CN209497574U - 一种数字分频的音频处理模块及其配套使用的耳机 - Google Patents

Abstract

一种数字分频的音频处理模块及其配套使用的耳机，音频处理模块由数字信号处理模块、数模转换模块、功率放大模块、音频输出接口顺序连接组成，数字信号处理模块包含至少一个音频DSP芯片，音频DSP芯片内置有数字均衡器和数字分频器，数字分频器包含多个不同频段的数字滤波器，数模转换模块是由多个数模转换器组成的集成电路模块，功率放大模块是由多路功率放大电路组成的集成电路模块。与音频处理模块配套使用的耳机为多发声单元耳机，其连接线包含多条线芯并分别连接多个发声单元。本实用新型采用数字分频的音频处理模块能够输出多路模拟信号直接推动多个发声单元的耳机，其分频点精确、频段不重叠、分频功耗小、多个发声单元可分别重放高中低音。

Description

一种数字分频的音频处理模块及其配套使用的耳机

技术领域

本实用新型涉及音频处理和耳机技术领域，尤其涉及一种数字分频的音频处理模块和一种多发声单元的耳机。

背景技术

目前，常见的音频处理电路一般都是：数字处理模块接收音频信号进行编码解码输出数字音频信号，然后经过数模转换模块（DAC）转换输出模拟音频信号，再由功率放大模块进行功率放大，最后由音频输出接口输出左右声道共两路模拟信号，这样一来，我们常用的耳机通常情况下就只能左右声道各用一个单元来重放声音，这样的缺点是：由于一个发声单元同时要发出整个声音频域（20Hz-20KHz） 的声波，当音乐信号中包含的高、中、低频信号都非常丰富时，发声单元的单一振膜要发出高、中、低频的声音，负担会非常大，高、中、低频难以兼顾，尤其是低频成分多的时候，会明显影响到中高频声音的重放，使发出的声音产生失真以及定位不准确，这样就很难满足用户对高保真音质的完美追求。

当然，市面上已经有模拟分频的多发声单元耳机，这种耳机用电感 L、电容 C 及电阻 R 做为分频器安装于耳机壳体内，但这种分频方法的不足是：分频点难以精确控制，高音与中音重叠，中音与低音重叠，使用 LCR分频器会降低耳机的灵敏度和增加相位偏移，使得各发声单元灵敏度配型难，导致声音失真。LCR 分频器的衰减斜率只有 -3dB，发音单元的频率响应都比+/-3dB 还要多，导致分频点不能明确，分频过渡点重叠的部分多，衔接的问题突出，多个单元同时发出重叠的音乐信号，导致声音模糊，边界不清晰。由此可见，耳机发声单元串接 LCR 后会产生相移、声音变重叠、变模糊、定位不准确、灵明度降低，从而使声音重放产生失真。

另外，我们常见的音频系统一般都会配有软件均衡器，这种软件均衡器可以对声音频响进行增益或衰减，但通常情况下，普通用户难以获取耳机发声单元的频响曲线，无法对发声单元进行针对性的频响调整，只能凭主观感觉对均衡器进行调节，这样容易使声音产生更大的失真。

实用新型内容

针对现有音频处理技术只能输出左右声道两路模拟音频信号以及单发声单元耳机和采用模拟分频器的多发声单元耳机在声音重放过程中都会生产失真的弊端，本实用新型目的在于提供一种可以输出多路模拟音频信号的采用数字分频的音频处理模块及其配套使用的多发声单元耳机。

为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种数字分频的音频处理模块，该模块由数字信号处理模块、数模转换模块、功率放大模块、音频输出接口顺序连接组成，所述数字信号处理模块包含至少一个音频DSP芯片，所述音频DSP芯片内置有数字均衡器和数字分频器，所述数字分频器包含多个不同频段的数字滤波器，所述数模转换模块是由多个数模转换器组成的集成电路模块，所述功率放大模块是由多路功率放大电路组成的集成电路模块。

所述的数字分频器由左声道低频数字滤波器、左声道中频数字滤波器、左声道中高频数字滤波器、左声道高频数字滤波器、左声道极高频数字滤波器、右声道低频数字滤波器、右声道中频数字滤波器、右声道中高频数字滤波器、右声道高频数字滤波器、右声道极高频数字滤波器组成。

所述的数模转换模块是由左声道低频信号数模转换器、左声道中频信号数模转换器、左声道中高频信号数模转换器、左声道高频信号数模转换器、左声道极高频信号数模转换器、右声道低频信号数模转换器、右声道中频信号数模转换器、右声道中高频信号数模转换器、右声道高频信号数模转换器、右声道极高频信号数模转换器组成的集成电路模块。

所述的功率放大模块是由左声道低频信号功率放大电路、左声道中频信号功率放大电路、左声道中高频信号功率放大电路、左声道高频信号功率放大电路、左声道极高频信号功率放大电路、右声道低频信号功率放大电路、右声道中频信号功率放大电路、右声道中高频信号功率放大电路、右声道高频信号功率放大电路、右声道极高频信号功率放大电路组成的集成电路模块。

所述的音频输出接口的触点呈上下两排分布，其中一排从左至右的触点通过多层电路板上的铜箔线和金属化过孔与另一排从右至左的触点依次顺序连接，连接后其中一排触点从左至右的功能定义与另一排触点从左至右的功能定义正好相反。

一种与上述音频处理模块配套使用的耳机，包括插头、连接线、壳体、发声单元、硅胶耳套，所述壳体由后壳和前盖组成，所述前盖侧面设有两个圆筒型出音口，所述两个圆筒型出音口分别设有环形凹槽，所述硅胶耳套设有两个圆筒套并套接在所述两个圆筒型出音口；所述发声单元由低频发声单元、中频发声单元、中高频发声单元、高频发声单元、极高频发声单元组成；所述连接线包含多条线芯并分别连接左声道低频发声单元、左声道中频发声单元、左声道中高频发声单元、左声道高频发声单元、左声道极高频发声单元、右声道低频发声单元、右声道中频发声单元、右声道中高频发声单元、右声道高频发声单元、右声道极高频发声单元。

所述前盖正面开有若干个透气孔，所述前盖内设有两个圆坑型内腔，所述中频发声单元固定于其中一个圆坑型内腔中，所述极高频发声单元固定于另一个圆坑型内腔中,所述两个圆坑型内腔分别设有一条导音管连接至所述两个圆筒型出音口；所述中高频发声单元和高频发声单元也固定于前盖内，所述中高频发声单元和高频发声单元分别设有一条导音管连接至其中一个圆筒型出音口；所述前盖还设有一个环形固定座与前盖口边沿套接，所述低频发声单元固定于所述环形固定座上，所述环形固定座开有若干个小孔，多条线芯分别从所述小孔穿过并连接所述中频发声单元、所述中高频发声单元、所述高频发声单元、所述极高频发声单元。

所述硅胶耳套包覆着整个前盖及后壳之一部分，所述后壳之一部分壳面低于后壳整体壳面而形成一高低台阶，所述高低台阶处设有一个环形固定圈，该环形固定圈将所述硅胶耳套开口边沿固定于所述高低台阶处。

所述低频发声单元为动圈式发声单元，其直径尺寸介于12-16毫米之间；所述中频发声单元为小型动圈式发声单元，其直径尺寸介于7-12毫米之间；所述中高频发声单元为中高频动铁式发声单元，所述高频发声单元为高频动铁式发声单元；所述极高频发声单元为微型动圈式发声单元，其直径尺寸介于3-7毫米之间。

所述插头的触点呈上下两排分布，其中一排从左至右的触点通过多层电路板上的铜箔线和金属化过孔与另一排从右至左的触点依次顺序连接，连接后其中一排触点从左至右的功能定义与另一排触点从左至右的功能定义正好相反。

本实用新型的工作原理是：数字处理模块在接收数字音频信号后，先进入内置在音频DSP芯片中的数字均衡器，对数字音频信号各频段的频率响应进行增益或衰减，然后进入数字分频器，根据预设的分频点进行数字分频后输出：左声道低频数字信号、左声道中频数字信号、左声道中高频数字信号、左声道高频数字信号、左声道极高频数字信号、右声道低频数字信号、右声道中频数字信号、右声道中高频数字信号、右声道高频数字信号、右声道极高频数字信号，这些数字信号经过数模转换模块和功率放大模块处理后从音频输出接口输出：左声道低频模拟信号、左声道中频模拟信号、左声道中高频模拟信号、左声道高频模拟信号、左声道极高频模拟信号、右声道低频模拟信号、右声道中频模拟信号、右声道中高频模拟信号、右声道高频模拟信号、右声道极高频模拟信号共10路模拟信号，这10路模拟信号接入配套使用的多发声单元耳机，通过耳机线内相应的线芯分别连接左声道低频发声单元、左声道中频发声单元、左声道中高频发声单元、左声道高频发声单元、左声道极高频发声单元、右声道低频发声单元、右声道中频发声单元、右声道中高频发声单元、右声道高频发声单元、右声道极高频发声单元，最终将模拟信号转化成声音供用户聆听。

与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果：1、与现有常用的音频处理电路相比，本实用新型提供的音频处理模块采用数字分频能够输出多路模拟信号直接推动多个发声单元，能够充分利用多单元耳机在重放高中低音时的优势，克服了单个发声单元耳机在重放声音时容易产生失真的缺点。2、与现有的LCR模拟分频相比，本实用新型采用的数字分频具有分频点精确、各频段可无缝衔接、频段不重叠、分频功耗小、分频信号几乎无衰减失真等优点。3、本实用新型所述的音频DSP芯片中内置有数字均衡器，该均衡器可以配合定制的软件系统在工厂内根据耳机各个发声单元的频响曲线进行“一对一”综合校正和匹配，通过对频率响应进行增益或衰减，使多个发声单元最终输出的频响曲线更加平滑，频响曲线越平滑，声音重放的保真度就越好，通过这种针对性地调校，可以充分地利用多个发声单元的声音特性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。

图1是本实用新型的工作原理方框图。

图2是本实用新型的结构方框图。

图3是本实用新型音频输出接口触点功能定义的示意图。

图4是本实用新型耳机插头触点功能定义的示意图。

图5是本实用新型耳机套上硅胶耳套的立体图。

图6是实用新型耳机前盖与后壳装配示意图。

图7是本实用新型耳机前盖的立体图。

图8是本实用新型耳机前盖内装配完发声单元和导音管后的立体图。

图9是本实用新型耳机前盖装配完环形固定座和低频发声单元的立体图。

图10是本实用新型耳机未套硅胶耳套的立体图。

图11是本实用新型耳机硅胶耳套的立体图。

图12是本实用新型音频DSP芯片内置的数字均衡器的软件图形化操作界面。

图13是本实用新型耳机各发声单元整体输出的频响曲线图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型优选的实施例进行说明。

由图1可见，数字分频的音频处理模块由数字信号处理模块101、数模转换模块103、功率放大模块104、音频输出接口顺序连接组成，数字信号处理模101块包含一个音频DSP芯片，音频DSP芯片内置有数字均衡器102和数字分频器103，数字分频器103包含多个不同频段的数字滤波器，数模转换模块104是由多个数模转换器组成的集成电路模块，功率放大模块105是由多路功率放大电路组成的集成电路模块。

由图2可见，数字分频器103由左声道低频数字滤波器、左声道中频数字滤波器、左声道中高频数字滤波器、左声道高频数字滤波器、左声道极高频数字滤波器、右声道低频数字滤波器、右声道中频数字滤波器、右声道中高频数字滤波器、右声道高频数字滤波器、右声道极高频数字滤波器组成。由图12可见，优选的数字分频实施方案是：低频频段为20-160Hz，中频频段为160-1280Hz，中高频频段为1.28-2.56KHz，高频频段为2.56-5.12KHz，极高频频段为5.12-20KHz。

由图2可见，数模转换模块104是由左声道低频信号数模转换器(DAC)、左声道中频信号数模转换器(DAC)、左声道中高频信号数模转换器(DAC)、左声道高频信号数模转换器(DAC)、左声道极高频信号数模转换器(DAC)、右声道低频信号数模转换器(DAC)、右声道中频信号数模转换器(DAC)、右声道中高频信号数模转换器(DAC)、右声道高频信号数模转换器(DAC)、右声道极高频信号数模转换器(DAC)组成的集成电路模块。

由图2可见，功率放大模块105是由左声道低频信号功率放大电路、左声道中频信号功率放大电路、左声道中高频信号功率放大电路、左声道高频信号功率放大电路、左声道极高频信号功率放大电路、右声道低频信号功率放大电路、右声道中频信号功率放大电路、右声道中高频信号功率放大电路、右声道高频信号功率放大电路、右声道极高频信号功率放大电路组成的集成电路模块。

由图3可见，音频输出接口301的触点302呈上下两排分布，其中一排从左至右的触点通过多层电路板上的铜箔线和金属化过孔与另一排从右至左的触点依次顺序连接，连接后其中一排触点从左至右的功能定义与另一排触点从左至右的功能定义正好相反，即采用正反插的设计。

其中上排触点从左至右的定义是：左声道接地端（L-Gnd）、左声道低频模拟信号输出端（L-Low）、左声道中频模拟信号输出端（L-Mid）、左声道中高频模拟信号输出端（L-MHi）、左声道高频模拟信号输出端（L-Hi）、左声道极高频模拟信号输出端（L-VHi）、右声道极高频模拟信号输出端（R-VHi）、右声道高频模拟信号输出端（R-Hi）、右声道中高频模拟信号输出端（R-MHi）、右声道中频模拟信号输出端（R-Mid）、右声道低频模拟信号输出端（R-Low）、右声道接地端（R-Gnd）。

下排触点从左至右的定义是：右声道接地端（R-Gnd）、右声道低频模拟信号输出端（R-Low）、右声道中频模拟信号输出端（R-Mid）、右声道中高频模拟信号输出端（R-MHi）、右声道高频模拟信号输出端（R-Hi）、右声道极高频模拟信号输出端（R-VHi）、左声道极高频模拟信号输出端（L-VHi）、左声道高频模拟信号输出端（L-Hi）、左声道中高频模拟信号输出端（L-MHi）、左声道中频模拟信号输出端（L-Mid）、左声道低频模拟信号输出端（L-Low）、左声道接地端（L-Gnd）。

由图4可见，耳机插头401的触点402呈上下两排分布，其中一排从左至右的触点通过多层电路板上的铜箔线和金属化过孔与另一排从右至左的触点依次顺序连接，连接后其中一排触点从左至右的功能定义与另一排触点从左至右的功能定义正好相反，即采用正反插的设计。

其中上排触点从左至右的定义是：右声道接地端（R-Gnd）、右声道低频模拟信号输入端（R-Low）、右声道中频模拟信号输入端（R-Mid）、右声道中高频模拟信号输入端（R-MHi）、右声道高频模拟信号输入端（R-Hi）、右声道极高频模拟信号输入端（R-VHi）、左声道极高频模拟信号输入端（L-VHi）、左声道高频模拟信号输入端（L-Hi）、左声道中高频模拟信号输入端（L-MHi）、左声道中频模拟信号输入端（L-Mid）、左声道低频模拟信号输入端（L-Low）、左声道接地端（L-Gnd）。

下排触点从左至右的定义是：左声道接地端（L-Gnd）、左声道低频模拟信号输入端（L-Low）、左声道中频模拟信号输入端（L-Mid）、左声道中高频模拟信号输入端（L-MHi）、左声道高频模拟信号输入端（L-Hi）、左声道极高频模拟信号输入端（L-VHi）、右声道极高频模拟信号输入端（R-VHi）、右声道高频模拟信号输入端（R-Hi）、右声道中高频模拟信号输入端（R-MHi）、右声道中频模拟信号输入端（R-Mid）、右声道低频模拟信号输入端（R-Low）、右声道接地端（R-Gnd）。

由图5和图6可见，与上述的音频处理模块配套使用的耳机包括插头401、连接线601、壳体502、发声单元、硅胶耳套501，壳体502由后壳603和前盖604组成，其中发声单元由低频发声单元605、中频发声单元606、中高频发声单元607、高频发声单元608、极高频发声单元609组成，连接线601包含多条线芯602并分别连接左声道低频发声单元、左声道中频发声单元、左声道中高频发声单元、左声道高频发声单元、左声道极高频发声单元、右声道低频发声单元、右声道中频发声单元、右声道中高频发声单元、右声道高频发声单元、右声道极高频发声单元。其中，低频发声单元605选用直径尺寸为13毫米的动圈式发声单元；中频发声单元606选用直径尺寸为9毫米的小型动圈式发声单元；中高频发声单元607选用中高频动铁式发声单元，高频发声单元608选用高频动铁式发声单元，极高频发声单元609选用直径尺寸为4毫米微型动圈式发声单元。

由图7可见，前盖604侧面设有两个圆筒型出音口701，两个圆筒型出音口分别设有环形凹槽702，前盖正面开有6个透气孔703。

由图7和图8可见，前盖604内设有两个圆坑型内腔704，中频发声单元606固定于其中一个较大的圆坑型内腔704中，极高频发声单元609固定于另一个较小的圆坑型内腔704中，两个圆坑型内腔704分别设有一条导音管701连接至两个圆筒型出音口701；中高频发声单元607和高频发声单元608也固定于前盖内，中高频发声单元607和高频发声单元608分别设有一条导音管连接至其中一个圆筒型出音口701。

由图9和图6可见，前盖604设有一个环形固定座901与前盖604口边沿套接，低频发声单元605固定于环形固定座901上，环形固定座901开有4个小孔902，多条线芯602分别从这4个小孔902穿过并连接中频发声单元606、中高频发声单元607、高频发声单元608、极高频发声单元609。

由图11、图10、图5可见，硅胶耳套501设有两个圆筒套1101套接在两个圆筒型出音口701，硅胶耳套501包覆着整个前盖604及后壳603之一部分，后壳603之一部分壳面低于后壳603整体壳面而形成一高低台阶1001，在高低台阶处1001设有一个环形固定圈1002，该环形固定圈1002将硅胶耳套501开口边沿固定于高低台阶处1001。

由图12和图13可见，本实用新型所用的音频DSP芯片内置的数字均衡器采用32段精确调整的均衡器，该均衡器可以配合定制的软件系统在工厂生产期间就可以根据耳机各个发声单元的频响曲线进行“一对一”综合校正和匹配，通过对频率响应进行增益或衰减，使多个发声单元最终输出的频响曲线更加平滑，如图13所示，图中虚线的频响曲线表示数字均衡器调整前的频响曲线，图中实线的频响曲线表示数字均衡器调整后的频响曲线，很明显，调整后的频响曲线更加平滑。

以上所述仅为本实用新型较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本实用新型的技术构思在具体实施方式和应用范围上作出其他相应的改进和变形，而这些改进和变形都应属于本实用新型权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种数字分频的音频处理模块，该模块由数字信号处理模块、数模转换模块、功率放大模块、音频输出接口顺序连接组成，其特征是：所述数字信号处理模块包含至少一个音频DSP芯片，所述音频DSP芯片内置有数字均衡器和数字分频器，所述数字分频器包含多个不同频段的数字滤波器，所述数模转换模块是由多个数模转换器组成的集成电路模块，所述功率放大模块是由多路功率放大电路组成的集成电路模块。

2.根据权利要求1所述的数字分频的音频处理模块，其特征是：所述数字分频器由左声道低频数字滤波器、左声道中频数字滤波器、左声道中高频数字滤波器、左声道高频数字滤波器、左声道极高频数字滤波器、右声道低频数字滤波器、右声道中频数字滤波器、右声道中高频数字滤波器、右声道高频数字滤波器、右声道极高频数字滤波器组成。

3.根据权利要求1所述的数字分频的音频处理模块，其特征是：所述数模转换模块是由左声道低频信号数模转换器、左声道中频信号数模转换器、左声道中高频信号数模转换器、左声道高频信号数模转换器、左声道极高频信号数模转换器、右声道低频信号数模转换器、右声道中频信号数模转换器、右声道中高频信号数模转换器、右声道高频信号数模转换器、右声道极高频信号数模转换器组成的集成电路模块。

4.根据权利要求1所述的数字分频的音频处理模块，其特征是：所述功率放大模块是由左声道低频信号功率放大电路、左声道中频信号功率放大电路、左声道中高频信号功率放大电路、左声道高频信号功率放大电路、左声道极高频信号功率放大电路、右声道低频信号功率放大电路、右声道中频信号功率放大电路、右声道中高频信号功率放大电路、右声道高频信号功率放大电路、右声道极高频信号功率放大电路组成的集成电路模块。

5.根据权利要求1所述的数字分频的音频处理模块，其特征是：所述音频输出接口的触点呈上下两排分布，其中一排从左至右的触点通过多层电路板上的铜箔线和金属化过孔与另一排从右至左的触点依次顺序连接，连接后其中一排触点从左至右的功能定义与另一排触点从左至右的功能定义正好相反。

6.一种与数字分频的音频处理模块配套使用的耳机，包括插头、连接线、壳体、发声单元、硅胶耳套，所述壳体由后壳和前盖组成，其特征是：所述前盖侧面设有两个圆筒型出音口，所述两个圆筒型出音口分别设有环形凹槽，所述硅胶耳套设有两个圆筒套并套接在所述两个圆筒型出音口；所述发声单元由低频发声单元、中频发声单元、中高频发声单元、高频发声单元、极高频发声单元组成；所述连接线包含多条线芯并分别连接左声道低频发声单元、左声道中频发声单元、左声道中高频发声单元、左声道高频发声单元、左声道极高频发声单元、右声道低频发声单元、右声道中频发声单元、右声道中高频发声单元、右声道高频发声单元、右声道极高频发声单元。

7.根据权利要求6所述的耳机，其特征是：所述前盖正面开有若干个透气孔，所述前盖内设有两个圆坑型内腔，所述中频发声单元固定于其中一个圆坑型内腔中，所述极高频发声单元固定于另一个圆坑型内腔中，所述两个圆坑型内腔分别设有一条导音管连接至所述两个圆筒型出音口；所述中高频发声单元和高频发声单元也固定于前盖内，所述中高频发声单元和高频发声单元分别设有一条导音管连接至其中一个圆筒型出音口；所述前盖还设有一个环形固定座与前盖口边沿套接，所述低频发声单元固定于所述环形固定座上，所述环形固定座开有若干个小孔，多条线芯分别从所述小孔穿过并连接所述中频发声单元、所述中高频发声单元、所述高频发声单元、所述极高频发声单元。

8.根据权利要求6所述的耳机，其特征是：所述硅胶耳套包覆着整个前盖及后壳之一部分，所述后壳之一部分壳面低于后壳整体壳面而形成一高低台阶，所述高低台阶处设有一个环形固定圈，该环形固定圈将所述硅胶耳套开口边沿固定于所述高低台阶处。

9.根据权利要求6所述的耳机，其特征是：所述低频发声单元为动圈式发声单元，其直径尺寸介于12-16毫米之间；所述中频发声单元为小型动圈式发声单元，其直径尺寸介于7-12毫米之间；所述中高频发声单元为中高频动铁式发声单元；所述高频发声单元为高频动铁式发声单元；所述极高频发声单元为微型动圈式发声单元，其直径尺寸介于3-7毫米之间。

10.根据权利要求6所述的耳机，其特征是：所述插头的触点呈上下两排分布，其中一排从左至右的触点通过多层电路板上的铜箔线和金属化过孔与另一排从右至左的触点依次顺序连接，连接后其中一排触点从左至右的功能定义与另一排触点从左至右的功能定义正好相反。