图6是本实用新型大功率高频声波发生装置的电源电路原理图；

图7是本实用新型发声音源基于人耳的听音等响测试曲线。

具体实施方式

下面通过具体实施方式，对本实用新型技术方案做进一步的详细描述。以下各实施例仅用于说明本实用新型，不应当构成对本实用新型保护范围的限定。本领域技术人员在现有技术范围内，采用惯用技术手段的置换以及和现有技术进行简单组合，均不脱离本实用新型保护范围。

实施例1

参见图1、图2，本实用新型大功率高频声波发生装置，包括主控芯片、存储器、音频解码电路、功放模块、高音喇叭以及电源电路，所述主控芯片采用STM32芯片，音频解码电路采用VS1003音频解码器，所述主控芯片与音频解码电路通过SPI/I2S总线通信连接；所述音频解码电路接收主控芯片信号后转换为模拟音频信号，并输送至功放模块；所述功放模块接收到音频解码电路的音频信号后先放大再输出至高音喇叭；存储器通过SDIO/I2C接口与主控芯片通信连接；电源电路为主控芯片、存储器、音频解码电路、功放模块、高音喇叭提供电源。

主控芯片采用STM32芯片，STM32系列基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARM内核。具有耗电量低、性能强大、支持外设多等特点。内部集成SPI、I2C、串口等接口。主控芯片与音频解码电路之前采用SPI接口通信。

存储器通过SDIO/I2C接口与主控芯片通信，传输预存的音频数据。通过集成大容量本地存储器，可预存储若干音频片段，因此可自由选择播放音频片段，以适应不同场合使用。如图3a、图3b所示，其存储形式可以为micro SD卡或Flash芯片等。

实施例2

参见图1、图2、图4，本实施例的大功率高频声波发生装置，和实施例1的不同之处在于：音频解码电路包括VS1003B音频解码芯片及其外围电路，高音喇叭包括语音喇叭以及高频喇叭，音频解码电路设有两路音频输出通道，一路输出至语音喇叭（用于喊话），一路输出至高频喇叭（声波输出），两路音频输出通道通过继电器切换；音频解码芯片输出音频信号接入功放板的输入端，功放板的音频信号输出通过继电器切换连接两路音频输出。

音频解码电路两路输出，一路输出至语音喇叭，可播放一般语音、音乐等音频，一路输出至高频喇叭，配合专有的2K-4K音频，具备强烈的驱散效果，两路音频通道通过继电器切换，可由主芯片自主控制，按需调配。VS1003B音频解码芯片接收到主控芯片的音频数据后，经解码后传输至功放模块。通信内容包括音频数据，控制指令等。

VS1003是一个多功能的从MP3和WMA解码芯片，支持MP3,WMA等音频格式。可对话筒输入或线路输入的音频信号进行IMA ADPCM编码，从麦克风或线路输入编码IMA ADPCM，支持 流媒体、低音和高频控制，运行功耗低。内含高性能片上立体声数模转换器，两声道间无相位差。

实施例3

参见图1、图2，本实施例的大功率高频声波发生装置，和实施例1或实施例2的不同之处在于：功放模块采用D类功放形式，高频喇叭采用复合物振膜，音腔设计后腔尽量大，前腔尽量小，放音孔直径控制在1.5mm-2.5mm之间，且放音孔面积不小于喇叭有效出音面积的20%；功放模块接收到来自音频解码电路的模拟音频信号后放大后输送至高频喇叭。

采用D类功放形式，发热小，功率大。D类功放指的是D类音频功率放大器（有时也称为数字功放）。通过控制开关单元的ON/OFF，驱动扬声器的放大器称D类放大器。D类放大器首次提出于1958年，近些年已逐渐流行起来。已经问世多年，与一般的线性AB类功放电路相比，D类功放有效率高、体积小等特点。D类功放是放大元件处于开关工作状态的一种放大模式。无信号输入时放大器处于截止状态，不耗电。工作时，靠输入信号让晶体管进入饱和状态，晶体管相当于一个接通的开关，把电源与负载直接接通。理想晶体管因为没有饱和压降而不耗电，实际上晶体管总会有很小的饱和压降而消耗部分电能。适用于大功率的场合，在理想情况下，D类功放的效率为100%。

一般高频喇叭的振膜材料有合金振膜、合金复合膜、玻璃膜、聚合物振膜等数种。硬球顶高频单元所回放的高频，音色明亮，具有金属感。适合播放流行音乐、电影音乐及效果音乐。制作优秀的合金振膜高频，也能较好地表现古典音乐及人声。软球顶高频单元重播音乐时的高频灵巧、松弛，具有很好的自然表现力。聚合物振膜具有防水防尘能力，可承受较大功率。本实用新型高频喇叭采用聚合物振膜，防水防尘，在2-4KHz频响范围内具备较高的灵敏度。高频喇叭接收到功放模块放大后发出的音频信号后发出相应的声音/声波信号。

本实用新型音腔设计遵循后腔尽量大，前腔尽量小的原则，避免了前后声音互相干涉抵消。放音孔直径控制在1.5mm-2.5mm之间，且放音孔面积不小于喇叭有效出音面积的20%，最大限度的保证了此频段内的声波播放效果。配合特殊设计的音腔结构和放音孔，对2K-4K特定频率内声音有放大效果，使得此波段音频更加突出，刺激效果更加强烈。

实施例4

参见图1、图2、图6，本实施例的大功率高频声波发生装置，与前述各实施例不同的是：电源电路采用升降压结合的形式，输入电压为12V，符合CCC认证规范，并且设置了两路DC-DC电路，一路降压成3.3V，供芯片主电路，一路升压成24V，供功放模块使用。

电源电路采用DC-DC转换模式，转换效率高，发热量低。兼顾了输入电压CCC规范及实际使用效果，使得在输入12V时满足电路整体需求。

本实用新型大功率高频声波发生装置，外壳采用不锈钢冲压钣金或/和铝合金一体成型，内部采用8个高频喇叭按双声道构成4*2结构（如图5所示），组合后总功率较大，指向性较强，使用效果良好。采用24C0X系列存储器或micro sd卡等存储设备为存储介质,其中存储有多段预存音频数据，系统配置文件等。24C0X与单片机的接口非常简单，其中A0，A1，A2为器件地址线，WP为写保护引脚，SCL，SDA为二线串行接口，符合I2C总线协议。

Claims (5)

1.一种大功率高频声波发生装置，包括主控芯片、存储器、音频解码电路、功放模块、高音喇叭以及电源电路，其特征在于：所述主控芯片采用STM32芯片，音频解码电路采用VS1003音频解码器，所述主控芯片与音频解码电路通过SPI/I2S总线通信连接；所述音频解码电路接收主控芯片信号后转换为模拟音频信号，并输送至功放模块；所述功放模块接收到音频解码电路的音频信号后先放大再输出至高音喇叭；存储器通过SDIO/I2C接口与主控芯片通信连接；电源电路为主控芯片、存储器、音频解码电路、功放模块、高音喇叭提供电源。

2.根据权利要求1所述的大功率高频声波发生装置，其特征在于：所述音频解码电路包括VS1003B音频解码芯片及其外围电路，高音喇叭包括语音喇叭以及高频喇叭，音频解码电路设有两路音频输出通道，一路输出至语音喇叭，一路输出至高频喇叭，两路音频输出通道通过继电器切换；音频解码芯片输出音频信号接入功放板的输入端，功放板的音频信号输出通过继电器切换连接两路音频输出。

3.根据权利要求2所述的大功率高频声波发生装置，其特征在于：功放模块采用D类功放形式，高频喇叭采用复合物振膜，音腔设计后腔尽量大，前腔尽量小，放音孔直径控制在1.5mm-2.5mm之间，且放音孔面积不小于喇叭有效出音面积的20%；功放模块接收到来自音频解码电路的模拟音频信号后放大后输送至高频喇叭。

4.根据权利要求1、2或3所述的大功率高频声波发生装置，其特征在于：电源电路采用升降压结合的形式，输入电压为12V，符合CCC认证规范，并且设置了两路DC-DC电路，一路降压成3.3V，供芯片主电路，一路升压成24V，供功放模块使用。

5.根据权利要求4所述的大功率高频声波发生装置，其特征在于：含有外壳，所述外壳采用不锈钢冲压钣金或/和铝合金一体成型，内部采用8个高频喇叭按双声道构成4*2结构。