CN223598203U - 一种用于家庭影院的无线体感振动系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及座椅驱动技术领域，公开了一种用于家庭影院的无线体感振动系统，包括音频信号处理端与设置于家庭影院的每个座椅中的振动驱动端。音频信号处理端包括音频信号处理模块与第一蓝牙模块，用于获取家庭影院音响系统输出的音频信号，并量化获取音频信号的幅度和频率后进行发送；振动驱动端包括第二蓝牙模块、振动信号处理模块与体感振子，用于接收音频信号的频率和幅度，生成正弦波电流信号驱动体感振子进行振动。本实用新型通过对音频信号进行解析，获取对应的数字信号，提高了信号的抗干扰性，不易受到环境干扰；且利用蓝牙模块进行广播发送，免去布线的麻烦，降低了成本，提升了信号传输的质量与可靠性，提高了用户观影体验。

Description

一种用于家庭影院的无线体感振动系统

技术领域

本实用新型涉及座椅驱动技术领域，尤其是指一种用于家庭影院的无线体感振动系统。

背景技术

随着家庭娱乐需求的不断升级，家庭影院在现代家庭中的普及程度日益提高。消费者对于家庭影院的观影体验要求也不再局限于高清画质与环绕立体声效，而是追求更加沉浸式、全方位的感官体验。其中，通过座椅等设备的体感振动来增强影片情节的感知成为了提升家庭影院沉浸感的重要发展方向。

传统的家庭影院体感振动系统大多采用有线连接方式。这种方式需要在影院各个座椅与信号源之间铺设大量的线缆，这不仅在影院装修初期增加了布线的复杂性和成本，而且在后期使用过程中，线缆的存在可能会影响家居美观，还容易因线缆老化、磨损或拉扯等问题导致信号传输故障，维修与更换也极为不便。此外，传统方案多是直接传输音频信号至振动设备，由于音频信号频率范围广、信号复杂，在传输过程中极易受到环境中的电磁干扰等因素影响，从而导致振动效果不稳定、与影片情节匹配度降低，严重影响用户的观影体验。

发明内容

为此，本实用新型所要解决的技术问题在于克服现有技术中布线复杂、成本高，且直接传输音频信号容易受到环境干扰，导致对体感振子的驱动不稳定的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种用于家庭影院的无线体感振动系统，包括：

音频信号处理端，包括：

音频信号处理模块，与家庭影院音响系统电性连接，获取家庭影院音响系统输出的音频信号，并量化获取音频信号的幅度和频率；

第一蓝牙模块，与所述音频信号处理模块电性连接，用于发送音频信号的频率和幅度；

设置于家庭影院的每个座椅中的振动驱动端，包括：

第二蓝牙模块，与所述第一蓝牙模块通讯连接，用于接收音频信号的频率和幅度；

振动信号处理模块，与所述第二蓝牙模块电性连接，基于音频信号的频率和幅度，生成正弦波电流信号；

体感振子，与所述振动信号处理单元电性连接，基于正弦波电流信号的驱动进行振动。

在本实用新型的一个实施例中，音频信号处理模块，包括：

信号采集子单元，其输入端连接家庭影院音响系统，获取音频信号，进行滤波，输出综合滤波信号；

单片机，包括：

ADC采样器，其输入端连接所述信号采集子单元的输出端，将所述滤波信号转换为数字信号输出；

数字低通滤波器，其输入端连接所述ADC采样器的输出端，滤除所述数字信号中的高频信号，输出低频数字信号；

计数器，其输入端连接所述数字低通滤波器的输出端，获取低频数字信号的频率；

信号处理器，其输入端连接所述数字低通滤波器的输出端，获取低频数字信号的幅度。

在本实用新型的一个实施例中，所述信号采集子单元，包括：

第一RC滤波器，其输入端连接家庭影院音响系统的左声道，对左声道音频信号进行滤波，输出左侧滤波信号；

第二RC滤波器，其输入端连接家庭影院音响系统的右声道，对右声道音频信号进行滤波，输出右侧滤波信号；

音频处理器，其输入端连接所述第一RC滤波器与所述第二RC滤波器的输出端，将左侧滤波信号与右侧滤波信号合并为一路综合信号输出。

在本实用新型的一个实施例中，所述音频处理器，包括NE5532或LM324。

在本实用新型的一个实施例中，所述单片机包括STM32F103、STM32F407、CH32V303、CH32V305、CH32F303或CH32F305。

在本实用新型的一个实施例中，所述第一蓝牙模块与所述第二蓝牙模块包括蓝牙5.2，或高于5.2的蓝牙版本。

在本实用新型的一个实施例中，所述振动信号处理模块包括直接数字频率合成器或波形发生器。

在本实用新型的一个实施例中，所述振动驱动端，还包括：

功率放大电路，其输入端连接振动信号处理模块，输出端连接体感振子，用于将正弦波电流信号放大后输入至体感振子。

在本实用新型的一个实施例中，所述功率放大电路为H桥驱动电路。

在本实用新型的一个实施例中，所述体感振子包括压电式体感振子或电磁式体感振子。

本实用新型的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

本实用新型所述的用于家庭影院的无线体感振动系统，在音频信号处理端获取家庭影院音响系统输出的音频信号的幅度和频率，并利用蓝牙模块发送至家庭影院的每个座椅中的振动驱动端，以驱动体感振子进行相应的振动。本实用新型通过在音频信号处理端对音频信号进行解析，获取对应的数字信号，提高了信号的抗干扰性，不易受到环境干扰；且利用蓝牙模块进行广播发送，既能免去布线的麻烦，降低了成本，又能提升信号传输的质量与可靠性，为用户带来更加便捷、高效、沉浸式的家庭影院观影体验。

附图说明

为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，下面根据本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中：

图1是本实用新型所提供的用于家庭影院的无线体感振动系统的结构图；

图2是本实用新型所提供的音频信号处理模块的结构图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本实用新型并能予以实施，但所举实施例不作为对本实用新型的限定。

参照图1所示，本实用新型所提供的用于家庭影院的无线体感振动系统的结构图，具体结构包括：

音频信号处理端，包括：

音频信号处理模块，与家庭影院音响系统电性连接，获取家庭影院音响系统输出的音频信号，并量化获取音频信号的幅度和频率；

第一蓝牙模块，与所述音频信号处理模块电性连接，用于发送音频信号的频率和幅度；

设置于家庭影院的每个座椅中的振动驱动端，包括：

第二蓝牙模块，与所述第一蓝牙模块通讯连接，用于接收音频信号的频率和幅度；

振动信号处理模块，与所述第二蓝牙单元电性连接，基于音频信号的频率和幅度，生成正弦波电流信号；

体感振子，与所述振动信号处理单元电性连接，基于正弦波电流信号的驱动进行振动。

参照图2所示，为音频信号处理模块的结构图，具体包括：

信号采集子单元，其输入端连接家庭影院音响系统，获取音频信号，进行滤波，输出综合滤波信号；

单片机，包括：

ADC采样器，其输入端连接所述信号采集子单元的输出端，将所述滤波信号转换为数字信号输出；

数字低通滤波器，其输入端连接所述ADC采样器的输出端，滤除所述数字信号中的高频信号，输出低频数字信号；

计数器，其输入端连接所述数字低通滤波器的输出端，获取低频数字信号的频率；

信号处理器，其输入端连接所述数字低通滤波器的输出端，获取低频数字信号的幅度。

其中，计数器通过测量相邻两个上升沿或下降沿之间的时间间隔，结合计数器的时钟频率，即可计算出低频数字信号的周期，进而得到低频数字信号的频率。信号处理器将信号从时域转换到频域，频域中峰值的大小与信号的幅值相关，通过对频谱数据的分析和处理，可以准确地获取信号幅值。

其中，所述信号采集子单元，包括：

第一RC滤波器，其输入端连接家庭影院音响系统的左声道，对左声道音频信号进行滤波，输出左侧滤波信号；

第二RC滤波器，其输入端连接家庭影院音响系统的右声道，对右声道音频信号进行滤波，输出右侧滤波信号；

音频处理器，其输入端连接所述第一RC滤波器与所述第二RC滤波器的输出端，将左侧滤波信号与右侧滤波信号合并为一路综合信号输出。

具体地，本实施例的音频信号处理模块，通过左右声道RC滤波电路简单滤除杂波信号,并通过电路合并为单声道；通过单片机ADC采样采集左右声道的音频数据采样频率48kHz；通过高阶数字低通滤波器(49阶)滤除高频信号只留下来150Hz以下的低频信号；通过计数器计算出频率数据,通过窗口最大值和最小值计算出幅度信息,并将频率幅度数据序列打包成数据包输出。

具体地，所述单片机包括STM32F103、STM32F407、CH32V303、CH32V305、CH32F303或CH32F305。STM32F103系列内置12位ADC采样器，具有多个通道，可满足多种模拟信号采集需求；数字低通滤波器可有效滤除高频噪声，提高信号质量；配备了计数器资源以及窗口比较功能，方便进行信号的比较和判断。CH32V303和CH32V305是RISC-V内核芯片，CH32F303和CH32F305是基于ARM®Cortex®-M3内核的芯片；这四种芯片均内置了高精度的ADC，且能够在软件层面实现数字低通滤波器，同时具有丰富的计数器资源，可以通过软件结合ADC和比较指令来实现窗口比较功能。

具体地，所述音频处理器，包括NE5532或LM324。NE5532是双运算放大器，利用其两个运放分别对两路音频信号进行放大，然后通过电阻网络将放大后的信号相加，从而实现混合功能；NE5532具有低噪声、低失真和宽带宽的特点，能够保证音频信号的高质量混合，减少信号失真。LM324是四运算放大器，可选取其中两个运放来分别放大两路音频信号，之后再通过加法电路将这两路放大后的音频信号混合成一路；LM324的电源电压范围宽，能适应多种不同的电源供电条件，在不同的应用场景中具有较好的通用性。

具体地，本实施例在音频信号处理端采集家庭影院音响系统输出的音频信号，滤波后，提取音频信号中的低频成份的幅度和频率信息，生成振动信息数据；通常，每秒钟产生100个频率-幅度数据序列作为振动信息数据。然后，通过蓝牙5.2模块将振动信息数据利用蓝牙5.2 LEA协议广播发送至家庭影院中每个沙发中的蓝牙5.2模块上；沙发中的蓝牙模块通过广播接收振动信息数据,并将振动信息解析成为频率-幅度序列数据；并基于频率-幅度序列数据,有序的产生正弦波信号，以驱动体感振子跟随正弦波信号振动,从而产生和音频同步的振动效果。

本实施例在音频信号处理端解析音频信号并产生振动信息数据，解析产生的数字信号抗干扰性更强，同时通过无线模式传输振动信息数据,免去了有线传输的布线安装的麻烦。

由于本实施例需要对音频信号频率与幅度进行广播，所以需要选用蓝牙5.2 LEA协议及更高的版本，以便利用对音频信号的广播方式，实现对多个座椅的统一驱动；具体地，所述第一蓝牙模块与所述第二蓝牙模块包括蓝牙5.2，或高于5.2的蓝牙版本。

在本实施例中，振动信号处理模块包括直接数字频率合成器或波形发生器。直接数字频率合成器（DDS）主要由相位累加器、正弦查找表、数模转换器等部分组成；相位累加器在时钟信号的驱动下，不断累加以频率控制字为步长的相位值，其输出作为正弦查找表的地址，正弦查找表中存储着与相位对应的正弦波幅度值，再通过DAC将数字幅度值转换为模拟正弦波信号。常见的型号包括AD9954与AD9914；AD9954能够产生最高达160MHz的频率捷变模拟输出正弦波，具有精密频率调谐和相位调谐功能；AD9914可以产生高达1.4GHz的频率捷变模拟输出正弦波，具有快速跳频和精密调谐分辨率，支持多种工作模式。波形发生器通常采用直接数字合成技术或基于微处理器的数字信号处理技术来生成各种波形；它内部存储了不同波形的数字化数据，通过控制数据的输出速率和幅度等参数，经DAC转换后生成相应的模拟波形信号。

在本实施例中，所述振动驱动端，还包括：功率放大电路，其输入端连接振动信号处理模块，输出端连接体感振子，用于将正弦波电流信号放大后输入至体感振子。通过对从振动信号处理模块接收到的正弦波电流信号的功率进行放大，以驱动体感振子产生足够强度的振动。

其中，功率放大电路为H桥驱动电路，通过控制H桥中的功率开关器件的导通和截止时间，来实现功率放大。

具体地，所述体感振子包括压电式体感振子或电磁式体感振子。

压电式体感振子是基于压电效应工作的，当在压电材料两端施加电场时，材料会发生形变；反之，当材料受到外力作用发生形变时，其两端会产生电荷；当正弦波电流信号施加到压电式体感振子上时，电流信号产生的电场使压电材料发生形变，这种形变产生机械振动，从而让使用者感受到振动。压电式体感振子中压电材料的形变响应几乎是瞬间的，能够快速跟随电信号的变化产生振动，因此可以实现及时、高频率的振动，且其体积小、结构简单，易于集成。

电磁式体感振子主要由线圈、永磁体和弹性元件等组成；当线圈中有电流通过时，会产生磁场，这个磁场与永磁体的磁场相互作用，产生电磁力。电磁力使振子的振动物体运动，弹性元件则提供恢复力，使振子在电流变化时能够持续振动，让用户感受到振动。电磁式体感振子能够产生相对较大的振动力，且振动频率和幅度调节范围广，结构相对简单，具有较高的可靠性。

本实用新型所述的用于家庭影院的无线体感振动系统，在音频信号处理端获取家庭影院音响系统输出的音频信号的幅度和频率，并利用蓝牙模块发送至家庭影院的每个座椅中的振动驱动端，以驱动体感振子进行相应的振动。本实用新型通过在音频信号处理端对音频信号进行解析，获取对应的数字信号，提高了信号的抗干扰性，不易受到环境干扰；且利用蓝牙模块进行广播发送，既能免去布线的麻烦，降低了成本，又能提升信号传输的质量与可靠性，为用户带来更加便捷、高效、沉浸式的家庭影院观影体验。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种用于家庭影院的无线体感振动系统，其特征在于，包括：

音频信号处理端，包括：

音频信号处理模块，与家庭影院音响系统电性连接，获取家庭影院音响系统输出的音频信号，并量化获取音频信号的幅度和频率；

第一蓝牙模块，与所述音频信号处理模块电性连接，用于发送音频信号的频率和幅度；

设置于家庭影院的每个座椅中的振动驱动端，包括：

第二蓝牙模块，与所述第一蓝牙模块通讯连接，用于接收音频信号的频率和幅度；

振动信号处理模块，与所述第二蓝牙模块电性连接，基于音频信号的频率和幅度，生成正弦波电流信号；

体感振子，与所述振动信号处理单元电性连接，基于正弦波电流信号的驱动进行振动。

2.根据权利要求1所述的用于家庭影院的无线体感振动系统，其特征在于，音频信号处理模块，包括：

信号采集子单元，其输入端连接家庭影院音响系统，获取音频信号，进行滤波，输出综合滤波信号；

单片机，包括：

ADC采样器，其输入端连接所述信号采集子单元的输出端，将所述滤波信号转换为数字信号输出；

数字低通滤波器，其输入端连接所述ADC采样器的输出端，滤除所述数字信号中的高频信号，输出低频数字信号；

计数器，其输入端连接所述数字低通滤波器的输出端，获取低频数字信号的频率；

信号处理器，其输入端连接所述数字低通滤波器的输出端，获取低频数字信号的幅度。

3.根据权利要求2所述的用于家庭影院的无线体感振动系统，其特征在于，所述信号采集子单元，包括：

第一RC滤波器，其输入端连接家庭影院音响系统的左声道，对左声道音频信号进行滤波，输出左侧滤波信号；

第二RC滤波器，其输入端连接家庭影院音响系统的右声道，对右声道音频信号进行滤波，输出右侧滤波信号；

音频处理器，其输入端连接所述第一RC滤波器与所述第二RC滤波器的输出端，将左侧滤波信号与右侧滤波信号合并为一路综合信号输出。

4.根据权利要求3所述的用于家庭影院的无线体感振动系统，其特征在于，所述音频处理器，包括NE5532或LM324。

5.根据权利要求2所述的用于家庭影院的无线体感振动系统，其特征在于，所述单片机包括STM32F103、STM32F407、CH32V303、CH32V305、CH32F303或CH32F305。

6.根据权利要求1所述的用于家庭影院的无线体感振动系统，其特征在于，所述第一蓝牙模块与所述第二蓝牙模块包括蓝牙5.2，或高于5.2的蓝牙版本。

7.根据权利要求1所述的用于家庭影院的无线体感振动系统，其特征在于，所述振动信号处理模块包括直接数字频率合成器或波形发生器。

8.根据权利要求1所述的用于家庭影院的无线体感振动系统，其特征在于，所述振动驱动端，还包括：

功率放大电路，其输入端连接振动信号处理模块，输出端连接体感振子，用于将正弦波电流信号放大后输入至体感振子。

9.根据权利要求8所述的用于家庭影院的无线体感振动系统，其特征在于，所述功率放大电路为H桥驱动电路。

10.根据权利要求1所述的用于家庭影院的无线体感振动系统，其特征在于，所述体感振子包括压电式体感振子或电磁式体感振子。