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
杜比全景聲播放
KTV模式-消人聲效果
這真的蠻牛的,具體原理下面會講
其他功能如下:
支持的輸入源如下:
設計框圖
框圖較為復雜,點選可放大檢視。
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:
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 在 頻率、振幅 和 相位 上 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:
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
這 部份程式碼很多 ,但主要分為兩塊:
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:
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
關註我,看一手優質開源計畫