CN220896818U - 真无损耳机系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种真无损耳机系统，包括USB接口、主控模块、数模转换模块、放大模块和耳机头所述USB接口用于将移动终端输出的数字音频传输至所述主控模块；所述主控模块用于接收所述数字音频，向所述数模转换模块输出I2S信号所述数模转换模块用于将所述I2S信号转换为模拟信号，将所述模拟信号输出至所述放大模块；所述放大模块用于放大所述模拟信号，向所述耳机头输出放大后的模拟信号；所述耳机头用于播放放大后的模拟信号。本申请能够实现真无损、低延迟传输，能够在提升音频处理质量的基础上，还能够降低解码器的选择、搭配难度，减少其他组合方案的相对复杂连接，提升连接可靠性。

Description

真无损耳机系统

技术领域

本申请涉及音频信号处理技术领域，具体涉及一种真无损耳机系统。

背景技术

伴随科技的进步，数字音频已经无声的进入人们生活很多年。数字音频是指计算机数据的存储是以0、1的形式存取的，那么数字音频就是首先将音频文件转化，接着再将这些电平信号转化成二进制数据保存，播放的时候就把这些数据转换为模拟的电平信号再送到喇叭播出，数字声音和一般磁带、广播、电视中的声音就存储播放方式而言有着本质区别。相比而言，它具有存储方便、存储成本低廉、存储和传输的过程中没有声音的失真、编辑和处理非常方便等特点。比如大家熟知的CD机、DISCMAN(随身听)、VCD机、DVD机、机顶盒、智能音箱、蓝牙音箱、TWS耳机(真无线耳机)等。

数字音频的内容源头也在不断的丰富并伴随品质的提高，以前的录音级的记录文件现在消费者也可以通过很多渠道购买获取。这里会有个无损音频概念，而无损音乐指的就是无限接近于抓轨采样的直出文件，但它本身还是经过压缩的，只是这个压缩过程中充分保留了以上所说的这一类会影响到音乐素质的文件参数。随着无损内容的丰富，人们对高品质音频还原设备的需求也在不断的提高。

数字化音频内容的回放需要经过多个环节的加工处理，最终转变成人耳能识别的模拟音频信号。大致的处理环节包括：获取音乐内容；对获取的音乐内容进行格式处理解析出音频格式和内容部分按正确的节拍转变为数字音频流；对数字音频流进行DAC(数/模转换)转换为微弱的模拟电信号；对模拟电信号进行放大处理以达到能驱动电声器件的水平；电声器件将电信号转变为物理的空气振动完成最后的声音还原。上述每个处理环节都决定着最终的声音还原品质，最终的声音还原品质取决于上述各个处理环节中品质最差的环节。

不同的音频设备会针对不同的应用场景，智能手机的普及让移动音乐市场份额激增，比如当下比较火的TWS、运动脖挂蓝牙耳机等。人们也越来越渴求拥有一套自己的高品质无损便携设备可以在应用在家庭休息、出勤、户外等不同的场合。发明人研究发现，传统的3.5mm耳机的应用伴随着智能手机取消3.5mm接口，使手机等移动设备使用3.5mm耳机受限；TWS等一系列蓝牙耳机存在延迟高、受限于2Mb传输带宽无法实现无损传输、连接易受干扰、充电维护等问题；外置解码器与传统的3.5mm耳机的应用又存在设备选择搭配、连接线级数太多可靠性差、体积大不易携带等问题。可见，传统方案在移动娱乐方面难以直接实现无损音频传输，影响传输至用户端的音频效果。

实用新型内容

鉴于此，本申请提供一种真无损耳机系统，以解决传统方案在移动娱乐方面难以直接实现无损音频传输，影响传输至用户端音频效果的问题。

本申请提供的一种真无损耳机系统，包括USB接口、主控模块、数模转换模块、放大模块和耳机头；

所述USB接口用于将移动终端输出的数字音频传输至所述主控模块；

所述主控模块用于接收所述数字音频，向所述数模转换模块输出I2S信号；

所述数模转换模块用于将所述I2S信号转换为模拟信号，将所述模拟信号输出至所述放大模块；

所述放大模块用于放大所述模拟信号，向所述耳机头输出放大后的模拟信号；

所述耳机头用于播放放大后的模拟信号。

可选地，所述真无损耳机系统还包括时钟模块；所述时钟模块用于向所述主控模块提供第一时钟，以作为所述主控模块的工作时钟，向所述数模转换模块提供第二时钟和第三时钟，以作为所述数模转换模块的音频同步时钟。

可选地，所述第二时钟和第三时钟均为所述数模转换模块的采样率的整数倍。

可选地，所述第一时钟为24.576MHz，所述第二时钟为22.5792MHz。

可选地，所述USB接口采用Type-C公头或者Lightning公头。

可选地，所述主控模块采用BGA封装。

可选地，所述数模转换模块和所述放大模块被封装为SiP化芯片。

可选地，所述放大模块对所述模拟信号进行电流模放大。

可选地，所述耳机头包括电声转换立体声耳机头。

可选地，所述主控模块、所述数模转换模块和所述放大模块均设于音频处理区，所述音频处理区设于所述USB接口和所述耳机头之间。

本申请上述真无损耳机系统，采用USB接口传输移动终端输出的数字音频，能够实现真无损、低延迟传输，采用主控模块、数模转换模块和放大模块一体的有线一体化组合方案，能够在提升音频处理质量的基础上，降低解码器的选择、搭配难度，减少其他组合方案的相对复杂连接，还能够提升连接可靠性。此外，本申请采用的一体化组合方案适用于智能手机等具有USB音频输出的移动终端，对应的真无损耳机系统可以以传统耳机大小的形态出现，方便携带，符合大众使用习惯，具有较好的用户体验。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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是本申请一实施例的真无损耳机系统结构示意图；

图2是本申请另一实施例的真无损耳机系统结构示意图；

图3是本申请另一实施例的真无损耳机系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而非全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域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，都属于本申请保护的范围。在不冲突的情况下，下述各个实施例及其技术特征可以相互组合。

本申请提供一种真无损耳机系统，参考图1所示，所述真无损耳机系统包括USB(通用串行总线)接口110、主控模块120、数模转换模块130、放大模块140和耳机头150。

所述USB接口110用于将移动终端输出的数字音频传输至所述主控模块120；其中数字音频包括手机等移动终端输出的无损音频。

所述主控模块120用于接收所述数字音频，向所述数模转换模块130输出I2S信号；可选地，主控模块120可以对数字音频进行解码等处理，获得用于表征数字音频的I2S信号。

所述数模转换模块130用于将所述I2S信号转换为模拟信号，将所述模拟信号输出至所述放大模块140。

所述放大模块140用于放大所述模拟信号，向所述耳机头150输出放大后的模拟信号。

所述耳机头150用于播放放大后的模拟信号。

上述真无损耳机系统，采用USB接口110传输移动终端输出的数字音频，能够实现真无损、低延迟传输，采用主控模块120、数模转换模块130和放大模块140一体的有线一体化组合方案，能够在提升音频处理质量的基础上，降低解码器的选择、搭配难度，减少其他组合方案的相对复杂连接，还能够提升连接可靠性，本实施例提供的一体化组合方案适用于智能手机等具有USB音频输出的移动终端，对应的真无损耳机系统可以以传统耳机大小的形态出现，方便携带，符合大众使用习惯，具有较好的用户体验。

在一个实施例中，参考图2所示，所述真无损耳机系统还包括时钟模块160；所述时钟模块160用于向所述主控模块120提供第一时钟，第一时钟可以作为所述主控模块120的工作时钟，以支持USB通讯等工作；时钟模块160还用于向所述数模转换模块130提供第二时钟和第三时钟，第二时钟和第三时钟为音频专用低相噪时钟，可以作为所述数模转换模块130的音频同步时钟。本实施例提供的时钟模块160采用3x时钟系统架构，能更精准地还原原始音频。

在一个示例中，所述第二时钟和第三时钟均为所述数模转换模块130的采样率的整数倍。本示例可以保证整数倍分频以实现声音节拍的精准还原，并降低或消除时钟Jitter(抖动)影响。

可选地，所述第一时钟可以为48kHz系列采样率的整数倍24.576MHz，所述第二时钟可以为44.1kHz系列采样率的整数倍22.5792MHz。这里数模转换模块130在处理48kHz/96kHz/192kHz等48kHz系列采样音频流的时候，可以选择24.576MHz时钟来作为音频同步时钟，播放44.1kHz/88.2kHz/176.4kHz等44.1kHz系列音频流时候系统会自动选择22.5792MHz时钟作为音频同步时钟，保证系统时钟在分频产生同步时钟的时候为整数倍分频而不会产生小数除不尽的情况导致音频频率偏差。

在一个实施例中，所述USB接口110采用Type-C公头或者Lightning公头，以实现真无损、低延迟传输。可选地，USB接口110可以采用UAC 2.0协议传输数字音频，UAC 2.0可以支持大于48kHz/32bit的音频传输，有助于实现无损传输。

在一个实施例中，所述主控模块120可以采用MCU(微控制单元)，MCU可以采用BGA(球状引脚栅格阵列封装技术)封装，具有体积小、散热好、性能稳定的优势。可选地，MCU可以编写耳机系统所需要的软件实现系统所需要的USB连接，还可以执行音频解码、LED灯指示控制、系统功耗控制管理、DAC(数模转换)配置以及相关组件初始化等工作。具体地，MCU通过USB接口连接移动终端，可以与移动终端建立USB连接通讯，接收来自移动终端的数字音频及控制信息(如音量信息)，并将接收到的数字音频转换为标准的I2S信号。

在一个实施例中，所述数模转换模块130和所述放大模块140被封装为SiP(系统级封装)化芯片，使SiP化芯片具有多种功能，能够对I2S信号依次进行对应处理，具有较好的处理效果。本实施例在数模转换和耳放部分采用小尺寸SiP化芯片，SiP化芯片接收到主控模块120解码出的I2S信号进行DAC转换后，经过模拟放大驱动后输出到耳机头150，其中SiP化芯片支持高于48kHz/32bit的DAC功能和高性能的模拟音频放大驱动，在音频处理中，能够做到无损处理。

在一个实施例中，所述放大模块140对所述模拟信号进行电流模放大，为电流模放大器，可以保证在低电压条件下具有低噪音、低失真、高带宽、高PSRR的优势，具有足够的输出推动能力。

在一个实施例中，所述耳机头150包括电声转换立体声耳机头，该电声转换立体声耳机头为高品质无损耳机头，可以包括动圈单元、动铁单元和振动器等组件，耳机头的独立空间大，声学调教和搭配可以更多样化，音频品质提升空间大。此外，针对上述电声转换立体声耳机头进行合理的声学设计可以实现20Hz～40kHz的高带宽和极低THD(总谐波失真)的电声转换。相对于TWS耳机有更大的声学搭配和调校空间可以获得更高的声学性能。

在一个实施例中，参考图3所示，所述主控模块120、所述数模转换模块130和所述放大模块140均设于音频处理区210，以使音频处理区实现USB解码、DAC和AMP(功率放大)等多个功能。所述音频处理区210设于所述USB接口110和所述耳机头150之间，以对USB接口110接收的数字音频进行无损处理，向耳机头150输出高质量的无损信号，提升耳机头150播放的音频质量。

具体地，主控模块120采用MCU，数模转换模块130和放大模块140被封装为SiP化芯片，整个音频处理区210的尺寸可以控制在28mm*6mm，具有较小的尺寸。

以上真无损耳机系统，采用一体化组合方案，与传统有线耳机大小相当，方便携带，围绕智能移动终端使用场景丰富，小体积下完全实现全链路颗实现高品质无损，解码、放大、声学系统完全匹配调校到系统最优化，可以具有如下优势：(1)USB(UAC2.0)有线传输标准可以保证内容前端的真正高品质、低延迟。(2)一体化组合设计方案，用户选择简单，可以省去用户需要选择各类解码、放大器、耳机环节。(3)使用连接简便，无需专业的知识连接复杂的线路，只需要通过USB接口连接上耳机即可使用。(4)体积小，便于携带，使用场景更丰富。(5)解码、放大、声学系统完全匹配调校到系统最优化。

尽管已经相对于一个或多个实现方式示出并描述了本申请，但是本领域技术人员基于对本说明书和附图的阅读和理解将会想到等价变型和修改。本申请包括所有这样的修改和变型，并且仅由所附权利要求的范围限制。特别地关于由上述组件执行的各种功能，用于描述这样的组件的术语旨在对应于执行所述组件的指定功能(例如其在功能上是等价的)的任意组件(除非另外指示)，即使在结构上与执行本文所示的本说明书的示范性实现方式中的功能的公开结构不等同。

即，以上所述仅为本申请的实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，例如各实施例之间技术特征的相互结合，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

另外，在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。另外，对于特性相同或相似的结构元件，本申请可采用相同或者不相同的标号进行标识。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，“示例性”一词是用来表示“用作例子、例证或说明”。本申请中被描述为“示例性”的任何一个实施例不一定被解释为比其它实施例更加优选或更加具优势。为了使本领域任何技术人员能够实现和使用本申请，本申请给出了以上描述。在以上描述中，为了解释的目的而列出了各个细节。应当明白的是，本领域普通技术人员可以认识到，在不使用这些特定细节的情况下也可以实现本申请。在其它实施例中，不会对公知的结构和过程进行详细阐述，以避免不必要的细节使本申请的描述变得晦涩。因此，本申请并非旨在限于所示的实施例，而是与符合本申请所公开的原理和特征的最广范围相一致。

Claims (10)

1.一种真无损耳机系统，其特征在于，包括USB接口、主控模块、数模转换模块、放大模块和耳机头；

所述USB接口用于将移动终端输出的数字音频传输至所述主控模块；

所述主控模块用于接收所述数字音频，向所述数模转换模块输出I2S信号；

所述数模转换模块用于将所述I2S信号转换为模拟信号，将所述模拟信号输出至所述放大模块；

所述放大模块用于放大所述模拟信号，向所述耳机头输出放大后的模拟信号；

所述耳机头用于播放放大后的模拟信号。

2.根据权利要求1所述的真无损耳机系统，其特征在于，所述真无损耳机系统还包括时钟模块；

所述时钟模块用于向所述主控模块提供第一时钟，以作为所述主控模块的工作时钟，向所述数模转换模块提供第二时钟和第三时钟，以作为所述数模转换模块的音频同步时钟。

3.根据权利要求2所述的真无损耳机系统，其特征在于，所述第二时钟和第三时钟均为所述数模转换模块的采样率的整数倍。

4.根据权利要求3所述的真无损耳机系统，其特征在于，所述第一时钟为24.576MHz，所述第二时钟为22.5792MHz。

5.根据权利要求1所述的真无损耳机系统，其特征在于，所述USB接口采用Type-C公头或者Lightning公头。

6.根据权利要求1所述的真无损耳机系统，其特征在于，所述主控模块采用BGA封装。

7.根据权利要求1所述的真无损耳机系统，其特征在于，所述数模转换模块和所述放大模块被封装为SiP化芯片。

8.根据权利要求1所述的真无损耳机系统，其特征在于，所述放大模块对所述模拟信号进行电流模放大。

9.根据权利要求1所述的真无损耳机系统，其特征在于，所述耳机头包括电声转换立体声耳机头。

10.根据权利要求1所述的真无损耳机系统，其特征在于，所述主控模块、所述数模转换模块和所述放大模块均设于音频处理区，所述音频处理区设于所述USB接口和所述耳机头之间。