激光\红外无线收听音频信号装置的研制及效果分析

来源:用户上传      作者: 杨虹 黄文奇 谢 谦

　　摘要:本文利用激光、红外两种无线传输媒介,设计了两种无线音频信号收听装置,并从实验效果综合分析了两种方案的优缺点,提出了改进方案和具体措施。为无线音频应用提供了一些理论依据。
　　关键词:激光 红外 音频信号
　　
　　Abstract: Two wireless audio receiving devices are designed with laser, infrared and radio wave. Their advantage and disadvantage are investigated in this paper, we also put forward improvement method, which provides theoretical basis for the wireless audio application of these two transmission medium.
　　Key Words: laser; infrared; radio; audio signal
　　
　　1 引言
　　 近年来,“自由音频”[1]这一概念越来越引起人们的关注,人们期望在保证高音质的同时,能够摆脱线材的束缚,方便安全的欣赏音乐。我们从物理实验角度出发,利用激光,红外两种无线传输媒介,设计、制作了无线音频装置,并详细分析了两种方案的优劣,为它们的无线音频应用提供一些理论依据。
　　
　　2 原理
　　 由于是声音信号的无线收听,研制装置主要解决声音信号的拾取、无线传输和还原三个问题。实验中我们设计了激光,红外两种实现方案。
　　2.1 激光方案
　　 激光方案就是用半导体激光发生器产生的一束极细的红光激光,射到密闭声源附近的玻璃上,玻璃会因声源的声音变化而产生轻微振动,此时从玻璃上反射回来的激光包含了声波的振动信息,在反射光线经由的一定位置用专门的接收器(光敏二极管)接收,将光信号转化为电信号,再通过信号放大和功率放大电路以驱动扬声器实现声音还原。
　　2.2 红外方案
　　 红外方案是用压电陶瓷贴片附到声源近处的密闭外壳上,物体因声源的声音变化而产生轻微振动,经过压电陶瓷贴片将转化为电信号,通过放大电路将信号放大并加载在专门的红外发射二极管[2]将电信号转换为红外光信号发射出去。接收端用与之配套的红外接收二极管进行红外光信号的接收并转换为电信号,再通过信号放大和功率放大电路以驱动扬声器实现声音还原。
　　
　　3 电路设计
　　 激光、红外两方案所拾取的原始信号都是微小信号,因此必须经过信号放大电路放大。同时在收听时还要进行功率放大才能驱动扬声器。
　　3.1 信号放大电路
　　 信号放大电路主要完成小信号的电压放大任务,其失真度和噪声对系统的影响最大,应优先考虑。此放大电路都带有反馈,具有良好的抗共模干扰能力。通过集成运算放大芯片NE5532构成了前置放大电路,NE5532内部有两个集成运放。
　　实验中第一个运放用作电压跟随,作用在于稳定信号。
　　第二个运放用作信号放大。输入电压为Ui,输出电压为U0,电位器阻值1～50K可调,则理论放大倍数为2～51可调。实验中可根据需要进行调整。
　　3.2 功率放大电路
　　 音频功率放大电路是由集成功率放大芯片LM386构成的集成OTL电路。其作用是将输入的较微弱信号进行放大,产生足够大的电流去带动扬声器进行声音的重放。LM386芯片的优点具有静态功耗低、工作电压范围宽、外围元件少等优点,因此我们选择使用它来组建功率放大电路。
　　此电路的电压放大倍数为20~200倍数可调,我们将经过两级信号放大电路放大后的声音信号输入功放电路,同时通过调节电位器R1来改变输入功放电路的信号电压从而调节扬声器音量,实现声音的重放。
　　
　　4 效果比较与分析
　　 实验中我们将声源放在一个有机玻璃罩里,分别用两种方案装置进行了测试,并用示波器观察了还原之后的声音波形,通过测试综合分析两种方案的优缺点,可以得出如下结论:(1)从示波器记录的波形来看,两种方案的还原效果是不一样的,其中的干扰和失真产生的原因也不尽相同。在没有给声音信号时,红外方案的波形比较干净,而激光方案的波形则有许多的毛刺出现。这是由于光敏二极管外界环境下工作会受到环境光的干扰,而环境光对红外二极管却几乎没有影响。(2)从实验装置的使用距离和传输方式来考虑,红外方案和激光方案的感应距离都在5~10m,并且传输过程中不能有障碍物;(3)从可操作性来看,红外方案需要在声源盒上安放压电陶瓷片来拾取声音信号,而激光方案通过激光入射和反射就能很方便的拾取信号。
　　 针对两种方案各自的缺点,可以做以下的改进:(1)在激光方案中,给光敏二极管加上一个遮光罩,就可以滤除大部分的可见光干扰;将红光激光换成红外激光,也可以减少可见光的影响。(2)利用滤波电路滤除不需要的信号来改善效果。(3)利用红外光的漫反射传播,在小范围内解决红外光的直线传播的缺点。
　　
　　5 结语
　　 本文围绕激光、红外两种声音信号无线收听方案,详细介绍了这两种方案的实现流程和实验电路,同时利用示波器的波形记录,分析了两种方案的干扰信号的来源。从还原效果、实用距离和可操作性等角度比较了两种方案的优缺点,并提出了具体的改进方案和措施,从理论上指导了它们的无线音频应用。
　　
　　参考文献
　　[1] 渴望自由 漫谈无线音频[J].电脑迷,2009,(03): 26-27
　　 [2] 张宏希.红外接收组件原理及应用电路[J].石河子大学学报(自然科学版),2005,23(6):758-760.
　　 [3] 王立刚,张殿元.低噪声光电检测电路的研究与设计[J].电测与仪表,2007,44(500):63-66.

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