楼宇对讲系统电声设计探讨

2020-07-15张沫然

电声技术 2020年4期

张沫然

(山东科技大学济南校区，山东济南 250031)

1 楼宇对讲系统简介

1.1 概念

楼宇对讲系统，是现代建筑的重要组成部分，主要是应用了电气自动化技术。它能够以免提的方式，在建筑两个终端之间，实现无线沟通与交流。不仅可以实现物业与室内之间的交流，还可以实现大门口与室内之间的交流，室内与室内之间的交流，也可以实现。对讲系统主要为语音传输的发送与接收，其操作方法根据实际需求以及价格，分为自动化控制以及半控制。由于自动化控制的双向语音状态，需要花费较高的成本费用，因此一般情况下，建筑楼宇中的对讲系统，都是半控制。其操作方法为：讲话人通过本地对讲终端讲话，就会将语音发送到本地端的麦克风中，进行语音采集。再通过音频的前置放大器以及半控电路，将麦克风的音频传输到远端的对讲终端，实现语音的传输。在远端的语音传输中，整个过程相反。从上述分析中可以看出，在语音传输中，需要使用到对讲终端、麦克风、半控电路、放大器等设备，因此每一个设备的质量与性能，都会影响到最终的音频特性。

1.2 特性

根据国家部门的相关要求，为了保障楼宇对讲系统的音频特性，在全程响度、灵敏度/频率、音频转换时间等，都提出较为苛刻的要求。要求在对讲过程中，频率必须在200～400 Hz之间，呼叫响度为20+10/-5dB，符合楼宇对讲系统使用以及管理的相关要求，音频转换时间不能超过200 m/s。只有分别满足这些要求，才能使使用双方都听到对方的声音，并且听清楚，不会出现漏字现象。

2 楼宇对讲系统电声设计

2.1 全程响度设计

全程响度，直接决定着接收方是否能够听到发送方的语音响度，单位为dB。在设计中，需要对全程响度评定值进行详细的模拟与计算，最终选择适宜的响度值。其模拟方法为：在楼宇对讲系统的对讲终端，通过声音的发出，其声压为89.3 dBSPL，然后在远端对讲终端中进行语音接收，再对接收到的声压进行计算，就可以得知响度值。通过模拟计算，分别得出了以下结果：-19.7 dBPa、-34.7 dBPa、74.3 dBPa、59.3 dBPa。

从上述模拟计算中可以看出，全程响度值，直接决定着楼宇对讲系统中的语音大小范围。如果声音太小，就会伴随着一些噪音，让对方无法准确听清楚讲话人所表达的意思，增大了理解难度；如果声音太大，就会在对象系统中出现一定的声音回路，同时伴随着漏字以及连续丢字的现象，致使对方无法准确、全面接收到语音信息。只有在对讲终端与远程终端，响度值符合相关标准规定，才能提高灵敏度，减少各种因素的干扰，准确、清楚的接收到语音信息。由于麦克风的灵敏度较低，在-38 dB到-45 dB之间，因此就需要对讲人在讲话时，稍微地提高自己的音量，才能让麦克风接收到准确的信息，然后通过相关设备传输到对方的耳中。在实际设计中，还要考虑到放大器与半控电路的性能，只有实现两者的功能一致，才能在音频转化中提高真实度与灵敏性。对于建筑面积较小的楼宇，一般推荐使用BTL功放形式的对讲系统，可以有效减轻语音中的杂音，使其良好的传输到远程终端中，避免失真[1]。

2.2 灵敏度/频率设计

灵敏度/频率，直接影响到接收方语音的频率平坦度，由于人耳的听觉范围在20～20 000 Hz之间，正常情况下的语音范围不超过4 000。如果频率不够均匀，当音频过低时，就会引起传输效果降低，无法让接收方听清楚；当音频过高时，就会出现很多杂音，部分语音含糊不清，毫无声调感，增加了接收方的理解难度。而影响因素主要为电频响和声频响，电频响是指音频在传输中，存在着技术上的失误，主要为电路设计的参数不符合规定，就会存在着音频失真的现象。

麦克风，是音频转换的重要设备之一，能够进行声音的捕捉。因此声音捕捉的准确度与清晰度，将决定着语音传输的平坦度。在楼宇对讲系统中，使用的麦克风，会受到外观、结构等因素的限制，导致无法发挥最大的作用。因此在设计中，就必须高度重视麦克风的安装结构，使其各个部件相互配合，才能发挥最大作用。其结构如图1所示。

扬声器，是语音在传输中的重要设备之一，其影响因素与安装结构，存在着密切的联系。早期使用的扬声器，虽然体积较大，但是音频质量较佳。随着科学技术的发展，现阶段使用的扬声器，虽然体积较小，但是音频的灵敏性、音波的真实性等，却明显趋于劣势，频率平坦度降低。通过机壳厚度的增加，使其分布均匀，这样就可以将音频准确、真实的传输到对方耳中，保障音频的平坦度。在音频交汇的地方，还可以避免受到各种因素的干扰，防止出现磁场上的紊乱，具有非常强烈的穿透力，提高清晰程度[2]。

2.3 音频转换时间设计

音频转换时间，将直接影响到语音在传输过程中，是否存在漏字或者连续丢字的情况。半控制的对讲系统，双方在沟通中，需要讲话方通过声压的语句的间断，来进行音频的传输。根据国家的相关标准，要求音频转换时间不能超过200 m/s。这样才能保障对方准确接收到语音信息，降低各种故障失误。如果音频非线性失真，就会不断增加奇次谐波，不仅会使对方在听感上出现破音，还会导致语音传输断裂，无法获得完整的语音。为了避免这种现象的出现，就需要在设计中安装软阻尼，来进行共振的削弱，还要通过前后腔的有效隔离，为其提供一个密封的语音传输渠道，满足实际需求。