以太网电源（PoE）供电的智能扬声器 |
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| 申请号 | CN202280058516.4 | 申请日 | 2022-01-19 | 公开(公告)号 | CN117941374A | 公开(公告)日 | 2024-04-26 |
| 申请人 | 兰布鲁克实业有限公司; | 发明人 | G·R·斯蒂森; P·巴顿; J·T·桑德斯科夫; R·G·艾柏林; | ||||
| 摘要 | 一种联网扬声器装置包括密封壳体和壳体中的以太网端口，所述以太网端口用于经由以太网线缆从网络路由器接收功率和音频数据。壳体中的功率供应子系统管理在以太网端口处接收的功率。由功率供应子系统供电的 微处理器 子系统接收并处理音频数据以生成输出音频 信号 。由功率供应子系统供电的数字音频 放大器 放大输出 音频信号 ，以驱动扬声器 驱动器 以便 渲染 音频输出。装置还包括壳体中由功率供应子系统供电的至少一个加热器 电阻 器 。所述至少一个加热器 电阻器 由微处理器子系统控制，以在壳体内的 温度 下降到低于给定温度时自动加热壳体的内部。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种联网扬声器装置，包括： |
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| 说明书全文 | 以太网电源(PoE)供电的智能扬声器相关申请 技术领域[0002] 本申请一般涉及智能扬声器，并且更特别地涉及以太网电源(PoE)供电的智能扬声器。发明内容 [0003] 根据一个或多个实施例的联网扬声器装置包括：密封壳体；以及壳体中的以太网端口，所述以太网端口用于经由以太网线缆从网络路由器接收功率和音频数据。壳体中的功率供应子系统管理以太网端口处接收的功率。由功率供应子系统供电的微处理器子系统接收并处理音频数据以生成输出音频信号。由功率供应子系统供电的数字音频放大器放大输出音频信号，以驱动扬声器驱动器以便渲染(render)音频输出。装置还包括壳体中由功率供应子系统供电的至少一个加热器电阻器。所述至少一个加热器电阻器由微处理器子系统控制，以在壳体内的温度下降到低于给定温度时自动加热壳体的内部。附图说明 [0004] 图1A和图1B说明根据一个或多个实施例的示范性PoE供电智能扬声器。 [0005] 图2是说明根据一个或多个实施例的包括多个智能扬声器的示范性网络的框图。 [0006] 图3是说明根据一个或多个实施例的智能扬声器的各种组件的简化框图。 [0007] 图4是根据一个或多个实施例的智能扬声器的后透视图。 [0008] 图5是根据一个或多个实施例的智能扬声器的截面图。 [0009] 相似或相同的附图标记用于标识共同或类似的元件。 具体实施方式[0010] 本文中公开的各种实施例涉及智能扬声器，所述智能扬声器通过以太网线缆从供电设备(诸如PoE启用网络交换机和路由器)接收音频数据和功率两者。PoE供电的扬声器消除对于安装原本为扬声器供电所需要的电插座和设备的需要。 [0011] 图1A和图1B说明根据一个或多个实施例的示范性PoE供电智能扬声器100。智能扬声器100包括密封外壳102。以太网线缆可以在壳体102的后部处耦合到以太网端口106，使得扬声器能够接收通过以太网线缆传输的功率和音频数据。 [0012] 如图2中所示，智能扬声器100可以是通过以太网线缆107连接到网络中的PoE路由器108的一组智能扬声器100中的一个。智能扬声器100经由PoE路由器108接入因特网，以便TM TM TM TM从在线音乐服务109(例如Spotify 、Amazon Music 、Qobuz 和Tidal )接收音乐流。 [0013] 图3是说明示范性智能扬声器100的各种组件的简化框图。 [0015] 智能扬声器100包括一个或多个扬声器驱动器。在示范性实施例中，扬声器驱动器包括高音扬声器108和低音扬声器110。 [0016] 壳体102中的主板112包括功率供应子系统114，所述功率供应子系统114用于管理在以太网端口106处接收的功率。 [0017] 主板112上的微处理器子系统116由功率供应子系统114供电。微处理器子系统116被配置成接收和处理音频数据以生成输出音频信号。 [0018] 主板112上的数字音频放大器117由功率供应子系统114供电。数字音频放大器117放大从微处理器子系统116接收的输出音频信号，以驱动高音扬声器108和低音扬声器110以便渲染音频输出。 [0019] 主板112上的一组加热器电阻器118由功率供应子系统114供电。加热器电阻器118由微处理器子系统116控制，以在壳体102内的温度低于给定温度时加热壳体102的内部。 [0020] 智能扬声器100使用若干技术进展来递送高音质。通过使用将扬声器连接到PoE网络路由器108的以太网线缆的四个铜对，专用高效功率供应子系统114能够提取可从以太网线缆获得的显著更多的能量。由这个功率供应114产生的附加能量允许智能扬声器100向联网微处理器子系统116和高质量数字音频放大器117提供功率。智能扬声器的“四对”PoE功率供应是优于先前PoE扬声器的功率供应的改进，所述先前PoE扬声器只启用两对以太网线缆以用于功率递送。两对PoE功率供应技术不能递送同时向联网的微处理器核和音频放大TM TM TM器117供应渲染来自各种流行音乐服务109(例如Spotify 、Amazon Music 或Qobuz )的高分辨率数字音频流所需要的电功率所要求的能量。 [0021] 在一个或多个实施例中，专用数字放大器117用于将功率效率提高30％，以最大化利用可从PoE功率供应子系统114获得的有限能量。 [0022] 功率供应子系统114根据IEEE 802.3bt PoE标准针对来自PoE启用网络路由器108的电功率的可获得性而监测以太网线缆连接。功率供应114利用专用网络功率控制器装置120来执行这个。尽管功率控制器装置120由微处理器子系统116通过两个简单的状态信号来监测，但是功率供应控制器120实现用于转换可从四对以太网线缆获得的电能的所有功能。网络功率供应控制器120独立于在微处理器子系统116中执行的任何软件实现来执行这个。在连接智能扬声器的网络线缆时，功率供应控制器120自动请求可从802.3bt PoE网络交换机或路由器获得的最大功率。在给四对网络线缆施加功率之前，PoE网络交换机或路由器指示可通过一组连续的周期获得的功率。根据用于通过以太网线缆的四对功率递送的 802.3bt PoE联网标准，可以向智能扬声器供应71瓦的最大功率。功率作为交流通过线缆递送，这要求智能扬声器的功率供应114包括二极管桥整流器122，所述二极管桥整流器122用于将以太网线路电压转换为直流(DC)。功率供应子系统的主输出大约为26伏DC，其适合用于直接供应给智能扬声器的音频放大器117。由于微处理器子系统116要求5伏DC，功率供应子系统114包括将主26伏DC电压转换成5伏DC的单独的“降压”开关模式功率供应电路。降压电路被设计为以至少85％的效率操作，以最小化能量浪费并为微处理器子系统116和放大器117保留尽可能多(as much)的有用功率以渲染来自高分辨率音乐服务的音乐。 [0023] 在示范性实施例中，微处理器子系统116包括1GHz ARM A53处理核124，并支持最小256兆字节的高速随机存取存储器(RAM)。这个微处理器124的处理容量有助于处理通过连接的PoE联网路由器108及其因特网连接从音乐服务109拉取的高分辨率音频数据流。处理功率实现高分辨率音频，因为它可以要求四倍的标准清晰度或“光盘”质量音频的带宽。TM 这包括新兴的专业高分辨率音频格式，诸如MQA ，其要求进一步的后期处理以完全验证和渲染这种格式。 [0024] 微处理器子系统的操作功率预算允许执行高级操作系统，诸如例如可从LenbrookTM TM TM TM获得的完整BluOS 联网操作系统。BluOS 有助于连接到运行BluOS 软件应用的iOS 和TM Android 装置。这个应用允许用户容易地选择高分辨率音乐，以用于跨连接到网络的一个或多个PoE智能扬声器100回放。由于微处理器子系统116具有足够的功率，因此它允许用户可从或者因特网音乐服务或者存储在连接到与(一个或多个)PoE智能扬声器100相同的局域网的专用音乐服务器上的本地音乐库获得的数千首歌曲中快速搜索和选择。通过PoE向微处理器子系统116供应的功率允许有效使用闪速存储器，例如高达64千兆字节的闪速存储器。闪速存储器允许存储或“缓存”最流行的音乐，并且在必须在因特网或音乐服务中断的情况下保持连续音乐回放的商业音频设备(例如餐馆和酒店)中可能是非常重要的。至少一种商业级因特网服务实际上要求证实符合其向其企业客户保证的音乐正常运行时间规范的智能扬声器中的存储器缓存。 [0025] 为了传递高音质，微处理器和放大器芯片组116、117应该具有足够的数字容量来支持高分辨率或“HiRes”数字音频采样率。44.1kHz采样率和每个样本16位(“位深度”)的光盘(CD)质量被视为“标准”数字分辨率，并且高分辨率是高于这个分辨率的任何分辨率。在示范性实施例中，微处理器子系统116和音频放大器117支持4倍的采样(192kHz)速率和1.3倍的CD位深度(24位)。与高清电视类似，这种扩展的HiRes音频数据容量在PoE扬声器的输出提供宽带频率响应和扩展的动态范围。 [0026] PoE路由器108还可以包括用来在与PoE扬声器100相同的局域网(LAN)上提供标准TM无线接入的Wi‑Fi网络功能。用户可以在iOS和Android移动装置上安装BluOS 软件应用，并将其iOS或Android装置无线连接到这个网络。这个应用使用发现软件机制(LSDP)来自动TM “发现”PoE扬声器，并在BluOS 应用内列出被安装的PoE扬声器中的一个或多个，允许它们浏览可在所选择的音乐服务上获得的音乐，并且或者选择用于回放的单首歌曲或者编辑定制音乐播放列表。流行的因特网无线电流(radio stream)——通常以低于HiRes的质量提TM 送——也可以在BluOS 应用内选择，以便从来自流行的无线电流查找门户服务(诸如例如TM TuneIn Radio )的PoE扬声器中回放。 [0027] 在相同网络上操作的多个PoE扬声器100可以同步播放单个选择的音频流。在一个或多个实施例中，这是通过以下来实现的：通过网络时间协议(NTP)将每个PoE扬声器的实时时钟设置为公共因特网源时钟并补偿安装在每个PoE扬声器100中的硬件晶体时钟源之间的差别。如果PoE扬声器的实时时钟被测量为比其他PoE扬声器100的实时时钟推进得更快，则通过逐渐调整微处理器的锁相环输出频率来成比例地降低其音频时钟速率。 [0028] 暴露于其外部环境的智能扬声器100的材料和组件是针对耐用性来选择的，以承受严峻的商业安装环境。在一个或多个实施例中，智能扬声器100的外壳102包括聚丙烯材料。聚丙烯具有优于木材、甚至优于扬声器壳体中经常使用的抗天气影响的特种木材材料的优点。聚丙烯可以以低得多的成本模塑为整个扬声器机壳的两个简单部件。两个聚丙烯壳体组件用单个密封接缝(seam)103紧固在一起(图1A)。另一方面，不可模塑的木材材料要求紧固多个部件(在许多情况下，至少六个部件)，这呈现多个接缝。这大大增加了壳体天气密封(weather seal)的常见故障点。聚丙烯在分子水平上是惰性的。它不受湿气和紫外光的影响，并维持新的外观。它跨宽环境温度范围保持尺寸稳定。聚丙烯也比诸如聚碳酸酯的其他非木材材料更加隔热。当在寒冷的室外环境中操作时，这在保持系统的电子设备温暖方面是显著的益处，并且有助于节省恒温加热电路的电功率，这在下面进一步详细讨论。 [0029] 由于PoE扬声器的低音扬声器和高音扬声器驱动器组件108、110也暴露于外部环境，这些组件的防水版本提供了在恶劣的安装环境中的PoE扬声器的长寿命。 [0030] 在一个或多个示范性实施例中，聚丙烯壳体的壁厚约为6‑11mm，以增加刚性。聚丙烯还提供了更高的声学振动阻尼和降低的失真。 [0031] 扬声器壳体102内的主板112上的一组加热器电阻器118散发足够的热能，以防止整个系统电路系统的温度下降到低于0摄氏度。这允许PoE扬声器系统硬件在寒冷的天气条件下启动。主板112上的恒温监测电路124调节供应给加热电路的功率。这个电路由微处理器软件实时监测，以在系统的温度下降到接近0摄氏度时自动启用到加热器电阻器118的功率递送，因为这是系统的微处理器和微芯片硅的最低操作温度。尽管在远低于0摄氏度的温度下操作的微芯片硅芯片是可获得的，但这将显著增加总PoE扬声器电子设备材料成本，超过恒温监测和电阻器加热器电路的成本。恒温电路和微处理器软件在10摄氏度禁用到加热器电阻器118的功率，以为系统的音频放大器117和微处理器子系统116节省尽可能多的电功率。 [0032] 图4是描绘装置的附加特征的智能扬声器100的后透视图。使用拱形安装带132将三件式安装板130附接到扬声器壳体102。安装带132通过两个螺纹紧固旋钮134可调节地固定到壳体102。旋钮134包括棘齿，所述棘齿相对于安装带132牢固地固定扬声器的前向角度方向。安装板130可以位于沿着拱形安装带132的任何位置，从而实现扬声器的垂直轴的角度的精确调整。三件式安装板130还有助于智能扬声器100的安装的容易性。技术人员可以在将更重的扬声器100操纵到用于紧固到板130的位置之前将轻质板130锚定到表面。安装板130包括附接特征136，作为安全措施，所述附接特征136使得钢丝绳能够将扬声器100锚定到墙壁或天花板表面。扬声器壳体102包括用来对壳体壁增添强度以及增强设计吸引力的肋(rib)138。壳体102的蛋壳形状增添了有机设计吸引力并增加了抗压强度。 [0033] 图5是描绘了装置的另外特征的智能扬声器100的截面图。 [0034] 在以太网端口106处具有模塑肋的硅化橡胶垫圈150防止到壳体102中的湿气进入。垫圈150被开槽以在安装期间围绕以太网线缆护套滑动。安装者在站在梯子上时不需要将以太网RJ45附接到线缆107。 [0036] 壳体102包括声学低音反射端口管154。这个特征被屏蔽以防止或抑制昆虫和碎屑进入。声学低音反射端口管154在声学上被调谐以用于具有最小扬声器偏移的最大低音输出。可选的端口插头提供了备选声学特性和最大的环境弹性。 [0037] 低音驱动器设计包括锥体156，所述锥体156通过压缩组合件而不是粘合来固定。这提供增加的可靠性，因为粘附的锥体可能易于失效。与钢制篮筐(basket)相比，塑料驱动器篮筐可以用于减少重量。 [0039] 因此，已经描述了若干说明性实施例，要领会，本领域技术人员将容易想到各种变更、修改和改进。这样的变更、修改和改进意图形成这个公开的一部分，并且意图在这个公开的精神和范围内。虽然本文中呈现的一些示例涉及功能或结构元件的特定组合，但是应当理解，根据本公开，那些功能和元件可以以其他方式组合以实现相同或不同的目标。特别地，结合一个实施例讨论的动作、元件和特征不意图从在其他实施例中的类似或其他角色中排除。 [0040] 此外，本文中描述的元件和组件可以进一步分成附加组件或接合在一起以形成更少的组件以用于执行相同的功能。 [0041] 因此，前面的描述和附图仅仅是作为示例，而不意图是限制性的。 |
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