Система внешней компьютерной звуковой карты-усилителя звука с передачей сигнала и питанием через порт USB

Полезная модель относится к компьютерной периферии, а именно к компьютерным аудиосистемам.
Основная тенденция в мире разработок современной компьютерной техники - постоянная минимизация размеров и стоимости при постоянном увеличении функциональности. Но лишь одно из периферийных устройств не претерпевает значительных оптимизаций - это система работы с воспроизведением и приемом звука. Периферийные устройства и системы, имеющиеся на рынке в данный момент, позволяют решить ограниченный круг задач:
1. Встроенные аудиокарты позволяют подключать микрофон и получать звук для подключения головных телефонов, но при этом не являются универсальными (звуковую карту от персонального компьютера крайне сложно подключить к ноутбуку даже специалисту, а для любых манипуляций с картой необходимо вскрытие корпуса компьютера). Аналоговый аудиосигнал в таких картах не является качественным, так как подвергается регулярным помехам в виде наводок со стороны других блоков, располагающихся поблизости. При этом встроенные аудиокарты не обладают необходимым коэффициентом усиления, позволяющим воспроизводить звук на громкоговорителях.
2. Внешние аудиокарты позволяют избавиться от помех, но при этом не обладают необходимым коэффициентом усиления, позволяющим воспроизводить звук на громкоговорителях. Также внешние аудиокарты могут иметь значительную цену и габариты.
3. Комплект звуковая карта-усилитель, который решает перечисленные выше проблемы, имеет значительные габариты и повышенную стоимость, так как потребитель вынужден покупать два отдельных устройства: саму внешнюю звуковую карту и усилитель звука. Самый главный недостаток такой системы - отсутствие мобильности и компактности, а также необходимость обеспечения дополнительного питания для усилителя.
4. Домашние усилители звуковой частоты, имеющие в своем составе встроенную звуковую карту, позволяющую воспроизводить с помощью этого усилителя звуки с компьютера имеют громоздкую конструкцию и требуют обязательный внешний источник питания.
Известна система, представляющая из себя усилитель звуковой частоты со встроенной звуковой картой, позволяющей через USB-порт подключиться к персональному компьютеру (Патент Китая CN201435825 Y, МПК G06F3/16, H04R27/00, H04R1/00, приоритет от 24.03.2009, дата публикации 31.03.2010).
Недостатком данной системы являются:
- громоздкий усилитель звуковой частоты, имеющий класс, отличный от класса D, то есть требующий большого количества элементов схемы, сложную схему блока питания с трансформатором, имеющий более низкий КПД;
- зависимость от внешнего источника питания, без которого система просто не включится;
- низкая компактность и мобильность, не позволяющие использовать систему в дороге, на природе или других местах, где отсутствует возможность подключения к электросети.
Ставилась задача разработать недорогую, портативную и простую в эксплуатации систему, позволяющую при подключении к USB-порту компьютера декодировать все звуки, воспроизводимые компьютерным программным обеспечением, в аналоговый сигнал, усиливать и передавать его на внешние акустические системы: головные телефоны и/или громкоговорители, а также обеспечить полноценное подключение микрофона и кодирование аналогового аудиосигнала, подающегося микрофоном на отдельный узел системы, в цифровой сигнал, передаваемый программному обеспечению компьютера. При этом питание системы и всех ее частей необходимо обеспечить только за счет USB-порта подключаемого компьютера.
Задача решается тем, что для обеспечения декодирования/кодирования аналоговых аудиосигналов используется бескорпусная микросхема типа  ЦАП-АЦП (цифроаналоговый преобразователь - аналогоцифровой преобразователь), а для усиления аналогового аудиосигнала, подаваемого на громкоговоритель, используется миниатюрный усилитель класса D, питающийся от рабочего напряжения стандартного USB-порта  и позволяющий добиться коэффициента полезного действия блока усиления системы до 90%.
На фиг. 1 представлена схема, поясняющая принцип работы системы внешней компьютерной звуковой карты-усилителя звука с передачей  сигнала и питанием через порт USB, где 1 - USB-порт персонального компьютера; 2.1 - шина питания порта USB; 2.2 - шина данных USB-порта; 3 -  цифроаналоговый преобразователь; 4 - аналогоцифровой преобразователь; 5 - усилитель звуковой частоты; 6 - гнездо подключения микрофона; 7.1 - выход на громкоговоритель левого канала; 7.2 - выход на громкоговоритель правого канала.
На фиг. 2 представлено изображение варианта конструкции системы внешней компьютерной звуковой карты-усилителя звука с передачей  сигнала и питанием через порт USB по формуле 2, где A - штекер для USB-порта, B - вход 3.5 мм для подключения микрофона, C - вход 3.5 мм для  подключения головных телефонов, D1 - клемма для подключения громкоговорителя левого канала, D2 - клемма для подключения громкоговорителя правого канала.
Заявляемая полезная модель работает следующим образом.
Система подключается к компьютеру через USB-порт компьютера 1, определяясь как внешнее звуковое устройство. Шина питания USB-порта 2.1  обеспечивает напряжением питания ≈5 вольт цифроаналоговый преобразователь 3, аналогоцифровой преобразователь 4 и усилитель звуковой частоты 5. При подключении к системе микрофона 6 ко входу аналогоцифрового преобразователя 4 происходит преобразование аналогового сигнала, поступающего  от микрофона 6, в цифровой сигнал, передающийся через шину данных USB-порта 2.2 на компьютер для дальнейшей обработки с помощью соответствующего программного обеспечения. При этом все звуки, воспроизводимые программным обеспечением компьютера, в виде цифрового сигнала подаются через шину данных USB-порта 2.2 на цифроаналоговый преобразователь 3, становясь аналоговым звуковым сигналом. Аналоговый сигнал поступает на вход усилителя звуковой частоты 5. После усиления звуковой сигнал подается на выходы 7.1 и 7.2, предназначенные для подключения громкоговорителей.
Преимущества заявленной системы внешней компьютерной звуковой карты-усилителя звука с передачей  сигнала и питанием через порт USB заключаются в том, что она обладает высокой компактностью и мобильностью, не требует дополнительного источника питания, а также имеет низкую себестоимость.