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看了才知道,千元級音響貴,是有原因的!

2024-01-16數位

看到別人 開源的 音響,我才知道,外面的音響 賣到千元級、萬元級是有原因的

本文,我會將這個「技術超牛」的音響的 制作資料 摘取精華 後分享出來,你看過就知道了(原文將近2萬字,比我畢業論文字都多[恐懼])

看吶,這教程老長了,開源資料老詳細了

如果你想DIY一個,我想這篇文章也能幫到你!

目錄

功能描述、 電路原理 、ESP32程式碼、成本統計。

功能描述

在分享制作教程前,先介紹一下這個音響吧!

這是一個無線環繞K歌音響SoundBar(條形喇叭)。

它有一個很不錯的功能——消除音樂中的歌唱部份(這個原理很有趣,下面會講) 。

是的, 無需找伴奏 ,可直接匯入音樂,直接用音箱系統消除人聲的部份。

是的,這是一個可以 專用於K歌 的音箱!

除此之外,它還有普通音箱都有的功能!可下滑先看音效,再檢視具體功能~

音效演示視訊:

所有演示視訊音訊軌域均為手機錄制,與現場實際聽的效果會有差異,實際聽感更好

建議佩戴耳機觀看!

影視劇播放

視訊載入中...

杜比全景聲播放

視訊載入中...

KTV模式-消人聲效果

這真的蠻牛的,具體原理下面會講

視訊載入中...

其他功能如下:

  • 輸入傳統2.0音源即可直接混合模擬到6通道音訊輸出
  • 無線低音和環繞上電即自動配對,可以任意擺放
  • 環繞支持前置
  • OLED屏紅外遙控器
  • 1.3寸OLED螢幕
  • 峰值功率80W*5=400W
  • 傑理內建DSP,支持線上調節EQ(10段)
  • 內建DSP,支持DRC(LowBandDRC、HighBandDRC,支持後增加全帶DRC)
  • PT2322支持調節EQ(3段)
  • K歌功能
  • K歌輸入音樂(除5.1外)支持人聲消除
  • K歌支持人聲混響或直出
  • 一共九種預設音效:低音、重低音、流行、爵士、二次元、電音、柔和、經典
  • 可以接入電吉他等樂器,做樂器音響也是可以的
  • 可調節音量:主音量為0~39格;低音環繞位0~15格;麥克風音量為0~32格。
  • 支持的輸入源如下:

  • 藍芽(BLE V5.3 支持SBC)
  • AUX(2通道)
  • 5.1音訊輸入(前置左右、環繞左右、中置+重低音)
  • USB(支持AAC、ADPCM、AMR、APE、DTS、FLAC、M4A、MP1、MP2、MP3、OPUS、SPX、WAV、WMA、PCM音訊解碼格式)
  • S/PDIF(支持32kHz 到 192kHz 的采樣頻率,16、24位元)
  • Coaxial(規格同S/PDIF)
  • UAC(搶占模式)
  • HDMI*3(差分音訊,非ARC/eARC)
  • 設計框圖

    框圖較為復雜,點選可放大檢視。

  • 使用CS8673E做80W功放
  • PT2323做虛擬5.1音訊混合模擬
  • PT2322做5.1聲道音量控制
  • 傑理AC7916A做U槽和藍芽解碼同時做DSP、DRC等處理
  • ESP32做主控
  • U頻無線模組做無線傳輸
  • LMV358做前置放大、PT2399做混響
  • HDMI*3(差分音訊,非ARC/eARC)
  • CXA1642P做人聲消除
  • MS8416做光纖同軸解碼
  • CS4344做IIS轉模擬音訊的5.1無線環繞K歌SoundBar系統
  • 電路原理

    系統較為復雜,我分17個部份展開講解。

    (1)電源

    電源使用LA3484,是一款國產的DC-DC,根據規格書 調整FB兩個電阻即可輸出對應的電壓。

    (2)光纖同軸解碼

    光纖和同軸輸入時都需要 接75歐下地 來做辨識。

    S/PDIF解碼使用MS8416 ,解碼器使用3.3V輸入,I2C做控制。除了I2C之外,還需要一個RST引腳做復位。

    在MS8416規格書中有提及 上電需要完全後拉一下復位腳

    MS8416 輸出IIS訊號給CS4344做IIS解碼 ,將IIS訊號轉為普通的模擬音訊訊號到切換電路,使用 3.3V 電源。

    (3)麥克風放大

    使用的是LMV358低壓差運放做放大器,只用到了一路做放大。

    其中調節R87可以調節放大倍數。

    (4)麥克風混響

    使用PT2399做麥克風混響,輸入電壓 9V

    調節 此處兩個電阻的 分壓比 可以調節內部時脈, 來調節混響時的遲滯時間

    (5)麥克風音量控制和切換

    BL1551做2切1的1路的切換器 ,可以切換麥克風的輸入是運放直接放大的訊號還是混響放大的訊號。

    使用者可以在遙控器做選擇。

    輸入使用3.3V電源。

    麥克風的 音量控制是使用M62429 ,只是一個兩線控制的2路電子音量控制器,輸入5V電源。

    (6)人聲消除/伴奏提取原理

    6.1人聲消除方法

    人聲消除大致有兩種方法:

  • 立體聲消除人聲
  • 帶阻濾波器消除人聲
  • 阻濾波器消除人聲方法 就是在某一段頻率的能量使用帶阻濾波器降為零,從而使原訊號中某一段頻率的聲音消失。

    這裏使用的是立體聲消除人聲。

    6.2立體聲消人聲基本原理

    立體聲消除人聲基本原理是:

    兩個幅值相同,但是互相反相的訊號 , 相加為0。

    人能夠感受到立體的原因是:

    左右兩個聲道的 伴奏 頻率、振幅 相位 有區別

    而人聲混音時總是放在最中間。

    這就會使得左右音道的 人聲振幅相位基本相同

    也就是說人聲在左右兩個聲道是基本一致的。

    因此 只要我們將其中一個聲道的聲音反相後 再將另一個聲道疊加 就可以把人聲抵消掉 ,留下伴奏。

    缺點

    這種方法 會消掉與人聲有相似內容的東西 ,比如伴奏中的鼓組和貝斯。

    輸入音樂必須是立體聲 ,如果輸入單鍊結的音樂,是無法消除人聲的。

    消聲出來是單鍊結的混合音樂。

    6.3理論實操

    如果你現在沒有PCB,但是可以拿AU做理論,那就簡單了。

    首先 匯入一個音訊 ,然後將它的左右聲道拆分出來。

    拆分出L/R。

    然後 開啟其中一個聲道 後使用反相效果,註意不是反向(L為例)。

    然後 新建一個多軌 後,將反相後的L和分離出來的R做混音。

    這樣聽出來效果就是沒有人聲的,只有伴奏和和聲。

    6.4 電路原理

    CXA1642P是索尼公司生產的卡拉OK人聲消除消除IC,用於音響,CD等場景。該芯片現已停產,馬雲網購買的為拆機或庫存。

    本章節主要講述,如何解決人聲消除的缺點。

    缺點一: 這種方法可能會消掉伴奏中的鼓組和貝斯,這些都是發聲比較低頻的樂器。

    解決方法 :我們只要分一路原音樂 做一個低通濾波器 得到低音,然後 將已經消除人聲的音樂和低音混合起來 ,就能較好的保留低頻部份

    CXA1642P內部已經將此功能整合。

    缺點二: 消聲出來是單鍊結的混合音樂。

    解決方法: 左聲道的反相混合右聲道出來是右聲道的伴奏,因此只要 再加一路做右聲道的反相 再混合左聲道,就能出來立體聲的伴奏,於是 用兩個CXA1642P即可 。不過由於是兩個單聲道混合出來的雙聲道,該雙聲道立體聲效果不強或者幾乎沒有。

    麥克風經過音量控制器的訊號輸入給CXA1642P。

    (7)功放

    使用了兩顆CS8673E。

    輸入24V 可達到80W 10%的D類功放:

  • 一個功放做BTL, 40W*2 的左右;
  • 一個做PBTL, 80W*1 的中置。
  • PBTL需要電感CDRp2*12的大電流電感。

    BTL只需要CDRH7*7。

    需要註意耐壓。

    (8)切換

    切換使用的是 繼電器切換 輸入源。

    由於IO不足,因此使用邏輯切換器來做4路切換。

    邏輯控制器使用3.3V切換 ,繼電器這邊也需要使用3.3V,把各個源切換到模擬音訊匯流排上。

    匯流排進入PT2323的Cp。

    而經過CXA1642P人聲消除過的則進入Cp。

    因此Cp上都是使用繼電器切換完後再進PT2323的。

    PT2323使用I2C控制。

    此處可以調節低音的分頻點。

    由於5.1前置和AUX輸入使用同一個AUX口,但是實際進入PT2323是分開的,因此這裏還 加了一路繼電器做立體聲和5.1輸入的時候的切換。

    (9)音量控制

    PT2322則是 做5.1音量控制 ,電源9V輸入,I2C控制。

    (10)MCU

    MCU這邊使用ESP32, 有獨立的5V轉3.3V的LDO供電

    這裏IO已經用完了,其他IO要麽上電有特殊,要麽接了東西升不了級等特殊IO。

    按鍵使用ADKEY接到ESP32。

    OLED屏接I2C匯流排上,遙控頭直接供電,接出遙控訊號。

    (11)傑理控制

    傑理這邊負責 藍芽,USB解碼,UAC 。使用母座和上方的傑理核心板連線。

    USB訊號則給到USB座子。

    核心板使用ADKEY控制 ,因此ESP32這邊使用DAC就可以控制傑理的功能。

    (12)無線發射

    無線發射使用的是外接模組,我們 只需要把PT2322出來的聲訊號給到無線模組即可 ,環繞的模組再加一路繼電器可以切換環繞箱做前置還是後置。

    無線模組對電源要求高,因此 加多濾波電容

    (13)按鍵板

    按鍵板是ADKEY接出來,到不同值電阻, 這些電阻建議使用精密電阻 ,值已經分好,不要貼錯,否則無法辨識。

    預留螺絲孔位。

    (14)HDMI解碼

    HDMI單獨一個主機板 ,四層板,在10x10內,可白嫖。

    電源輸入5V和3.3V ,內部有3.3V轉1.2V的DC-DC。

    HDMI1切3使用的是MS9601A,輸入3組HDMI訊號。

    從MS9601輸出的HDMI訊號又輸入到MS9331,MS9331輸出HDMI同時 解碼出IIS訊號

    CS4344做IIS解碼 解出模擬音訊訊號 進入主機板的切換繼電器到匯流排上。

    (15)傑理核心板

    基本照搬以前的傑理開發板上的核心板內容。

    https://oshwhub.com/aknice/jie-li-ac7916a-he-xin-ban。

    (16)無線重低音/環繞

    無線的重低音和環繞使用的原理圖一樣,PCB一樣, 主要就是接收無線 ,然後 輸入功放 即可。

    功放依然是CS8673E,PBTL,80W,24V輸入。

    DC-DC也是同款LA3484,只不過這裏 只需要5V

    (17)遙控器

    遙控器這邊主要是做省電的東西,KEY_POWER接地時Q3才會導通。

    請註意 R76,R77,R78這幾個電阻值不要更換 ,否則會燒管。

    因此按鍵除了一個腳接到MCU外,還 需要一個腳接到KEY_POWER

    Q4管接到MCU_POWER ,當有一個按鍵按下後MCU通電會第一時間拉住MCU_POWER,不要讓電斷掉,直到一段時間沒按下後才會自動把自己斷電。

    IO4接到紅外發射管 ,如果發射功率或者距離不夠可以將R99改小。其他都是一些常規的電路,不細說了。

    ESP32程式碼

    部份程式碼很多 ,但主要分為兩塊:

  • 遙控器(遙控發射)。
  • 主機。
  • 這裏就不贅述了,源碼和程式碼原理解說,感興趣的可自行尋找原文學習,是無償開源的(也可以透過文末的參考資料尋找需要的原資料哈) 。

    需要註意的是:

  • 平台使用arduino平台。
  • 需要IRremoteESP8266、u8g2、M62429庫。
  • 主機程式碼透過內部TYPE-C燒錄,組裝前先燒錄好程式碼。
  • 成本統計

    成本大頭還是在喇叭,主機板,木箱。

    輔料(螺絲、棉、線材、腳墊等):約30

    無線麥克風:40

    環繞木箱:140一對

    環繞PCB:約10*2

    環繞喇叭:60*2

    環繞電源介面卡:30*2

    外殼打印成本:2*2

    重低音木箱:70

    低音PCB:約10

    低音喇叭:約50

    低音電源介面卡:40

    外殼打印成本:2

    主機打印成本:約50

    主機板成本(含無線):約300

    喇叭:約80

    OLED屏:15

    主機電源介面卡:50

    主機板:約30

    面板:25

    電池:12

    總成本約1100 。

    怎麽樣?這個成本在你的預期內嗎?你覺得這個成本高不高?

    參考資料:

    [1]https://oshwhub.com/aknice/5.1wu-xian-huan-rao-yin-xiang

    — 完 —

    嘉立創EDA·頭條號

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