专利名称：电子显示设备的制作方法
电子显不设备本发明涉及一种电子显示设备，具体地涉及一种响应于声学信号进行显示的设备，例如按照谱分析仪设备(spectrum-analyser device)的方式进行显示。本发明也涉及一种操作这种设备的方法。已知的声音响应设备具有电致发光显不器,例如将所述声音响应设备合并到衬衫(shirt)中。所述设备具有包括麦克风和麦克风放大器在内的电路。可以通过提供电位计来控制从这一部分输出的信号的电平，所述电位计可以改变放大器电路的增益。这允许手动调节，因此这样得到的显示不会总是常通(过于敏感)或基本上关断(不敏感)。电路还包括电平比较器部分，所述电平比较器部分直接从麦克风放大器接收其信号。这通常是具有5个比较器输出的专用1C，或者是在一组标准比较器周围构建的电路。当输入信号增加时，按照阶梯方式接通每一个输出。在使用专用IC的情况下，例如KA2284，将电平步长固定为-10dB、-5dB、0dB、+3dB和+6dB。这种IC设计用于音频电平指示的UV计。在基于比较器的UV计电路方面存在许多变体。比较器输出用于接通变换器(inverter)电路部分，所述变换器电路部分产生激励电致发光显示器中的磷光体以及在不同的EL部分中切换所要求的高电压和频率。该变换器通常是基于变压器的变换器，具有抽头式初级绕组和次级侧上的多个绕组，并具有反馈。第一比较器电平输出用于激活这一振荡器，使得当音频阈值太低时所述振动器不运行。这对于电池供电的应用节省了电力。上述电路具有多种缺点:1.所述电路必须手动调节以在显示器的范围(range)内提供音频电平的结果显示。在音频电平可变的情况下，每次必须重新进行手动调节，以使得显示器的范围变成可接受的区域。工作范围非常窄，并且电路非常容易并且经常跑出该范围。在音乐是主要娱乐源的环境下，这些电路几乎总是超出该范围，并且在这一方面来说这种电路是低效率的。2.通过改变进入到单一晶体管放大器中的基极电流来调节电平能够改变电路的DC工作电流、该放大器的频率响应和DC工作点，因此在试图改变这一电路的增益时，通过对于这一电路进行的重新调节而丢失了让晶体管可控操作的任何尝试。这也引起了在电路输出处发生较大的偏移电压移动，这直接且即刻影响最终显示。这一方法的任意重新调节之后是电路的瞬间重新稳定(re-settle)。因此在使用这一方法的任意重新调节期间，电路不能执行其预期的功能。3.常用的KA2284 IC具有高电流抽取(最高至15mA)，因为其恒定地运行，因此减小了电池寿命。4.必须手动关断所述电路以节电。如果保持接通，那么电池消耗可能大于所需，并且引起电池变得最终耗尽。对于4*AAA型电池而言可以在24小时或者更少的时间内耗尽，即使所述电路没有产生任何有用的显示。5.KA2284具有固定的dB电平。这些固定的dB电平不能改变。利用基于比较器的电路实现替代方案允许设计的灵活性，但是利用了大量的部件。通常在一个IC中可用的比较器的最大数目是4，因此为了有5个步长的电平，必须使用最少两个1C，这也使得一些附加的比较器未被使用。当忽略这一项并且只使用一个IC具有4个可用比较器时已经观察了一些电路，但是因为减小了分辨率，所以可能减小显示的效率。
发明内容
本发明的一个方面试图克服或者至少减小上述缺点的一个或更多个。根据本发明的第一方面，提供了一种响应于输入的声学信号产生显示的方法，包括:馈送声音换能器的输出来控制一电路，以响应于所述输出的变化来控制显不;自动地检测所述声音换能器的输出的平均幅度电平；以及调节供应给所述声音换能器的功率以补偿输入声音的幅度变化。优选地，通过脉冲宽度调制技术来实现供应给声音换能器的功率，所述脉冲宽度调制的占空因子响应于在预定的时间段(例如2秒)上平均的平均声音信号而变化。可以针对在每一种情况下实现的占空因子中的相应百分比变化，设置多个阈值声音电平。上述方法确保了在较宽范围的输入声学信号电平上保持合适的显不输出。优选地，所述方法还包括如果在一段时间内没有检测到信号，关断控制电路。这使得当不存在显示时节省功率；这对于电池供电的设备是重要的。在关断之后，采取有规律的检查以看看是否存在信号；并且如果存在信号则将电路设置为操作。根据本发明的第二个方面，提出了一种显示设备，包括:显示部件，具有一个或更多个显示段，所述显示段设置为响应于不同的声音电平产生不同的显示效果；声音换能器；以及控制电路，设置为(i)响应于输入的声音信号来控制显示段；以及(ii)检测平均声音信号，并且响应于所述平均声音信号来调节供应给声音换能器的功率。优选地，所述控制电路包括微控制器。优选地，所述微控制器配置为使用脉冲宽度调制来控制声音换能器的功率供应。所述微控制器可以配置为设置多个电平，并且当平均信号电平大于或小于所需平均值时，实现脉冲宽度调制的占空因子的相应的百分比变化。在优选的设备中，所述显示段具有谱分析仪的外观。优选地，所述显示段是电致发光的。所述段可以是一个设置在另一个上面的、但是具有多个柱状物的外观的不规则形状的台阶段。这使得相对较小个数的段就可以模仿谱分析仪或图形均衡器的多个相邻的柱状物。优选地，所述设备是瓶子形状的，并且所述显示段形似瓶子侧面上的标签。优选地,所述声音换能器是驻极体(electret)电容麦克风。
现在将参考附图只作为示例描述本发明的优选实施例，其中:图1是根据本发明实施例的设备的正视图；图2是图1的设备的电路图；以及图3A和3B —起形成了解释图2的电路操作的流程图。
具体实施例方式参考附图，图1是塑料材料的瓶子状显示设备10的正视图，具有电致发光显示设备12，所述电致发光显示设备的外观是瓶子上的标签。所述设备采用在饮料工业中已知的形式作为瓶子“装饰(glorifier) ”。瓶子装饰以多种方式突出了空瓶子的商标，并且通常用于显示目的的酒吧背后的推广，以吸引注意力并且影响购买者的行为/感受。电致发光显示设备12是在专利申请W02010/055312中公开的类型。部件10合并了底座(plinth) 14，所述底座容纳了设备12的控制电路20和电源。尽管底座14具有与瓶子分离的外观，优选地是它们集成在一起。设备10的结构使得瓶子侧面上的标签经由在瓶子内侧表面向下延伸的引线连接至控制底座14的下面，如在欧洲专利申请163611IA中所公开的。底座14合并了电源开关16、低功率指示灯18、电源插座22和麦克风30。设备12通过电路20控制，所述电路响应于输入的声音(具体地，由麦克风30检测到的音乐)来促使显示设备12进行显示，所述显示类似于谱分析仪或图形均衡器。通过图2中已编程芯片40形式的微控制器来控制输入声音到显示的转换。图2示出了控制电路20的示例，包括驻极体电容麦克风30。麦克风30经由放大器44向微控制器40形式的电路部分供应信号42。线路46是用于向放大器供电的分立线路。在传统的电路中，将麦克风的输出看作是实质上不可控的信号，在后续的附加电路中更改所述信号的电平。相反，在本发明的电路中，改变馈送给驻极体电容麦克风30的电压，同时通常保持任意串联电阻固定，因此有效地改变了对于线路50上的麦克风可用的功率。按照这种方式，可以相对于固定的输入声学电平在较大的动态范围内更改麦克风的相应灵敏度电平。这使得可以按照不同的方式改变从麦克风30进入到电路20的信号的电平。通过使用基本低通每倍频程6dB无源滤波器52将数字地产生或者从模拟电路产生的PWM信号50转换为DC电压，尽管也可以采用其他滤波器类型。通过改变脉冲宽度调制的占空因子，改变了供应给麦克风的功率。将PWM的基频频率方便地选择为大于感兴趣的音频范围，使得简单的无源滤波可以用于将叠加到麦克风上的任意PWM减小到对于所述应用不明显的电平。在这一具体应用中感兴趣的音频信号的主要区域在小于500Hz的低频区域，因为要求所述电路对于通常在小于500Hz发生的音乐的低音部和节奏拍子。4kHz的PWM频率适用于这一应用。设备12的显示器具有改变高度的多个柱状物的外观，例如7个柱状物。实际上，将电致发光磷光体设置一个设置在另一个之上的多个(例如6个)不规则形状的台阶段。将与表示低信号电平的第一通道相对应的段设置在标签的底部。将与表示增加的更高信号电平的第二至第五通道相对应的连续的段设置在第一段之上。第六段完成了实质上整个标签的照明，以模仿完全饱和信号的效果。已经发现使用这种台阶式磷光体的图形均衡器/谱分析仪的幻象比将单独的磷光体部直接连接到特定音频频率(例如低音、高音)更加具有视觉效应。通过经由低通滤波器52向麦克风施加PWM(脉冲宽度调制)信号来控制麦克风电流，进而控制麦克风30的灵敏度。将PWM信号的频率保持为大于最大所需音频频率，并且低通滤波器确保了将PWM信号实际上转换为DC电压。因此，通过将PWM信号在100%至10%占空因子(例如)之间改变，更改了麦克风的DC电压，因此可以控制麦克风的灵敏度。这允许麦克风变得更加能够处理声压电平的高电平，并且当需要时也允许最大灵敏度。通过滤波至比最高灵敏度下的任意所需音频信号的幅度低得多的电平，减小了在音频信号上叠加的任意PWM信号。下面进一步描述这一 PWM信号的经过仔细考虑的变体的实现。PWM中的变化用于控制电路的电平调节。通过实现PWM电平控制，在感兴趣的范围几乎完全不会影响麦克风的频率响应。所述设备的主要特征之一是具有表示一致的动态声音电平的EL显示段12，尽管平均声音电平可以依赖于具体的环境逐渐地变化。为了实现这种自动增益控制(AGC)特征，所述微控制器(方便地是微芯片PIC16F616)配置为产生可变占空因子脉冲宽度调制(PWM)信号，所述可变占空因子脉冲宽度调制信号间接地用于调节麦克风声音电平的增益。微控制器具有专用的定时器TMR2、以及由CCP1C0N和T2C0N寄存器配置的相关联逻辑，所述寄存器用于产生PWM信号。所述固件代码将CCPRlL寄存器进行设置以在O和100%之间调节占空因子。设置PR2寄存器，使得产生4kHz PWM频率。一旦已经建立了 PWM产生，随后可以获取声音电平读数。经由放大器44将来自麦克风的声音电平信号馈送到微控制器的模数转换器(ADC)中。这一信号实质上是原始的交流(AC)信号。所述代码中的常规程序在ADC频道AN3上发现了针对256个样本的峰峰平均值。ADCONl寄存器配置用于最快的转换时间。ADCONO寄存器配置用于设置为Vdd的ADC电压基准，并且具有正好合理的数据转换格式。附加的常规程序已经设计用于模仿快速起奏(fast attack)以及具有大多数UV计的缓慢衰变类型。通过上述功能处理的值用于向EL显示段显示所述电平。所述代码中的例行程序模仿酒吧显示驱动器。数字输出端口用于经由变换器54、使用负逻辑间接地驱动EL显示段的每一个。每隔两秒钟，将进一步平均的声音电平(在两秒内进行平均)用于调节PWM占空因子。对于大于+9dB(作为内部参考)的声音电平，将PWM占空因子减小10% ;对于大于+6dB的声音电平，将PWM占空因子减小3%;对于小于-3dB的声音电平，将PWM占空因子增加10% ;以及对于小于OdB的声音电平，将PWM占空因子增加3%。在针对这一应用而优化的固定DC工作点处允许放大器44工作。因为利用如上所述的PWM信号实现了电平控制，绝不会需要对这一工作点的变化。将放大的音频信号传递至AD转换器。这可以在诸如微芯片PIC之类的微控制器40内实现。可以从内部数字信号和用于模仿比较器输出的一些端口输出来按照需要地选择相对音频电平。按照这种方式，可以用于控制EL段的电平的数目只受限于可用端口输出的数目和AD转换器的分辨率。当空闲时，上述结构的总电流消耗可以是2mA或以下。这对于上述15mA是显著的减小。按照类似的方式，只有当要求保持这种节能措施时才激活变换器电路。现在也可以容易地实现其他特征，例如通过使用内置的电力不足(brown-out)特征，可以实现低电池指示。这一部分只应用于当从电池向设备供电时，尽管如果设备配置用于电池操作和干线操作时执行相同的逻辑。当设备的电池电压下降为小于操作限制时，将微控制器复位。在初始化期间检查电力不足寄存器(BOR)，以检查是否由于电池对于可靠的设备操作而言太低而将微控制器复位。在这种情况下，每隔两秒钟低电池LED接通35ms，从而不会消耗太多的功率。将数字输出端口之一用于驱动使用正逻辑的低电池指示器LED。数字输入端口用于检测所述设备当前是干线供电还是电池供电。另外，现在可以进行音频信号监测。在通过麦克风感测的音频信号已经增加、并且已经将显示器或者将要把显示器放置在所需显示范围的外部、或者部分地放置于外部的情况下，可以单向地或者按照其他方式调节PWM信号以将所述显示器带回到如上所述的范围。因此，这消除了关于此事不用进行手动干涉。也可以控制PWM信号的变化率，以允许按照要求的平滑缓慢调节或者更加迅速的调节。这允许在音频电平是相当不可预测的区域中使用所述电路，例如在酒吧和夜总会中，因为可以将所述电路物理地定位于最需要的位置，而不是局限于电路工作所需要的位置。在一定时间段没有检测到信号的情况下，现在可以允许电路关断以节能。可以将麦克风和麦克风两者都关断以进一步地节能。10 μ A的消耗电流是可实现的，所述消耗电流可以将电池寿命延长几天(如果不是几个星期或以上的话)。因为这种消耗电流相当不明显，这消除了让一些人记得关断电路的需要。将数字输出端口之一用于当PIC休眠时禁用模拟硬件功率。在关断单元但是要求操作的情况下，可以实现另外的特征，所述另外的特征规律地唤醒电路较短的时间段、“收听”活动性、并且如果什么都没有则再次关断。因此，这种特征意味着当在区域中再一次存在声音电平时，所述电路将自己完全唤醒以进行操作，所述电路变成自动的。空闲时的微控制器40处于其低功率休眠状态。微控制器具有通过每隔2.3秒暂停的内部监控定时器来接管其休眠状态的能力。在初始化期间检查暂停(TO)比特，以检查这种周期性唤醒事件。因为在复位期间保留了微控制器的随机访问存储器(RAM)，变量用于将这一时间段有效地划分为I分钟的较长时间段。作为其结果，每隔一分钟所述设备检查环境声音的电平，同时消耗较低的平均功率。如果存在足够的环境声音，将电路20设置到它的工作状态。相反，当对于4分钟的连续时间段几乎不存在或者不存在环境声音时，将所述设备送回到其休眠状态。只当所述设备处于其工作状态时才执行这种检查。设备10的塑料材料的优点在于其易于运输并且易于将电子部件附着至其上。实际玻璃瓶子的使用将包括破损的风险。如果需要，其他材料可以用于设备10。在优选实施例中，所述设备具有合并动画标签的外观，所述动画标签对于音乐轨迹中的低音线起反应、对于音乐实时起反应。电路20能够在音量改变时重新校准电路20自己，即能够在不同的音量电平下调节低音电平。这种子校准意味着当声音和音乐电平改变时不要求用户干涉。使用可以自动改变供给设备的音频检测麦克风功率的电路可以实现设备的有利效果，从而直接改变麦克风的灵敏度，从而消除或者减小该改变其他电路的增益或衰减的需要。按照这种方式，所述设备能够在较宽范围的声音电平达到平均数，因此重新缩放了声音电平的EL电平表示，从而将音频电平表示保持在EL显示器的可用显示限制之内。如果平均声音电平低于预设的阈值，那么减小麦克风的功率，从而减小了从麦克风到控制电路的其余部分的输出电平。相反，如果平均的声音电平小于预设的阈值，那么所述设备增加麦克风的功率，从而增加了从麦克风到控制电路的其余部分的电平。恒定地更新这一回路以强制来自麦克风的平均输出电平处于在EL显示器上的预设点周围产生相应平衡的响应所需的范围内。在所述电路用于控制来自声音源(如在常用于T恤显示器上的声音响应EL的情况下)的EL —部分或其他显示类型的应用中，如果没有对声音电平的这种平均，那么当输入音乐的音量改变时，EL可以容易地或者恒定地全通(过敏感)或者常断(不敏感)。清楚地是当不同酒吧和俱乐部中的声音电平可以急剧变化时，这致使这种电路不再是合适的，因为在不同的酒吧/俱乐部环境中存在变化的声学电平，在没有恒定干涉的情况下他们不够灵活以进行应对。当将馈送到驻极体电容麦克风的电压和电流保持较低时，如果麦克风功率是恒定的，可以让麦克风能够接收较高的声学信号电平、而不是其他可能性，而不会造成来自麦克风的过载或失真的输出信号。相反地，通过供应更高的电压和电流，可以增加有用的输出信号电平，而不必增加相关联放大器的增益，所述增益可能导致对不需要的噪声也进行放大。因此，这种方法也允许信噪比的增加，而不会改变任意关联放大器的增益。使用控制电压直接向麦克风供电的这种方法仍然允许简单的闭合回路系统，使得能够作为自动电平控制电路的一部分容易地控制来自麦克风的电平。可以省略底座14，并且电源和/或其他电路可以位于显示设备12后面的设备10内部。在这种结构中，将自包含电路、带能源和EL设备定位于标签的位置。在设备10的改进中，用在底座中并且在标签后面切割的孔洞来使用实际的玻璃瓶，以容纳写入和电子部件。替代的方式是让玻璃模具配置为已经具有孔洞，所述孔洞允许连接线穿过至瓶子的内部。如果需要，可以提供更加精确的图形均衡器效果，使得设备12上的动画显示实际上表示不同的频带。这包括更复杂的电路。这也依赖于到达麦克风30的实际音频谱。动画标签设备12不需要类似于图形均衡器。动画标签设备12可以是标识、文本、甚至是具有随着音乐实时变化的不同元素的图片或图像。设备12可以具有多种形状。设备只是不是在所有的时间都对于音乐起反应。相反，可以将所述设备随着一系列预先编程的指令而变化。这种方法将对于突出一系列不同消息是有用的，所述一系列不同的消息例如在单独的瓶子或者连接在一起的一系列瓶子上滚动。也可以按照多种不同的方式触发这种动画，例如经由振动、无线地、动作、光级别中的变化或者经由手动切换。代替电致发光段，也可以使用其他显示元件，例如LED段。也可以用专用电路、专门制作的集成电路、或者互连在一起执行所要求功能的部件集合来替换微控制器40。所述电源可以干线或电池供电地运行，并且当检测到已经将电缆插入到单元的插座22时，可以自动地从电池切换至干线输入。当根据电池运行时，当电池功率达到一定的低电平阈值时，低电池指示器等18开始闪烁。灯18可以用作低电池指示器等、并且用于表示正常功率。如上所述，可以将上述部件附着至实际的饮料瓶而不是虚拟的装饰上。电致发光标签可以按照与装饰物变体相同的方式替换实际瓶子上的普通纸标签。粘贴的后衬引线然后从电致发光标签向下延伸至瓶子的外部、并且缠绕在瓶子的底座、连接至包含导电带的粘合性平板。优选地，这种结构采取单一的结构，例即通过长引线将电致发光标签连接至导电板(具有作为一个单元粘贴到瓶子上的整体结构)。可以将底座单元定位为遍布整个酒吧，所述底座单元包含与底座14类似的驱动电路。在底座单元顶部表面上的是第二组导电触点。这些导电触点与每一个瓶子的底座板上的导电带配对。当将瓶子放置于底座单元上时，实现连接，并且使电致发光瓶子标签动画地展示。来自底座单元的输出信号可以按照多种方式动画地展示瓶子标签，例如与音乐的低音线实时地、或者通过一系列预先编程的序列。在一种改进中，底座单元具有用于(例如，经由橡胶环结构)将底座本身附着于瓶子上的机制。这具有以下优势:即使当拿起瓶子时也允许保持瓶子和底座单元之间的连接，从而允许当灌注瓶子时动画地展示标签。然后当瓶子变空时，酒吧招待简单地使底座单元脱离空瓶子底座，并且将新的满瓶子推到底座单元上。在专利申请GB0921751.4中公开了这种设备。
权利要求
1.一种响应于输入的声学信号产生显不的方法,包括:馈送声音换能器(30)的输出(42)来控制一电路(20)，以响应于所述输出的变化来控制显示(12)，检测所述声音换能器的输出的平均幅度电平，以及自动地调节供应给所述声音换能器的功率以补偿输入声音的幅度变化。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，通过脉冲宽度调制技术来实现供应给所述声音换能器(30)的功率(50)，脉冲宽度调制的占空因子响应于在预定的时间段上平均的平均声音信号而变化。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，针对在每一种情况下实现的脉冲宽度调制的占空因子中的相应百分比变化，设置多个阈值声音电平。
4.根据任一前述权利要求所述的方法，包括:如果在一段时间内没有检测到信号，关断所述控制电路。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，在关断之后，采取有规律的检查以看看是否存在信号；并且如果存在信号则将所述电路设置为操作。
6.一种显示设备，包括:显示部件，具有一个或更多个显示段(12)，所述显示段设置为响应于不同的声音电平产生不同的显示效果；声音换能器(30);以及控制电路(20)，设置为(i)响应于输入的声音信号来控制显示段(12)，以及(ii)检测平均声音信号，并且响应于所述平均声音信号来调节供应给所述声音换能器的功率。
7.根据权利要求6所述的显示设备，其中，所述控制电路(20)包括电路部分(40)，所述电路部分配置为使用脉冲宽度调制来控制所述声音换能器的功率供应。
8.根据权利要求7所述的显示设备，其中，所述电路部分(40)配置为设置多个电平，并且当平均信号电平大于或小于所需平均值时，实现脉冲宽度调制的占空因子的相应的百分比变化。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的显示设备，其中，所述显示段(12)具有谱分析仪的外观。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的显示设备，其中，所述显示段(12)是一个设置在另一个上面的、具有多个柱状物的外观的不规则形状的台阶段。
11.根据权利要求6至10中任一项所述的显示设备，其中，所述显示段(12)是电致发光的。
12.根据权利要求6至11中任一项所述的显示设备，其中，所述声音换能器是驻极体电容麦克风(30)。
13.根据权利要求6至12中任一项所述的显示设备，其中，所述设备是瓶子形状的，并且所述显示段(12)形似瓶子侧面上的标签。
14.根据权利要求6至13中任一项所述的显示设备，其中，所述控制电路(20，40)配置为在没有声音时关断。
15.根据权利要求14所述的显示设备，其中，所述控制电路(20，40)配置为在存在声音时被设置为操作。
全文摘要
在形似瓶子且具有形似谱分析仪的电致发光显示段(12)以代替标签的显示设备(10)中，显示段配置为响应于由麦克风(30)检测的不同声音电平来产生不同的显示效果。用于显示段的控制电路(20)检测平均声音电平、并且响应于平均声音电平来调节供应给麦克风的功率。所述电源调节采用了脉冲宽度调制技术，响应于在预定时间段平均的平均声音信号来改变脉冲宽度调制的占空因子。
文档编号H05B37/02GK103210701SQ201180054603
公开日2013年7月17日 申请日期2011年11月11日 优先权日2010年11月11日
发明者布林·格里菲思, 乔恩·邓肯 申请人:永利有限公司