一款小功率共振音响的设计与制作

陈冠良 姚菲子

广州南洋理工职业学院

一款小功率共振音响的设计与制作

陈冠良 姚菲子

广州南洋理工职业学院

目前市面上的所有小功率音响，都具有功率小而容易携带的优点。同时，也有功率小，低音不突出等等现象，本人受行业厂家委托，设计一款共振形式的小型音响，解决了低音不突出的问题。同时也产生出一个音频的新概念:1.1声道。多个技术与相关项目已申请专利，在这里，作者写出本文，展现出一种新的设计思路和理念，供相关技术人员参考与借签。但需要注意的是，不能以任何形式对本文进行全部或部分转载，否则，作者有权进行版权问责处理与追究。

小功率 共振 音响

对于国内的音响产品开发来说，多数是直接引用国外相对品质较好的样机来直接进行改进，从而达到研发的的目地。这就出现一种现象，那就是国外有什么东西，国内就跟着做什么东西，长期以往，就出现了国内厂家一味的仿制。而没有自已的产品设计灵魂，因此，有自已的设计思想和风格电子产品的开发，显得较为重要。

1 设计思路

由于现在市面上的音响产品，大多数都是两方面分化的产品，一种是以音质为主要的设计目的。在音质的要求上极度完美，比如，各大音响厂家的家庭音响系统，CD公放，高保真，高灵敏度的音箱等等。这种产品由于器材的不限制性，在还原声音的过程中，主要的目的就是还原音乐原来的所有信号本色。在音源的采集上，音频信号的处理上，功放电路的放大性能上，喇叭的声音还原度上，都力求做到尽善尽美。所以，这类产品在性能上是具有不可比拟性，因为，你无法在一个空间，场地，听音角度上都受限制的情况下来与一套HIFI器材PK。

另外一种产品，是以小巧，灵活为主要目的，在声音的表现过程中，因为产品体积的限制。不可在有限的空间内，放入大的喇叭（大家都知道，一套好的音响器材，是需要好的喇叭来实现声音的还原）如果没有能播放声音的好喇叭，一切装备都是没用的。这也是为什么发烧友们一再的在喇叭上下功夫的原因。同时，因为体积小，也不可能装入更多功能的电路板。电路的部分性能也因为电路的简化而出现性能指标的下降。但这一种产品的优点在于，他的体积小巧，性能十分的多元化，不单单是一个音响的产品。比如，我们常用的手机，MP5，电脑等等产品上的音乐功能只不过是一种电器产品的附加功能。产品的设计之初并不是为了音乐的播放而产生。

那么，在这种音响产品的现状下，有没有一种体积小而又音响效果又相对理想的产品呢？在多方试验下（主要是解决小口径喇叭的底音播放效果的问题），研发了一种共振型的音响，产品的体积小巧，只有一个一次性的杯子那么大。但在正常播放时，放在木质的桌面上，播放出的声音音量却达到数十W级的音响效果，而根据实际的播放功率来计算其真实能量功率，其功率不过是2W左右。最大峰值的情况下，达到5W。

在这种小型的音频播放设备中，要想得到非常实用的产品，那么产品的携带性，音质的感觉，都显得十分重要，怎样在设计时就取得一个中间的度，就显得十分重要。也就是说，不但要保证音质的播放效果，又要解决音响产品的小巧，还要有实用性，如果一个好的产品，其电池的耐用性不好。也是一件十分实痛的事，试想一下，你的手机什么都好，就是充一次电只能用三个小时是什么感觉？

所以，在小型的电子产品中，电池是先要解决的问题。只有解决了电池的耐用性，产品的使用时间有了保障，电子产品才有意义。本产品的电源工作电流为MA级，而手机电池的容量为数千MA级。这样一来，就解决了一个电池能源的问题。在MA级的电源供应中，手机电池做为能量大，充电方便，价格低等等优点。被很多小型音响产品的厂家采用。那么，本设计的产品也借用这一思路。采用手机电池供电。

2 电路的工作原理和技术创新点

2.1 音频解码电路的信号流程与工作原理

在电路中，音频解码芯片AC2096将插卡器中的SD卡内部的音频信息经过时钟线，数据线，片选信号等等引脚送到音频解码电路的专用引脚，在电路内部进行DA和AD转换后，送出音频信号，从电路的4，5脚输出，分别输出左声道和右声道信号。再经过LC网络进行去加重处理后，取出高频和低频信号，分别送到功放电路的7脚和10脚进行放大。最后放大后的音频信号从功放集成电路的1，3(输出左声道)和14，16(输出右声道)。值得注意的是，本电路的音频信号输出与常用的电路的连接方式是不一样的，常用的功放电路的信号输出都是通过电流入地的方式来实现。而本电路的音频信号是以脉冲方式，信号反向来得到功率输出。电路的工作原理与扬声器的连接方法是不一样的，本电路中的喇叭连接线是不经过地线的。这点在设计数码功放电路和维修这种电路时应该注意。在本电路的信号输出中，虽说单线接入能够让喇叭发音。但是其电路的输出功率却大打折扣，只能输出电路的一半功率。这对于小型的音响产品来说，是得不赏失的一种做法，虽然能够增加电路的输出总的路数，但是输出的功率的下降，也会让产品的实用性降低。

2.2 外接音源的放大电路工作原理与信号流程

外接音源在电路的10，11脚输入，音频的输入灵敏度大约在350MV，经解码电路内部切换后，还是从集成电路的4，5两脚输出。功放电路的放大电路与音频解码的过程是一样的，只是在音频的选择上，进行了切换而已。

集成电路的音频转换端在电路的14脚，当14脚接地时，电路的音频选择处于外接方式。内部的音频解码电路处于停止的状态。此时的电路时钟和晶体振荡器是不工作的。

2.3 读卡电路的工作原理与信号流程

当电路中，有SD卡和TF卡插入时，集成电路的数据传送脚会得到一个脉冲。因为在正常读卡时，集成电路会不停的发送寻求信号，当卡内有相关信号符合解码条件时，会发送一个应答信号，集成电路在得到为个应答信号后，就开始读取相关的信息并进行解码处理。还原音频信号，卡的主要信号有以下几路:

DATA，数据传送端，本端子是用于传送卡内的数据流信息，按照集成电路的晶振频率来进行节拍传送。

CLK端子，是电路的时钟端，本端子的任务是将电路的工作按照一定的节拍来进行，也就是说，在一秒的时间内进行多少数据的传送是有规定的。

CMD端子，这个引脚是一个片选信号的端子，它的信号正常与否，直接关系到解码电路能不能正常对卡内的信息进行解码。如果这个引脚的信号不正常，那么，整个解码电路就会处于不工作的状态。所以，在设计和维修卡类的信号电路时，一定要对这几个信号的特点了解清楚。

2.4 电池充电与供电电路

从电路图上来看，电池的供电电路是由三极管为主的电路来组成一个简单的恒流充电电路，当电池的电压低于3.2V时，USB端有电压输入时，电路由于三极管的导通，电流经过1欧电阻直接进入到电池的正极。对电池进行充电。当充电的电压不断的上升时，达到带电电压4.2V时，三极管就会因为基极的电压与发射极电压相等而截止(因为三极管是PNP型，在B极电压等于E极电压时，三极管会处于截止的状态)。

在正常工作时，三极管是截止的，电流直接从电池的正极经过切换开关，直接送到电路的各VCC端子。

2.5 KEY按键控制电路

本电路采用的是分压式电路控制的方式，在电路的KEY端子（17脚）外部输入不同的电压，会在内部执行不同的指令。在本电路中，通过一只摇头开关来实现这一功能。多功能摇头开关能实现六常用的功能，如播放，暂停，上一首，下一首，音量大，音量小。芯片的KEY引脚会根据电路的输入电压不同来执行不同的指令。在长按和短按的情况下，会实现不同的功能，这就为电路的简化做了很好前提。

本电路的分压电路只不过是一个外围电路的硬件，实际上功能的实现还与内部的程序相关，可以根据不同的需求来实现电路的各种功能。在设计时，这个引脚的功能应该考虑清楚，是用内部的软件来实现电路的功能还是用外部的硬件来实现电路的功能。多数情况下，工程师们都愿意用软件来实现电路的各种功能，因为在成本的考虑上来说是十分合理的。另一方面，软件在调试的时候也是很方便的，不需要去更改外围电路的参数，从而浪费大量的时间。

2.6 电路的技术创新

在本次的电路设计中，由于电路的音频输出是需要一组高音与一组低音，如果按常规的要求来设计的话，则需要使用到三组音频放大电路，也就是目前市面上常见的2.1声道的音响。但是，在本机的产品中，不可能实现2.1声道的输出，因为体积的原因。再者，电路板上也无法加入一组音频放大电路。这就给本设计提供了一个难题，那就是如何实现高音与低音共存。

在这种前提下，笔者大胆采用1.1声道方式，也就是只用一个高音，而低音部分则用另外一个声道。这在所有的音响产品中，是没有过的现象，要么就是2.0，要么就是2.1，而音响产品中，目前还没有1.1的产品问世。

那么在本产品中，高音通道是一个声道，低音通道也是一个声道，由于低音的发音是通过其它物体，比如桌子，木箱等等。那么低音的声音相位则是全方位的，没有指向性。而且人耳对低音的主向感觉不是十分的灵敏，这也更加对本产品的低单实现提供了便利。

在另外一个声道，高音的实现是用一个50MM的小高音喇叭来实现，由于高音纸盆是向上方的，那么高音的声音输出也是没有指向性，这样一来，高音和低音都是360度的相位，人在任何一个方向听音都是一样的效果。

从电路的实现上来说，一个高音加上一个低音的方式就是1.1声道（本概念和名称已申请专利，禁止任何形式的转载和套用）。

3 总结

设计一款电子产品与我们制作一款电子产品是不一样的工作，自已制作时，只需要完成电路的设计功能就可以了，而一款电器的设计除了要考虑电路的性能以外，还要考虑外观和机械部分的设计要求。同时，对于产品的各种安规都要十分清楚，不然的话，一款产品上市，发现安全不符合相关的政策要求，那么工厂前期所有的投入都是白费。一款性能优良的产品，不但反映出工程师的设计水平和功底。也反映出一个设计师的设计风格和设计灵魂。

陈冠良，男，1995年生，电子产品维修高级工。大学专科机电一体化技术专业毕业，从事电子设计与开发工作，主修电子电路设计方向。