Análisis de altavoz: qué hay dentro y cómo funciona

El altavoz es un habitante frecuente de salas de conferencias, escritorios ejecutivos y salas de reuniones improvisadas. Los pequeños teléfonos con altavoz se llevan con ellos en viajes, así como también se usan en un automóvil y no se niegan a sí mismos las conferencias por teléfono. Varían en sus formas y tamaños, funcionalidad y conjunto de interfaces. Solo su objetivo permanece sin cambios: proporcionar comodidad en modo manos libres sin auriculares, consolas de micrófono y otros dispositivos.

Publiqué este artículo anteriormente, recibí una buena respuesta de los lectores y quiero compartir el resultado del trabajo realizado. Debajo del corte habrá muchas fotos de hierro, información técnica y cómo ponerlo en práctica.

¿En qué caso debo usar un altavoz?

Es simple: el uso de auriculares es la solución perfecta, la cápsula del micrófono se encuentra lo más cerca posible de la fuente de sonido y el altavoz se encuentra directamente en el oído. Por lo tanto, los factores de la sala y el entorno prácticamente no tienen efecto, debido a que se mantiene una alta calidad de sonido.

Si varias personas deben participar en la conferencia, tendrá que encontrar una manera de sonar todo. Hay varias opciones:

1. Aplique el sistema del congreso: coloque un micrófono direccional, un control remoto de micrófono para cada participante de la conferencia y equipe la sala con un sistema acústico.
2. Instale una variedad de micrófonos y una barra de sonido.
3. Conectar altavoz

El altavoz es la opción más fácil y económica. Además, tengo un muy buen espécimen para la investigación, que estaré encantado de analizar y mostrar qué es qué.

En general, técnicamente esto no es solo un altavoz, sino un teléfono de conferencia, como Se puede usar sin una PC.

Entonces, aquí está la araña de Phoenix Audio.

Una cúpula de malla oculta la matriz de micrófonos y el altavoz. El dispositivo tiene una masa impresionante y una suela de espuma, por lo que se mantiene firme en la superficie y no produce sonidos innecesarios al moverse por la mesa y presionar las teclas.

Un teclado con una pantalla monocromática se destaca de la caja redonda. El teclado está cubierto con material de goma, a través del cual se pueden ver los símbolos de las teclas.

En la parte inferior del altavoz hay una cavidad especial en la que se encuentra la interfaz del altavoz, y este espacio también se proporciona para organizar los cables. Además, el altavoz conectado se puede instalar por encima del agujero tecnológico en la encimera.

El altavoz está equipado con una interfaz Ethernet para el funcionamiento autónomo del cliente SIP y microUSB para usar con una PC, así como un conector para conectar un sistema de altavoces adicional y Link Down. La mayoría de nosotros estamos familiarizados con los principales y los usamos en la vida cotidiana, sin embargo, uno de ellos definitivamente necesita aclaración. Este es Link Down, que le permite conectar múltiples altavoces en un circuito con un simple cable UTP. El conjunto resultante de teléfonos con altavoz funciona en concierto como un solo dispositivo y puede cubrir una sala de conferencias con un área de hasta 100 m².

Trampas

Como sabe por el curso de física de la escuela, el nivel de presión acústica disminuye con la distancia desde su fuente. La caída ocurre logarítmicamente, y se puede calcular usando la ecuación:

ΔL = 20lg (r ₁ / r ₂ )

donde r ₁ yr ₂ - la distancia a la fuente de sonido en los puntos inicial y final.

Aquí, por ejemplo, habla tranquilo a una distancia de 20 cm, por encima del umbral de audibilidad en 60 dB.

Alejándose del altavoz por más de 4 m, el nivel de presión del sonido se reduce al ruido de fondo de la oficina. Esto complica enormemente la tarea de la electrónica en la captura y el procesamiento del sonido, y también aumenta los requisitos para la amplificación del sonido y el uso de algoritmos de procesamiento especiales.

¿Qué hay adentro?

La "araña" se desmonta, y puede considerar todos los componentes electrónicos en detalle. Todo el trabajo lo realizan 3 nodos principales: una matriz de micrófonos, una placa base y una placa de amplificador de potencia de sonido.

Y ahora, en orden:

1. Una serie de micrófonos genera rayos de captura de sonido. El sistema analiza el entorno e incluye micrófonos de tal manera que es mejor amplificar solo la voz y solo desde la dirección de donde proviene.

   
   
   
   
   

   El altavoz utiliza cápsulas direccionales de micrófono electret con un ángulo efectivo de trabajo de aproximadamente 130⁰. Las cápsulas dirigidas en todas las direcciones tienen una cierta superposición en las esquinas de la adquisición de sonido (aproximadamente 40⁰): esto le permite generar rayos de captura de sonido precisos restando y sumando señales de diferentes cápsulas.

   
   

   Esta placa también tiene una luz indicadora del dispositivo, amplificadores operacionales y un sistema de correspondencia con el procesador principal.

   
   
   
   
   

   Aquí tiene lugar la nivelación de volumen inicial de la señal de entrada: para cada micrófono hay un amplificador operacional dual, que a través del sistema de retroalimentación aumenta la amplitud de la señal débil y reduce los sonidos demasiado altos a un nivel predeterminado, es decir. cambia la sensibilidad de cada micrófono individualmente. A continuación, descubriremos por qué esto es necesario.

   
   
   
   
   

   El conjunto de micrófonos está completamente envuelto en una funda de silicona, donde a cada cápsula se le asigna un asiento separado. Para que las microvibraciones del altavoz y los crujidos al tocar el cuerpo del dispositivo que surgen al trabajar con él no causen ruido y traqueteos en el sonido capturado.

   
   
   
   
   

2. Además, el sonido cae en la placa base para digitalización, procesamiento y transmisión al interlocutor.

   
   
   
   
   

   El corazón de la "araña" es el chip de la compañía israelí AudioCodes, que controla todos los procesos, periféricos e interfaces en el dispositivo. Además, como parte de este chip, está funcionando un procesador de procesamiento de sonido digital (Procesador de señal digital, en lo sucesivo denominado DSP).

   
   

   DSP divide el espectro del sonido recibido en secciones separadas y las procesa en paralelo, eliminando todo lo que difiere de la voz humana. A diferencia de los sistemas de congresos convencionales, la parte de software en DSP es la parte principal del altavoz e implementa los siguientes algoritmos de procesamiento de sonido:

   
   

   • El filtro adaptativo analiza el sonido en la habitación y suprime el ruido estático distribuido uniformemente, por ejemplo, el ruido del aire acondicionado, los sonidos de la calle o el crujido de un refrigerador portátil. El principio de funcionamiento es similar al del oído humano: al principio, en un entorno ruidoso, es bastante difícil comunicarse, pero después de la adaptación, la influencia de los estímulos disminuye. La única diferencia es que DSP lo hace casi instantáneamente, lo que nos evita acostumbrarnos.

     
     

     Sin embargo, hay situaciones en las que los teléfonos con altavoz se vuelven literalmente locos, y la razón de esto es el sistema anti-escucha, que a nuestros servicios especiales realmente les gusta.

     
     

     Estos sistemas funcionan en marcos de ventanas para llenar la habitación con ruido aleatorio, inaudible para el oído humano. En este caso, el filtro adaptativo simplemente no tiene tiempo para adaptarse a las condiciones que cambian rápidamente y solo empeora la situación.

     
     

   • Cancelación de eco. En este caso, consideraremos el eco como un retorno de nuestra propia voz al interlocutor. El micrófono capta lo que el orador reproduce y el interlocutor se escucha a sí mismo, lo cual es muy molesto :)

     
     

     Por lo tanto, la réplica del interlocutor existe en dos formas: el original reproducido por el hablante y la copia de eco recibida del micrófono. Basado en el hecho de que el procesador "sabe" qué señal envió al altavoz, solo resta restar uno del otro. Después de la resta, se pueden escuchar clics e interrupciones de sonido, ya que estas pistas de audio aún difieren debido a las propiedades geométricas de la sala y, por lo tanto, después de este procedimiento, se utiliza un filtro adaptativo adicional que elimina los residuos de la resta. A lo largo de los años del desarrollo del audio digital, se han inventado muchas soluciones a este problema, cuyos algoritmos están ansiosamente protegidos por los fabricantes y las oficinas de patentes. Por lo tanto, la parte de software del DSP es el componente más importante y valioso de todo el dispositivo, donde el hardware es secundario.

     
     
   • Reverberación reducida. En una habitación sin un acabado acústico especial, cualquier sonido se refleja muchas veces, y estos reflejos crean un ruido desfavorable. La mayoría de los problemas para los desarrolladores son causados ​​por superficies que reflejan el sonido, como el vidrio. Dado que la dirección de los reflejos cambia constantemente, la mayoría de ellos se cortan fácilmente, capturando el sonido en una sola dirección. Una serie de micrófonos bajo el control de DSP genera rayos de captura de sonido direccional para reducir el efecto de la reverberación al nivel en el que un filtro de software especial continuará funcionando.
   • AGC, o control automático de ganancia, compensa la diferencia en el nivel de presión acústica. En pocas palabras, el teléfono con altavoz iguala en volumen tanto el habla apacible y apática como las señales fuertes y emocionales. El procesamiento comienza desde el momento en que el sonido es capturado por la matriz de micrófonos, DSP normaliza el nivel de amplitud de la señal para llevar a cabo un procesamiento adicional de alta calidad, que tiene lugar en forma digital. Como resultado, a menudo es imposible determinar a qué distancia del interlocutor se encuentra el interlocutor: se sienta a la mesa de negociaciones, camina a su alrededor o saca agua del refrigerador; la audibilidad será igualmente buena.
   • En general, en los teléfonos con altavoz, además de los algoritmos de procesamiento de sonido descritos, hay muchos otros algoritmos menos notables pero igualmente importantes que permiten que el dispositivo se adapte a diversas situaciones. Por ejemplo, para compensar la diferencia en el nivel de reverberación causada por la configuración geométrica de la sala, o para trabajar eficazmente en una cadena de varios dispositivos similares. Cada fabricante desarrolla sus propias características y capacidades únicas.
   
   
   
   
   

3. En el centro, debajo del domo, hay un altavoz de 10 vatios de la compañía estadounidense Arelle Labs, que también está aislado de la carcasa del dispositivo con almohadillas de amortiguación.

   
   

   El sistema de refuerzo de sonido está construido sobre un circuito integrado de alto rendimiento y bajo ruido que opera en la clase D, lo que garantiza una alta eficiencia de amplificación de sonido en pequeñas dimensiones. La potencia del amplificador, como el amplificador mismo, se encuentra en una placa separada debajo del altavoz.

   
   
   
   
   

Así es como se organiza el altavoz: el altavoz, que es uno de los elementos más frecuentes en las salas de reuniones (o en el escritorio del director de una empresa). La característica principal es la preservación de la calidad del sonido cuando se comunica independientemente de las imperfecciones acústicas del entorno en el que funciona. Al mismo tiempo, una "araña" tallada por mí puede incluirse en una red de 15 de estos altavoces.

Para escribir un artículo, profundicé en un informe de Joseph Marash, CEO de American Phoenix Audio Technologies, en el que habla con gran detalle sobre la importancia de la calidad del sonido en las salas de conferencias y los matices del uso de los modos manos libres.

Anteriormente, preparé 2 cámaras PTZ de diferentes generaciones y descubrí lo que ha cambiado a lo largo de 10 años de progreso. Por lo tanto, estoy agregando una encuesta al artículo: ¿qué dispositivo analizar de la siguiente manera?