關于一種基于音頻放大技術的通話器研究

宋韞崢 杭彪

摘 要 在執行特殊緊急任務時，執勤人員需佩戴消防面具、防化面具等防護面具。執勤人員佩戴面具后，語言通信能力會大大減弱，為了補償面具腔體及通話膜造成的對語言聲壓級及語言清晰度的衰減，增強佩戴面具后的語言通信能力，一種小型一體化的可與面具結合使用的電聲擴音系統顯得尤為必要。

關鍵詞 通話器;音頻放大;擴音系統

引言

通話器的主要功能是實現將面罩內話音擴音到面罩外，并且保證傳聲損失、信噪比、非線性失真等傳聲性能。通話器主要通過音頻放大原理來實現的。音頻放大的基本原理是把前級送來的聲頻信號經過放大電路、濾波電路等輸出足夠的功率驅動揚聲器發出聲音。

1系統組成及原理

1.1 系統組成

通話器由殼體、線路板、拾音器、揚聲器等幾部分組成

通話器殼體采用增強尼龍樹脂材料，該材料疲勞強度和剛性較高，耐熱性能好，是無毒無害的環保材料。系統組成為盒式結構，維修時只需拆掉后蓋就能完成內部元器件的檢修及更換，產品充分考慮了維修性、可達性要求，使產品的維修保養更加方便;充分考慮了部件的互換性、通用性要求;可更換單元模塊化處理。

1.2 系統原理

通話器選用低噪聲元器件以及合理的濾波電路消除電源波動，同時對音頻輸入輸出進行合理布線與接地。音頻放大電路中的核心元器件選用一款橋式音頻功放模塊，內部具有過熱自動關斷保護機制，工作穩定，輸出功率高等優點。輸入端選用定向抗干擾駐極體話筒，此話筒方向性強，只有正前方來的信號才能在話筒上產生較強的信號，其他方向的信號很弱，避免引起自激嘯叫。輸出端采用4Ω3W揚聲器，直徑50mm。供電采用2節南孚7號無汞堿性干電池，便于更換與維護。系統原理圖如圖1所示[1]。

2系統電路設計

2.1 濾波電路設計

人的發音頻率一般在100Hz～10KHz;為了過濾100Hz以下的雜波，可以通過濾波電路來實現。濾波電容Ci的計算公式為：

一般情況下，Ri取20K，則由公式（1）可計算出濾波電容

所以濾波電容選擇0.1uf，可以有效過濾雜音，提高信噪比。從圖2中也可以看出不同濾波電容下響應頻率的關系[2]。

2.2 傳聲損失計算

主電路采用一款橋式音頻功率放大器，供電電壓為3V，放大器輸出限幅為3V，當聲音輸入比較大，放大增益也大時，放大器輸出就會超出3V，但有限幅，所以在這種情況下會產生失真。故要選取合適放大倍數。

放大增益值計算公式為：

增益越大，音量越高，但音量過大容易導致非線性失真。一般Ri取20KΩ，增益在5倍左右音效最好。則由公式（3）可以計算出：Rf=50KΩ。經試驗驗證在5倍增益的情況下，測得傳聲損失均小于2dB[3]。

2.3 非線性失真及信噪比計算

采用PN揚聲器，優點是體積小，聲音大，有明亮的音質，自然流暢，層次分明，具有抗干擾性能。考慮到與運放匹配，選用輸出負載典型值：8Ω1W。放大器在接輸出負載8Ω1W，增益為5的情況下，總諧波失真加噪聲THD+N大約為0.25%，能滿足非線性失真小于10%的性能要求。

通話器噪聲輸出功率比值為0.25%，則通過信噪比計算公式

其中PS/PN為信號和噪聲的有效功率的比值。

由此可以計算得信噪比：S=60dB[4]。

3結束語

通過濾波電路及增益的設計計算，提高了通話器的傳聲性能，基于音頻放大技術的通話器與防護面具結合，能很好地增強佩戴面具人員的語言交流，具有很強的實用性。

參考文獻

[1] 管善群.電聲技術基礎[M].北京：人民郵電出版社，1988：26-29.

[2] 袁曉云，張書見.送話器頻率響應與語言清晰度[J].聲學技術，2002 （21）：26-27.

[3] 蘭楓.壓差式送話器抗噪原理的分析[J]，聲學技術，2014（8）：92-94.

[4] 余亮亮.基于機內通話器模擬濾波電路設計與分析[J]，信息通信，2019，193（1）：13-15.