移動無線話筒定位實現(xiàn)環(huán)繞立體聲的設計

     常用無線話筒沒有定位功能，揚聲器發(fā)聲不能反映主
持人所在位置，以至于聽眾在現(xiàn)場，看到主持人移動位置， 而聲音沒有臨場感。隨著人們對生活水平要求的提高，需要 在各種音響環(huán)境里更真實地感覺到無線話筒的位置。要實現(xiàn) 無線話筒的位置感，常用無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實現(xiàn)無線話筒定位。
無線話筒內(nèi)集成信標和超聲波發(fā)射電路。信標是系統(tǒng) 時間的基準，以電磁波的形式兩秒發(fā)射一次，同時發(fā)射0.01 秒時長的超聲波，用來測量話筒到固定點的距離。固定接收 點一般在音箱和主控臺內(nèi)，由信標接收和超聲波測時電路組 成。
最 小 定 位 系 統(tǒng) 由 無 線 話 筒 內(nèi) 的 信 標 及 超 聲 波 發(fā) 射 電 路、主控臺及左右音箱內(nèi)的測量電路組成；擴展系統(tǒng)增加中 置音箱、環(huán)繞立體聲的兩個后置音箱（后左音箱、后右音 箱），以及低音炮內(nèi)的測量電路。
圖1表示了定位系統(tǒng)各點的位置關系。

圖1  系統(tǒng)示意圖    

圖2  定位示意圖
基于超聲波的無線話筒定位系統(tǒng)需要一個時間基準，
定位系統(tǒng)以無線信標信號作為時間基準。話筒發(fā)射無線信標 時同時發(fā)射超聲波，接收點收到信標開始計時，收到超聲波 脈沖后停止計時；本定位系統(tǒng)必須有三個及以上的固定接收 點，才能得到無線話筒的正確位置。
由于聲波在空間中的傳播速度遠比電磁波慢，信標的 電磁波信號傳輸時間可以忽略，各測量點得到超聲波傳輸?shù)?時間后，送給主控臺，計算出無線話筒到各接收點的距離， 用圓的標準方程，通過三個接收點的三個方程，計算出超聲 波發(fā)射點的位置，即無線話筒的位置，通過連續(xù)測量，可以 描繪出無線話筒的運動軌跡。
各音箱作為定位信號的固定接收點，實現(xiàn)信標和超聲 波接收，通過線纜將測出的超聲波傳輸時間傳輸?shù)街骺嘏_。 主控臺是調(diào)音臺（或音響放大器），也是接收點之一，結合 各個接收點發(fā)送的超聲波傳輸時間，由計算機（單片機或筆 記本）完成數(shù)據(jù)處理和各個聲道信號的處理，得出對各個聲 道的控制參數(shù)。主控臺接收到話筒音 頻信號后立即數(shù)字化，存入存儲器備
用。
圖2是定位計算的示意圖，D是話 筒位置，A、B、C是左右音箱和主控 臺位置，這是話筒定位最小系統(tǒng)。超 聲波定位精度很高，三點定位基本能 夠滿足聲音定位的要求。如果有多個 音箱加裝定位電路，就可以更靈活運 用本系統(tǒng)，多個音箱的距離方程依上 述方法增加即可。
接收點采用單片機的定時器進行

圖3   主程序流程圖    

圖4  各個測量點程序流程圖
計時，在信標信號到達時開始計時，接收到超聲波時停止計 時，測量的數(shù)據(jù)通過線纜送往主控臺。主控臺根據(jù)各個接收點的數(shù)據(jù)進行計算，得出發(fā)射話筒位置。計算過程為：各個
測量點的時間乘以聲速，得到話筒到各測量點的距離，用圓 的標準方程表示距離，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
主控臺根據(jù)無線話筒位置計算出各個聲道的延遲時間 和聲強數(shù)據(jù)，將延遲時間送往該聲道D/A變換電路，延遲D/ A變換，從而延遲喇叭發(fā)聲，將聲強控制數(shù)據(jù)送往聲道音量 控制電路，達到模擬出立體聲或環(huán)繞立體聲的效果。
模擬環(huán)繞立體聲的實現(xiàn)，是依據(jù)人耳聽覺生理的兩大 特點：1、掩蔽效應：一個較響的聲音,往往會掩蓋住同時出現(xiàn)的另一個較輕的聲音。2、哈斯效應：直達聲和混響聲到

圖5  信標和超聲波發(fā)射電路
達人耳的時間差在一定范圍內(nèi)時，人耳就感覺到直達聲和混 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)上述特點得出結論：其一，有來自同一音源的直達 聲和混響聲，較輕的混響聲往往被較響的直達聲所掩蓋，人 耳察覺不到混響聲的存在?；祉懧暤竭_人耳時，與直達聲延 遲較大，人耳就會感覺到混響聲的存在，并確定其位置。其 二，對那些延遲時間較長，且與聲源不相關的混響聲，人耳 不僅能察覺出它的存在，而且能逼真地體會到距離感，認為 它來自周圍的空間。
根據(jù)人耳聽覺的兩大效應，利用計算機實現(xiàn)一個模擬 環(huán)繞聲場。
系統(tǒng)開始運行，要輸入各超聲波接收點（如：音箱位 置）的參數(shù)，作為無線話筒定位的固定接收點。有三種輸入 方法，第一種方法：在計算機屏幕上移動各個音箱，擺放到 正確的位置，直接由屏幕上的距離標尺確認輸入數(shù)據(jù)；第二
種方法：將無線話筒分別放在各個接收點上，通過本定位系統(tǒng)定下各接收點的位置；如果有三個以上接收點，可以直接運用本程序算出接收點位置，如果只有三個接收點，在話筒放在某個接收點時，必須從三個接收點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，計算話筒到各個音箱的延遲時間和 聲響的參數(shù)，送到各個聲道的D/A變換和各種控制電路。得 到模擬環(huán)繞聲場。主程序流程圖，如圖3所示。
聲波接收框圖中的預定數(shù)據(jù)在本系統(tǒng)開始時由上述三 種方法之一輸入。
本系統(tǒng)可以用于簡單立體聲， 也可