用於音量控制的自動增益控制電路和相應的音量控制方法
2023-09-19 18:00:35
專利名稱：用於音量控制的自動增益控制電路和相應的音量控制方法
技術領域：
本發明涉及一種不需要電源的自動增益控制電路，該電路用於音量控 制。也公開了用於音量控制的相應方法。
背景技術：
近年來，對於個人娛樂設備的需求以驚人的速度在增長。許多這些個 人娛樂設備是便攜的並且它們常常與耳機/頭戴式耳機一起使用。當使用耳 機/頭戴式耳機收聽來自這些設備的音頻輸出時，因為嘈雜的環境或者因為 個人偏好，用戶趨向於將音量電平增加到不健康的電平。考慮到小孩和青 少年缺乏聽力損失可能性相關的知識，他們尤其可能做這個。
醫學指南已說明了 ， 一旦周圍聲音由從耳機/頭戴式耳機傳出的聲音所
淹沒，用於人類耳朵的音量電平變得不健康。當個人遭受不健康的音量4i 平達到很長的時間時，內耳的敏感結構可被損害。當這樣的損害出現吋，
永久性的噪聲性聽力損失(NIHL)是糟糕的後果。NIHL是不可逆的，但 是可用良好的收聽實踐來預防。然而，施用良好的收聽實踐仍然是個人將 不得不做出的個人選擇。遺憾的是，聽力損失的危險的知識和來自父母/同 輩的指導可能不足以確保個人採用良好的收聽實踐。在這點上，存在自動 將音量電平限制到健康電平內的需求以幫助採用良好的收聽實踐。
應當注意，許多個人娛樂設備是便攜的並且在功率容量上有限制。高 度期望的是，自動限制音量電平的能力不會在個人娛樂設備中對電源施加 功率成本。
發明內容
提供了一種用於音量控制的自動增益控制電路，其經由有線連接或無 線連接接收至少一個音頻信號輸入。電路包括輸出信號調節器，該調節器接收至少一個音頻信號輸入的第一部分，在接收到來自電路控制器的控制 信號時調節器能夠改變至少一個音頻信號輸入的第一部分的幅度。電路控 制器可由直流發生器供電；直流發生器接收至少一個音頻信號輸入的第二 部分。來自輸出信號調節器的信號可經過發聲器。優選地，至少一個音頻 信號輸入的第一部分遠大於第二部分。還優選地，輸出信號調節器通過降 低所述至少一個音頻信號輸入的幅度來改變該幅度。
優選地，直流發生器對所述至少一個音頻信號輸入的源具有最小的負
載影響(loading effect)。直流發生器可包括二極體與電容器組合的布 置，該發生器能根據所述至少一個音頻信號輸入的第二部分生成直流信 號。
優選地，電路控制器是例如開關、繼電器、電晶體和MOSFET這樣的 組件。還優選地，輸出信號調節器包括呈並行電路布置的至少兩個晶體 管。有利地，至少兩個電晶體中每一個的電阻決定了用於所述至少一個音 頻信號輸入的幅度的預定電平。還有利地，當所述至少一個音頻信號輸入 的幅度超過預定電平時，來自電路控制器的控制信號由輸出信號調節器接 收。或者，輸出信號調節器還可接收周圍環境音頻輸入，周圍環境音頻輸 入決定預定電平。
所述至少一個音頻信號輸入可以是模擬的。
還提供了一種用於音量控制的方法，該方法包括經由有線連接或無 線連接接收至少一個音頻信號；將所述至少一個音頻信號分為進入輸出信 號調節器的第一部分和進入直流發生器的第二部分；當接收到來自電路控 制器的控制信號時，啟動輸出信號調節器以改變所述至少一個音頻信兮的 第一部分的幅度；並且使來自輸出信號調節器的信號進入發聲器。優選 地，直流發生器給電路控制器供電。優選地，至少一個音頻信號的第一部 分遠大於第二部分。
有利地，當所述至少一個音頻信號輸入的幅度超過預定電平時，電路 控制器發送控制信號。或者，輸出信號調節器可接收周圍環境音頻輸入， 周圍環境音頻輸入決定預定電平。輸出信號調節器可通過降低所述至少一 個音頻信號輸入的幅度來改變該幅度。
為了可完全理解本發明並且容易地使其產生實踐效果，現在將藉助非 限制性示例，僅僅對本發明的優選實施例進行描述，描述參考了所附的說 明性圖形。
圖l示出了本發明的框圖。
圖2示出了本發明第一實施例的電路布置。
圖3A和3B示出了本發明的直流發生器的電路布置的某些示例。 圖4示出了本發明的方法的流程圖。
具體實施例方式
參考圖1，示出了用於音量控制的自動增益控制電路20的框圖。電路 包括來自外部設備的至少一個音頻信號輸入22，外部設備例如是可攜式媒 體播放器、磁性媒體播放設備、FM接收器、PC等。至少一個音頻信號輸 入22通常指由播放外部設備上的內容的用戶接收的音頻聲音。至少一個 音頻信號輸入22可以是模擬的。至少一個音頻信號22可經由有線迕接或 無線連接來接收。無線連接可以使用無線技術，例如藍牙、WiFi、 WiMax
電路20包括輸出信號調節器24。輸出信號調節器24接收至少一個音 頻信號輸入22的第一部分，並且能夠改變至少一個音頻信號輸入22的第 一部分的幅度。然而，在從電路20的另一部分，電路控制器26接收控制 信號時，輸出信號調節器24僅改變至少一個音頻信號輸入22的第一部分 的幅度。電路控制器26可以是例如開關、繼電器、電晶體、MOSFET等 這樣的組件。當至少一個音頻信號輸入22的幅度超過預定電平時，來自 電路控制器26的控制信號可發送到輸出信號調節器24。預定電平可在制 造輸出信號調節器24期間永久性地設置。預定電平的設置將在說明書的 隨後部分中更詳細地論述。至少一個音頻信號輸入22的第一部分的幅度 的變化可以是就減少幅度而言。
在本發明的可替換實施例中，輸出信號調節器24可接收來自周圍環境28的音頻輸入，實質上接收相關於環境聲音電平的輸入。預定電平可
根據周圍環境的聲音水平來動態確定。因此期望，周圍聲音電平越大，預
定電平越高。來自周圍環境的音頻輸入可以是拾取周圍聲音的麥克風28。 該可替換實施例對於用戶是方便的，但可以是持續時間受限的以防止對用 戶耳朵的過度損害。
電路控制器26可由直流發生器30供電，直流發生器30接收至少一個 咅頻信號輸入22的第二部分。應當注意，直流發生器22對發送至少一個 音頻信號輸入22的外部設備具有最小的負載影響。在這點上，至少一個 音頻信號輸入22的第一部分比至少一個音頻信號輸入22的第二部分大得 多。
最後，來自輸出信號調節器24的信號經過發聲器32。如果至少一個 音頻信號輸入22具有比預定電平更低的幅度，來自輸出信號調節器24的 信號是未修改的。
電路20可合併到用於再現音頻信號的裝置內，例如耳麥、頭戴式耳 機、耳機等。作為候選，電路20可以是單獨的但是功能上可附接到前述 裝置。考慮到前述裝置通常僅僅汲取少量的電流，功率需求低的電路20 非常適合於與前述裝置一起使用，而沒有任何不利影響。
圖2示出了本發明第一實施例的電路布置。圖2的標記遵循了圖1， 由此相同的組件具有相同的數字符號。在第一接合點21示出之處，至少 一個音頻信號輸入22分為發送到輸出信號調節器24中的第一部分和發送 到直流發生器30中的第二部分。可從圖2看到，直流發生器30包括二極 管(Dl、 D2、 D3禾卩D4)與電容器(Cl、 C2、 C3禾B C4)組合的布置。 按照它的名稱暗示，直流發生器30能夠根據至少一個音頻信號輸入22的 第二部分生成直流信號。這種二極體和電容器的布置能夠獲取和放大至少 一個音頻信號輸入22的第二部分的直流分量的峰值。直流發生器30的可 替換布置在圖3A和3B中示出。圖2、圖3A和圖3B中示出的用於直流發 生器30的各種設置可依賴於電路20功能上所附接到或者所合併進的用於 再現音頻信號的裝置的電流額定值。圖3A和3B示出了相比於圖2中示出 的直流發生器30的設置來說，用於電流額定值更低的直流發生器30的設
7置。圖3A中的設置示出了正的直流發生器，而圖3B中的設置示出了負的 電流發生器。應當注意，用於直流發生器30的設置的圖2、圖3A和圖3B 中示出的示例不旨在是限制性的，並且變化應當視為落入本發明的公開 內。
在圖2中，電路控制器26示出為是MOSFET。當至少一個音頻信號 輸入22的幅度超過預定電平時，電路控制器26啟動輸出信號調節器24來 改變至少一個音頻信號輸入22的第一部分的幅度。當從電路控制器26接 收控制信號時，輸出信號調節器24僅改變至少一個音頻信號輸入22的第 一部分的幅度。至少一個音頻信號輸入22的第一部分的幅度變化可以是 就降低幅度而言。
在本發明的該第一實施例中，輸出信號調節器24示出為包括呈並行 電路布置的至少兩個電阻器(Rl和R2)。至少兩個電阻器(Rl和R2) 中每一個的電阻值可確定之前描述的預定電平。例如，如果R1 — 0R並且 R2=2R，自存在3汰]^r^W，將具有近似低i，倂預定電f。
基於上面公式的計算如下(某些中間歩驟已省略，因為本領域技術人 員仍會理解下面的計算)
當調節器24啟動時來自其的輸出，
32
r/ ，脂r, —17T/ 32
(32i 〃2i ) +脂 202 202
17
類似地，當調節器24未啟動時來自其的輸出，
(,'_//) =-x K," =-x卜,
327 +脂 42
因此，調節電平=20丄og i^竺=20i:og樂=_ i 3.64必
F"", (。//') 丄2
42
應當注意，用於調節電平的負值表示"降低"。
輸出信號調節器24可接收來自周圍環境28的音頻輸入，實質上是接 收相關於周圍聲音電平的輸入。預定電平可根據周圍環境的聲音電平動態 確定。因此期望，周圍聲音電平越大，預定電平越高。來自周圍環境的音 頻輸入可以是拾取周圍聲音的麥克風28。該預定電平的動態確定對於用戶
8可能是方便的，但可以是持續時間受限的以防止對用戶耳朵的過度損害。在來自輸出信號調節器24的信號經過發聲器32之前，電容器C5充 當直流濾波器。因此，電容器C5幫助防止對發聲器32的損害。在本發明的另一方面中，提供了一種用於音量控制的方法40。方法 40包括接收至少一個音頻信號(42)。至少一個音頻信號可以是模擬的並 且可經由有線連接或無線連接接收。無線連接可以是經由無線技術，例如 藍牙、WiFi、 WiMax等。接下來，方法包括將至少一個音頻信號分為第一 部分和第二部分(44)。優選地，第一部分比第二部分大得多。第一部分 可進入輸出信號調節器，而第二部分可進入直流發生器。當接收來自電路 控制器的控制信號時，輸出信號調節器可啟動以改變至少一個音頻信號的 第一部分的幅度(46)。電路控制器可由直流發生器供電。當至少一個音 頻信號輸入的幅度超過預定電平時，可發送來自電路控制器的控制信號。 預定電平可在製造輸出信號調節器期間永久性地設置，或者可根據周圍環 境的聲音電平來動態確定。預定電平的動態確定可以是通過輸出信號調節 器接收周圍環境音頻輸入並相應地確定預定電平來進行的。至少--- 個音頻 信號輸入的第一部分的幅度變化可以是就降低幅度而言。最後，方法40 包括使來自輸出信號調節器的信號進入發聲器(48)。方法40可由用於再現音頻信號的裝置來使用，所述裝置例如是耳 麥、頭戴式耳機、耳機等。考慮到前述裝置通常僅僅汲取少量的電流，功 率需求低的方法40非常適合於與前述裝置一起使用，而沒有任何不利影 響。儘管已在前面的描述中描述了本發明的優選實施例，相關領域的技術 人員將會理解，可在不偏離本發明的情況下在設計或結構細節上做出許多 變化或修改。
權利要求
1.一種用於音量控制的自動增益控制電路，其接收至少一個音頻信號輸入，該自動增益控制電路包括輸出信號調節器，該輸出信號調節器接收所述至少一個音頻信號輸入的第一部分，在接收到來自電路控制器的控制信號時所述調節器能夠改變所述至少一個音頻信號輸入的所述第一部分的幅度；所述電路控制器，由直流發生器供電；和所述直流發生器，接收所述至少一個音頻信號輸入的第二部分，其中來自所述輸出信號調節器的信號經過發聲器。
2. 根據權利要求1所述的電路，其中所述直流發生器對於所述至少 一個音頻信號輸入的源具有最小的負載影響。
3. 根據權利要求2所述的電路，其中所述直流發生器包括二極體與 電容器組合的布置，所述發生器能夠根據所述至少一個音頻信號輸入的所 述第二部分生成直流信號。
4. 根據權利要求1所述的電路，其中所述電路控制器是從由以下組 件組成的組中選擇的組件開關、繼電器、電晶體和MOSFET。
5. 根據權利要求1所述的電路，其中所述輸出信號調節器包括呈並 行電路布置的至少兩個電晶體。
6. 根據權利要求4所述的電路，其中所述至少兩個電晶體中每一個 的電阻確定了用於所述至少一個音頻信號輸入的幅度的預定電平。
7. 根據權利要求6所述的電路，其中當所述至少一個音頻信號輸入 的幅度超過所述預定電平時，來自所述電路控制器的控制信號由所述輸出 信號調節器接收。
8. 根據權利要求1所述的電路，其中所述第一部分比所述第二部分 大得多。
9. 根據權利要求1所述的電路，其中所述至少一個音頻信號是經由 有線連接或無線連接接收的。
10. 根據權利要求7所述的電路，其中所述輸出信號調節器還接收周圍環境音頻輸入，所述周圍環境音頻輸入確定所述預定電平。
11. 根據權利要求1所述的電路，其中所述輸出信號調節器通過降低 所述至少一個音頻信號輸入的幅度來改變該幅度。
12. 根據權利要求1所述的電路，其中所述至少一個音頻信號輸入是 模擬的。
13. —種使用權利要求1所述電路的用於再現音頻信號的裝置。
14. 一種用於音量控制的方法，包括 接收至少一個音頻信號；將所述至少一個音頻信號分為進入輸出信號調節器的第一部分和進入 直流發生器的第二部分；當接收到來自電路控制器的控制信號時，啟動所述輸出信號調節器以 改變所述至少一個音頻信號的所述第一部分的幅度；並且使來自所述輸出信號調節器的信號進入發聲器。
15. 根據權利要求14所述的方法，其中所述直流發生器給所述電路 控制器供電。
16. 根據權利要求14所述的方法，其中當所述至少一個音頻信號輸 入的幅度超過預定電平時，所述電路控制器發送所述控制信號。
17. 根據權利要求14所述的方法，其中所述第一部分比所述第二部 分大得多。
18. 根據權利要求14所述的方法，其中所述至少一個音頻信號是經 由有線連接或無線連接接收的。
19. 根據權利要求16所述的方法，其中所述輸出信號調節器還接收 周圍環境音頻輸入，所述周圍環境音頻輸入確定所述預定電平。
20. 根據權利要求14所述的方法，其中所述輸出信號調節器通過降 低所述至少一個音頻信號輸入的幅度來改變該幅度。
21. 根據權利要求14所述的電路，其中所述至少一個音頻信號輸入 是模擬的。
22. —種使用權利要求14所述方法的用於再現音頻信號的裝置。
全文摘要
一種用於音量控制的自動增益控制電路經由有線或無線連接接收至少一個音頻信號輸入。該電路包括輸出信號調節器，所述輸出信號調節器接收所述音頻信號的第一部分，在接收到來自電路控制器的控制信號時所述調節器能夠改變所述音頻信號的第一部分的幅度。所述電路控制器由接收所述至少一個音頻信號的第二部分的直流發生器供電。來自所述輸出信號調節器的信號經過發聲器。
文檔編號H03G3/20GK101682305SQ200880021227
公開日2010年3月24日 申請日期2008年6月3日 優先權日2007年6月21日
發明者天·貴·克裡斯多佛·張, 許慧如, 謝志成, 黃國基 申請人:創新科技有限公司