CN213342442U - 一种音频输出设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种音频输出设备，包括控制器、功放电路、第一喇叭和若干麦克风；所述控制器用于输出第一音频信号至所述功放电路，所述功放电路用于将所述第一音频信号转换为第二音频信号，并通过第一喇叭输出所述第二音频信号；所述麦克风用于接收经外部反射体反射的音频回波信号，并将所述音频回波信号输出至所述控制器；所述控制器用于根据发送所述第二音频信号和接收所述音频回波信号的时间间隔计算与外部反射体的间距；本实用新型实现了音频输出设备的超声波接收和发送功能，进而利用超声波对外部物体进行定位，有效解决了因现有电视机周边增加传感器而限制电视机的超薄化、窄边设计的问题。

Description

一种音频输出设备

技术领域

本实用新型涉及智能设备技术领域，特别涉及一种音频输出设备。

背景技术

电视产品交互方式日益多样化，最典型的交互方式有摄像头、AI语音、超声波手势识别等。其中语音在电视上应用逐步普及。而摄像头等交互方式，最基本要求是需要电视具有摄像头。但现有产品中不是所有电视产品都配有摄像头，对此类电视来说，没办法实现手势识别。为满足基本手势识别要求，行业内有使用超声波传感器进行手势识别的做法。此种方式需要在电视周边增加传感器的模块，因传感器模块的增加，进而限制了电视的超薄化、窄边设计。

因而现有技术还有待改进和提高。

实用新型内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本实用新型的目的在于提供一种音频输出设备，能够有效解决了因现有电视周边增加传感器而限制电视机的超薄化、窄边设计的问题。

为了达到上述目的，本实用新型采取了以下技术方案：

一种音频输出设备，包括控制器、功放电路、第一喇叭和若干麦克风；所述控制器分别与所述功放电路和若干麦克风连接，所述功放电路还与所述第一喇叭连接；所述控制器用于输出第一音频信号至所述功放电路，所述功放电路用于将所述第一音频信号转换为第二音频信号，并通过第一喇叭输出所述第二音频信号；所述麦克风用于接收经外部反射体反射的音频回波信号，并将所述音频回波信号输出至所述控制器；所述控制器用于根据发送所述第二音频信号和接收所述音频回波信号的时间间隔计算与外部反射体的间距。

所述的音频输出设备，还包括第二喇叭；所述第二喇叭与所述功放电路连接，用于将所述第一音频信号转换为第三音频信号，并通过所述第二喇叭输出第三音频信号。

所述的音频输出设备中，所述功放电路包括音频放大器和第一滤波子电路；所述音频放大器分别连接所述控制器和所述第一滤波子电路，所述第一滤波子电路分别连接所述第一喇叭和所述第二喇叭；所述音频放大器用于将所述第一音频信号转换为所述第二音频信号后通过所述第一喇叭输出，并将所述第一音频信号转换为所述第三音频信号后通过所述第二喇叭输出；所述第一滤波子电路用于将所述第二音频信号滤波后输出至所述第一喇叭，并将所述第三音频信号滤波后输出至所述第二喇叭。

所述的音频输出设备中，所述功放电路还包括第二滤波子电路，所述第二滤波子电路与所述音频放大器和所述控制器连接，用于将所述控制器输出的第一音频信号滤波后输出至所述音频放大器。

所述的音频输出设备中，所述第一滤波子电路包括第一电容、第二电容、第三电容和第四电容；所述第一电容的一端连接所述音频放大器，所述第一电容的另一端连接所述第一喇叭，所述第二电容的一端连接所述音频放大器，所述第二电容的另一端连接所述第一喇叭；所述第三电容的一端连接所述音频放大器，所述第三电容的另一端连接所述第二喇叭，所述第四电容的一端连接所述音频放大器，所述第四电容的另一端连接所述第二喇叭。

所述的音频输出设备中，所述第二滤波子电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第五电容、第六电容和第七电容；所述第一电阻的一端连接所述控制器，所述第一电阻的另一端连接所述第七电容的一端和所述音频放大器；所述第二电阻的一端连接所述控制器，所述第二电阻的另一端连接所述第六电容的一端和所述音频放大器；所述第三电阻的一端连接所述控制器，所述第三电阻的另一端连接所述第五电容的一端和所述音频放大器；所述第五电容的另一端、所述第六电容的另一端和所述第七电容的另一端均接地。

所述的音频输出设备中，所述第一音频信号的频率大于44KHz。

所述的音频输出设备中，所述第二音频信号的频率大于20KHz。

所述的音频输出设备中，所述第三音频信号的频率小于20KHz。

相较于现有技术，本实用新型提供的一种音频输出设备，包括控制器、功放电路、第一喇叭和若干麦克风；所述控制器用于输出第一音频信号至所述功放电路，所述功放电路用于将所述第一音频信号转换为第二音频信号，并通过第一喇叭输出所述第二音频信号；所述麦克风用于接收经外部反射体反射的音频回波信号，并将所述音频回波信号输出至所述控制器；所述控制器用于根据发送所述第二音频信号和接收所述音频回波信号的时间间隔计算与外部反射体的间距；本实用新型实现了音频输出设备的超声波接收和发送功能，进而利用超声波对外部物体进行定位，有效解决了因现有电视机周边增加传感器而限制电视机的超薄化、窄边设计的问题。

附图说明

图1为本实用新型提供的音频输出设备的结构框图；

图2为本实用新型提供的音频输出设备中音频放大器和第二滤波子电路的电路原理图；

图3为本实用新型提供的音频输出设备中第一滤波子电路的电路原理图。

具体实施方式

本实用新型提供一种音频输出设备，能够有效解决了因现有电视机周边增加传感器而限制电视机的超薄化、窄边设计的问题。

为使本实用新型的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请参阅图1，本实用新型提供的一种音频输出设备，包括控制器100、功放电路200、第一喇叭300和若干麦克风400；控制器100分别与功放电路200和若干麦克风400连接，功放电路200还与第一喇叭300连接；控制器100用于输出第一音频信号至功放电路200，功放电路200用于将第一音频信号转换为第二音频信号，并通过第一喇叭300输出第二音频信号；麦克风400用于接收经外部反射体反射的音频回波信号，并将音频回波信号输出至控制器100；控制器100用于根据发送第二音频信号和接收音频回波信号的时间间隔计算与外部反射体的间距，以便于对外部反射体进行识别。

具体实施时，本实施例中的音频输出设备可以电视机，也可以是能够输出音频信号的其他智能设备；本实施例中以音频输出设备是电视机为例，那么控制器100对应为电视机的主控芯片，该主控芯片可以是电视机中图像处理芯片，电视机的主控芯片中包括声音处理DSP，由该主控芯片对第一音频信号进行处理后通过I2S接口输出至功放电路200，功放电路200将第一音频信号转换放大后通过第一喇叭300输出至外部。其中，第一喇叭300 为超声波喇叭，可支持20KHz以上的音频发声，本实施例中第二音频信号的频率大于20KHz，具体可支持频率高达50KHz，输出功率可到20W，对应的本实施例中的第一喇叭300可用于实现近距离超声波传输；为了适配该音频输出设备输出频率大于20KHz的超声波信号，对应的控制器100应支持音频输出至少为超声波频率的两倍，本实施例中控制器100输出的第一音频信号的频率大于44KHz，具体地可以输出96KHz的I2S音频信号。

之后，功放电路200通过第一喇叭300输出的第二音频信号经外部反射体反射后得到音频回波信号，由麦克风400接收该音频回波信号，也即本实施例中麦克风400具有超声波频段的接收能力，具体可以选择型号为 SPH0641LU4H-1的数字化麦克风400；由该麦克风400接收该音频回波信号后传输至控制器100，控制器100根据发送第二音频信号与接收音频回波信号的时间间隔来计算外部反射体与设备之间的相对距离，进而实现音频输出设备的超声波测距功能；而由于麦克风400的数目为若干个，设置的方位也不相同，依据不同方位的麦克风400的音频回波信号，抓取到的距离数据不同，那么控制器100根据多个麦克风400接收的音频回波信号可更加准确的计算出空间坐标的位置，当人在空间中的手势引起了超声波的反射，由控制器100对不同手势进行解析，进而识别用户的手势来实现对电视机的控制，那么就无需通过在电视机的周边设置多个传感器，进而解决了因现有电视周边增加传感器而限制电视机的超薄化、窄边设计的问题。

进一步地，音频输出设备还包括第二喇叭500，第二喇叭500与功放电路200连接，功放电路200还用于将第一音频信号转换为第三音频信号，并通过第二喇叭500输出第三音频信号，本实施例第二喇叭500为电视机音频喇叭，对应的第三音频信号的频率小于20KHz；现有电视机工作时，会由主控芯片也即控制器100将音频信号处理后输出48KHz的I2S音频信号， I2S音频信号经过功放后最多输出20KHz的音频信号给喇叭，即完成了系统的音频输出过程。本实用新型中通过增设超声波喇叭也即第一喇叭300，对应设置与超声波喇叭适配的控制器100，使得功放电路200根据控制器100 输出的第一音频信号，输出两个频段的音频信号，分别为大于20HKz的第二音频信号和小于20KHz第三音频信号；具体地，第二音频信号的音频可以为22KHz，之后由第一喇叭300输出第二音频信号，并由麦克风400接收音频回波信号，实现电视机的超声波发射和接收功能，以便于实现音频输出设备的超声波定位功能；与此同时由第二喇叭500输出第三音频信号，保证音频输出设备输出人耳能够感觉到的音频信号，即频率小于20KHz的音频信号，确保电视机的正常声音播放。

进一步地，请一并参阅图2和图3，功放电路200包括音频放大器210 和第一滤波子电路220；音频放大器210分别连接控制器100和第一滤波子电路220，第一滤波子电路220分别连接第一喇叭300和第二喇叭500；音频放大器210用于将第一音频信号转换为第二音频信号后通过第一喇叭 300输出，并将第一音频信号转换为第三音频信号后通过第二喇叭500输出；第一滤波子电路220用于将第二音频信号滤波后输出至第一喇叭300，并将第三音频信号滤波后输出至第二喇叭500；本实施例中音频放大器210 的型号为TAS5825M，当然在其他实施例中也可选择具有相同功能的音频放大器210，本实用新型对此不做限定。

电视机的主控芯片通过I2S接口将高频数字音频数据流传输给音频放大器210，由音频放大器210将该音频信号转化为模拟信号并放大，分别输出第二音频信号以驱动第一喇叭300，输出第三音频信号以驱动第二喇叭 500；由于本实施例中选择第二音频信号也就超声波信号的频率为22KHz，根据奈奎斯特采样定理，主控芯片和功放电路200需要支持48KHz采样率，由于超声波喇叭在中低频段的阻抗小，中低频段音频会导致超声波喇叭损坏，因此功放电路200中设置了第一滤波子电路220，该滤波子电路为高通滤波电路，通过该滤波子电路对音频放大器210输出的第二音频信号和第三音频信号进行滤波处理后，再传输至第一喇叭300和第二喇叭500，可避免中低频音频误输入而导致超声波波喇叭烧坏，以提高音频输出设备的可靠性。

进一步地，请继续参阅图3，功放电路200还包括第二滤波子电路230，第二滤波子电路230与音频放大器210和控制器100连接，用于将控制器 100输出的第一音频信号滤波后输出至音频放大器210，控制器100输出的第一音频信号经第二滤波子电路230后输出至音频放大器210，通过第二滤波子电路230的滤波处理，确保音频放大器210接收的音频信号的稳定性和可靠性。

进一步地，请继续参阅图2，第一滤波子电路220包括第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3和第四电容C4；第一电容C1的一端连接音频放大器210，第一电容C1的另一端连接第一喇叭300，第二电容C2的一端连接音频放大器210，第二电容C2的另一端连接第一喇叭300；第三电容C3 的一端连接音频放大器210，第三电容C3的另一端连接第二喇叭500，第四电容C4的一端连接音频放大器210，第四电容C4的另一端连接第二喇叭500，本实施例中第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3和第四电容C4 分别音频放大器210的输出端口，且本实施例中每个电容的电容值为10uF，通过滤波电容的设置对第二音频信号和第三音频信号进行滤波处理，可有效避免中低频音频误输入而导致超声波波喇叭烧坏。

进一步地，请继续参阅图2，第二滤波子电路230包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第五电容C5、第六电容C6和第七电容C7；第一电阻R1的一端连接控制器100，第一电阻R1的另一端连接第七电容C7 的一端和音频放大器210；第二电阻R2的一端连接控制器100，第二电阻 R2的另一端连接第六电容C6的一端和音频放大器210；第三电阻R3的一端连接控制器100，第三电阻R3的另一端连接第五电容C5的一端和音频放大器210，第五电容C5的另一端、第六电容C6的另一端和第七电容C7的另一端均接地，本实施例中通过在音频放大器210的输入端设置电容，对输入的第一音频信号进行滤波处理，可有效确保接收的第一音频信号的稳定可靠性。

进一步地，音频放大器210的外围还设置有第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第八电容C8、第九电容C9、第十电容C10、第十一电容C11、第十二电容C12、第十三电容 C13、第十四电容C14、第十五电容C15、第十六电容C16、第十七电容C17 和第十八电容C18；第四电阻R4的一端连接音频放大器210的第16脚，第四电阻R4的另一端连接M_SDA信号端，第五电阻R5的一端连接音频放大器210的第15脚，第五电阻R5的另一端连接M_SCL信号端，第六电阻R6 的一端连接音频放大器210的第14脚，第六电阻R6的另一端连接第七电容C7的一端和第一电阻R1的另一端，第七电阻R7的一端连接音频放大器 210的第13脚，第七电阻R7的另一端连接第六电容C6的一端和第二电阻 R2的另一端，第八电阻R8的一端连接音频放大器210的第12脚，第八电阻R8的另一端连接第五电容C5的一端和第三电阻R3的另一端；第九电阻 R9的一端连接音频放大器210的第8脚，第九电阻R9的另一端接地，第十八电容C18的一端连接音频放大器210的第7脚，第十八电容C18的另一端接地，第十七电容C17的一端和第十六电容C16的一端均连接音频放大器210的第7脚，第十七电容C17的另一端和第十六电容C16的另一端均接地，第十三电容C13的一端、第十四电容C14的一端和第十五电容C15 的一端均连接VDD_AMP信号端、音频放大器210的第4脚和第3脚；第八电容C8的一端连接音频放大器210的第18脚，第九电容C9的一端连接音频放大器210的第19脚，第八电容C8的另一端和第九电容C9的另一端均接地；第十电容C10的一端、第十一电容C11的一端和第十二电容C12的一端均连接VDD_AMP信号端、音频放大器210的第21脚和第22脚，通过在音频放大器210的外围设置电容和电阻器件，可确保音频放大器210工作的稳定性。

综上所述，本实用新型提供的一种音频输出设备，包括控制器、功放电路、第一喇叭和若干麦克风；所述控制器用于输出第一音频信号至所述功放电路，所述功放电路用于将所述第一音频信号转换为第二音频信号，并通过第一喇叭输出所述第二音频信号；所述麦克风用于接收经外部反射体反射的音频回波信号，并将所述音频回波信号输出至所述控制器；所述控制器用于根据发送所述第二音频信号和接收所述音频回波信号的时间间隔计算与外部反射体的间距；本实用新型实现了音频输出设备的超声波接收和发送功能，进而利用超声波对外部物体进行定位，有效解决了因现有电视机周边增加传感器而限制电视机的超薄化、窄边设计的问题。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种音频输出设备，其特征在于，包括控制器、功放电路、第一喇叭和若干麦克风；所述控制器分别与所述功放电路和若干麦克风连接，所述功放电路还与所述第一喇叭连接；所述控制器用于输出第一音频信号至所述功放电路，所述功放电路用于将所述第一音频信号转换为第二音频信号，并通过第一喇叭输出所述第二音频信号；所述麦克风用于接收经外部反射体反射的音频回波信号，并将所述音频回波信号输出至所述控制器；所述控制器用于根据发送所述第二音频信号和接收所述音频回波信号的时间间隔计算与外部反射体的间距。

2.根据权利要求1所述的音频输出设备，其特征在于，还包括第二喇叭；所述第二喇叭与所述功放电路连接，用于将所述第一音频信号转换为第三音频信号，并通过所述第二喇叭输出第三音频信号。

3.根据权利要求2所述的音频输出设备，其特征在于，所述功放电路包括音频放大器和第一滤波子电路；所述音频放大器分别连接所述控制器和所述第一滤波子电路，所述第一滤波子电路分别连接所述第一喇叭和所述第二喇叭；所述音频放大器用于将所述第一音频信号转换为所述第二音频信号后通过所述第一喇叭输出，并将所述第一音频信号转换为所述第三音频信号后通过所述第二喇叭输出；所述第一滤波子电路用于将所述第二音频信号滤波后输出至所述第一喇叭，并将所述第三音频信号滤波后输出至所述第二喇叭。

4.根据权利要求3所述的音频输出设备，其特征在于，所述功放电路还包括第二滤波子电路，所述第二滤波子电路与所述音频放大器和所述控制器连接，用于将所述控制器输出的第一音频信号滤波后输出至所述音频放大器。

5.根据权利要求3所述的音频输出设备，其特征在于，所述第一滤波子电路包括第一电容、第二电容、第三电容和第四电容；所述第一电容的一端连接所述音频放大器，所述第一电容的另一端连接所述第一喇叭，所述第二电容的一端连接所述音频放大器，所述第二电容的另一端连接所述第一喇叭；所述第三电容的一端连接所述音频放大器，所述第三电容的另一端连接所述第二喇叭，所述第四电容的一端连接所述音频放大器，所述第四电容的另一端连接所述第二喇叭。

6.根据权利要求4所述的音频输出设备，其特征在于，所述第二滤波子电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第五电容、第六电容和第七电容；所述第一电阻的一端连接所述控制器，所述第一电阻的另一端连接所述第七电容的一端和所述音频放大器；所述第二电阻的一端连接所述控制器，所述第二电阻的另一端连接所述第六电容的一端和所述音频放大器；所述第三电阻的一端连接所述控制器，所述第三电阻的另一端连接所述第五电容的一端和所述音频放大器；所述第五电容的另一端、所述第六电容的另一端和所述第七电容的另一端均接地。

7.根据权利要求1-4任意一项所述的音频输出设备，其特征在于，所述第一音频信号的频率大于44KHz。

8.根据权利要求1-4任意一项所述的音频输出设备，其特征在于，所述第二音频信号的频率大于20KHz。

9.根据权利要求2或3所述的音频输出设备，其特征在于，所述第三音频信号的频率小于20KHz。

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