扩音器方案设计开发

2020-05-08 15:40:46 fandoukeji

无线扩音器大致经历了四个阶段的历程。第一阶段是FM无线扩音器,因为FM成本比较低,在价钱方面是非常吸引人的;但是,FM无线扩音器操作比较麻烦,耐用比较差,而且还容易受收音机信号的干扰,出现杂音和呼啸声。第二个阶段是2.4G外置无线扩音器,有效解决了第一阶段扩音器的大部分问题;这一阶段的扩音采用的无线鼠标的工作原理;具有免设置、不收FM收音机和手机等信号干扰、无线范围可达50米;但是接收器的插孔容易损坏,而且要给3个设备进行充电。第三个阶段是UHF内置无线,有效解决了第二阶段扩音器的大部分问题;利用KTV麦克风原理开机相连,具有免设置、不受信号干扰、无线达到30米的范围等特点,但是它的无线范围不够广,穿墙性差。第四个阶段是2.4G内置无线扩音器,有效解决了第三阶段扩音器的所有问题;具有免设置、内置2.4G无线、拒绝所有信号干扰、无杂音呼啸、无线距离50米、可穿墙、充电容易和功耗小等特点。第四阶段的无线扩音器采用了蓝牙技术。

可以看出,蓝牙技术在扩音器中的应用,解决了无线扩音器在音质、操作、使用范围等方面的问题。随着生活质量的提高,人们对生活享受的要求也越来越高。扩音器作为人们用来保护嗓子实现扩音的设备,音质、性能方面的提高会越来越受欢迎。所以,现阶段研究蓝牙技术在扩音器中的应用是非常有必要的。

一、蓝牙技术的概述

了解蓝牙技术前,我们先来了解一下2.4G技术。2.4G技术是一种短距离无线传输技术,具有双向传播、抗干扰性强、传输距离远和耗电少等优点。所谓蓝牙技术就是一种基于2.4G技术的无线传输协议,由于采用的协议不同,所以有区别于其他的2.4G技术。也就是说,蓝牙技术实际上就是一种短距离的无线通信技术。

蓝牙是一种短距离无线通信的技术规范,它由于体积小、功耗低等特点,被应用在大部分对数据传输速率要求不高的移动便携设备之中,扩音器只是其中的一种。蓝牙技术主要具有以下几个特点:

(1)全球范围内适用。蓝牙工作在2.4GHz的ISM频段,是通过各国的无线电资源管理部门许可适用的频段。

(2)同时可以传输语音和数据。蓝牙采用电路交换和分组交换技术,支持异步数据信道、三路语音信道以及异步数据与同步语言同时传输的信道。

(3)可建立临时的对等连接。根据蓝牙设备在网络中的角色,可设置主从蓝牙设备,实现主从设备的点对点的通信。

(4)高抗干扰能力。由于开放性使用的ISM频段的无线设备非常多,蓝牙技术采用了跳频的方式来扩展频谱,而且跳频的顺序是伪随机的,所以抗干扰性强。

(5)蓝牙模块体积小、易于集成。功耗低。开放的接口标准。SIG为了推广蓝牙技术的应用,公开了全部的蓝牙技术标准。

(6)成本低。随着市场的需求越来越大,蓝牙芯片和蓝牙模块的开发也越来越多,导致蓝牙产品的价格也相应地飞快降低。

蓝牙扩音器方案设计

二、蓝牙扩音器的应用

在蓝牙技术之前,大部分的扩音器都是仅仅实现扩音器与话筒的信号连接,而不能实现电脑、手机等信号的连接。蓝牙技术的出现,扩音器可以实现麦克风信号的扩音之外,还能连接手机、电脑等蓝牙设备,实现扩音。这样,给扩音器带来了新的发展空间。扩音器的主要由麦克风、功放电路及音箱三部分组成。蓝牙技术主要应用在扩音器的麦克风和音箱两个部分。根据扩音器使用的情况,导游和教师使用的频率最高,接下来将介绍蓝牙扩音器在导游和教师方面的使用必要性。

2.1蓝牙导游扩音器

大家都知道导游是经常要带队外出,在路途中要不断地给游客讲解景点。导游使用扩音器给大家讲解旅程安排和景点时,无线扩音器都比有线扩音器更加方便携带和使用。无线扩音器的品种很多,基本上都能实现这些要求。从音质方面要求来看,2.4G无线扩音器、UHF无线扩音器、蓝牙扩音器都能实现这些要求。但是,如果导游一路都要给大家一直讲解景点,就不免对导游的嗓子带来了一定程度的要求,而不讲解又会导致旅客对景点的认识不充分。那么用电脑或者手机给旅客播放景点讲解音频,就可以充分解决这些问题。如何用电脑和手机让旅客能享受到大声清晰的讲解,成了对导游的考验。有些导游带个大音箱放在车上,有些导游播放的音质出现了很多的问题,导致旅客出现了各种各样的抱怨。蓝牙扩音器的出现,可以充分解决这些问题。首先蓝牙扩音器体积小,方便携带;声音信号不容易受到干扰,音质较好;最重要的是可以连接无线麦克风、手机、平板电脑等移动设备。为了配备手机、平板电脑的使用,蓝牙麦克风是无线扩音器的一种优质选择。从所有设备的携带、音质方面考虑,导游扩音器中采用蓝牙麦克风是非常有优势的。

2.2蓝牙教师扩音器

老师在讲课的过程中,需要讲很多话,嗓子很容易受到伤害,为了能使学生清晰地听课,老师又能保护好嗓子。扩音器在教师中的应用就是非常广泛的。

蓝牙扩音器在教师中除了有在导游方面使用的同等优点外,还有两方面的应用特点。一是便携式的蓝牙扩音器系统;由于扩音器轻巧便于携带,可以随时方便携带使用。二是多个蓝牙麦克风、匹配一个蓝牙扩音器的系统;教师只需要带蓝牙麦克风,就可以在按照了蓝牙扩音器的课室使用扩音器;由于蓝牙技术易于连接,大大减少了学校在扩音器中使用成本,也给每个老师带来了很大的方便。

由于大多数功放只能接收模拟音频信号,对应的各集成电路的接口几乎都是模拟的,因此模数转换和数模转换就需要反复进行。然而,这样的过程会引入量化噪声,导致音质有所下降,从而效果无法达到最佳。数字功放在功耗和体积上占有绝对的优势,已广泛应用于汽车音响和要求较高的重低音有源音箱。本文设计了一款数字扩音器,该扩音器具有电路简单、开发周期短、稳定性高等特点。

扩音器电路板设计开发

三、扩音器总体方案设计

本文设计的数字扩音器主要采用D类音频功率放大器元件,该元件的作用就是把来自音源或前级放大器的弱信号放大,从而达到设计的要求。设计的数字扩音器具备以下功能H]:①放大音频;②调节音调;③调节音量。

数字扩音器主要由4个模块构成(见图1),包括音频输入、选频网络、放大模块、数字功放。4个模块的作用如下所示:

(1)音频输入。检测的声音被采集后送到控制系统。(2)选频网络。利用电阻电容的分频网络实现音调调节。(3)放大模块。利用运算放大器构成的放大电路对信号电压进行放大。(4)数字功放。利用数字电路的原理对音频信号进行电流放大,从而驱动扬声器。通过滑动变阻器的调节改变输入信号的频率,然后通过选频网络将频率调节到预期值,再通过电压放大器调节音调的大小,最后信号传输到D类功放芯片。通过电流放大促使功率放大来驱动扬声器工作,最终达到数字信号放大的设计要求和预期效果。

图1 数字扩音器的总体框图

四、数字扩音器硬件设计

4.1电源电路设计

本文主要采用桥式整流电路,该电路的原理比较简单。电源电路将220V的交流电压转变为12V的直流电压,电源电路原理如图2所示。

利用变压器的特性将220V的电压转化为一个低压交流电,然后经桥式整流电路转变成脉动的直流电加到电容C9,再经过滤波作用产生一个15V的直流电压,这部分电压提供给功率放大器;15V直流电压经过LM7812的降压作用产生一个12V的直流电压,该直流电压符合运算放大器工作的要求。

图2 扩音器电源电路原理

4.2音量调整电路设计

音量调整电路的核心器件是一个电位器R10,R10的主要作用就是分压。按照一定的规律或比例在变阻器上滑动浮点,产生不同的输出值,从而完成音量的调整和改变。

4.3音调调整电路设计

音调调整电路设计采用的是反比例运算放大器,由电阻和电容形成一个选频网络,通过改变电容两极板间的距离和正对面积来改变电容的大小,从而改变网络的频率以实现音调的调整。

4.4数字功放

D类功放对信号进行转换,损耗几乎为零,因此电源的利用率非常高。本文设计主要以D类功放为主。功率放大电路由4个组成部分,分别是电路供电、信号输入、功放处理和信号输出n。数字功放芯片采用TDA8932芯片。输入的音频模拟信号经过脉冲宽度调制处理后,按照一定的比例形成一个脉冲链,被放大的信号再由低通滤波器将高频部分滤除,得到一个被放大的输入信号波形来驱动扬声器,最终达到数字信号放大的目的。

本文设计的数字扩音器主要由4个重要组成部分,分别是电源电路、音量调整电路、音调调整电路和数字功放电路,每个组成部分都起着至关重要的作用。音频信号经电流放大,从而驱动扬声器,最终达到音频放大、音调和音量调节的效果。

结语

随着科技的更新,人们生活水平的提高,人们对生活的品质要求越来越高。作为比较成熟的新技术之一的蓝牙技术,在无线系统中将应用的更广泛。为了顺应技术发展的需要,我们应该致力于完善蓝牙技术,并让它应用得更加广泛。