Комплекс аппаратных средств для трансляции звукового сигнала на большие расстояния

Комплекс аппаратных средств для трансляции звукового сигнала на большие расстояния

Звук играет важную роль в жизнедеятельности человека. Каждый день мы слышим очень много разнообразных звуков, так же существует необходимость передавать звуковой сигнал на далёкие расстояния. Сейчас основное средство — сотовый телефон, существуют альтернативные средства, например, рации. Однако, себестоимость и качество раций очень сильно зависят от расстояния и частоты трансляции, так же они не способны передавать звук с частотой, ниже чем 100Гц, а, как следствие, мы совсем не слышим низкочастотный басовый звук.

Вследствие чего, перед нами была поставлена цель: разработать такой прибор, который мог бы передавать звук на большие расстояния без потери качества. Так же, который бы мог восстанавливать потерявшийся звук, используя основной набор микросхем с запрограммированными автоматическими кодами Рида-соломона, которые способствуют восстановлению потерявшейся информации.

1. Теоретическая часть

1.1 Обзор и классификация эффектов

При конструировании датчиков и приборов, используемых в различных отраслях жизнедеятельности человека, производят расширенный классифицированный обзор физических явлений и эффектов для того, чтобы выбрать необходимый для поставленной задачи.

Акустический импеданс — комплексное сопротивление, представляющее собой отношение комплексных амплитуд звукового давления к объёмной колебательной скорости (последняя равна произведению усреднённой по площади колебательной скорости частиц среды на площадь, для которой определяется акустический импеданс). Вводится при рассмотрении колебаний акустических систем (излучателей и приёмников звука и т. п.).

2. Основная часть

2.1 Описание работы

Так как изначально планировалось передавать звук играющих музыкальных инструментов на довольно большие расстояния, то необходимо было разрабатывать такую схему, которая не создавала бы лишних наводок во входном линейном сигнале, а приёмник, в свою очередь, мог адекватно раскодировать получаемый сигнал и воспроизводить звук без потерь и «срезов» на границе низких и высоких частот. При этом коэффициент гармонических искажений не должен превышать 15% на максимальном расчетном расстоянии в 2 км.

2.2 Технические характеристики

В связи с указанными ранее требованиями была разработана следующая схема сигнала.

Схема работает от аккумулятора на 12 вольт и включается по замыканию ключа. На схеме элемент WA1 является антенной. Для данной схемы характерно использование одномиллиметрового в толщине сечения провода длинной 30−40 см для достижения наилучшего качества сигнала. Антенну можно закрутить до спиралевидного состояния. Конденсаторным микрофоном является элемент ZQ1, если будет использоваться не микрофонный, а линейный вход, то подстроечный резистор R6 следует выкрутить до состояния 15кОм и к краям ZQ1 подключить линейный монофонический вход соблюдая полярность. В дальнейшем был выведен моно штекер форм-фактора mini jack 3,5 mm.

Схема приёмника (приложение Б) состоит из двух частей: самого приёмника, улавливающего радио-колебания, и усилителя слабого сигнала платы приёмника. Усилитель выполнен на простом транзисторном каскаде, звук выводится на тестовый динамик ЗП-18, обладающий полосой пропускания звука в диапазоне от 18 до 21 000 Гц. Приёмник улавливает колебания радио-сигнала и производит его предварительное усиление через операционный усилитель К174ХА2, указанный на схеме. Далее сигнал переводится в аналоговый, и поступает на усилитель приёмника, с последующим воспроизведением на динамике. Обе платы имеют общий источник постоянного тока в 8,4 В, батарейки форм-фактора «Крона» достаточно для работы платы не менее 25-и часов непрерывной работы. Частота улавливаемого сигнала грубо регулируется изменением индуктивности катушки L5 и точно подстраивается изменением индуктивности катушки L6. Включение платы происходит с помощью замыкания ключа SA1

3. Экспериментальная часть

3.1 Описание эксперимента

Испытания проводились следующим образом: человек брал плату сигнала, штекер форм-фактора mini jack 3,5 mm, выходящий из платы, вставлялся в плеер, и начиналась передача звука. Собранная плата приемника была подключена в доме к микшеру, один из выходов которого соединялся с осциллографом, а другой с динамиком. В результате мы можем слышать звучание и на колонке, для субъективной оценки качества звучания, и на осциллографе, для объективной оценки качества звучания.

3.2 Числовые выводы и сравнения

Полоса пропускания динамика составляет от 18 до 21 000 Гц, измерено опытным путём. Подключая плеер напрямую к микшеру, на осциллографе был зафиксирован диапазон звучания от 17 Гц до 14 600 Гц. При дистанционной передаче звука этот диапазон составил от 22 Гц до 15 300 Гц. Максимальное гармоническое отклонение составило 15% на расстоянии 2 км от приёмника на зашумленном проспекте им. Ленина. Измерения коэффициента гармоник производились соединением одного из выводов микшера (AUX) со звуковой платой компьютера ESI Juli@, и измерением входящего сигнала программой RMAA6 (Right Mark Audio Analyzer v6.0). Это подтверждает теоретические расчеты, учитывающие приблизительные помехи в городе, наводки платы усилителя, располагаемой в микшере, и потери на отдельные электрические элементы в разработанной схеме. Измерения проводились с помощью прибора, обладающего простой схемой. Схема соответствует рекомендациям по произведению измерений радиотехнических характеристик электронных приборов и печатных плат.

Заключение

В проекте были рассмотрены физические явления и эффекты, используемые при конструировании датчиков, приборов, первичных измерительных преобразователей. Цель проекта достигнута. Было разработано устройство звуковой передачи, способное выдерживать хорошее качество сигнала даже на большом расстоянии. Задачи выполнены, был произведен обзор физических явлений и эффектов, применяемых и применявшихся при конструировании устройства звуковой передачи. Так же были рассмотрены некоторые модели конденсаторных микрофонов, произведен расчет чувствительного элемента сигнала и приёмника. Разработана макетная плата сигнала, которую рекомендуется выполнять на печатной плате с предварительным травлением, т. е. соблюдая основы любительской пайки печатных плат.

1 Евтихеев Н. Н., Измерение электрических и неэлектрических величии. — М.: Энергоатомиздат, 1990. — 327 с.

2 Кудряшов Э. А., Измерительные преобразователи для емкостных датчиков. — Приборы и системы управления, 1992

3 Левшина Е. Е., Новидский П. В. Измерительные преобразователи. — Л.: Энергоатомиздат, 1983. — 452 с

4 Основы метрологии и электрические измерения. Учебник для вузов/ В. Я. Авдеев, Е. М. Антонов, Е. М. Душин. — Л.: Энергоатомиздат, 1987. — 480 с.

5 Седалищев В. Н., Надвоцкая В. В. Методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине «Физические основы получения информации» для студентов специальности 19.09.00. — Барнаул: Издательство АлтГТУ им. И. И. Ползунова, 2005. — 32 с.

6 Международные стандарты ISO [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://iso.staratel.com. — Загл. с экрана.

7 Международный стандарт информационной безопасности ISO/IEC 17 799 [Электронный ресурс]. — Режим доступа: ru.wikipedia.org/wiki/ ISO/IEC_17 799 — Загл. с экрана.

8 Руководство Р 2.2.2006;05. Гигиена труда. Гигиенические критерии оценки условий труда по показателям вредности и опасности факторов производственной среды, тяжести и напряжённости трудового процесса [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.niiot.ru/doc/doc113/doc.htm. — Загл. с экран

9 Котюк А. Ф., Датчики в современных измерениях. — Москва: Радио и связь — 2006

10 Виглеб.Г., Датчики. Устройство и применение. — Москва: Издательство «Мир», 1989

11 Левшина Е. С., Новицкий П. В., Электрические измерения физических величин. Л.: Энергоатомиз, 1983

12 Мирский Г. Я., Электронные измерения. М.: Радио и связь, 1986

13 Электрические измерения / Под ред. А. В. Фремке. Л.:Энергия, 1980

14 Электрические измерения неэлектрических величин / Под. Ред. П. В. Новицкого. Л.: Энергия, 1977

15 Атоманян Э. Т., Приборы и методы измерения электрических величин. М.: Высшая школа, 1982

16 Эрастов В. Е., Сидоров Ю. К., Отчалко В. Е. Измерительная техника и датчики: Учебное пособие — Томск: Томский межвуз. центр дист. обр-ния, 1999

17 И. Пфанцагль Теория измерений / Пер. с англ. В. Б. Кузьмина — М.: Мир, 1976

Приложение А

Рисунок 1 — Схема сигнала

Рисунок 2 — Упрощенная схема настройки сигнала

Приложение Б

Рисунок 3 — Схема усилителя сигнала приёмника

Рисунок 4 — Схема приёмника сигнала

Приложение В

Рисунок 5 — Схема сигнала

Приложение Г

Рисунок 6 — Схема индикатора поля

прибор звук восстановление микросхема