光纤传输扬声器的实现

光纤传输扬声器的实现

李宇波 

(深圳地铁运营集团有限公司 广东 深圳 518000)

摘要：本文是对轨道列车、广场、街道、公共汽车等领域的语音广播扬声器线路提出的一项实施技术，解决功放输出至扬声器的线路损耗、噪声干扰、音频失真、耗电、发热、设备笨重等问题。

关键词：光纤扬声器；轨道交通；语音广播；技术方案；

1.概述

现有的轨道列车、广场、街道、公共汽车等领域的语音广播，由于语音还原扬声器分布不集中，从功率放大器到扬声器需要较长的线路，线路损耗大，也容易产生噪声干扰；扬声器乃低阻抗元器件，远距离导线铺设时，导致阻抗发生变化，且在不同距离的扬声器会阻抗不一，容易造成功放输出零点漂移的现象；此类工程的功率放大器大部分采用定压功率放大器，需要利用提高电压来降低线损耗，因此采用了大量笨重的输出变压器、阻抗匹配变压器，造成要求放大器输出功率大，导致放大器热量高发、音频耦合损耗大、声音失真大、电源损耗大等种种缺陷。

本技术主要为了解决上述问题，采用光纤代替导线实现远距离传输的音频的母的，主站音频输出只需采用运算放大器或小功率音频放大集成块，便可通过分支电路做成多路光纤输出的驱动光源，后级扬声器可根据需要备配大小合适的单独功率放大器，功率放大器分散设置后，线路抗干扰能力强，单个扬声器功放功率小，发热小，噪音低，电源利用率高，并可不受功率放大器的功率和阻抗的限制，根据需要不断添加扬声器数量。

2.技术方案

2.1 本地主控设备

本地主控设备主要有音源、放大电路、光纤驱动线路，可根据实际需要及音质要求增设话筒、音源提取、前置、信号源切换、混响、音量、音调、均衡、杜比降噪、A/D转换等电路。主要工作原理是将话筒、MP3等音频信号经过放大后，直接分支出若干个光纤信号输出，或通过编码器将音频信号转成数字信号后，分支出若干个光纤信号输出，原理见图1。

图1 本地主控设备原理框图

2.2 扬声器语音还原端

音频信号经光纤传输至扬声器语音还原端后，通过光电接收管拾取信号进入前级预放大电路和音调电路，再经功率放大器和扬声器保护电路后驱动扬声器发声，实现远距离的音源播放或人工广播。如在主控设备端设置了数字音频电路，扬声器语音还原端需在前级增设解码电路，也可根据需要在功率放大器前级增加音量及音调调节电路，原理见图2。

图2 扬声器语音还原端原理框图

2.3 光纤传输电路的实现

待传输的音频信号通过电路分支出若干个通道，经阻抗匹配、功率放大后驱动光纤发射管，音频信号经光纤传输至光纤接收管，经过预放大、D/A转换（可选）、音量、音调等电路后，进入功率放大器电路和扬声器保护电路，驱动扬声器发生。光纤可以根据现场实际情况制作相应长度，一头连接本地主控设备的光纤输出端，另一头接至带有功率放大器的扬声器，放大器也可以根据实际需要选择合适的音频功率放大电路。

图1 光纤信号传输原理图

2.3 元器件的选用

为了保证此方案的实施和声场音质，元器件的选择可根据音质要求、频谱区间、音调需求、功率大小等电路需要选用相应功能、功率的元器件。为了电路的简洁，电路组成推荐尽可能采用集成芯片设计，麦克风放大、前置、音调、分支等电路都离不开运算放大电路，运放的集成芯片可选用LM324、TL082、AD827、NE5532、NE5534、OPA2132、OPA2134O、PA2604等等，选择非常多，主要是根据对音质的要求的增益来选定。功率放大的集成芯片也非常多，主要依据音质、功率、电源环境等需要，可选用TDA2030、TDA2050、LM1875、LM4766、PAM8406、YDA138、PTA3110、PTA3116、TDA8932、TDA 7498、PAM8610等丽音功放集成芯片制作而成。AD转换电路可选用PCM1801、PCM1802、MS5358等芯片将模拟音频信号转换成I2S总线后，利用WM8805、CMI8738等芯片转成SPDIF信号通过光纤进行传输，DA转换电路可选用MS8412、MS8413、MS8416+MS4344等集成芯片实现。混响、降噪、音调管理、信号切换等电路也有很多的集成芯片电路可以让电路变得简单，具体型号选择不再一一列举。

2.4 光纤传输电路的优点

2.4.1音频信号采用光纤传输，可以大幅降低远距离传输音频信号带来的线路干扰，因光纤几乎不存在线路损耗和信号阻抗的变化，传输距离远比导线传输方式优越。

2.4.2可根据需要区分各区域扬声器音量的大小，避免集中功率放大器各处扬声器音量不能分别对待的问题。

2.4.3功率放大分散后，单处电流较小，整个系统均可以使用轻便的开关电源供电，各处功放也可丽音功放集成芯片推动，有利于降低扬声器输出的驱动电流，减少热量的产生。

2.4.4如果一处的扬声器（包括电源及功率放大电路）发生故障，其他区域的扬声器将不受影响，可以继续工作，这点远比常规的集中功率放大器优越（功放损坏或扬声器短路将影响整个系统不能正常工作）。

2.4.5因局部功率变小，发热量小，整体故障率将比集中功率放大系统要低。

3.结束语

本原理较为简单，但新颖实用，在音频质量、信号噪音、前后级干扰、线槽各线路间的干扰、热量集中导致故障高发、不等地电位导致环流、局部故障影响系统设备（如扬声器短路）等情况都可得到不同程度的改观。