扬声器分析:内部是什么以及它如何工作

扬声器通常是会议室,行政办公桌和即席会议室的居民。 小型扬声器电话是随身携带的,也可以在汽车中使用,不会通过电话拒绝会议。 它们的形状和大小,功能和接口集各不相同。 只有他们的目标没有改变-在没有耳机,麦克风控制台和其他设备的情况下在免提模式下提供舒适感。


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我之前发表了这篇文章,收到了读者的良好反馈,并且我想分享所做工作的结果。 切割后将有许多铁的照片,技术信息以及如何将其付诸实践。



在那种情况下我应该使用免提电话?


很简单:使用头戴式耳机是一个完美的解决方案,麦克风胶囊的位置尽可能靠近声源,扬声器直接位于耳朵上。 因此,房间和环境的因素实际上没有影响,因此保持了高音质。


如果有几个人参加会议,您将必须想出一种方法来听起来一切。 有几种选择:


  1. 应用会议系统:为每个会议参与者放置定向麦克风,麦克风遥控器,并为会议室配备音响系统
  2. 安装麦克风阵列和条形音箱
  3. 连接免提电话

扬声器电话是最简单,最实惠的选择。 此外,我有一个很好的研究标本,很乐意分析并展示什么。


通常,从技术上讲,这不仅是免提电话,而且是会议电话,例如 无需PC即可使用。


因此,这是Phoenix Audio的Spider。


网状球罩隐藏了麦克风阵列和扬声器。 该设备具有令人印象深刻的质量和由泡沫制成的鞋底,因此可以牢固地站立在表面上,并且在桌子周围移动并按下按键时不会产生不必要的声音。


带有单色显示屏的键盘从圆形外壳中脱颖而出。 键盘上覆盖有某种橡胶材料,通过这些材料可以看到按键的符号。


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在免提电话的底部有一个特殊的腔,免提电话的接口位于其中,并且该空间还用于整理电缆。 另外,可以将连接的扬声器电话安装在工作台面的技术孔上方。


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扬声电话配备有用于SIP客户端自主运行的以太网接口和与PC一起使用的microUSB,以及用于连接其他扬声器系统和Link Down的连接器。 我们大多数人都熟悉主要的知识,并在日常生活中使用它们,但是其中之一绝对需要澄清。 这是“链接断开”,它使您可以使用简单的UTP电缆将多个扬声器连接到电路中。 所产生的免提电话阵列可以作为一个单一设备协同工作,并且可以覆盖面积最大为100平方米的会议室。


陷阱


如您从学校物理课程中所知道的,声压级随其来源的距离而降低。 下降是对数发生的,可以使用以下公式计算:


ΔL= 20lg(r 1 / r 2


其中r 1和r 2-在起点和终点到声源的距离。


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在此,例如,在距离可听阈值高60 dB的20 cm处,保持安静的语音。


距光源的距离
声音,米
声级下降
相对压力
听力阈值,dB
生活例子最小比率
麦克风增益
0.2米60面对面的交流1个
0.5米52背景笑声3
1米46背景对话15
2米40会议室墙后的激烈讨论63
4米34周六上午办公室的噪音水平250


远离扬声器电话超过4 m,声压级降低到办公室的背景噪音。 这极大地增加了电子在捕获和处理声音方面的任务,也增加了声音放大和使用特殊处理算法的要求。


里面有什么?


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“蜘蛛”已拆卸,您可以详细考虑所有电子设备。 所有工作均由3个主要节点完成:麦克风阵列,母板和声音功率放大器板。


现在,为了:


  1. 麦克风阵列产生声音捕获射线。 该系统分析环境并包括麦克风,这样最好只放大声音,并且仅从声音的发出方向放大。


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    扬声器使用定向驻极体话筒头,其有效工作角度约为130°。 指向各个方向的胶囊在声音采集的各个角落有一定的重叠(大约40⁰):这使您可以通过减去和求和来自不同胶囊的信号来形成准确的声音捕获射线。


    该板还具有设备,运算放大器和与主处理器匹配的系统的指示灯。


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    这里发生输入信号的初始音量调平:对于每个麦克风,都有一个双运算放大器,该双运算放大器通过反馈系统增加了微弱信号的幅度,并将太大的声音降低到了预定的水平,即 分别更改每个麦克风的灵敏度。 接下来,我们将找出为什么这样做是必要的。


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    麦克风阵列完全包裹在硅胶盒中,在每个硅胶盒中分配了一个单独的座位。 因此,使用扬声器时产生的来自扬声器的微振动以及触摸设备的主体时不会产生沙沙而不会引起噪音和捕获的声音发出嘎嘎声。


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  2. 此外,声音落在母板上以进行数字化,处理并传输给对话者。


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    “蜘蛛”的核心是以色列公司AudioCodes的芯片,该芯片控制设备中的所有过程,外围设备和接口。 而且,作为该芯片的一部分,数字声音处理处理器(数字信号处理器,以下称为DSP)正在运行。


    DSP将接收到的声音的频谱分为几个部分,并对其进行并行处理,从而消除了与人类声音不同的所有内容。 与常规会议系统不同,DSP中的软件部分是免提电话的主要部分,它实现以下声音处理算法:


    • 自适应滤波器分析房间中的声音,并抑制均匀分布的静态噪声,例如,空调噪声,街道噪声或笔记本电脑散热器的沙沙声。 操作原理类似于人的耳朵:首先在嘈杂的环境中很难沟通,但是在适应后,刺激的影响会减小。 唯一的区别是DSP几乎可以立即执行此操作,这使我们免于习惯。


      但是,在某些情况下,扬声器实际上会发疯,其原因是我们的特殊服务真正喜欢的防听系统。


      这些系统在窗框上工作,以使人耳听不见的随机噪声充满整个房间。 在这种情况下,自适应滤波器根本没有时间去适应快速变化的条件,只会使情况恶化。


    • 回声消除。 在这种情况下,我们会将回声视为我们自己的声音向对话者的返回。 麦克风拾取扬声器再现的内容,对话者听到自己的声音,这是非常烦人的:)


      因此,对话者的副本以两种形式存在:由扬声器复制的原始副本和从麦克风接收的回声副本。 基于处理器“知道”发送给扬声器的哪个信号这一事实,它仅保留一个信号与另一个信号的差。 减法后,可以听到喀哒声和声音中断,因为这些音轨由于房间的几何特性而仍然不同,因此,在此过程之后,将使用附加的自适应滤波器来去除减法的残差。 在数字音频发展的多年中,已经发明了解决此问题的许多解决方案,其算法受到制造商和专利局的急切保护。 因此,DSP的软件部分是整个设备中最重要,最有价值的组件,而硬件是次要的。


    • 减少混响 。 在没有特殊声学效果的房间中,任何声音都会被多次反射,并且这些反射会产生不利的噪音。 对于开发人员而言,大多数问题是由反射声音的表面(例如玻璃)引起的,由于反射的方向不断变化,因此大多数反射光很容易被切断,仅在一个方向上捕获声音。 在DSP的控制下,一系列麦克风会产生定向声音捕获射线,以将混响的影响降低到特殊软件滤波器将继续起作用的水平。
    • AGC或自动增益控制可补偿声压级的差异。 简而言之,免提电话会平衡安静,冷漠的语音和响亮,情感暗示的音量。 处理从麦克风阵列捕获声音的那一刻开始,DSP标准化信号幅度电平以进行高质量的进一步处理,该处理以数字形式进行。 结果,通常无法确定对话者与扬声器之间的距离是多少:他坐在谈判桌旁,在他周围走来走去或从冷却器中吸水-声音的听觉效果同样好。
    • 通常,在免提电话中,除了描述的声音处理算法外,还有许多其他但不太显着但同等重要的算法使设备能够适应各种情况。 例如-补偿由房间的几何结构引起的混响水平的差异,或有效地在一系列类似设备中工作。 每个制造商都会开发自己的独特功能。

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  3. 在圆顶下方的中央,有一个美国公司Arelle Labs的10瓦扬声器,该扬声器还通过阻尼垫与设备外壳隔离。


    扩声系统基于D级运行的高性能,低噪声集成电路,可确保在小尺寸情况下实现较高的声音放大效率。 像放大器本身一样,放大器的电源位于扬声器下方的单独板上。


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扬声器电话就是这样布置的-扬声器电话是会议室(或公司负责人的办公桌)上最常见的元素之一。 主要功能是在交流时保持音质,而不管其工作环境的声学缺陷如何。 同时,由我雕刻的“蜘蛛”可以包含在15个此类扬声器电话网络中。

在写一篇文章时,我深入研究了美国Phoenix Audio Technologies首席执行官Joseph Marash的一份报告 ,他在报告中详细讨论了会议室中音质的重要性以及使用免提模式的细微差别。


早些时候,我准备了 2台不同时代的PTZ摄像机,并发现在10年的发展中发生了什么变化。 因此,我在文章中添加了一个民意调查:如下分析哪个设备?

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN472586/


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