专利名称：多声道数字音场无线耳机装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种多声道无线耳机装置，特别是涉及一种具有立体 或多声道音效自动检测及切换功能的无线耳机装置。
背景技术：
随着数字科技的进步，人们的生活娱乐也逐渐趋向数字化。举例来说，
数字影音光盘(Digital Versatile Disc, —般简称为DVD)播放机已是一般 家庭中常见的影像播放装置。且由于DVD播放机基本上已具有杜比数字 (Dolby Digital)或数字剧院系统(Digital Theater System, —般简称为DTS ) 的解码功能，因此可对数字讯号进行解码，并输出模拟讯号至多声道扩大 机而使5.1声道喇叭系统发声。
若要拥有较高品质的数字影音娱乐生活，多声道扩大机及喇叭是不可
或缺的配备，而5.1声道的喇叭即为最基础的多声道喇叭。
一般具有5.1声道扩大机及喇叭的家庭剧院在DVD播放机播放影音的 同时，扩大机会分别将不同的声音讯号放大输出至前置主声道的左嘲叭与 右喇叭、中央声道(Center)喇叭、环绕声道(Surround or Rear )的左喇叭 与右喇p八、以及重低音喇叭(Sub Woofer),使其产生三度空间音效，令人有 身历其境的真实感。
然而，在不适合利用喇叭播放声音的情况下(例如若是会妨碍到其他 人做事)，就必须使用耳机来聆听了。但若是使用耳机，则因为必须与主 机以线路连接传输讯号，因此将使聆听者的行动受到限制，无法自由活动。
美国第6,614,912号与第6,928,179号专利，都是有关于一种红外线无 线耳机，其原理是将多声道音效先经过讯号处理成左右两声道讯号，再以 无线方式传到耳机，由耳机内的两扬声器耳机来展现虚拟多声道音效。但 这样的架构产生的虚拟音效并非真实的多声道效果。另外，红外线无线技 术的传输距离很短，也无法穿透阻隔物，常限制使用者传输的范围。
美国第2006/0287745号专利公开案，也是提出一种利用红外线传输的无线音响系统。此提出的无线音响系统主要是用在多种音源的选择，而藉 由接收到的讯号加以解码后，产生此多声道的音效。但此耳机必须具备多 种音源的解码器，构造相当复杂，且接收到的讯号处理亦需考虑不同讯号 延迟的问题，对于例如高品质的5.1声道音源讯号的处理，恐会产生迟滞的 问题。另外，因为使用红外线，亦将对使用者传输的范围加以限制，因此， 此揭示的内容则限于在汽车内使用的无线音响系统。
而另外在台湾发明第200603652号申请公开案内容中，提出了一种多 声道无线音响系统。此多声道无线音响系统具有接收单元，用来接收并解 调无线多声道声音讯号。此专利申请案是在耳机端加入接收电路，并利用 解调制与展频方式，取得讯号后，再由其解码器，将此多声道声音讯号解 开成复数个不同声道的讯号。而经由混音与讯号处理器对这些不同声道的 讯号做混合与处理，以产生不同立体效果的多个混音讯号，并传到扬声器 发出声音。此架构虽具有较佳的无线传送范围，但是却使传送的讯号变成 非常复杂，而对于接收后的解调制讯号，还需经由解码器的解码，容易因 为传送错误而无法有效地解出5.1声道音源的讯号内容，相对造成讯号传输 的品质有所影响。除此之外，对于耳机端的设计，若功能过于复杂，将无 法达到轻薄短小的设计要求。
'多声道无线耳机装置的设计，必须除了能克服无线传送讯号有效范围 的地形地物限制外，尚须对于传输的内容具有较高的噪声忍受比。另外， 还需考虑到符合现代所要求的轻薄短小的设计。
实用新型内容
为了克服现有的多声道无线耳机装置在有效范围易受到地形地物限 制，本实用新型提供一种多声道无线耳机装置，此多声道无线耳机装置能 够克服无线传送讯号有效范围的地形地物限制并且对于传输的内容具有较 高的噪声忍受比。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是此多声道无线耳机 装置包括讯号处理及发送装置以及无线耳机。讯号处理及发送装置用于处 理多声道数字音效解码，并产生多组数字音源讯号，并藉由无线通信同时 将所述数字音源讯号传送至多声道无线耳机。无线耳机利用无线通信直接 接收所述数字音源讯号，并经由数字模拟转换与放大后，经由无线耳机的多个喇P八产生多声道音场。
为4吏本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文
特举一较佳实施例，并结合附图详细说明如下。
"图1为说明本实用新型所提出多声道无线耳机装置中，作为发送端的 讯号传送装置架构方块示意图。
图2为说明本实用新型所提出多声道无线耳机装置中，作为接收端的 无线耳机架构方块示意图。
图3A 图3D为说明本实用新型所提出的多声道无线耳机装置中，作为 讯号处理及发收装置示意图。
图4A ~ 4D为说明本实用新型所提出的多声道无线耳机装置的接收端， 具有接收装置的无线耳机。
图5A 图5D为说明本实用新型所提出的多声道无线耳机装置中，作为 讯号处理及发收装置的另一实施例示意图。
附图符号说明
100:讯号处理及收送装置
110:自动输入选择器
120:数字信号处理器
130:无线通信模块
140:微控制器
150:无线通信模块微控制器
160、 162与164:稳压器
170:直流电压4lr入
172:耳4几充电电路
180:无线耳积j
200:无线耳机
210:无线通信^f莫块
212、 214:天线
216:无线通信;^莫块微控制器218:六声道数字模拟转换器(6 Channel DAC )
220:六声道耳才几放大器(6 Channel Headphone Amplifier)
224:延迟电路(Delay Circuit)
226:5.1声道左右耳机
228:微控制器
230:控制面板(Control Panel)
232:显示器模块(Display Module)
234:充电电池
236:稳压器
238:麦克风
300:讯号处理及发送装置
305:无线耳机
310:主体
305:无线耳机
320:凹槽
322:连接界面
330:电池插槽
340、350:显示灯
360:连接界面
370:电池
410与430: 5.1声道左右耳机420:无线通信模块
422:显示器模块(Display Module)
424:控制面板
440:电池
500:讯号处理及发送装置
510:通用串列连接总线(USB)连接端口
具体实施方式
多声道数字无线耳机装置设计，除了能克服无线传送讯号有效范围的 地形地物限制外，尚须对于传输的内容具有较高的噪声忍受比。另外，还需考虑到符合现代所要求的轻薄短d、的设计。
本实用新型所提出的多声道数字无线耳机装置设计，对多声道讯号源 的解码，是藉由发送端完成解码后，藉由无线电传送到耳机端，而直接经 由数字模拟转换与放大后，传送到多个扬声器，产生多声道的环绕音场， 而接收端的耳机装置亦能达到轻薄短小的要求。
本实用新型所提出的多声道无线耳机装置，适用于连接到数字多功能
光盘(Digital Versatile Disc,底下简称"DVD")播放机所输出的5.1声道音源 (底下简称为6CH音源)，或是连接到立体声(Stereo)的音源(底下简称为2CH 音源)。
例如接收来自DVD播放机的数字输出或是游戏主机所提供的具有6CH 的音源时，此发射机内的解码电路先将该6CH音源进行解码后以数字无线 方式传送到5.1声道的耳机播放，而输出的讯号包括三组讯号源，例如前置 立体(Front)讯号、后置立体(Rear)讯号、中央声道(Center)讯号与重低音(Sub woofer)讯号。
但若接收的讯号为2CH的立体声音源时，例如来自DVD播放器所提 供具有2CH的音源讯号，或例如线性脉冲代码调制(Linear Pulse Code Modulation, LPCM)格式的音源时，本实用新型的多声道数字无线耳机装置 设计，可将放大后的讯号同时传给多声道耳机内的至少两组喇叭进行播放， 利用多声道耳机内的不同喇叭组合，产生具有音场分离效果的声音，使原 本为2CH的立体声音源，产生不同的音场效果。
本实用新型所提出的多声道数字无线耳机装置设计，对于接收的音源 讯号，具有自动检测的功能，可以检测6CH音源及2CH音源，并据以自动 选择耳机播放方式。若音源信号为6CH时，也就是5.1声道环绕音效，则 不同声道的讯号将分别传送到多声道耳机内的前置主声道喇p八、重低音喇 叭、中央声道喇叭与环绕声道喇叭播放。另外，若音源信号为2CH时，也 就是立体声音效，则讯号将分别同时传送到左、右前置主声道喇叭与左、 右重低音喇叭或其他多个喇叭的组合，使其具有不同的音场效果，而非单 纯的传送到前置主声道喇叭。
本实用新型所提出的多声道无线耳机装置，包括讯号处理及发送装置 与具有接收装置的无线耳机。以下实施例，将分别以图1与图2说明。
请参照图1,为说明本实用新型所提出的多声道无线耳机装置中，作为讯号处理及发收装置电路方块示意图。此讯号处理及发送装置100包括自
动输入选择器110、数字信号处理器120、无线通信模块130、微控制器140、 无线通信模块微控制器150与不同电压输出的稳压器160、 162与164。
另外还可包括直流电压输入170与耳机充电电路172,用以对无线耳机 180进行充电，此无线耳机180即为本实用新型具有接收装置的无线耳机， 其可采用充电电池，并经由耳机充电电路172迷行充电，此充电方式可为 电性接触式的充电或是电磁感应的充电方式等等。
在此讯号处理及发送装置100中，自动输入选择器110具有同轴线路 连接界面与光纤连接界面，分别连接到两种讯号来源，包括来自同轴线路 所传来的同轴数字讯号输入源，或是来自光纤线路所传来的光纤数字讯号 输入源。而此自动输入选择器110可以检测并自动切换数单讯号来源，而 将接收的讯号则输出到数字信号处理器(Digital Signal Processor, DSP)120。
在此所提到的光纤连接界面，可以是S/PDIF格式的光纤连接界面，藉 由符合S/PDIF规格的光纤连接线路，传送到多声道解码器而产生例如Dolby Digital, DTS(Digital Theater System, DTS)环绕音场效果或是立体声音场效 果。Dolby Digital、 DTS同属多声道音频格式，目前普遍使用于5.1声道的 音响。而此S/PDIF格式，全名为Sony/Philips Digital Interface,顾名思义是 由Sony跟Philips两家公司合作制定的规格。S/PDIF的接线方式有两种， 第一种采用RCA非平衡式接头，使用具有75欧姆阻抗的同轴讯号线，另 一种则是采用光纤线。S/PDIF是最普遍出现在家用规格中的数字讯号，例 如MD( Mini Disk)的数字录放音、DVD的环绕数字输出等，在此实施例 中是使用S/PDIF格式的连接端口。
数字信号处理器(DSP)120用于处理多声道数字音效解码，而其内部包 含解码软件，可处理Dolby Digital 5.1、 Dolby Digital 2.0、 Dolby Pro Logic、 LPCM(立体声)或DTS编码讯号，而后输出多声道的讯号。此多声道的讯 号包括三组讯号，例如前置立体(Front)讯号、后置立体(Rear)讯号、中央声 道(Center)讯号与重低音(Subwoofer)讯号。本实用新型所提出的多声道无线 耳机装置，在发送端的数字信号处理器(DSP)120,即进行讯号的解码，并 将所得到的三组数字讯号(包括l.前置立体讯号、2.后置立体讯号、3.中央声 道讯号与重低音讯号)传送到无线通信模块130进行传送，同时将此三组讯 号藉由一组天线132与134传送出去。此无线通信模块130可以是例如使用2.4 GHz的射频(Radio Frequency)无线电发送器。
而此讯号处理及发送装置100具有孩史控制器140与无线通信模块微控 制器150,分别控制数字信号处理器120与无线通信模块130的操作。另外， 稳压器160则是从直流电压输入170取得直流电压源，例如图中所示的7.5 伏特(Volts)的电压，而后转换为5伏特(Volts)的电压，输出至稳压器162与 164,而分别转换并输出2.5伏特与3.3伏特的电压输出。 、
而本实用新型所提出的多声道无线耳机装置的接收端，为具有接收装
置的无线耳机，请参照图2，为显示无线耳机200的结构示意图。此无线耳 机200包括无线通信模块210、 一组天线212与214与用以控制的无线通信 模块微控制器216。另外，还包括六声道数字模拟转换器(6 Channel DAC) 218、六声道耳机放大器(6 Channel Headphone Amplifier) 220、延迟电路 (Delay Circuit)224、 5.1声道左右耳机226。除此之外，还包括微控制器228、 控制面板(Control Panel) 230、显示器模块(Display Module)232与稳压器 236。
上述无线通信模块210、无线通信模块微控制器216、六声道数字模拟 转换器218、微控制器228、显示器模块232等元件的操作电压，皆由+3.3V 稳压器236所提供。而+3.3V稳压器236的电压源是来自充电电池234,此 充电电池234可以经由如图1所示的耳才几充电电路172进行充电。而六声 道耳机放大器220则是直接由充电电池234提供工作电压。
在一选择实施例中，为了达到自动检测6CH音源及2CH音源的功能， 还包括输入格式检测装置(Input Format Detector) 240与重低音/前置喇p八选 择切换装置(Sub/Front Speaker Select Switch)242。
此无线通信模块210,与讯号处理及发送装置100的无线通信模块130 相互搭配使用，互为传输与接收。当无线通信模块130将前置立体(Front) 讯号、后置立体(Rear)讯号、中央声道(Center)讯号与重低音(Sub woofer)讯 号等三组数字讯号，藉由频率为2.4GHz的RP射频无线电波段传送出去时， 无线通信模块210则是利用其所具有的2.4 GHz的射频(Radio Frequency)无 线电接收器将三组讯号同时接收，并传送给六声道数字模拟转换器218。
在此实施例中，由于无线耳机200可选择性地加入麦克风238,因此， 除了具备无线电接收器之外，另外还必须具备无线电发送器。而图1的无 线通信模块130,亦必须同时具备无线电接收器与发送器，也就是无线电接收/发送器(Transceiver),以便接收来自无线耳机200的麦克风238讯号。
六声道数字模拟转换器218主要是将前置立体(Front)讯号、后置立体 (Rear)讯号、中央声道(Center)讯号与重低音(Sub woofer)讯号等三组数字信 号转换成模拟讯号。
微控制器228用于设定六声道数字模拟转换器218工作模式，包含音 量控制、状况监控等，并将解码器音量设定及解码格式等讯息藉由显示器 模块232告知使用者。控制面板230包含主音量、中央声道及环绕声道音 量控制、音量重置及静音等选择。
而六声道耳机放大器220用于将六声道数字模拟转换器218输出的模 拟讯号放大以推动5.1声道耳机。延迟电路(Delay Circuit)224则是用于截断 开机瞬间放大器送至喇叭的冲击电流以保护人耳。
输入格式冲企测装置240用于判读音乐格式为5.1或立体声，并依据音 乐格式传送控制信号到重低音/前置喇p八选择切换装置242,用以控制调整 喇叭配置，以达到最佳聆听效果。重低音/前置喇叭选择切换装置242用以 当输入音源格式为5.1声道时，重低音将被送至左右重低音喇叭。当输入 音源格式为立体声时，前左及前右输出将分别并接至左右重低音喇叭，强 化立体声音乐效果，中央及后环绕声道则无任何输出。
本实用新型所提出的多声道无线耳机装置，可以具有一个非固定式麦 克风的设计，此麦克风可以利用例如插槽式的连接方式，例如该连接区域 为导电插槽，而麦克风则可使用例如软管式麦克风的设计，而连接端直接 插入连接区域的插槽，而完成电性连接。
另外，麦克风238与无线耳机200的固定方式，亦可选择在连接界面 上加上磁铁，以使用吸附的方式将麦克风238固定在无线耳机200上，而 若是未使用麦克风238时，则可将其从无线耳机200移除。
请参照图3A 图3D，为说明本实用新型所提出的多声道无线耳机装置 中，作为讯号处理及发收装置示意图。此讯号处理及发送装置300内部包 括自动输入选择器、数字信号处理器、无线通信模块、微控制器、无线通 信模块微控制器、不同电压输出的稳压器与耳机充电电路等等，如图1所 述的功能，在此不再冗述。
在此讯号处理及发送装置300的主体310上，包括两个用以置放无线 耳机305的凹槽320，在此凹槽内部具有用以与无线耳机305电性连接的连接界面322,例如是多支的接脚(Pins)。而除此之外，还包括一个电池插槽 330，可将电池370插入于此，而提供电源，此即为图1的直流电压输入170, 当然，直流电压输入并不限于采用充电电池、另外亦可以外接变压器 (Adapter)的方式提供。
而在主体310的其中一侧，具有两组显示灯340与350,此显示灯340 可用以显示，无线耳机305的充电状态，而显示灯350则是用以显示目前是 否提供电源。而此两组显示灯340与350可采用发光二极管(LED)显示装置。 而在主体310的另外一侧，则是具有一连接界面360，此连接界面具有多个 连接插孔，可用以连接不同的音源，例如S/PDIF格式的光纤连接界面，或 是RCA非平衡式接头的同轴讯号线等等。或是透过例如通用串列连接总线 (USB)的连接界面传输讯号。
当无线耳机305的两个耳机端分别置入凹槽320时，由于电性连接， 可利用讯号处理及发送装置300内部的耳机充电电路进行充电。在此介绍 的是电性接触式的充电方式，另外当然亦可采用电磁感应的充电方式。
请参照图4A 4D,本实用新型所提出的多声道无线耳机装置的接收 端，具有接收装置的无线耳机。在图4A与4B为其中一侧边的无线耳机的 侧示示意图，而图4C与4D为另一側边的无线耳机的侧示示意图。此无线 耳才几具有5.1声道左右耳才几410与430,而其上方用以配戴到4吏用者头部的 部分包括无线通信模块420与电池440。而其内部具有一组天线与用以控制 的无线通信模块微控制器。另外，还包括六声道数字模拟转换器(6 Channel DAC )、六声道耳机放大器(6 Channel Headphone Amplifier )、延迟电路(Delay Circuit),微控制器与稳压器，上述结构如图2所描述的内容，在此不再冗 述。除此之外，此无线通信模块420还包括控制面板(Control Panel) 424 与显示器模块(Display Module)432。
请参照图5A 图5C,为说明本实用新型所提出的多声道无线耳机装置 中，作为讯号处理及发收装置的另一实施例示意图。此讯号处理及发送装 置500内部包括USB音效控制器、模拟数字转换器、无线通信模块、无线 通信模块微控制器、不同电压输出的稳压器等等，如图1所述的功能，在 此不再冗述。而此讯号处理及发送装置500最大差异在于直接使用具有一 个通用串列连接总线(USB)连接端口 510连接到USB的讯号源， 一般为计 算机装置，包括个人或笔记型计算机，并将计算机的多声道音源讯号经过模拟数字转换后传输给无线耳机。而另外亦可如图5D,经由一个USB的转
接线连接到外部的音源装置。
虽然本实用新型已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本实用 新型，本领域的技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围的前提下可作 若干的更动与润饰，因此本实用新型的保护范围以本发明的权利要求为准。
权利要求1.一种多声道无线耳机装置，其特征是，包括一讯号处理及发送装置，用于处理多声道数字音效解码，并产生多组数字音源讯号，并藉由无线通信同时将所述数字音源讯号传送至多声道无线耳机，以及一无线耳机，利用无线通信直接接收所述数字音源讯号，并经由数字模拟转换与放大后，经由该无线耳机的多个喇叭产生多声道音场。
2. 如权利要求1所述的多声道无线耳机装置，其特征是，其中该讯号处 理及发送装置，包括一数字信号处理器，用于处理该多声道数字音效解码，并产生所述数 字音源讯号；以及一第一无线通信模块，利用无线通信将所述数字音源讯号同时传出。
3. 如权利要求1所述的多声道无线耳机装置，其特征是，其中该讯号处 理及发送装置的该第一无线通信模块为射频无线电通信模块。
4. 如权利要求2所述的多声道无线耳机装置，其特征是，其中该第一无 线通信模块是利用一对天线，经由2.4GHz频段的射频无线电发送。
5. 如权利要求1所述的多声道无线耳机装置，其特征是，其中该无线耳 机还包括一非固定式麦克风，采用可移除式方式电性连接到该无线耳机， 用以输入使用者的声音，并经由该无线耳机传送到该讯号处理及发送装置。
6. 如权利要求1所述的多声道无线耳机装置，其特征是，其中该讯号处 理及发送装置经由S/PDIF格式的光纤连接界面连接到音源讯号以产生所述 多组数字音源讯号。
7. 如权利要求1所述的多声道无线耳机装置，其特征是，其中该讯号处 理及发送装置经由RCA非平衡式接头的同轴讯号线连接界面连接到音源 讯号以产生所述多组数字音源讯号。
8. 如权利要求1所述的多声道无线耳机装置，其特征是，其中该讯号处 理及发送装置具有两凹槽，用以置放该无线耳机，以进行充电。
9. 如权利要求8所述的多声道无线耳机装置，其特征是，其中该两凹槽 内具有一连接界面，当该无线耳机置放在所述凹槽时，用以电性连接并且 充电。
10. 如权利要求1所述的多声道无线耳机装置，其特征是，其中该讯号处理及发送装置经由通用串行连接总线USB的连接界面连接到音源讯号以产生所述多组数字音源讯号。
11. 如权利要求1所述的多声道无线耳机装置，其特征是，其中该无线耳机包括一对多声道耳机；一第二无线通信模块，利用无线通信接收所述数字音源讯号；一多声道数字模拟转换器，用以接收经由无线通信取得的所述数字音 源讯号，并转为一模拟讯号；一多声道耳机放大器，连接到该多声道数字模拟转换器，用以接收该 模拟讯号，并据以输出一组前置声道讯号、 一组环绕声道讯号、 一中央声 道讯号及一重低音讯号；一输入格式检测装置，连接到该多声道数字模拟转换器，用以判读该 解码讯号的格式，并据以输出一控制信号；一延迟装置，用以接收该组前置声道讯号、该组环绕声道讯号、该中 央声道讯号及该重低音讯号，并且进行延迟处理后输出至该多声道耳机； 以及一重低音/前置喇叭选择切换装置，连接到该输入格式检测装置与该延 迟装置，用以接收该延迟装置所输出的该组前置声道讯号及该重低音讯号， 并根据该控制信号而据以切换前置声道及重低音讯号，当接收到该组前置 声道讯号而无环绕声道讯号与该重低音讯号时，该重低音/前置喇口八选择切 换装置立即切断其重低音输出并将该组前置声道分别输出至该多声道耳机 内的左右重低音喇叭。
12. 如权利要求1所述的多声道无线耳机装置，其特征是，其中该无线 耳机还包括控制面板，用以控制该无线耳机的搡作状态。
13. 如权利要求1所述的多声道无线耳机装置，其特征是，其中该无线 耳机还包括显示器模块，用以显示该无线耳机的音量设定或解码格式。
专利摘要一种能够克服无线传送讯号有效范围的地形地物限制和对于传输的内容具有较高的噪声忍受比的多声道无线耳机装置。此多声道无线耳机装置包括讯号处理及发送装置以及无线耳机。讯号处理及发送装置用于处理多声道数字音效解码，并产生多组数字音源讯号，并藉由无线通信同时将所述数字音源讯号传送至多声道无线耳机。无线耳机利用无线通信直接接收所述数字音源讯号，并经由数字模拟转换与放大后，经由无线耳机的多个喇叭产生多声道音场。
文档编号H04R5/033GK201328181SQ20082013411
公开日2009年10月14日 申请日期2008年9月12日 优先权日2008年9月12日
发明者杨宗隆 申请人:固昌通讯股份有限公司