陳冠良 姚菲子

廣州南洋理工職業(yè)學(xué)院

一款小功率共振音響的設(shè)計(jì)與制作

陳冠良 姚菲子

廣州南洋理工職業(yè)學(xué)院

目前市面上的所有小功率音響，都具有功率小而容易攜帶的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，也有功率小，低音不突出等等現(xiàn)象，本人受行業(yè)廠家委托，設(shè)計(jì)一款共振形式的小型音響，解決了低音不突出的問(wèn)題。同時(shí)也產(chǎn)生出一個(gè)音頻的新概念:1.1聲道。多個(gè)技術(shù)與相關(guān)項(xiàng)目已申請(qǐng)專利，在這里，作者寫出本文，展現(xiàn)出一種新的設(shè)計(jì)思路和理念，供相關(guān)技術(shù)人員參考與借簽。但需要注意的是，不能以任何形式對(duì)本文進(jìn)行全部或部分轉(zhuǎn)載，否則，作者有權(quán)進(jìn)行版權(quán)問(wèn)責(zé)處理與追究。

小功率 共振 音響

對(duì)于國(guó)內(nèi)的音響產(chǎn)品開發(fā)來(lái)說(shuō)，多數(shù)是直接引用國(guó)外相對(duì)品質(zhì)較好的樣機(jī)來(lái)直接進(jìn)行改進(jìn)，從而達(dá)到研發(fā)的的目地。這就出現(xiàn)一種現(xiàn)象，那就是國(guó)外有什么東西，國(guó)內(nèi)就跟著做什么東西，長(zhǎng)期以往，就出現(xiàn)了國(guó)內(nèi)廠家一味的仿制。而沒(méi)有自已的產(chǎn)品設(shè)計(jì)靈魂，因此，有自已的設(shè)計(jì)思想和風(fēng)格電子產(chǎn)品的開發(fā)，顯得較為重要。

1 設(shè)計(jì)思路

由于現(xiàn)在市面上的音響產(chǎn)品，大多數(shù)都是兩方面分化的產(chǎn)品，一種是以音質(zhì)為主要的設(shè)計(jì)目的。在音質(zhì)的要求上極度完美，比如，各大音響廠家的家庭音響系統(tǒng)，CD公放，高保真，高靈敏度的音箱等等。這種產(chǎn)品由于器材的不限制性，在還原聲音的過(guò)程中，主要的目的就是還原音樂(lè)原來(lái)的所有信號(hào)本色。在音源的采集上，音頻信號(hào)的處理上，功放電路的放大性能上，喇叭的聲音還原度上，都力求做到盡善盡美。所以，這類產(chǎn)品在性能上是具有不可比擬性，因?yàn)?，你無(wú)法在一個(gè)空間，場(chǎng)地，聽音角度上都受限制的情況下來(lái)與一套HIFI器材PK。

另外一種產(chǎn)品，是以小巧，靈活為主要目的，在聲音的表現(xiàn)過(guò)程中，因?yàn)楫a(chǎn)品體積的限制。不可在有限的空間內(nèi)，放入大的喇叭（大家都知道，一套好的音響器材，是需要好的喇叭來(lái)實(shí)現(xiàn)聲音的還原）如果沒(méi)有能播放聲音的好喇叭，一切裝備都是沒(méi)用的。這也是為什么發(fā)燒友們一再的在喇叭上下功夫的原因。同時(shí)，因?yàn)轶w積小，也不可能裝入更多功能的電路板。電路的部分性能也因?yàn)殡娐返暮?jiǎn)化而出現(xiàn)性能指標(biāo)的下降。但這一種產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)在于，他的體積小巧，性能十分的多元化，不單單是一個(gè)音響的產(chǎn)品。比如，我們常用的手機(jī)，MP5，電腦等等產(chǎn)品上的音樂(lè)功能只不過(guò)是一種電器產(chǎn)品的附加功能。產(chǎn)品的設(shè)計(jì)之初并不是為了音樂(lè)的播放而產(chǎn)生。

那么，在這種音響產(chǎn)品的現(xiàn)狀下，有沒(méi)有一種體積小而又音響效果又相對(duì)理想的產(chǎn)品呢？在多方試驗(yàn)下（主要是解決小口徑喇叭的底音播放效果的問(wèn)題），研發(fā)了一種共振型的音響，產(chǎn)品的體積小巧，只有一個(gè)一次性的杯子那么大。但在正常播放時(shí)，放在木質(zhì)的桌面上，播放出的聲音音量卻達(dá)到數(shù)十W級(jí)的音響效果，而根據(jù)實(shí)際的播放功率來(lái)計(jì)算其真實(shí)能量功率，其功率不過(guò)是2W左右。最大峰值的情況下，達(dá)到5W。

在這種小型的音頻播放設(shè)備中，要想得到非常實(shí)用的產(chǎn)品，那么產(chǎn)品的攜帶性，音質(zhì)的感覺(jué)，都顯得十分重要，怎樣在設(shè)計(jì)時(shí)就取得一個(gè)中間的度，就顯得十分重要。也就是說(shuō)，不但要保證音質(zhì)的播放效果，又要解決音響產(chǎn)品的小巧，還要有實(shí)用性，如果一個(gè)好的產(chǎn)品，其電池的耐用性不好。也是一件十分實(shí)痛的事，試想一下，你的手機(jī)什么都好，就是充一次電只能用三個(gè)小時(shí)是什么感覺(jué)？

所以，在小型的電子產(chǎn)品中，電池是先要解決的問(wèn)題。只有解決了電池的耐用性，產(chǎn)品的使用時(shí)間有了保障，電子產(chǎn)品才有意義。本產(chǎn)品的電源工作電流為MA級(jí)，而手機(jī)電池的容量為數(shù)千MA級(jí)。這樣一來(lái)，就解決了一個(gè)電池能源的問(wèn)題。在MA級(jí)的電源供應(yīng)中，手機(jī)電池做為能量大，充電方便，價(jià)格低等等優(yōu)點(diǎn)。被很多小型音響產(chǎn)品的廠家采用。那么，本設(shè)計(jì)的產(chǎn)品也借用這一思路。采用手機(jī)電池供電。

2 電路的工作原理和技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

2.1 音頻解碼電路的信號(hào)流程與工作原理

在電路中，音頻解碼芯片AC2096將插卡器中的SD卡內(nèi)部的音頻信息經(jīng)過(guò)時(shí)鐘線，數(shù)據(jù)線，片選信號(hào)等等引腳送到音頻解碼電路的專用引腳，在電路內(nèi)部進(jìn)行DA和AD轉(zhuǎn)換后，送出音頻信號(hào)，從電路的4，5腳輸出，分別輸出左聲道和右聲道信號(hào)。再經(jīng)過(guò)LC網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行去加重處理后，取出高頻和低頻信號(hào)，分別送到功放電路的7腳和10腳進(jìn)行放大。最后放大后的音頻信號(hào)從功放集成電路的1，3(輸出左聲道)和14，16(輸出右聲道)。值得注意的是，本電路的音頻信號(hào)輸出與常用的電路的連接方式是不一樣的，常用的功放電路的信號(hào)輸出都是通過(guò)電流入地的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。而本電路的音頻信號(hào)是以脈沖方式，信號(hào)反向來(lái)得到功率輸出。電路的工作原理與揚(yáng)聲器的連接方法是不一樣的，本電路中的喇叭連接線是不經(jīng)過(guò)地線的。這點(diǎn)在設(shè)計(jì)數(shù)碼功放電路和維修這種電路時(shí)應(yīng)該注意。在本電路的信號(hào)輸出中，雖說(shuō)單線接入能夠讓喇叭發(fā)音。但是其電路的輸出功率卻大打折扣，只能輸出電路的一半功率。這對(duì)于小型的音響產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，是得不賞失的一種做法，雖然能夠增加電路的輸出總的路數(shù)，但是輸出的功率的下降，也會(huì)讓產(chǎn)品的實(shí)用性降低。

2.2 外接音源的放大電路工作原理與信號(hào)流程

外接音源在電路的10，11腳輸入，音頻的輸入靈敏度大約在350MV，經(jīng)解碼電路內(nèi)部切換后，還是從集成電路的4，5兩腳輸出。功放電路的放大電路與音頻解碼的過(guò)程是一樣的，只是在音頻的選擇上，進(jìn)行了切換而已。

集成電路的音頻轉(zhuǎn)換端在電路的14腳，當(dāng)14腳接地時(shí)，電路的音頻選擇處于外接方式。內(nèi)部的音頻解碼電路處于停止的狀態(tài)。此時(shí)的電路時(shí)鐘和晶體振蕩器是不工作的。

2.3 讀卡電路的工作原理與信號(hào)流程

當(dāng)電路中，有SD卡和TF卡插入時(shí)，集成電路的數(shù)據(jù)傳送腳會(huì)得到一個(gè)脈沖。因?yàn)樵谡Ｗx卡時(shí)，集成電路會(huì)不停的發(fā)送尋求信號(hào)，當(dāng)卡內(nèi)有相關(guān)信號(hào)符合解碼條件時(shí)，會(huì)發(fā)送一個(gè)應(yīng)答信號(hào)，集成電路在得到為個(gè)應(yīng)答信號(hào)后，就開始讀取相關(guān)的信息并進(jìn)行解碼處理。還原音頻信號(hào)，卡的主要信號(hào)有以下幾路:

DATA，數(shù)據(jù)傳送端，本端子是用于傳送卡內(nèi)的數(shù)據(jù)流信息，按照集成電路的晶振頻率來(lái)進(jìn)行節(jié)拍傳送。

CLK端子，是電路的時(shí)鐘端，本端子的任務(wù)是將電路的工作按照一定的節(jié)拍來(lái)進(jìn)行，也就是說(shuō)，在一秒的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行多少數(shù)據(jù)的傳送是有規(guī)定的。

CMD端子，這個(gè)引腳是一個(gè)片選信號(hào)的端子，它的信號(hào)正常與否，直接關(guān)系到解碼電路能不能正常對(duì)卡內(nèi)的信息進(jìn)行解碼。如果這個(gè)引腳的信號(hào)不正常，那么，整個(gè)解碼電路就會(huì)處于不工作的狀態(tài)。所以，在設(shè)計(jì)和維修卡類的信號(hào)電路時(shí)，一定要對(duì)這幾個(gè)信號(hào)的特點(diǎn)了解清楚。

2.4 電池充電與供電電路

從電路圖上來(lái)看，電池的供電電路是由三極管為主的電路來(lái)組成一個(gè)簡(jiǎn)單的恒流充電電路，當(dāng)電池的電壓低于3.2V時(shí)，USB端有電壓輸入時(shí)，電路由于三極管的導(dǎo)通，電流經(jīng)過(guò)1歐電阻直接進(jìn)入到電池的正極。對(duì)電池進(jìn)行充電。當(dāng)充電的電壓不斷的上升時(shí)，達(dá)到帶電電壓4.2V時(shí)，三極管就會(huì)因?yàn)榛鶚O的電壓與發(fā)射極電壓相等而截止(因?yàn)槿龢O管是PNP型，在B極電壓等于E極電壓時(shí)，三極管會(huì)處于截止的狀態(tài))。

在正常工作時(shí)，三極管是截止的，電流直接從電池的正極經(jīng)過(guò)切換開關(guān)，直接送到電路的各VCC端子。

2.5 KEY按鍵控制電路

本電路采用的是分壓式電路控制的方式，在電路的KEY端子（17腳）外部輸入不同的電壓，會(huì)在內(nèi)部執(zhí)行不同的指令。在本電路中，通過(guò)一只搖頭開關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)這一功能。多功能搖頭開關(guān)能實(shí)現(xiàn)六常用的功能，如播放，暫停，上一首，下一首，音量大，音量小。芯片的KEY引腳會(huì)根據(jù)電路的輸入電壓不同來(lái)執(zhí)行不同的指令。在長(zhǎng)按和短按的情況下，會(huì)實(shí)現(xiàn)不同的功能，這就為電路的簡(jiǎn)化做了很好前提。

本電路的分壓電路只不過(guò)是一個(gè)外圍電路的硬件，實(shí)際上功能的實(shí)現(xiàn)還與內(nèi)部的程序相關(guān)，可以根據(jù)不同的需求來(lái)實(shí)現(xiàn)電路的各種功能。在設(shè)計(jì)時(shí)，這個(gè)引腳的功能應(yīng)該考慮清楚，是用內(nèi)部的軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)電路的功能還是用外部的硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)電路的功能。多數(shù)情況下，工程師們都愿意用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)電路的各種功能，因?yàn)樵诔杀镜目紤]上來(lái)說(shuō)是十分合理的。另一方面，軟件在調(diào)試的時(shí)候也是很方便的，不需要去更改外圍電路的參數(shù)，從而浪費(fèi)大量的時(shí)間。

2.6 電路的技術(shù)創(chuàng)新

在本次的電路設(shè)計(jì)中，由于電路的音頻輸出是需要一組高音與一組低音，如果按常規(guī)的要求來(lái)設(shè)計(jì)的話，則需要使用到三組音頻放大電路，也就是目前市面上常見的2.1聲道的音響。但是，在本機(jī)的產(chǎn)品中，不可能實(shí)現(xiàn)2.1聲道的輸出，因?yàn)轶w積的原因。再者，電路板上也無(wú)法加入一組音頻放大電路。這就給本設(shè)計(jì)提供了一個(gè)難題，那就是如何實(shí)現(xiàn)高音與低音共存。

在這種前提下，筆者大膽采用1.1聲道方式，也就是只用一個(gè)高音，而低音部分則用另外一個(gè)聲道。這在所有的音響產(chǎn)品中，是沒(méi)有過(guò)的現(xiàn)象，要么就是2.0，要么就是2.1，而音響產(chǎn)品中，目前還沒(méi)有1.1的產(chǎn)品問(wèn)世。

那么在本產(chǎn)品中，高音通道是一個(gè)聲道，低音通道也是一個(gè)聲道，由于低音的發(fā)音是通過(guò)其它物體，比如桌子，木箱等等。那么低音的聲音相位則是全方位的，沒(méi)有指向性。而且人耳對(duì)低音的主向感覺(jué)不是十分的靈敏，這也更加對(duì)本產(chǎn)品的低單實(shí)現(xiàn)提供了便利。

在另外一個(gè)聲道，高音的實(shí)現(xiàn)是用一個(gè)50MM的小高音喇叭來(lái)實(shí)現(xiàn)，由于高音紙盆是向上方的，那么高音的聲音輸出也是沒(méi)有指向性，這樣一來(lái)，高音和低音都是360度的相位，人在任何一個(gè)方向聽音都是一樣的效果。

從電路的實(shí)現(xiàn)上來(lái)說(shuō)，一個(gè)高音加上一個(gè)低音的方式就是1.1聲道（本概念和名稱已申請(qǐng)專利，禁止任何形式的轉(zhuǎn)載和套用）。

3 總結(jié)

設(shè)計(jì)一款電子產(chǎn)品與我們制作一款電子產(chǎn)品是不一樣的工作，自已制作時(shí)，只需要完成電路的設(shè)計(jì)功能就可以了，而一款電器的設(shè)計(jì)除了要考慮電路的性能以外，還要考慮外觀和機(jī)械部分的設(shè)計(jì)要求。同時(shí)，對(duì)于產(chǎn)品的各種安規(guī)都要十分清楚，不然的話，一款產(chǎn)品上市，發(fā)現(xiàn)安全不符合相關(guān)的政策要求，那么工廠前期所有的投入都是白費(fèi)。一款性能優(yōu)良的產(chǎn)品，不但反映出工程師的設(shè)計(jì)水平和功底。也反映出一個(gè)設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)風(fēng)格和設(shè)計(jì)靈魂。

陳冠良，男，1995年生，電子產(chǎn)品維修高級(jí)工。大學(xué)?？茩C(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)畢業(yè)，從事電子設(shè)計(jì)與開發(fā)工作，主修電子電路設(shè)計(jì)方向。