Обзор методов построения беспроводных устройств сопряжения аудиоинтерфейсов
В настоящее время существует множество моделей беспроводных наушников, предлагаемых многими изготовителями. Значительно меньше известны устройства, позволяющие превратить любые проводные наушники в беспроводные. Такое устройство позволяет избавиться от сковывающего влияния кабеля и в то же время не отказываться от ранее приобретенных проводных наушников, которые могут иметь немалую стоимость.
В основном применяется три способа передачи аудио информации на беспроводные наушники:
- индукционная (индуктивная) связь, то есть передача магнитным полем ближней зоны на звуковых частотах;
- радиосвязь на частотах более десятков мегагерц, при этом получается электромагнитное поле дальней зоны;
- передача с помощью инфракрасного излучения.
1. Индуктивная связь. Структурная схема для этого способа показана на рис. 1.11. Аудио сигнал усиливается и подается на петлевую антенну, формирующую в своей непосредственной близости магнитное поле, пропорциональное аудио сигналу. Приемник состоит из более малогабаритной антенны и усилителя. Так как индуктивной связи свойственны частотные искажения, аудио сигнал сначала корректируется.
Рис. 1.11. Индуктивная связь
Преимуществами этого способа являются:
- простота передающего и приемного устройств, в некоторых случаях может не требоваться питание приемника;
- отсутствие радиопомех.
В то же время этот способ имеет много недостатков:
|
|
|
- низкое качество звука и чувствительность к внешним низкочастотным полям, например, от электропроводки или проводного вещания;
- громоздкость индуктивных излучателей (петель), иногда необходимость прокладки дополнительной проводки в помещении;
- простыми способами нельзя осуществить стерео передачу.
Можно ослабить эти недостатки, если перейти на передачу модулированного сигнала на несущей частоте, близкой к звуковой, а также применить несколько переключаемых магнитных антенн. Это сделано в новой технологии LibertyLink. Однако и в этом случае при небольших антеннах радиус действия не превышает 3 м.
2. Радиосвязь. Является наиболее распространенным способом в настоящее время. Для беспроводных наушников применяются очень малые мощности излучения, не превышающие 10 мВт. Это значение соответствует максимальной мощности, использование которой не требует разрешения в государственных органах. Однако такая аппаратура тоже должна быть сертифицирована.
При мощности 10 мВт в диапазоне около 100 МГц с частотной модуляцией возможна передача голоса с удовлетворительным качеством на расстояние до 100-300 м. Так как максимальное расстояние пропорционально корню квадратному из мощности, для расстояния 10-30 м, то есть в пределах помещения, достаточно мощности 0,1 мВт. Как правило, в бытовых условиях наушники используются на меньших расстояниях, поэтому возможна передача не только голоса, но и звуков в более широкой полосе частот.
|
|
|
Для радиоволн обязательно использование того или иного способа модуляции. Применяемые в настоящее время в наушниках методы модуляции и диапазоны несущих частот приведены на рис. 1.12.
В аналоговых наушниках практически всегда применяется частотная модуляция (frequency modulation - FM). Структурная схема аналоговых беспроводных наушников показана на рис. 1.13. Это фактически очень маломощная система радиовещания. Аудио сигнал подается на радиопередатчик, а наушники, которых может быть несколько, содержат радиоприемники.
Основными элементами радиопередатчика являются генератор несущей и модулятор. Обычно также присутствуют необходимые полосовые фильтры на выходе и фильтры частотной коррекции на входе. Если нужно передавать стереосигнал, то перед модулятором присутствует формирователь комплексного стереосигнала.
Рис. 1.12. Диапазоны и виды модуляции для радиоволновых методов
Радиоприемник может быть построен по различным принципам, но наиболее часто используется супергетеродин с однократным преобразованием частоты. Генератор в передатчике а иногда и гетеродин в приемнике стабилизированы по частоте кварцевым резонатором. Обычно также присутствует возможность выбора одной из нескольких фиксированных несущих частот.
|
|
|
Рис. 1.13. Беспроводные наушники с радиоканалом
Более совершенными являются цифровые методы передачи. На рис. 1.14 показана упрощенная структурная схема цифровых наушников. Аудио сигнал преобразуется в цифровую форму и кодируется в кодере. Кодер добавляет избыточные биты, необходимые для синхронизации, исправления ошибок и передачи вспомогательной информации. Далее цифровой сигнал поступает на модулятор. Здесь в модуляторе может быть применена значительно более сложная модуляция.
Рис. 1.14. Цифровые беспроводные наушники
Некоторые применяемые сейчас способы кодирования и модуляции в цифровых наушниках являются не стандартизованными (частными разработками фирм-изготовителей).
Стандарт, называемый Bluetooth, приобрел широкое распространение. Радиосвязь Bluetooth осуществляется в ISM-диапазоне (англ. Industry, Science and Medicine), который используется в различных бытовых приборах и беспроводных сетях (свободный от лицензирования диапазон 2,4—2,48 ГГц). Спектр сигнала формируется по методу FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum — широкополосный сигнал по методу часточных скачков).
|
|
|
Согласно алгоритму FHSS, в Bluetooth несущая частота сигнала скачкообразно меняется 1600 раз в секунду (всего выделяется 79 рабочих частот). Последовательность переключения между частотами для каждого соединения является псевдослучайной и известна только передатчику и приёмнику, которые каждые 625 мкс (один временной слот) синхронно перестраиваются с одной несущей частоты на другую. Таким образом, если рядом работают несколько пар приёмник-передатчик, то они не мешают друг другу.
Радиоволновые методы имеют такой общий недостаток, как возможные помехи от соседних устройств того же диапазона и создание помех в соседние помещения. Наиболее простые устройства с частотной модуляцией, кроме того, подвержены влиянию интерференции сигнала из-за переотражений в помещении, а также заметному уровню электромагнитного шума.
Цифровые методы из-за специально разработанных широкополосных видов модуляции менее чувствительны к шумам и интерференции.
3. Инфракрасное излучение. На небольших расстояниях внутри помещений хорошие результаты дает применение инфракрасного канала связи. Схема беспроводных наушников с инфракрасной связью показана на рис. 1.15.
Рис. 1.15. Беспроводные наушники с инфракрасным каналом
В отличие от радиопередатчика излучателем здесь является не антенна, а инфракрасный светодиод (или несколько светодиодов). Для помехозащищенности световой поток модулируется несущей частотой порядка 100 кГц - 4 МГц, а она, в свою очередь - звуковым сигналом.
Приемник обычно делается по принципу прямого усиления. Применяются как аналоговые (FM), так и цифровые методы модуляции.
Инфракрасные наушники имеют свои специфические особенности по сравнению с радиоволновыми. Недостатками являются невозможность приема вне прямой видимости и влияние диаграммы направленности излучателя и приемника. С другой стороны, инфракрасные наушники не подвержены интерференции и не создают помех в соседние помещения.
Рассмотренная классификация методов построения беспроводных наушников показана на рис. 1.16. В табл. 1.1 приведены для примера параметры некоторых моделей беспроводных наушников.
Таблица 1.1
Характеристики некоторых моделей беспроводных наушников
| AKG Balance K 122 IR | Sennheiser RS 120 | AKG Hearo 888 Digital | |
| Канал связи | ИК | радио | радио |
| Несущая частота, МГц | 2,3/2,8 | 864 или 927 | 864 |
| Модуляция | аналоговая ЧМ | аналоговая ЧМ | цифровая РРТ |
| Дальность, м | до 13 | до 100 | до 50 |
| Диапазон частот, Гц | 20-18000 | 20-19500 | 18-24000 |
| Динамический диапазон, дБ | 50 | 65 | 94 |
| КНИ, % | 1,0 | 0,7 | 1,0 |
| Максимальный уровень, дБ | 115 | 106 | 104 |
| Время работы наушников от одного комплекта батарей, ч | 5 (NiMh) | 20-25 (AAA) | 5 (NiMh) |
| Масса наушников, г | около 60 | около 250 | около 230 |
Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 235; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!