一款小功率共振音響的設計與制作

陳冠良 姚菲子

廣州南洋理工職業(yè)學院

一款小功率共振音響的設計與制作

陳冠良 姚菲子

廣州南洋理工職業(yè)學院

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。同時，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，設計一款共振形式的小型音響，解決了低音不突出的問題。同時也產生出一個音頻的新概念:1.1聲道。多個技術與相關項目已申請專利，在這里，作者寫出本文，展現(xiàn)出一種新的設計思路和理念，供相關技術人員參考與借簽。但需要注意的是，不能以任何形式對本文進行全部或部分轉載，否則，作者有權進行版權問責處理與追究。

小功率 共振 音響

對于國內的音響產品開發(fā)來說，多數(shù)是直接引用國外相對品質較好的樣機來直接進行改進，從而達到研發(fā)的的目地。這就出現(xiàn)一種現(xiàn)象，那就是國外有什么東西，國內就跟著做什么東西，長期以往，就出現(xiàn)了國內廠家一味的仿制。而沒有自已的產品設計靈魂，因此，有自已的設計思想和風格電子產品的開發(fā)，顯得較為重要。

1 設計思路

由于現(xiàn)在市面上的音響產品，大多數(shù)都是兩方面分化的產品，一種是以音質為主要的設計目的。在音質的要求上極度完美，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。這種產品由于器材的不限制性，在還原聲音的過程中，主要的目的就是還原音樂原來的所有信號本色。在音源的采集上，音頻信號的處理上，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，這類產品在性能上是具有不可比擬性，因為，你無法在一個空間，場地，聽音角度上都受限制的情況下來與一套HIFI器材PK。

另外一種產品，是以小巧，靈活為主要目的，在聲音的表現(xiàn)過程中，因為產品體積的限制。不可在有限的空間內，放入大的喇叭（大家都知道，一套好的音響器材，是需要好的喇叭來實現(xiàn)聲音的還原）如果沒有能播放聲音的好喇叭，一切裝備都是沒用的。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，因為體積小，也不可能裝入更多功能的電路板。電路的部分性能也因為電路的簡化而出現(xiàn)性能指標的下降。但這一種產品的優(yōu)點在于，他的體積小巧，性能十分的多元化，不單單是一個音響的產品。比如，我們常用的手機，MP5，電腦等等產品上的音樂功能只不過是一種電器產品的附加功能。產品的設計之初并不是為了音樂的播放而產生。

那么，在這種音響產品的現(xiàn)狀下，有沒有一種體積小而又音響效果又相對理想的產品呢？在多方試驗下（主要是解決小口徑喇叭的底音播放效果的問題），研發(fā)了一種共振型的音響，產品的體積小巧，只有一個一次性的杯子那么大。但在正常播放時，放在木質的桌面上，播放出的聲音音量卻達到數(shù)十W級的音響效果，而根據(jù)實際的播放功率來計算其真實能量功率，其功率不過是2W左右。最大峰值的情況下，達到5W。

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

所以，在小型的電子產品中，電池是先要解決的問題。只有解決了電池的耐用性，產品的使用時間有了保障，電子產品才有意義。本產品的電源工作電流為MA級，而手機電池的容量為數(shù)千MA級。這樣一來，就解決了一個電池能源的問題。在MA級的電源供應中，手機電池做為能量大，充電方便，價格低等等優(yōu)點。被很多小型音響產品的廠家采用。那么，本設計的產品也借用這一思路。采用手機電池供電。

2 電路的工作原理和技術創(chuàng)新點

2.1 音頻解碼電路的信號流程與工作原理

在電路中，音頻解碼芯片AC2096將插卡器中的SD卡內部的音頻信息經過時鐘線，數(shù)據(jù)線，片選信號等等引腳送到音頻解碼電路的專用引腳，在電路內部進行DA和AD轉換后，送出音頻信號，從電路的4，5腳輸出，分別輸出左聲道和右聲道信號。再經過LC網絡進行去加重處理后，取出高頻和低頻信號，分別送到功放電路的7腳和10腳進行放大。最后放大后的音頻信號從功放集成電路的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輸出都是通過電流入地的方式來實現(xiàn)。而本電路的音頻信號是以脈沖方式，信號反向來得到功率輸出。電路的工作原理與揚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過地線的。這點在設計數(shù)碼功放電路和維修這種電路時應該注意。在本電路的信號輸出中，雖說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。這對于小型的音響產品來說，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，也會讓產品的實用性降低。

2.2 外接音源的放大電路工作原理與信號流程

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，經解碼電路內部切換后，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程是一樣的，只是在音頻的選擇上，進行了切換而已。

集成電路的音頻轉換端在電路的14腳，當14腳接地時，電路的音頻選擇處于外接方式。內部的音頻解碼電路處于停止的狀態(tài)。此時的電路時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流程

當電路中，有SD卡和TF卡插入時，集成電路的數(shù)據(jù)傳送腳會得到一個脈沖。因為在正常讀卡時，集成電路會不停的發(fā)送尋求信號，當卡內有相關信號符合解碼條件時，會發(fā)送一個應答信號，集成電路在得到為個應答信號后，就開始讀取相關的信息并進行解碼處理。還原音頻信號，卡的主要信號有以下幾路:

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

CLK端子，是電路的時鐘端，本端子的任務是將電路的工作按照一定的節(jié)拍來進行，也就是說，在一秒的時間內進行多少數(shù)據(jù)的傳送是有規(guī)定的。

CMD端子，這個引腳是一個片選信號的端子，它的信號正常與否，直接關系到解碼電路能不能正常對卡內的信息進行解碼。如果這個引腳的信號不正常，那么，整個解碼電路就會處于不工作的狀態(tài)。所以，在設計和維修卡類的信號電路時，一定要對這幾個信號的特點了解清楚。

2.4 電池充電與供電電路

從電路圖上來看，電池的供電電路是由三極管為主的電路來組成一個簡單的恒流充電電路，當電池的電壓低于3.2V時，USB端有電壓輸入時，電路由于三極管的導通，電流經過1歐電阻直接進入到電池的正極。對電池進行充電。當充電的電壓不斷的上升時，達到帶電電壓4.2V時，三極管就會因為基極的電壓與發(fā)射極電壓相等而截止(因為三極管是PNP型，在B極電壓等于E極電壓時，三極管會處于截止的狀態(tài))。

在正常工作時，三極管是截止的，電流直接從電池的正極經過切換開關，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，會在內部執(zhí)行不同的指令。在本電路中，通過一只搖頭開關來實現(xiàn)這一功能。多功能搖頭開關能實現(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引腳會根據(jù)電路的輸入電壓不同來執(zhí)行不同的指令。在長按和短按的情況下，會實現(xiàn)不同的功能，這就為電路的簡化做了很好前提。

本電路的分壓電路只不過是一個外圍電路的硬件，實際上功能的實現(xiàn)還與內部的程序相關，可以根據(jù)不同的需求來實現(xiàn)電路的各種功能。在設計時，這個引腳的功能應該考慮清楚，是用內部的軟件來實現(xiàn)電路的功能還是用外部的硬件來實現(xiàn)電路的功能。多數(shù)情況下，工程師們都愿意用軟件來實現(xiàn)電路的各種功能，因為在成本的考慮上來說是十分合理的。另一方面，軟件在調試的時候也是很方便的，不需要去更改外圍電路的參數(shù)，從而浪費大量的時間。

2.6 電路的技術創(chuàng)新

在本次的電路設計中，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)的要求來設計的話，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，在本機的產品中，不可能實現(xiàn)2.1聲道的輸出，因為體積的原因。再者，電路板上也無法加入一組音頻放大電路。這就給本設計提供了一個難題，那就是如何實現(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，也就是只用一個高音，而低音部分則用另外一個聲道。這在所有的音響產品中，是沒有過的現(xiàn)象，要么就是2.0，要么就是2.1，而音響產品中，目前還沒有1.1的產品問世。

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

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

從電路的實現(xiàn)上來說，一個高音加上一個低音的方式就是1.1聲道（本概念和名稱已申請專利，禁止任何形式的轉載和套用）。

3 總結

設計一款電子產品與我們制作一款電子產品是不一樣的工作，自已制作時，只需要完成電路的設計功能就可以了，而一款電器的設計除了要考慮電路的性能以外，還要考慮外觀和機械部分的設計要求。同時，對于產品的各種安規(guī)都要十分清楚，不然的話，一款產品上市，發(fā)現(xiàn)安全不符合相關的政策要求，那么工廠前期所有的投入都是白費。一款性能優(yōu)良的產品，不但反映出工程師的設計水平和功底。也反映出一個設計師的設計風格和設計靈魂。

陳冠良，男，1995年生，電子產品維修高級工。大學專科機電一體化技術專業(yè)畢業(yè)，從事電子設計與開發(fā)工作，主修電子電路設計方向。