移動(dòng)無(wú)線話筒定位實(shí)現(xiàn)環(huán)繞立體聲的設(shè)計(jì)

     常用無(wú)線話筒沒(méi)有定位功能，揚(yáng)聲器發(fā)聲不能反映主
持人所在位置，以至于聽(tīng)眾在現(xiàn)場(chǎng)，看到主持人移動(dòng)位置， 而聲音沒(méi)有臨場(chǎng)感。隨著人們對(duì)生活水平要求的提高，需要 在各種音響環(huán)境里更真實(shí)地感覺(jué)到無(wú)線話筒的位置。要實(shí)現(xiàn) 無(wú)線話筒的位置感，常用無(wú)線話筒需要增加定位功能。在小 空間內(nèi)可以采用超聲波技術(shù)實(shí)現(xiàn)無(wú)線話筒定位。
無(wú)線話筒內(nèi)集成信標(biāo)和超聲波發(fā)射電路。信標(biāo)是系統(tǒng) 時(shí)間的基準(zhǔn)，以電磁波的形式兩秒發(fā)射一次，同時(shí)發(fā)射0.01 秒時(shí)長(zhǎng)的超聲波，用來(lái)測(cè)量話筒到固定點(diǎn)的距離。固定接收 點(diǎn)一般在音箱和主控臺(tái)內(nèi)，由信標(biāo)接收和超聲波測(cè)時(shí)電路組 成。
最 小 定 位 系 統(tǒng) 由 無(wú) 線 話 筒 內(nèi) 的 信 標(biāo) 及 超 聲 波 發(fā) 射 電 路、主控臺(tái)及左右音箱內(nèi)的測(cè)量電路組成；擴(kuò)展系統(tǒng)增加中 置音箱、環(huán)繞立體聲的兩個(gè)后置音箱（后左音箱、后右音 箱），以及低音炮內(nèi)的測(cè)量電路。
圖1表示了定位系統(tǒng)各點(diǎn)的位置關(guān)系。

圖1  系統(tǒng)示意圖    

圖2  定位示意圖
基于超聲波的無(wú)線話筒定位系統(tǒng)需要一個(gè)時(shí)間基準(zhǔn)，
定位系統(tǒng)以無(wú)線信標(biāo)信號(hào)作為時(shí)間基準(zhǔn)。話筒發(fā)射無(wú)線信標(biāo) 時(shí)同時(shí)發(fā)射超聲波，接收點(diǎn)收到信標(biāo)開(kāi)始計(jì)時(shí)，收到超聲波 脈沖后停止計(jì)時(shí)；本定位系統(tǒng)必須有三個(gè)及以上的固定接收 點(diǎn)，才能得到無(wú)線話筒的正確位置。
由于聲波在空間中的傳播速度遠(yuǎn)比電磁波慢，信標(biāo)的 電磁波信號(hào)傳輸時(shí)間可以忽略，各測(cè)量點(diǎn)得到超聲波傳輸?shù)?時(shí)間后，送給主控臺(tái)，計(jì)算出無(wú)線話筒到各接收點(diǎn)的距離， 用圓的標(biāo)準(zhǔn)方程，通過(guò)三個(gè)接收點(diǎn)的三個(gè)方程，計(jì)算出超聲 波發(fā)射點(diǎn)的位置，即無(wú)線話筒的位置，通過(guò)連續(xù)測(cè)量，可以 描繪出無(wú)線話筒的運(yùn)動(dòng)軌跡。
各音箱作為定位信號(hào)的固定接收點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)信標(biāo)和超聲 波接收，通過(guò)線纜將測(cè)出的超聲波傳輸時(shí)間傳輸?shù)街骺嘏_(tái)。 主控臺(tái)是調(diào)音臺(tái)（或音響放大器），也是接收點(diǎn)之一，結(jié)合 各個(gè)接收點(diǎn)發(fā)送的超聲波傳輸時(shí)間，由計(jì)算機(jī)（單片機(jī)或筆 記本）完成數(shù)據(jù)處理和各個(gè)聲道信號(hào)的處理，得出對(duì)各個(gè)聲 道的控制參數(shù)。主控臺(tái)接收到話筒音 頻信號(hào)后立即數(shù)字化，存入存儲(chǔ)器備
用。
圖2是定位計(jì)算的示意圖，D是話 筒位置，A、B、C是左右音箱和主控 臺(tái)位置，這是話筒定位最小系統(tǒng)。超 聲波定位精度很高，三點(diǎn)定位基本能 夠滿(mǎn)足聲音定位的要求。如果有多個(gè) 音箱加裝定位電路，就可以更靈活運(yùn) 用本系統(tǒng)，多個(gè)音箱的距離方程依上 述方法增加即可。
接收點(diǎn)采用單片機(jī)的定時(shí)器進(jìn)行

圖3   主程序流程圖    

圖4  各個(gè)測(cè)量點(diǎn)程序流程圖
計(jì)時(shí)，在信標(biāo)信號(hào)到達(dá)時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，接收到超聲波時(shí)停止計(jì) 時(shí)，測(cè)量的數(shù)據(jù)通過(guò)線纜送往主控臺(tái)。主控臺(tái)根據(jù)各個(gè)接收點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，得出發(fā)射話筒位置。計(jì)算過(guò)程為：各個(gè)
測(cè)量點(diǎn)的時(shí)間乘以聲速，得到話筒到各測(cè)量點(diǎn)的距離，用圓 的標(biāo)準(zhǔn)方程表示距離，由聯(lián)立方程算出話筒位置。
(x-x1) +(y-y1) =d1  (x-x2) +(y-y2) =d2  (x-x3) +(y-y3) =d3
主控臺(tái)根據(jù)無(wú)線話筒位置計(jì)算出各個(gè)聲道的延遲時(shí)間 和聲強(qiáng)數(shù)據(jù)，將延遲時(shí)間送往該聲道D/A變換電路，延遲D/ A變換，從而延遲喇叭發(fā)聲，將聲強(qiáng)控制數(shù)據(jù)送往聲道音量 控制電路，達(dá)到模擬出立體聲或環(huán)繞立體聲的效果。
模擬環(huán)繞立體聲的實(shí)現(xiàn)，是依據(jù)人耳聽(tīng)覺(jué)生理的兩大 特點(diǎn)：1、掩蔽效應(yīng)：一個(gè)較響的聲音,往往會(huì)掩蓋住同時(shí)出現(xiàn)的另一個(gè)較輕的聲音。2、哈斯效應(yīng)：直達(dá)聲和混響聲到

圖5  信標(biāo)和超聲波發(fā)射電路
達(dá)人耳的時(shí)間差在一定范圍內(nèi)時(shí)，人耳就感覺(jué)到直達(dá)聲和混 響聲已融為一體，很難再將它們區(qū)別，只是響度有所增加而 已。根據(jù)上述特點(diǎn)得出結(jié)論：其一，有來(lái)自同一音源的直達(dá) 聲和混響聲，較輕的混響聲往往被較響的直達(dá)聲所掩蓋，人 耳察覺(jué)不到混響聲的存在?；祉懧暤竭_(dá)人耳時(shí)，與直達(dá)聲延 遲較大，人耳就會(huì)感覺(jué)到混響聲的存在，并確定其位置。其 二，對(duì)那些延遲時(shí)間較長(zhǎng)，且與聲源不相關(guān)的混響聲，人耳 不僅能察覺(jué)出它的存在，而且能逼真地體會(huì)到距離感，認(rèn)為 它來(lái)自周?chē)目臻g。
根據(jù)人耳聽(tīng)覺(jué)的兩大效應(yīng)，利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)一個(gè)模擬 環(huán)繞聲場(chǎng)。
系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行，要輸入各超聲波接收點(diǎn)（如：音箱位 置）的參數(shù)，作為無(wú)線話筒定位的固定接收點(diǎn)。有三種輸入 方法，第一種方法：在計(jì)算機(jī)屏幕上移動(dòng)各個(gè)音箱，擺放到 正確的位置，直接由屏幕上的距離標(biāo)尺確認(rèn)輸入數(shù)據(jù)；第二
種方法：將無(wú)線話筒分別放在各個(gè)接收點(diǎn)上，通過(guò)本定位系統(tǒng)定下各接收點(diǎn)的位置；如果有三個(gè)以上接收點(diǎn)，可以直接運(yùn)用本程序算出接收點(diǎn)位置，如果只有三個(gè)接收點(diǎn)，在話筒放在某個(gè)接收點(diǎn)時(shí)，必須從三個(gè)接收點(diǎn)中人工選擇正確的放 置位置。第三種方法：直接輸入音箱位置數(shù)據(jù)。
定出話筒位置后，計(jì)算話筒到各個(gè)音箱的延遲時(shí)間和 聲響的參數(shù)，送到各個(gè)聲道的D/A變換和各種控制電路。得 到模擬環(huán)繞聲場(chǎng)。主程序流程圖，如圖3所示。
聲波接收框圖中的預(yù)定數(shù)據(jù)在本系統(tǒng)開(kāi)始時(shí)由上述三 種方法之一輸入。
本系統(tǒng)可以用于簡(jiǎn)單立體聲， 也可