移动无线话筒定位实现环绕立体声的设计

时间:2017-11-21 02:11 点击:

常用无线话筒没有定位功能,扬声器发声不能反映主

持人所在位置,以至于听众在现场,看到主持人移动位置, 而声音没有临场感。随着人们对生活水平要求的提高,需要 在各种音响环境里更真实地感觉到无线话筒的位置。要实现 无线话筒的位置感,常用无线话筒需要增加定位功能。在小 空间内可以采用超声波技术实现无线话筒定位。

无线话筒内集成信标和超声波发射电路。信标是系统 时间的基准,以电磁波的形式两秒发射一次,同时发射0.01 秒时长的超声波,用来测量话筒到固定点的距离。固定接收 点一般在音箱和主控台内,由信标接收和超声波测时电路组 成。

最 小 定 位 系 统 由 无 线 话 筒 内 的 信 标 及 超 声 波 发 射 电 路、主控台及左右音箱内的测量电路组成;扩展系统增加中 置音箱、环绕立体声的两个后置音箱(后左音箱、后右音 箱),以及低音炮内的测量电路。

图1表示了定位系统各点的位置关系。

本文引用地址:http://www.eepw/article/201702/344429

图1系统示意图

图2定位示意图

基于超声波的无线话筒定位系统需要一个时间基准,

定位系统以无线信标信号作为时间基准。话筒发射无线信标 时同时发射超声波,接收点收到信标开始计时,收到超声波 脉冲后停止计时;本定位系统必须有三个及以上的固定接收 点,才能得到无线话筒的正确位置。

由于声波在空间中的传播速度远比电磁波慢,信标的 电磁波信号传输时间可以忽略,各测量点得到超声波传输的 时间后,送给主控台,计算出无线话筒到各接收点的距离, 用圆的标准方程,通过三个接收点的三个方程,计算出超声 波发射点的位置,即无线话筒的位置,通过连续测量,可以 描绘出无线话筒的运动轨迹。

各音箱作为定位信号的固定接收点,实现信标和超声 波接收,通过线缆将测出的超声波传输时间传输到主控台。 主控台是调音台(或音响放大器),也是接收点之一,结合 各个接收点发送的超声波传输时间,由计算机(单片机或笔 记本)完成数据处理和各个声道信号的处理,得出对各个声 道的控制参数。主控台接收到话筒音 频信号后立即数字化,存入存储器备

用。

图2是定位计算的示意图,D是话 筒位置,A、B、C是左右音箱和主控 台位置,这是话筒定位最小系统。超 声波定位精度很高,三点定位基本能 够满足声音定位的要求。如果有多个 音箱加装定位电路,就可以更灵活运 用本系统,多个音箱的距离方程依上 述方法增加即可。

接收点采用单片机的定时器进行

图3主程序流程图

图4各个测量点程序流程图

计时,在信标信号到达时开始计时,接收到超声波时停止计 时,测量的数据通过线缆送往主控台。主控台根据各个接收点的数据进行计算,得出发射话筒位置。计算过程为:各个

测量点的时间乘以声速,得到话筒到各测量点的距离,用圆 的标准方程表示距离,由联立方程算出话筒位置。

(x-x1) +(y-y1) =d1(x-x2) +(y-y2) =d2(x-x3) +(y-y3) =d3

主控台根据无线话筒位置计算出各个声道的延迟时间 和声强数据,将延迟时间送往该声道D/A变换电路,延迟D/ A变换,从而延迟喇叭发声,将声强控制数据送往声道音量 控制电路,达到模拟出立体声或环绕立体声的效果。

模拟环绕立体声的实现,是依据人耳听觉生理的两大 特点:1、掩蔽效应:一个较响的声音,往往会掩盖住同时出现的另一个较轻的声音。2、哈斯效应:直达声和混响声到

图5信标和超声波发射电路

达人耳的时间差在一定范围内时,人耳就感觉到直达声和混 响声已融为一体,很难再将它们区别,只是响度有所增加而 已。根据上述特点得出结论:其一,有来自同一音源的直达 声和混响声,较轻的混响声往往被较响的直达声所掩盖,人 耳察觉不到混响声的存在。混响声到达人耳时,与直达声延 迟较大,人耳就会感觉到混响声的存在,并确定其位置。其 二,对那些延迟时间较长,且与声源不相关的混响声,人耳 不仅能察觉出它的存在,而且能逼真地体会到距离感,认为 它来自周围的空间。

根据人耳听觉的两大效应,利用计算机实现一个模拟 环绕声场。

系统开始运行,要输入各超声波接收点(如:音箱位 置)的参数,作为无线话筒定位的固定接收点。有三种输入 方法,第一种方法:在计算机屏幕上移动各个音箱,摆放到 正确的位置,直接由屏幕上的距离标尺确认输入数据;第二

种方法:将无线话筒分别放在各个接收点上,通过本定位系统定下各接收点的位置;如果有三个以上接收点,可以直接运用本程序算出接收点位置,如果只有三个接收点,在话筒放在某个接收点时,必须从三个接收点中人工选择正确的放 置位置。第三种方法:直接输入音箱位置数据。

定出话筒位置后,计算话筒到各个音箱的延迟时间和 声响的参数,送到各个声道的D/A变换和各种控制电路。得 到模拟环绕声场。主程序流程图,如图3所示。

声波接收框图中的预定数据在本系统开始时由上述三 种方法之一输入。

本系统可以用于简单立体声, 也可