CN215268694U - 有源多路数字分频耳机系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种有源多路数字分频耳机系统，包括依次连接的USB接口、USB数字音频芯片、数字信号处理器、多路音频数模转换器、多路耳机放大器和多单元耳机模块，通过USB接口实现音频信号输入，利用USB数字音频芯片转化为数字音频信号，通过数字信号处理器进行分频等处理，之后通过多路音频数模转换器将分频后的信号进行数模转换，将模拟音频信号通过多路耳机放大器放大后传输给多单元耳机模块输出声音信号。本实用新型采用USB Audio Class的输入方式，能良好的兼容市面上大多数的智能手机以及个人计算机，并为更多发声单元的耳机进行信号处理和分频。

Description

有源多路数字分频耳机系统

技术领域

本实用新型涉及耳机技术领域，尤其涉及一种有源多路数字分频耳机系统。

背景技术

目前，多单元入耳式耳机的音质受到声学、工艺，以及体积的限制，不能满足用户对于音质日渐增加的需求。市场上存在的多发声单元耳机一律采用电阻，电感，和电容进行无源分频。这种分频方式不能准确的控制分频点，衰减斜率，以及相位，因此无法让发声单元在其理想频率范围内工作，大大降低了多单元耳机音质的潜力。

现有技术中，一种有源数字三分频的耳机(中国实用新型专利，公告号：CN204272368U)，该耳机采用了同轴和光纤输入的方式，这些输入方式并不常见，限制了该耳机的便携性及易用性。同时，三分频系统已不足以应对更多的发声单元，不能满足用户的日常使用需求。

实用新型内容

本实用新型提供一种有源多路数字分频耳机系统，用以解决现有技术中有源多路分频耳机的兼容性差、便携性差和音质差的缺陷。

本实用新型提供一种有源多路数字分频耳机系统，包括：

USB接口；

USB数字音频芯片，所述USB数字音频芯片与所述USB接口信号连接，用于将所述USB接口接收到的USB协议音频数据转化为数字音频信号；

数字信号处理器，与所述USB数字音频芯片信号连接，用于将所述数字音频信号进行分频，转化为多路的数字音频信号；

多路音频数模转换器，与所述数字信号处理器信号连接，用于将多路的数字音频信号转化为模拟音频信号；

多路耳机放大器，与所述多路音频数模转换器信号连接，用于将所述模拟音频信号进行放大；

多单元耳机模块，所述多路耳机放大器通过耳机输出接口和多芯耳机线与所述多单元耳机模块信号连接。

根据本实用新型提供的一种有源多路数字分频耳机系统，所述数字信号处理器用于将所述数字音频信号进行分频，转化为八路的数字音频信号。

根据本实用新型提供的一种有源多路数字分频耳机系统，所述多路音频数模转换器为八路音频数模转换器，所述多路耳机放大器为八路耳机放大器。

根据本实用新型提供的一种有源多路数字分频耳机系统，所述多单元耳机模块包括：外壳、连接线、安装面板、滤网、声学阻尼和发声单元，所述外壳构造有内腔，所述外壳构造有与所述内腔连通的第一通孔、第二通孔和第三通孔，所述安装面板设于所述第一通孔，所述发声单元设于所述内腔内，且所述多芯耳机线穿过所述第二通孔通过所述连接线与所述发声单元连接，所述声学阻尼和所述滤网依次设于所述第三通孔。

根据本实用新型提供的一种有源多路数字分频耳机系统，所述发声单元为动圈单元、动铁单元、静电单元、驻极体单元、压电陶瓷单元和平板单元其中的一个或任意组合。

根据本实用新型提供的一种有源多路数字分频耳机系统，还包括立体声输入模块和电源模块，所述立体声输入模块与所述数字信号处理器信号连接，用于将模拟音频信号转化为数字音频信号，所述电源模块与所述立体声输入模块电性连接，给所述立体声输入模块供电。

根据本实用新型提供的一种有源多路数字分频耳机系统，所述立体声输入模块包括立体声输入接口和模数转换器，所述立体声输入接口与所述模数转换器信号连接，用于接收模拟音频信号并传输给所述模数转换器。

根据本实用新型提供的一种有源多路数字分频耳机系统，所述数字信号处理器与控制终端连接。

根据本实用新型提供的一种有源多路数字分频耳机系统，还包括调音开关，所述调音开关与所述数字信号处理器连接。

本实用新型提供的一种有源多路数字分频耳机系统，通过USB接口实现音频信号输入，利用USB数字音频芯片转化为数字音频信号，通过数字信号处理器进行分频等处理，之后通过多路音频数模转换器将分频后的信号进行数模转换，将模拟音频信号通过多路耳机放大器放大后传输给多单元耳机模块输出声音信号。本实用新型采用USB Audio Class的输入方式，能良好的兼容市面上大多数的智能手机以及个人计算机，并为更多发声单元的耳机进行信号处理和分频。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型提供的有源多路数字分频耳机系统的模块示意图；

图2是本实用新型提供的信号处理模块的结构示意图；

图3是本实用新型提供的多单元耳机模块的结构示意图；

附图标记：

101：USB接口； 102：USB数字音频芯片；

103：立体声输入模块； 104：电源模块；

105：壳体； 106：电路板； 107：调音开关；

108：数字信号处理器； 111：输出接口；

109：多路音频数模转换器； 110：多路耳机放大器；

112：护套； 113：发声单元； 114：声学阻尼；

115：外壳； 116：安装面板； 117：连接线；

118：滤网； 119：信号处理模块； 120：多芯耳机线；

121：多单元耳机模块。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

下面结合图1至图3描述本实用新型的一种有源多路数字分频耳机系统。该有源多路数字分频耳机系统主要由信号处理模块119，多芯耳机线120以及多单元耳机模块121三大部分构成。输入的音频信号经过信号处理模块119的分频、压限、衰减、相位、延迟、均衡器、FIR滤波器等处理，用多芯耳机线120传输至多单元耳机模块121完成音频播放。

其中，信号处理模块119包括：USB接口101、USB数字音频芯片102、数字信号处理器108、多路音频数模转换器109、多路耳机放大器110和耳机输出接口111等，将上述部件集成在PCB电路板106上，利用壳体105封装，通过线材传输信号。

USB接口101可以采用USB Type-C接口，其可以与电脑、手机或其他兼容USB音频的电子设备连接，主要用于接收音频数据并传输给USB数字音频芯片102，另外，也可以通过USB接口101为耳机系统进行充电。

USB数字音频芯片102，USB数字音频芯片102与USB接口101信号连接，用于将USB接口101接收到的USB协议音频数据转化为左右两声道的I2S数字音频信号，并将处理后的信号传输给数字信号处理器108。

数字信号处理器108，与USB数字音频芯片102信号连接，用于将I2S数字音频信号进行分频，转化为多路的I2S数字音频信号。数字信号处理器108将声音信号进行分频、压限、衰减、相位、延迟、均衡器、FIR滤波器等处理，将多路处理过的数字音频信号传输至多路音频数模转换器109。其中各路数字音频信号均可通过编程输出相同或不同频率范围的音频信号。

多路音频数模转换器109，与数字信号处理器108信号连接，用于将多路的I2S数字音频信号转化为模拟音频信号，通过数模转换后将信号传输给多路耳机放大器110。

多路耳机放大器110，与多路音频数模转换器109信号连接，用于将模拟音频信号进行放大，放大后的信号传输给多单元耳机模块121。

多单元耳机模块121，多路耳机放大器110通过耳机输出接口111和多芯耳机线120与多单元耳机模块121信号连接，分别驱动多个发声单元113，输出声音信号。

本实用新型提供的一种有源多路数字分频耳机系统，通过USB接口101实现音频信号输入，利用USB数字音频芯片102转化为数字音频信号，通过数字信号处理器108进行分频等处理，之后通过多路音频数模转换器109将分频后的信号进行数模转换，将模拟音频信号通过多路耳机放大器110放大后传输给多单元耳机模块121输出声音信号。本实用新型采用USB Audio Class的输入方式，能良好的兼容市面上大多数的智能手机以及个人计算机，并为更多发声单元的耳机进行信号处理和分频。

在本实用新型其中一个实施例中，数字信号处理器108用于将I2S数字音频信号进行分频，转化为八路I2S数字音频信号，八路I2S数字音频信号包括左声道低音信号、右声道低音信号、左声道中音信号、右声道中音信号、左声道中高音信号、右声道中高音信号、左声道高音信号和右声道高音信号。

进一步地，多路音频数模转换器109为八路音频数模转换器，多路耳机放大器110为八路耳机放大器，八路音频数模转换器对应处理八路I2S数字音频信号，将其转化为八路模拟音频信号，八路耳机放大器将八路模拟音频信号进行放大，使其能够驱动多个发声单元113。

在本实用新型其中一个实施例中，多单元耳机模块121包括：外壳115、护套112、连接线117、安装面板116、滤网118、声学阻尼114和发声单元113，外壳115构造有内腔，外壳115构造有与内腔连通的第一通孔、第二通孔和第三通孔，安装面板116设于第一通孔，发声单元113设于内腔内，且多芯耳机线120穿过第二通孔通过连接线117与发声单元113连接，声学阻尼114和滤网118依次设于第三通孔。在本实施例中，发声单元113放置于内腔内，利用安装面板116扣在第一通孔上，避免发声单元113由内腔脱落，多芯耳机线120由护套112和第二通孔穿过并利用连接线117与发声单元113信号连接。发声单元113发出声音，由第三通孔经过声学阻尼114和滤网118，输出声音。

在本实用新型其中一个实施例中，发声单元113为动圈单元、动铁单元、静电单元、驻极体单元、压电陶瓷单元和平板单元其中的一个或任意组合。进一步地，发声单元113由多颗复合动铁单元构成，复合动铁单元由两颗动铁单元拼接组成。发声单元113包括一颗复合高音动铁单元，两颗复合中高音动铁单元，一颗复合中音动铁单元以及一颗复合低音动铁单元。由于上述复合动铁单元是由两颗发声单元113拼接组成，故每声道均有10颗动铁发声单元113。左声道耳机与右声道耳机外壳115为镜像关系，电路结构相同。

在本实用新型其中一个实施例中，该有源多路数字分频耳机系统还包括立体声输入模块103和电源模块104，立体声输入模块103与数字信号处理器108信号连接，用于将模拟音频信号转化为数字音频信号，电源模块104与立体声输入模块103电性连接，给立体声输入模块103供电。在一些特殊场合中，增加了立体声输入模块103，可以处理立体声音频信号，电源模块104进行供电。

进一步地，立体声输入模块103包括立体声输入接口和模数转换器，立体声输入接口与模数转换器信号连接，用于接收模拟音频信号并传输给模数转换器。具体地，立体声输入接口将模拟音频信号传输至模数转换器，模数转换器将模拟音频信号转化为数字音频信号并传输至数字信号处理器108，由于立体声输入接口并不能兼顾供电，需配合电源模块104使用。

在本实用新型其中一个实施例中，数字信号处理器108内设有微处理器，与控制终端中的调音控制单元信号连接。进一步地，该有源多路数字分频耳机系统还包括调音开关107，调音开关107与数字信号处理器108连接，可以通过调节调音开关107切换多种不同的预设调音，可以通过电脑或手机APP等控制终端中的调音控制单元调节数字信号处理器108分频，以输出任何频段的数字音频信号，实现多发声单元113的多路分频，也可以存储多种预设调音。

利用上述实施例的有源多路数字分频耳机系统进行音频测试，其中中音和低音的分频点为180Hz，中音和中高音的分频点为1150Hz，中高音和高音的分频点为6000Hz。各单元在分频点的衰减斜率为12dB/oct或24dB/oct，分频精度远超传统被动分频的3dB/oct，使得各发声单元得以在理想的频率范围工作，降低了失真，并使得耳机更接近目标频响曲线。耳机的实际频响曲线与目标曲线误差仅为±1dB，完全超出了传统调音方式的表现。通过调音开关107调节耳机频率，当调音开关107处于1档时，耳机的低音频率响应相较目标频率响应精准地降低了3dB；当调音开关107处于2档时，耳机的频率响应最接近目标频率响应。当调音开关107处于3档时603，耳机的低音频率响应相较目标频率响应精准地增加了3dB。由此可见，调音开关107可以精确地调整耳机的频率响应曲线以适应不同应用场景或用户要求。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种有源多路数字分频耳机系统，其特征在于，包括：

USB接口；

USB数字音频芯片，所述USB数字音频芯片与所述USB接口信号连接，用于将所述USB接口接收到的USB协议音频数据转化为数字音频信号；

数字信号处理器，与所述USB数字音频芯片信号连接，用于将所述数字音频信号进行分频，转化为多路的数字音频信号；

多路音频数模转换器，与所述数字信号处理器信号连接，用于将多路的数字音频信号转化为模拟音频信号；

多路耳机放大器，与所述多路音频数模转换器信号连接，用于将所述模拟音频信号进行放大；

多单元耳机模块，所述多路耳机放大器通过耳机输出接口和多芯耳机线与所述多单元耳机模块信号连接。

2.根据权利要求1所述的有源多路数字分频耳机系统，其特征在于，所述数字信号处理器用于将所述数字音频信号进行分频，转化为八路的数字音频信号。

3.根据权利要求2所述的有源多路数字分频耳机系统，其特征在于，所述多路音频数模转换器为八路音频数模转换器，所述多路耳机放大器为八路耳机放大器。

4.根据权利要求1所述的有源多路数字分频耳机系统，其特征在于，所述多单元耳机模块包括：外壳、连接线、安装面板、滤网、声学阻尼和发声单元，所述外壳构造有内腔以及与所述内腔连通的第一通孔、第二通孔和第三通孔，所述安装面板设于所述第一通孔，所述发声单元设于所述内腔内，且所述多芯耳机线穿过所述第二通孔通过所述连接线与所述发声单元连接，所述声学阻尼和所述滤网依次设于所述第三通孔。

5.根据权利要求4所述的有源多路数字分频耳机系统，其特征在于，所述发声单元为动圈单元、动铁单元、静电单元、驻极体单元、压电陶瓷单元和平板单元其中的一个或任意组合。

6.根据权利要求1所述的有源多路数字分频耳机系统，其特征在于，还包括立体声输入模块和电源模块，所述立体声输入模块与所述数字信号处理器信号连接，用于将模拟音频信号转化为数字音频信号，所述电源模块与所述立体声输入模块电性连接，给所述立体声输入模块供电。

7.根据权利要求6所述的有源多路数字分频耳机系统，其特征在于，所述立体声输入模块包括立体声输入接口和模数转换器，所述立体声输入接口与所述模数转换器信号连接，用于接收模拟音频信号并传输给所述模数转换器。

8.根据权利要求1所述的有源多路数字分频耳机系统，其特征在于，所述数字信号处理器与控制终端连接。

9.根据权利要求8所述的有源多路数字分频耳机系统，其特征在于，还包括调音开关，所述调音开关与所述数字信号处理器连接。

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