CN209692707U - 智能音频放大器自适应系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及智能音频放大器自适应系统，包括音频放大器、与音频放大器的供电输入端相连接的电压输出模块和与音频放大器的音频输出端相连接的扬声器；还包括用于自适应调节音频放大器的功率电源电压的电压控制模块、输入音频功率感知模块和输出音频功率感知模块，电压控制模块设置在电压输出模块和音频放大器之间，输入音频功率感知模块和输出音频功率感知模块分别与电压控制模块的音频输入端和功率输出端相连接。本实用新型通过在电压输出模块和音频放大器之间设置的电压控制模块来调节电压输出模块的输出电压DC，从而对音频放大器的功率电源电压进行自适应调节以实现更好的音频效率和性能。

Description

智能音频放大器自适应系统

技术领域

本实用新型涉及音频控制技术领域，尤其是涉及智能音频放大器自适应系统。

背景技术

在当前的扬声器产品设计中，我们总是向音频放大器提供固定电压或电池电压，然而，为了保持低THD + N（总谐波失真加噪声）并输出更高的音频功率，我们始终提供更高的功率电源电压（音频放大器的功率电源电压），然而扬声器产品并不总是以最大输出功率运行，输出功率会根据音频输入源，音量/低音/高音设置等而变化，从而导致音频的转化效率不好且不稳定；因此我们需要重新设计电路，来优化电压以获得更好的音频效率和性能。同时，对于带电池的扬声器产品，我们可以获得更好的音频播放时间。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本实用新型提供了智能音频放大器自适应系统，通过在向音频放大器的功率电源电压和电压输出模块之间增加了一个电压控制模块来优化音频放大器的功率电源电压以获得更好的音频效率和性能。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下技术方案：

智能音频放大器自适应系统，包括音频放大器、与所述音频放大器的供电输入端相连接的电压输出模块和与所述音频放大器的音频输出端相连接的扬声器；还包括用于自适应调节音频放大器的功率电源电压大小的电压控制模块、输入音频功率感知模块和输出音频功率感知模块，所述电压控制模块设置在所述电压输出模块和音频放大器之间，所述输入音频功率感知模块的输出端与所述电压控制模块的音频输入端相连接，所述输出音频功率感知模块的功率输入端与所述音频放大器的功率输出端相连接，所述输出音频功率感知模块的功率输出端分别与所述电压控制模块的功率反馈输入端和扬声器的音频输入端相连接。

进一步的，作为优选技术方案，所述电压控制模块包括电压控制器和与所述电压控制器的信号输出端相连接的DC-DC电源转换器，所述输入音频功率感知模块的输出端与所述电压控制器的音频输入端相连接，所述输出音频功率感知模块的功率输出端与所述电压控制模块的功率反馈输入端相连接，所述电压输出模块的与所述DC-DC电源转换器的电压输入端相连接。

进一步的，作为优选技术方案， DC-DC电源转换器还包括用于根据电压控制器输出的使能信号进行输出电压调节的使能输入端。

进一步的，作为优选技术方案，还包括声音控制模块，所述声音控制模块（5）与所述电压控制器的调节输入端相连接。

进一步的，作为优选技术方案，所述声音控制模块所设置的声音包括音频的音量、低音或高音。

进一步的，作为优选技术方案，所述电压控制器包括MCU或CPU。

进一步的，作为优选技术方案，所述电压输出模块的输出电压DC为固定电压或电池电压。

基于上述的技术方案，本实用新型取得的技术效果为：本实用新型通过在电压输出模块和音频放大器的供电输入端之间设置的电压控制模块来调节电压输出模块的输出电压DC，从而对音频放大器的功率电源电压进行自适应调节以实现更好的音频效率和性能。

附图说明

图1为本实用新型结构框图1。

图2为本实用新型结构框图2。

图3为现有技术输出功率和电源电压关系图。

图4为现有技术总输出功率和效率关系图。

图5为本实用新型流程图。

图6为本实用新型电压功率电源电压优化流程图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将结合附图和具体的实施例对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳实施方式。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本实用新型的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文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。本文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，不是旨在于限制本实用新型。

本实用新型的智能音频放大器自适应系统，如图1-2所示：包括音频放大器1、与音频放大器1的供电输入端相连接的电压输出模块2、与音频放大器1的音频输出端相连接的扬声器3、用于自适应调节音频放大器1的功率电源电压的电压控制模块4、声音控制模块5、输入音频功率感知模块6和输出音频功率感知模块7，电压控制模块4设置在电压输出模块2和音频放大器1之间，声音控制模块5与电压控制模块4的调节输入端相连接，输入音频功率感知模块6的输出端与电压控制模块4的音频输入端相连接，输出音频功率感知模块7的功率输入端与音频放大器1的功率输出端相连接，输出音频功率感知模块7的功率输出端分别与电压控制模块4的功率反馈输入端和扬声器3的音频输入端相连接。输入音频功率感知模块6用于将输入的音频信号转换为数字信号并确定音频信号的功率信息发送给电压控制器41。

本实用新型的电压控制模块4包括电压控制器41和与电压控制器41的信号输出端相连接的DC-DC电源转换器42，声音控制模块5与电压控制器41的调节输入端相连接，输入音频功率感知模块6的输出端与电压控制器41的音频输入端相连接，输出音频功率感知模块7的功率输出端与电压控制模块4的功率反馈输入端相连接，电压输出模块2的与DC-DC电源转换器42的电压输入端相连接。

其中，电压控制器41用于将声音控制模块5所输出的声音信息、输入音频功率感知模块6输入的输入音频功率信息和输出音频功率感知模块7反馈的输出音频功率信息进行比较计算并发送使能信号给DC-DC电源转换器42，同时存储实时的声音信息、音频信息、输出音频功率信息、输出电压DC和功率电源电压；DC-DC电源转换器42还包括用于根据电压控制器输出的使能信号进行输出电压调节的使能输入端，DC-DC电源转换器42根据电压控制器41发送的使能信号对电压输出模块2的输出电压DC进行转换变压，以调节音频放大器1的功率电源电压；输出音频功率感知模块7用于检测音频放大器1的输出音频功率信息并反馈给电压控制器41。声音控制模块5设置的声音包括音频的音量、低音或高音，用于对输出音频的的音量、低音或高音进行设置；电压控制器41包括MCU或CPU；电压输出模块2的输出电压DC为固定电压或电池电压；功率电源电压表示功率电源电压。

本实用新型的电压控制器41是根据声音控制模块5、输入音频功率感知模块6和输出音频功率感知模块7控制DC-DC电源转换器42，进而优化音频放大器1的PVDD。在本实用新型中，声音控制模块5用于搜集一些声音相关的设定参数，例如音量、高频与低频之类的；输入音频功率感知模块6是一类比转数位IC，如果音频信号是类比的，就要用其他转换IC让电压控制器41知道输入功率大小；输出音频功率感知模块7用于侦测输出电流大小。

本实用新型为了优化音频放大器1的功率电源电压以获得更好的音频效率和性能，是在图3和图4的转化基础上对音频放大器的功率电源电压作进一步的优化。

图3是现有技术输出功率和电源电压关系图，为了保持低THD + N并输出更高的音频功率，我们始终提供更高的功率电源电压，依此为例，当我们想要输出20W的功率并保持相同的THD + N = 1％时，我们将音频放大器1的功率电源电压设置为20V，即PVDD=20V；其中THD + N表示总谐波失真加噪声。本图中，虚线表示热限制区域。

同样的，图4为现有技术总输出功率和效率关系图，此图中，我们可以看到效率，输出功率和功率电源电压关系，以5W输出功率为例，PVDD = 24V的效率为71％，但PVDD = 8V的效率为88％。本图中，虚线表示热限制区域。

而本实用新型通过在电压输出模块2和音频放大器1的供电输入端之间增加了一个电压控制模块4来调节电压输出模块2的输出电压DC，从而对音频放大器1的功率电源电压进行自适应调节以获得更好的音频效率和性能。基于图2和图3的数据的一个示例，本实用新型的设置如下：

（1）输出<= 5W，PVDD = 10V

（2）5W <输出<= 10W，PVDD = 14V

（3） 10W <输出<= 15W，PVDD = 17V

（4）15W <输出，PVDD = 20V

本实用新型的工作流程如图5所示，包括如下步骤：

S110. 音频源输出音频；

S120. 声音控制模块5对音频的音量、低音或高音进行设置并发送音频信息给电压控制模块4；

S130. 电压控制模块4根据音频信息估算总输出音频功率；

S140. 电压控制模块4根据总输出音频功率判断音频放大器1当前的功率电源电压效率是否是优化的，若是，则保持同样的功率电源电压，否则，对功率电源电压进行调整；

S150. 然后再判断音频的音量、低音或高音以及音频输入大小是否变化，若是，则继续步骤S30，否则继续执行本步骤。

本实用新型在音频放大器1的功率电源电压 优化过程中，通过流程图6来验证改变电压输出模块2的输出电压DC和音量、低音或高音的设置，从而完成PVDD的优化以提高效率。

PVDD的优化包括如下步骤：

S210. 电压输出模块2向音频放大器1输入电压DC；

S220. 输入音频功率感知模块6侦测输入音频信号的大小；

S230. 声音控制模块5对音频的音量、低音或高音进行设置并发送音频信息给电压控制模块4；

S240. 电压控制模块4测试输入音频功率，THD+N和效率；

S250. 电压控制模块4判断输出音频功率，THD+N是否比最大输出电压DC对应的PVDD差，若是，执行步骤S260，否则，设置新的PVDD=当前PVDD-1V，并返回执行步骤S240；

S260. 判断新的PVDD-1V的效率是否大于最大输出电压DC对应的PVDD的效率，若是，执行步骤S270，否则，执行步骤S220；

S270. 确定新的PVDD-1V的效率是优化的；

S280. 记录输入音频信号的功率大小、设置的音量、低音或高音、输出功率、新的PVDD-1V和查找表中的效率。

本实用新型通过在电压输出模块2和音频放大器1的供电输入端之间增加了一个电压控制模块4来调节电压输出模块2的输出电压DC，从而对音频放大器1的PVDD进行自适应调节，同时在知道了音频放大器1的PVDD的最佳效率后，通过电压控制器41控制电压输出模块2的输出电压DC、设置不同的音量、低音或高音和输出音频功率感知模块7反馈的输出音频功率大小，从而改变DC-DC电源转换器42输出的电压DC，即改变了音频放大器1的PVDD以提高音频效率，获得更好的音频效率和性能，并记录存储最优音频效率时的电压输出模块2的输出电压DC、输入音频信号的大小、设置的音量、低音或高音、输出功率、新的PVDD-1V和查找表中的效率。在本实用新型中，PVDD表示音频放大器的功率电源电压。

以上内容仅仅为本实用新型的结构所作的举例和说明，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些显而易见的替换形式均属于本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.智能音频放大器自适应系统，包括音频放大器（1）、与所述音频放大器（1）的供电输入端相连接的电压输出模块（2）和与所述音频放大器（1）的音频输出端相连接的扬声器（3）；其特征在于，还包括用于自适应调节音频放大器（1）的功率电源电压大小的电压控制模块（4）、输入音频功率感知模块（6）和输出音频功率感知模块（7），所述电压控制模块（4）设置在所述电压输出模块（2）和音频放大器（1）之间，所述输入音频功率感知模块（6）的输出端与所述电压控制模块（4）的音频输入端相连接，所述输出音频功率感知模块（7）的功率输入端与所述音频放大器（1）的功率输出端相连接，所述输出音频功率感知模块（7）的功率输出端分别与所述电压控制模块（4）的功率反馈输入端和扬声器（3）的音频输入端相连接。

2.根据权利要求1所述的智能音频放大器自适应系统，其特征在于，所述电压控制模块（4）包括电压控制器（41）和与所述电压控制器（41）的信号输出端相连接的DC-DC电源转换器（42），所述输入音频功率感知模块（6）的输出端与所述电压控制器（41）的音频输入端相连接，所述输出音频功率感知模块（7）的功率输出端与所述电压控制模块（4）的功率反馈输入端相连接，所述电压输出模块（2）的与所述DC-DC电源转换器（42）的电压输入端相连接。

3. 根据权利要求2所述的智能音频放大器自适应系统，其特征在于， DC-DC电源转换器（42）还包括用于根据电压控制器输出的使能信号进行输出电压调节的使能输入端。

4.根据权利要求2所述的智能音频放大器自适应系统，其特征在于，还包括声音控制模块（5），所述声音控制模块（5）与所述电压控制器（41）的调节输入端相连接。

5.根据权利要求4所述的智能音频放大器自适应系统，其特征在于，所述声音控制模块（5）所设置的声音包括音频的音量、低音或高音。

6.根据权利要求2所述的智能音频放大器自适应系统，其特征在于，所述电压控制器（41）包括MCU或CPU。

7.根据权利要求1所述的智能音频放大器自适应系统，其特征在于，所述电压输出模块（2）的输出电压DC为固定电压或电池电压。