Lautsprecheranalyse: Was ist drin und wie funktioniert es?

Die Freisprecheinrichtung ist ein häufiger Bewohner von Konferenzräumen, Schreibtischen und spontanen Besprechungsräumen. Kleine Freisprecheinrichtungen werden auf Reisen mitgenommen sowie im Auto verwendet und verweigern sich Konferenzen nicht per Telefon. Sie unterscheiden sich in Form und Größe, Funktionalität und Schnittstellen. Nur ihr Ziel bleibt unverändert - Komfort im Freisprechmodus ohne Headsets, Mikrofonkonsolen und andere Geräte zu bieten.

Ich habe diesen Artikel früher veröffentlicht, ein gutes Feedback von den Lesern erhalten und möchte das Ergebnis der geleisteten Arbeit teilen. Unter dem Schnitt werden viele Fotos von Eisen, technische Informationen und wie man es in die Praxis umsetzt.

In welchem ​​Fall sollte ich eine Freisprecheinrichtung verwenden?

Es ist ganz einfach: Die Verwendung eines Headsets ist die perfekte Lösung, die Mikrofonkapsel befindet sich so nahe wie möglich an der Schallquelle und der Lautsprecher befindet sich direkt am Ohr. Somit haben die Faktoren des Raums und der Umgebung praktisch keine Auswirkung, wodurch eine hohe Klangqualität aufrechterhalten wird.

Wenn mehrere Personen an der Konferenz teilnehmen sollen, müssen Sie einen Weg finden, um alles zu klingen. Es gibt mehrere Möglichkeiten:

1. Wenden Sie das Kongresssystem an: Setzen Sie für jeden Konferenzteilnehmer ein Richtmikrofon und eine Mikrofonfernbedienung ein und statten Sie den Raum mit einem akustischen System aus
2. Installieren Sie eine Reihe von Mikrofonen und eine Soundbar
3. Lautsprecher anschließen

Die Freisprecheinrichtung ist die einfachste und kostengünstigste Option. Außerdem habe ich ein sehr gutes Exemplar für die Forschung, das ich gerne analysiere und zeige, was was ist.

Im Allgemeinen ist dies technisch gesehen nicht nur eine Freisprecheinrichtung, sondern ein Konferenztelefon Es kann ohne PC verwendet werden.

Hier ist also die Spinne von Phoenix Audio.

Eine Netzkuppel verbirgt das Mikrofonarray und den Lautsprecher. Das Gerät hat eine beeindruckende Masse und eine Sohle aus Schaumstoff, so dass es fest auf der Oberfläche steht und keine unnötigen Geräusche erzeugt, wenn Sie sich um den Tisch bewegen und die Tasten drücken.

Eine Tastatur mit monochromem Display hebt sich vom runden Gehäuse ab. Die Tastatur ist mit etwas gummiertem Material bedeckt, durch das die Symbolsymbole der Tasten sichtbar sind.

An der Unterseite der Freisprecheinrichtung befindet sich ein spezieller Hohlraum, in dem sich die Schnittstelle der Freisprecheinrichtung befindet, und dieser Raum ist auch zum Organisieren von Kabeln vorgesehen. Die angeschlossene Freisprecheinrichtung kann auch über dem technologischen Loch in der Arbeitsplatte installiert werden.

Die Freisprecheinrichtung ist mit einer Ethernet-Schnittstelle für den autonomen Betrieb des SIP-Clients und von microUSB zur Verwendung mit einem PC sowie einem Anschluss zum Anschließen eines zusätzlichen Lautsprechersystems und von Link Down ausgestattet. Die meisten von uns kennen die wichtigsten und verwenden sie im Alltag. Einer von ihnen muss jedoch unbedingt geklärt werden. Dies ist Link Down, mit dem Sie mehrere Lautsprecher mit einem einfachen UTP-Kabel an einen Stromkreis anschließen können. Die resultierende Reihe von Freisprecheinrichtungen arbeitet als ein einziges Gerät zusammen und kann einen Konferenzraum mit einer Fläche von bis zu 100 m² abdecken.

Fallstricke

Wie Sie aus dem Schulphysikkurs wissen, nimmt der Schalldruckpegel mit der Entfernung von der Quelle ab. Der Abfall erfolgt logarithmisch und kann mit folgender Gleichung berechnet werden:

ΔL = 20 lg (r ₁ / r ₂ )

wobei r ₁ und r ₂ - der Abstand zur Schallquelle am Start- und Endpunkt.

Hier beispielsweise ruhige Sprache in einem Abstand von 20 cm oberhalb der Hörschwelle um 60 dB.

Wenn Sie sich mehr als 4 m von der Freisprecheinrichtung entfernen, wird der Schalldruckpegel auf die Hintergrundgeräusche des Büros reduziert. Dies erschwert die Aufgabe der Elektronik bei der Erfassung und Verarbeitung von Ton erheblich und erhöht auch die Anforderungen an die Verstärkung von Ton und die Verwendung spezieller Verarbeitungsalgorithmen.

Was ist da drin?

Die "Spinne" ist zerlegt, und Sie können die gesamte Elektronik im Detail betrachten. Die gesamte Arbeit wird von 3 Hauptknoten erledigt: einem Array von Mikrofonen, einem Motherboard und einem Sound-Leistungsverstärker-Board.

Und jetzt in der Reihenfolge:

1. Eine Reihe von Mikrofonen erzeugt Schallerfassungsstrahlen. Das System analysiert die Umgebung und enthält Mikrofone so, dass es besser ist, nur die Stimme und nur aus der Richtung zu verstärken, aus der sie kommt.

   
   
   
   
   

   Die Freisprecheinrichtung verwendet gerichtete Elektretmikrofonkapseln mit einem effektiven Arbeitswinkel von ca. 130 °. Die in alle Richtungen gerichteten Kapseln haben eine gewisse Überlappung in den Ecken der Schallerfassung (ca. 40 °): Auf diese Weise können Sie genaue Schallerfassungsstrahlen erzeugen, indem Sie Signale von verschiedenen Kapseln subtrahieren und summieren.

   
   

   Diese Karte verfügt auch über eine Lichtanzeige des Geräts, Operationsverstärker und ein mit dem Hauptprozessor übereinstimmendes System.

   
   
   
   
   

   Hier findet der anfängliche Lautstärkepegel des Eingangssignals statt: Für jedes Mikrofon gibt es einen doppelten Operationsverstärker, der durch das Rückkopplungssystem die Amplitude des schwachen Signals erhöht und die Töne zu laut auf einen vorbestimmten Pegel reduziert, d. H. ändert die Empfindlichkeit jedes Mikrofons einzeln. Als nächstes werden wir herausfinden, warum dies notwendig ist.

   
   
   
   
   

   Die Anordnung der Mikrofone ist vollständig in eine Silikonhülle eingewickelt, in der jeder Kapsel ein separater Sitz zugewiesen ist. Damit Mikrovibrationen vom Lautsprecher und Rascheln beim Berühren des Gerätekörpers, die beim Arbeiten auftreten, keine Geräusche und Rasseln im aufgenommenen Ton verursachen.

   
   
   
   
   

2. Außerdem fällt der Ton zur Digitalisierung, Verarbeitung und Übertragung an den Gesprächspartner auf das Motherboard.

   
   
   
   
   

   Das Herzstück der „Spinne“ ist der Chip der israelischen Firma AudioCodes, der alle Prozesse, Peripheriegeräte und Schnittstellen im Gerät steuert. Als Teil dieses Chips arbeitet auch ein digitaler Tonverarbeitungsprozessor (digitaler Signalprozessor, nachstehend als DSP bezeichnet) in Betrieb.

   
   

   DSP unterteilt das Spektrum des empfangenen Tons in separate Abschnitte und verarbeitet diese parallel, wobei alles entfernt wird, was sich von der menschlichen Stimme unterscheidet. Im Gegensatz zu herkömmlichen Kongresssystemen ist der Softwareteil in DSP der Hauptteil der Freisprecheinrichtung und implementiert die folgenden Soundverarbeitungsalgorithmen:

   
   

   • Der adaptive Filter analysiert den Schall im Raum und unterdrückt gleichmäßig verteilte statische Geräusche, z. B. Geräusche von der Klimaanlage, Geräusche von der Straße oder das Rascheln eines Laptop-Kühlers. Das Funktionsprinzip ähnelt dem menschlichen Ohr: In einer lauten Umgebung ist es zunächst recht schwierig zu kommunizieren, aber nach der Anpassung nimmt der Einfluss von Reizen ab. Der einzige Unterschied besteht darin, dass DSP dies fast sofort tut, was uns davon abhält, uns daran zu gewöhnen.

     
     

     Es gibt jedoch Situationen, in denen Freisprecheinrichtungen buchstäblich verrückt werden, und der Grund dafür ist das Anti-Listening-System, das unsere speziellen Dienste wirklich mögen.

     
     

     Diese Systeme arbeiten mit Fensterrahmen, um den Raum mit zufälligen Geräuschen zu füllen, die für das menschliche Ohr unhörbar sind. In diesem Fall hat der adaptive Filter einfach keine Zeit, sich an sich schnell ändernde Bedingungen anzupassen, und verschlechtert nur die Situation.

     
     

   • Echokompensation. In diesem Fall betrachten wir das Echo als eine Rückkehr unserer eigenen Stimme zum Gesprächspartner. Das Mikrofon nimmt auf, was der Lautsprecher wiedergibt, und der Gesprächspartner hört sich selbst, was sehr ärgerlich ist :)

     
     

     Somit gibt es die Nachbildung des Gesprächspartners in zwei Formen: das vom Sprecher reproduzierte Original und die vom Mikrofon empfangene Echokopie. Aufgrund der Tatsache, dass der Prozessor „weiß“, welches Signal er an den Lautsprecher gesendet hat, bleibt es nur, eines vom anderen zu subtrahieren. Nach der Subtraktion sind Klicks und Tonunterbrechungen zu hören, da sich diese Audiospuren aufgrund der geometrischen Eigenschaften des Raums immer noch unterscheiden. Daher wird nach diesem Verfahren ein zusätzlicher adaptiver Filter verwendet, der die Reste der Subtraktion entfernt. Im Laufe der Jahre der Entwicklung von digitalem Audio wurden viele Lösungen für dieses Problem erfunden, deren Algorithmen von Herstellern und Patentämtern sorgfältig überwacht werden. Daher ist der Softwareteil des DSP die wichtigste und wertvollste Komponente des gesamten Geräts, bei dem die Hardware zweitrangig ist.

     
     
   • Reduzierter Hall . In einem Raum ohne spezielle akustische Oberfläche werden Geräusche viele Male reflektiert, und diese Reflexionen erzeugen ein ungünstiges Geräusch. Die meisten Probleme für Entwickler werden durch Oberflächen verursacht, die Schall spiegeln, wie z. B. Glas. Da sich die Richtung der Reflexionen ständig ändert, lassen sich die meisten leicht abschneiden und erfassen Schall in nur einer Richtung. Eine Reihe von Mikrofonen unter der Kontrolle von DSP erzeugt Strahlen der gerichteten Schallerfassung, um die Wirkung des Nachhalls auf den Pegel zu reduzieren, bei dem ein spezieller Softwarefilter weiterhin funktioniert.
   • AGC oder automatische Verstärkungsregelung gleicht den Unterschied im Schalldruckpegel aus. Einfach ausgedrückt, die Lautstärke der Freisprecheinrichtung gleicht sowohl leise, apathische Sprache als auch laute, emotionale Signale aus. Die Verarbeitung beginnt ab dem Moment, in dem der Ton vom Mikrofonarray erfasst wird. DSP normalisiert den Signalamplitudenpegel, um eine qualitativ hochwertige Weiterverarbeitung durchzuführen, die in digitaler Form stattfindet. Infolgedessen ist es oft unmöglich festzustellen, in welcher Entfernung sich der Gesprächspartner von der Freisprecheinrichtung befindet: Er sitzt am Verhandlungstisch, geht um ihn herum oder schöpft Wasser aus dem Kühler - die Hörbarkeit ist gleich gut.
   • Im Allgemeinen gibt es in den Freisprecheinrichtungen zusätzlich zu den beschriebenen Tonverarbeitungsalgorithmen viele andere, weniger bemerkenswerte, aber ebenso wichtige Algorithmen, die es dem Gerät ermöglichen, sich an verschiedene Situationen anzupassen. Zum Beispiel, um den Unterschied im Hallpegel auszugleichen, der durch die geometrische Konfiguration des Raums verursacht wird, oder um effektiv in einer Kette mehrerer ähnlicher Geräte zu arbeiten. Jeder Hersteller entwickelt seine eigenen, einzigartigen Merkmale und Fähigkeiten.
   
   
   
   
   

3. In der Mitte unter der Kuppel befindet sich ein 10-Watt-Lautsprecher der amerikanischen Firma Arelle Labs, der zusätzlich mit Dämpfungspads vom Gerätegehäuse isoliert ist.

   
   

   Das Beschallungssystem basiert auf einer leistungsstarken, rauscharmen integrierten Schaltung der Klasse D, die eine hohe Schallverstärkungseffizienz bei kleinen Abmessungen gewährleistet. Die Leistung des Verstärkers befindet sich wie der Verstärker selbst auf einer separaten Platine unter dem Lautsprecher.

   
   
   
   
   

So ist die Freisprecheinrichtung angeordnet - die Freisprecheinrichtung, die eines der häufigsten Elemente in den Besprechungsräumen (oder auf dem Schreibtisch des Leiters eines Unternehmens) ist. Das Hauptmerkmal ist die Erhaltung der Klangqualität bei der Kommunikation, unabhängig von den akustischen Mängeln der Umgebung, in der sie arbeitet. Gleichzeitig kann eine von mir geschnitzte „Spinne“ in ein Netzwerk von 15 solcher Freisprecheinrichtungen aufgenommen werden.

Um einen Artikel zu schreiben, habe ich mich mit einem Bericht von Joseph Marash, CEO von American Phoenix Audio Technologies, befasst, in dem er ausführlich über die Bedeutung der Klangqualität in Konferenzräumen und die Nuancen der Verwendung von Freisprechmodi spricht.

Zuvor habe ich 2 PTZ-Kameras verschiedener Generationen vorbereitet und herausgefunden, was sich in den letzten 10 Jahren geändert hat. Daher füge ich dem Artikel eine Umfrage hinzu: Welches Gerät soll wie folgt analysiert werden?