专利名称：具有模块化组件的自供电音频扬声器的制作方法
具有模块化组件的自供电音频扬声器背景典型的家用音频系统具有一个或多个耦合到放大器或接收器的输入源，所述放大器或接收器接下来耦合到一组扬声器。在工作中，音频信号发生源，比如⑶(光盘)播放器通过输入电缆连接到放大器输入端。CD播放器从碟片读取信息，根据该信息生成音频信号，并且通过输入电缆将低电平的或者线路电平(line-level)的音频信号传输至放大器。放大器，接下来，放大该信号并且驱动不同的扬声器输出端，所述扬声器输出端接下来通过扬声器线路连接到扬声器。虽然在二十年前，家用音频系统一般仅包括两个扬声器，但是如今的“环绕立体声”系统则包括用于主音频的五个或七个扬声器再加上用于产生低频效果的低音炮(subwoofer)ο商业应用，比如零售商店或大型购物中心可包括几十个或几百个扬声器。连 接如此大量的扬声器通常需要源自放大器的相应数量的扬声器线路。虽然商业设施可被设计成具有配备分布式扬声器线路以及其他配电线路的结构，但是家用设施通常不会如此配备。相反，典型的家用设施包括藏于墙壁内的配电线路，其在建造时通过固体的墙壁覆盖物来覆盖。因此，一旦房屋建造完毕很难在墙壁中再添加额外的线路，并因此暴露在外的扬声器线路对于多数家用音频装置而言通常是难看(虽然必要)的必要条件。已经开发出了“有供电的”音频扬声器，其一般包括集成的放大和有源分频器网络，但是这些系统相对主流家用音频系统是被边缘化的。一类在家用音频系统中普遍使用的有供电的扬声器是有供电的低音炮。其他有供电的系统包括台式计算机扬声器、个人音频设备的对接系统、专业音频扬声器、以及“半专业”监控器扬声器。还已开发出了一些有供电的“无线”音频扬声器，但是这些系统一般是专有的“闭环”系统，其包括需要与特殊接收器一起工作的特殊发送器。需要这种匹配的系统挫伤了许多音频产品的消费者的购买积极性，因为这样通常会强迫他们购买预先打包的系统，而该系统缺乏灵活性且可能无法满足许多消费者的需求。此外，当前的无线扬声器系统趋向于小巧、廉价，而其特点是低保真的。本发明的实施方式是针对现有技术的这种和其他的限制。附图
简述图I是常规的三路有源扬声器系统的功能框图。图2是根据本发明实施方式的有源扬声器系统的功能框图。图3是根据本发明实施方式的另一种有源扬声器系统的功能框图。图4是示出了接收线路卡的框图，所述接收线路卡可与根据本发明实施方式的扬声器系统一起使用。图5是示出了另一种接收线路卡的框图，所述接收线路卡可与根据本发明实施方式的扬声器系统一起使用。图6是示出了声音处理线路卡的框图，所述声音处理线路卡可与根据本发明实施方式的扬声器系统一起使用。图7是可在根据本发明实施方式的扬声器内使用的示例电源和信号的引脚图。
实施方式详述图I是常规的三路有源扬声器系统的功能框图。系统10包括信号输入端12，其可以是来自音频组件的、均衡的或不均衡的低电平或线路电平的信号。信号输入端12耦合到有源分频器20，其从通过信号输入12携带的复合频率中分离出不同的频率。有源分频器20包括高通、带通、和低通滤波器，以便将复合频率分离为不同的低频、中频和高频。低频被馈送至放大器32，该放大器32接下来耦合到低音扬声器(woofer) 42。中频从有源分频器20被馈送至放大器34，该放大器34接下来耦合到中音扬声器44。高频则被馈送至放大器36,该放大器36驱动高音扬声器(tweeter)46。在工作中，来自音频信号输入端12的原始信号被有源分频器20分解，随后通过放大器32、34、36分离地放大，并且被传输至各自分别的扬声器42、44、46，重新生成被用于产生原始输入信号的音乐或其他声音。
图2是根据本发明实施方式的有源扬声器系统100的功能框图。抽象地，在该实施方式中，与图I中现有技术的扬声器的差别主要在于系统100的信号接收部分。因此，放大器182、184、和186，以及扬声器192、194、和196，在功能上与图I中相同的组件是等价的。图I中的分频器20的分频功能被保留，然而与独立的分频器不同，所述分频功能是可由声音处理器160执行的大量滤波功能中的一种功能。声音处理器160以在下面详细描述的大量方式中的一种来接收音频信号。当在其输入端接收了音频信号之后，声音处理器160通过一个或多个滤波器修改音频信号。滤波功能在图2中分离地示出，然而在实践中，这些滤波功能可组合成一个或多个组合滤波器，如在现有技术中已知的一样。在一些实施方式中，声音处理器功能可被完全消除或旁路。由声音处理器160所执行的滤波的例子包括延迟滤波162、均衡滤波164、以及分频滤波168。还可存在其他滤波器，如滤波器166所示。滤波器162-168可以通过用户可控的输入来修改，或者滤波可以是固定的且用户不可修改。到达声音处理器160的音频信号输入既可以是数字形式也可以是模拟形式，并且类似地其到放大器182、184、186的输出可以是数字的或模拟的。声音处理器160既可以借助数字滤波也可以借助模拟滤波来过滤音频信号，正如现有技术中已知的。数字-模拟转换器(DAC)170，如有必要，将数字音频数据改变成模拟音频信号。放大器182、184、186通常是模拟放大器，其预期模拟信号。因此，在将数字音频信号传输至所连接的放大器182、184、186之前，DAC 170将数字音频信号转换为模拟信号。当滤波器162-168是数字滤波器时，DAC 170位于滤波数据路径的末端，以便将被最终滤波的信号转换成用于放大器182、184、186的模拟信号。相反，当滤波器162-168是模拟滤波器，并且当到达声音处理器160的输入信号是数字信号时，DAC 170位于数据路径的起始点，以便在使用模拟滤波器进行滤波之前将输入数字音频信号转换成模拟信号。虽然通常来说放大器182、184、186是模拟信号放大器，然而它们可能能够接收数字音频信号，比如D类放大器。在这种情况下，DAC 170可完全不使用，并且声音处理器160的滤波器的数字输出可以直接传递到放大器182、184、186。数字信号被用来使用例如脉冲宽度调制(PWM)获得二进制波形，如现有技术中已知的。该二进制波形可随后被放大并传递到扬声器192、194、196，以便生成期望的声音输出。声音处理器160可由用于执行所包括的滤波功能的任何已知技术来实施，比如一个或多个数字信号处理器(DSP)，一个或多个专用集成电路(ASICS)，一个或多个被编程的微控制器，或者常规的组合电路。此外，在图2和3中仅示出了单个声音处理器160，但是声音处理功能对于扬声器100中的不同信道来说是有差别的。与图I中的单个信号输入12不同，音频信号通过图2中的扬声器系统100以大量方法中的任何一种方法来获得。特别地，并且类似于常规设计，扬声器系统100可通过有线的(wired)信号线输入端连接到信号线。信号线可以是标准的线路电平音频输入端，比如来自CD播放器的音频输入端。可供选择地，信号线可以是高电平的被放大的信号。依赖于具体的输入信号，可利用阻抗匹配电路140将所连接的音频信号的信号电平与声音处理器160所预期的信号进行匹配。在另一个实施方式中，音频信号可通过标准的电源插头来接收，该标准的电源插头还接收线电压以便给扬声器100的组件供电。在这样一个系统中，发送器(未显不)将音频信号放到家用的标准AC电力线上，该AC电力线通过标准电源线缆(power cord)连接到扬声器系统100。音频信号通过线信号处理器130被检测到并被分离，该线信号处理器130接下来将音频信号传输至声音处理器160。在电力线上的音频信号可符合为此种目的而确立的一种或多种标准。一个此类标准是家用插电联盟(Home Plug Alliance),在该情况下， 线信号处理器130通过家用插电联盟AV收发机来实施。除了从电力线接收音频信号之外，线电压处理器130将线电压转换成不同的经调节的AC和DC电压源，用于由扬声器100来使用。示例的DC电压包括3. 3v、5v、和12v，其可以由具有扬声器系统100的组件来使用。其他组件可使用在从120伏特减小的电压上的AC信号，比如放大器182、184、186,在这种情况下，电源部分120可包括一个或多个降压变压器。将音频信号传输至扬声器系统100的另一种方法是无线地传输此类信号。在这样一个实施方式中，发送器(未显不)将音频信号无线地传输至位于扬声器100中的接收器。该接收器位于以下描述的卡(或称线路卡)上，所述卡本身位于卡槽112的插座110中。槽连接器125将信号从卡和卡槽112耦合至声音处理器160。图3是扬声器系统101的框图,其在大多数方面与图2中的扬声器系统100相同，并因此共同的组件将不再分离地描述。然而，图2中的扬声器系统100包括单个的接收卡插座110，扬声器系统101则包括分布于总线120上的多个卡槽114、116和118。在该实施方式中，总线120受到总线控制器126的控制，该总线控制器还包括到达声音处理器160的接口。在工作中，多于一个的卡可被放置在总线120各自的卡槽中，并且每张卡可具体指定接收特定协议。例如，扬声器系统101可包括在槽114中的卡，其被具体指定接收“协议A”，而在槽116中的另一张卡则被具体指定接收“协议B”。于是，可依赖于哪一个协议被激活来选择协议A或协议B，并且相应的音频信号被适当地处理和传播。由扬声器系统101所再现的声音是源自扬声器系统中有源的源信号路径的声音，该声音接下来通过声音处理器160来处理,并且被放大用于扬声器。图4是示出了线路卡或接收器卡200的框图，所述线路卡或接收器卡200位于图2或3的卡槽112-118中的一个内。接收器卡200通常由PC (印刷电路)材料制成，并且是刚性且相对强韧的，从而使得其能够被插入卡槽112-118而不会折断。卡槽112-118可包括夹子、螺丝或其他附着装置以便将卡200固定到总线上。接收器卡200额外地包括连接部210，该连接部210与图2的插座110电接触，或位于图3的总线120内。连接部210包括用于任何必需的电源和参考接地以及音频数据的信号的路径。对于包括了图3的总线120和总线控制器126的扬声器系统而言,在卡200上存在总线从设备(bus slave) 211,以便控制从总线120接收的或发送给总线120的数据流量。为了与其他的卡制造商以及其他产品的兼容性，可确立不同的总线协议和标准，所述其他产品可分别与图2和图3的扬声器系统100和101兼容。在其他实施方式中，卡200可以采取模块的形式，所述模块可以插入被构造成容纳该模块的抽屉状物(drawer)。在其他实施方式中，卡200可采取USB棒驱动器或其他设备(可容易地移除的和可更换的设备)的形式。在其他实施方式中，接收器卡200可以是能够在被封装到扬声器系统100、101中的匹配的接收系统中被升级或更换的任何设备。除了以上所描述的硬件解决方案之外，接收器“卡”可能也是软件代码，该软件代码可被选择性地激活以导致扬声器系统100、101接收特定的音频信道。 接收器卡200包括无线的无线电接收器220，其耦合到天线222。一般来说，无线电接收器220接收来自无线电发射器(未示出)的信号，所述信号携带用于由扬声器系统100、101放大的音频信号。虽然在一些实施方式中，有可能直接以模拟形式接收信号，但是一般来说本发明的实施方式接收以数字形式传输的数据。在理论上，信号可在任意基带射频上传输，但是联邦光谱频率分配(federal spectral frequency allocations)已促进了数据传输(特别是无需授权的频带)的标准化。预期的是，无线电接收器220接收在900MHz、
2.4GHz和/或5. SGHz标准数据传输频率上的信号。然而，如果采用其他频率上的数据传输，扬声器系统100、101可通过简单地用新的接收器卡更换接收器卡200或者使用其他升级方法来升级，所述新的接收器卡包括被调整至新的频率的新的无线的无线电接收器，。在其他实施方式中，音频数据在经过授权的频谱上被传输至扬声器系统100、101，所述授权的频谱比如为移动电话网络或其他类似的数据网络。通过无线接收器在扬声器系统100、101上接收无线的数据。随后，提取出音频数据，有选择地进行处理，并且被放大用于扬声器输出，如在下面详细描述的。
当无线电接收器220接收在其目标频率上的数字数据时，此类数据必须被转换成有用的信息以便重新产生用于通过扬声器系统100、101放大的期望的音频信号。出于转换目的，无线电接收器220耦合到协议解码器230。该解码器230根据标准化的数据协议中的一个或多个来解码由无线电接收器220所接收的原始数据，以便重新产生由数据发送器发送的原始数据。例如，解码器230可以接收以AVNERA的专有2. 4GHz协议格式化的数据，其中输出数据被相应地解码。在一些实施方式中，被解码的数据可随后通过连接部210被直接放到插座110 (图2)或总线120 (图3)上，用于由扬声器系统100、101的其他组件使用。解码器230可解码的其他数据协议包括在表格I中所列出的数据协议。表格I2. 4GHz 专有-Avnera-STS-Nortic
-Kleer-Eleven Engineering5. x GHz 专有-Focus Enhancements-NeoSonikj-Amimon
2. 4 和 5.8GHz Wifi -Squeeze Box-Play To-Air Play-BridgeCo-Sonos-DLNA有供电的扬声器系统100、101的最有用的技术特征中的一个是其总是能够被升级以接收任何新的协议，或者现有协议的另一个芯片或模块(其是在扬声器设计已经完成后开发的)，这仅仅是通过更换接收器卡200以匹配传输协议来实现的。在一些实施方式中，解码器230包括多个协议，这些协议可被自动选择，或者由用户选择以匹配传输协议。例如，用户可在DIP开关232 (双列直插式开关(Dual In-linePackage Switch))上设定开关代码，该开关代码匹配传输代码。其他的实施方式可依次滚过这些协议，直到正确的代码被自动监测到或由用户选择。为了甚至更容易的可升级性，协议转换器230可实现在可编程设备中或者包含可编程设备，比如闪存、FPGA或其他可编程的设备234。在这样一个实施方式中，将协议转换器230升级至新协议的实现是通过将接收器卡200放入适当的设备中，比如具有兼容插槽的个人计算机；随后在计算机上运行升级程序。升级程序可以将可重新编程的协议转换器230重设到类似新的条件，随后重新编程该转换器用于升级的信号。其他升级功能可包括通过互联网发送到指定的介质访问控制(MAC)地址的升级，或者通过选择功能比如菜单或其他选择器，选择在协议转换器230上已经存在的现有协议中的一个或多个。因为可能并非所有用户具有兼容的计算机，或者对于将接收器卡200插入他们自己的计算机有所不满，所以接收器卡200可包括另一个接口，比如USB (通用串行总线)接口，通过该接口，可重新编程的协议转换器230可被重新编程。在该实施方式中，用户将USB连接器放置到接收器卡200的USB接收端口 235中，所述接收器卡200可能甚至不需要从总线120移除。USB连接器的另一端随后连接到计算机或其他设备。用户随后在所连接的设备上运行升级程序，所述设备通过USB总线来升级协议转换器230。在又一个实施方式中，协议连接器230可能能够通过互联网或以其他方式无线地升级，这经由通过无线接收器220接收编程信息来实现。对于其中存在过多无线电干扰或者出于其他原因无线的信号不可取的实施方式而言，包含音频数据的数据可通过数据电缆传输至扬声器系统100、101。例如，图4和5的卡200和300，每个都分别包括以太网端口，根据以太网协议的数据信号可通过该以太网端口接收。在这样一个示例实施方式中，协议转换器230、330可以将通过以太网电缆接收的数据信号转换成音频信号，用于进行处理。当然，以太网只是音频数据可通过其来传输至扬声器系统100、101的有线协议的一个例子。图5是示出另一个线路卡300的框图，所述线路卡300在大多数方面类似于图4的线路卡200。卡200、300共同的特征不再分离地描述。除了卡200的特征之外，图5的线路卡300还包括其自身的DAC 350，在通过一组连接310将音频信号放到插座110或总线120上之前，所述DAC 350将来自协议转换器330的数字数据转换到模拟音频信号。在插座110或总线120上使用数字音频信号的扬声器系统100、101将使用卡200，然而在插座110或总线120上使用模拟信号的扬声器系统100、101将使用卡300。在一些实施方式中，图5的DAC 350可能能够被接通或关断，或者被旁路(比如通过使用旁路电路352)，从而使得单个的卡300能够将任何一种类型的信号，数字的或模拟的，提供至插座110或总线120。图6是示出了声音处理线路卡400的框图，所述声音处理线路卡400可与以上所描述的接收器线路卡200、300中的任何一个结合使用。类似接收器卡200、300，声音处理卡400是相对刚性的PC卡，用于插入图2的总线120内的槽中。声音处理卡400同样包括连接部410，该连接部410与图2的插座110电接触或在图3的总线120内。连接部410包括任何必需的电源和参考接地以及音频数据的信号的路径。总线从设备411与总线控制器126连接以控制到总线120的数据流和来自总线120的数据流。特别地，声音处理卡400从电连接部410接收音频信号。当音频信号已由声音处理卡400接收到之后，这些音频信号被传递至声音处理器460，该声音处理器460使用一个或多个滤波器对该音频进行滤波。声音处理器460可执行与图2和3中的声音处理器160相同的或相似的功能。当然，这些功能仅需要被执行一次，所以，包括声音处理卡400的本发明的实施方式通常将包括一机构，比如旁路电路169，以便旁路或关断图2和3中的声音处理器160。在一些实施方式中，总线控制器126可检测声音处理卡400的存在，并且自动旁路声音处理器160。此外，与以上所描述的协议转换器230、330类似，声音处理器460可以在可编程的设备中实现，使得滤波功能能够使用以上所描述的重新编程技术来不断地更新，这可以或可以不包括使用USB端口 445。虽然声音处理卡400和接收卡200、300在功能上被显示为分离的卡，但事实上它 们可被组合成单个的卡。图7是可在扬声器系统100、101中使用的示例连接器的图示和引脚图。例如，插头和插座可被用于将信号从槽控制器125或总线控制器126耦合到声音处理器160。这些引脚可直接对应来自插座110、总线120的信号，或者这些引脚的相应连接器125、126可将信号从槽112 (或总线120)转换到图7中所列的引脚。虽然以上描述了不同的实施细节，然而可以与这些细节有偏差，但仍然在本文公开的发明性概念的范围中。
权利要求
1.一种用于发出音频声音的扬声器系统，包括 插座，其被构造成接纳一个或多个电子设备，每个插入插座的电子设备被配置成根据特定协议来将从发送器发送至所述扬声器系统的数据信号解码为音频信号； 声音处理单元，其耦合到所述插座，并且被构造成接收所解码的音频信号，并且有选择地修改所解码的音频信号；以及 一个或多个单独的扬声器组件，其被构造成接收所修改的音频信号并且生成所述音频声音。
2.如权利要求I所述的扬声器系统，其中所述插座是第一插座，所述扬声器系统还包括 第二插座，其通过总线耦合到所述第一插座，所述第二插座还被构造成接纳一个或多个电子设备；以及 总线控制器，其被构造成调节被分别插入所述第一插座和所述第二插座的电子设备。
3.如权利要求I所述的扬声器系统，其中所述插座是被配置成接纳单个卡的槽。
4.如权利要求I所述的扬声器系统，其中一个或多个电子设备包括可重新配置的存储器。
5.如权利要求I所述的扬声器系统，其中所述声音处理单元包括旁路功能。
6.如权利要求I所述的扬声器系统，其中所述数据信号是根据WiFi标准传输的无线信号。
7.如权利要求I所述的扬声器系统，其中所述数据信号是根据专有协议传输的。
8.如权利要求I所述的扬声器系统，其中所述数据信号是通过有线的数据连接来接收的。
9.如权利要求8所述的扬声器系统，其中所述数据信号符合以太网协议。
10.如权利要求I所述的扬声器系统，还包括音频线输入端，所述音频线输入端被构造成接收音频信号。
11.如权利要求10所述的扬声器系统，还包括选择器，所述选择器被构造成选择供所述扬声器操作的有源音频信号。
12.如权利要求10所述的扬声器系统，还包括检测器，所述检测器被构造成检测供所述扬声器来操作的有源音频信号。
13.如权利要求I所述的扬声器系统，还包括电力线接收器，所述电力线接收器被构造成除了接收用于所述扬声器系统的操作电力之外还接收音频信号。
全文摘要
本发明的实施方式包括一种扬声器系统，其有能力适应一种或多种传输协议以及多个升级路径。一个或多个可更换的卡位于插座或总线系统中。所述卡可包括一个或多个用于接收无线音频信号和解码该信号的组件。其他的卡可包括用于将数字音频信号转换成模拟音频信号的电路。而其他的卡，或在这些卡上的其他组件，可包括用于滤波或修改音频信号的电路。在一些实施方式中，这些卡上的主要组件可形成在能够由用户升级的可重新编程的设备中。共同地，这些组件产生有供电的扬声器系统，该扬声器系统可随着不同的数据传输标准和音频滤波标准的成熟而不断地升级。
文档编号H04R3/14GK102783180SQ201180005248
公开日2012年11月14日 申请日期2011年1月3日 优先权日2009年12月31日
发明者吉姆·希尔曼, 杰伊·艾森洛尔 申请人:阿佩里奥恩音频公司