关于一种基于音频放大技术的通话器研究

宋韫峥 杭彪

摘 要 在執行特殊紧急任务时，执勤人员需佩戴消防面具、防化面具等防护面具。执勤人员佩戴面具后，语言通信能力会大大减弱，为了补偿面具腔体及通话膜造成的对语言声压级及语言清晰度的衰减，增强佩戴面具后的语言通信能力，一种小型一体化的可与面具结合使用的电声扩音系统显得尤为必要。

关键词 通话器;音频放大;扩音系统

引言

通话器的主要功能是实现将面罩内话音扩音到面罩外，并且保证传声损失、信噪比、非线性失真等传声性能。通话器主要通过音频放大原理来实现的。音频放大的基本原理是把前级送来的声频信号经过放大电路、滤波电路等输出足够的功率驱动扬声器发出声音。

1系统组成及原理

1.1 系统组成

通话器由壳体、线路板、拾音器、扬声器等几部分组成

通话器壳体采用增强尼龙树脂材料，该材料疲劳强度和刚性较高，耐热性能好，是无毒无害的环保材料。系统组成为盒式结构，维修时只需拆掉后盖就能完成内部元器件的检修及更换，产品充分考虑了维修性、可达性要求，使产品的维修保养更加方便;充分考虑了部件的互换性、通用性要求;可更换单元模块化处理。

1.2 系统原理

通话器选用低噪声元器件以及合理的滤波电路消除电源波动，同时对音频输入输出进行合理布线与接地。音频放大电路中的核心元器件选用一款桥式音频功放模块，内部具有过热自动关断保护机制，工作稳定，输出功率高等优点。输入端选用定向抗干扰驻极体话筒，此话筒方向性强，只有正前方来的信号才能在话筒上产生较强的信号，其他方向的信号很弱，避免引起自激啸叫。输出端采用4Ω3W扬声器，直径50mm。供电采用2节南孚7号无汞碱性干电池，便于更换与维护。系统原理图如图1所示[1]。

2系统电路设计

2.1 滤波电路设计

人的发音频率一般在100Hz～10KHz;为了过滤100Hz以下的杂波，可以通过滤波电路来实现。滤波电容Ci的计算公式为：

一般情况下，Ri取20K，则由公式（1）可计算出滤波电容

所以滤波电容选择0.1uf，可以有效过滤杂音，提高信噪比。从图2中也可以看出不同滤波电容下响应频率的关系[2]。

2.2 传声损失计算

主电路采用一款桥式音频功率放大器，供电电压为3V，放大器输出限幅为3V，当声音输入比较大，放大增益也大时，放大器输出就会超出3V，但有限幅，所以在这种情况下会产生失真。故要选取合适放大倍数。

放大增益值计算公式为：

增益越大，音量越高，但音量过大容易导致非线性失真。一般Ri取20KΩ，增益在5倍左右音效最好。则由公式（3）可以计算出：Rf=50KΩ。经试验验证在5倍增益的情况下，测得传声损失均小于2dB[3]。

2.3 非线性失真及信噪比计算

采用PN扬声器，优点是体积小，声音大，有明亮的音质，自然流畅，层次分明，具有抗干扰性能。考虑到与运放匹配，选用输出负载典型值：8Ω1W。放大器在接输出负载8Ω1W，增益为5的情况下，总谐波失真加噪声THD+N大约为0.25%，能满足非线性失真小于10%的性能要求。

通话器噪声输出功率比值为0.25%，则通过信噪比计算公式

其中PS/PN为信号和噪声的有效功率的比值。

由此可以计算得信噪比：S=60dB[4]。

3结束语

通过滤波电路及增益的设计计算，提高了通话器的传声性能，基于音频放大技术的通话器与防护面具结合，能很好地增强佩戴面具人员的语言交流，具有很强的实用性。

参考文献

[1] 管善群.电声技术基础[M].北京：人民邮电出版社，1988：26-29.

[2] 袁晓云，张书见.送话器频率响应与语言清晰度[J].声学技术，2002 （21）：26-27.

[3] 兰枫.压差式送话器抗噪原理的分析[J]，声学技术，2014（8）：92-94.

[4] 余亮亮.基于机内通话器模拟滤波电路设计与分析[J]，信息通信，2019，193（1）：13-15.