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1 嘯叫的產(chǎn)生

當(dāng)使用擴(kuò)聲設(shè)備時(shí),由于聲源和放聲的揚(yáng)聲器同處于一個(gè)區(qū)域內(nèi),來自傳聲器的聲音經(jīng)電聲系統(tǒng)再由揚(yáng)聲器輻射,經(jīng)室內(nèi)表面反射,再次反饋到傳聲器,這就是聲反饋。當(dāng)這種聲反饋成為正反饋,就會產(chǎn)生嘯叫。

2 數(shù)控嘯叫抑制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

我們知道, 擴(kuò)聲系統(tǒng)因聲音正反饋出現(xiàn)“嗚嗚”嘯叫時(shí),這些嘯叫聲對應(yīng)著一些固定的頻率點(diǎn)。所以,很多場合會采用系統(tǒng)龐大的窄帶均衡濾波器,通過專業(yè)人員反復(fù)調(diào)試來把這些嘯叫的頻率點(diǎn)消除。在這里,我們的基本設(shè)計(jì)思想是,用一個(gè)自動檢測頻率的電路把嘯叫頻率點(diǎn)找出來,然后再用一個(gè)可即時(shí)自動調(diào)整陷波參數(shù)的窄帶陷波電路將此頻率濾除。這樣,既可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)嘯叫的消除,同時(shí)又避免了手動調(diào)試圖示均衡器的麻煩。在這思想指導(dǎo)下,我們設(shè)計(jì)了一種數(shù)控嘯叫抑制系統(tǒng),其結(jié)構(gòu)框圖如下圖1鉆攻中心所示。

系統(tǒng)主要分為三大單元:CPU 處理單元由單片機(jī)89C52構(gòu)成;濾波處理單元由數(shù)控濾波芯片MAX260 構(gòu)成;測頻單元由運(yùn)放構(gòu)成比較器將音頻信號轉(zhuǎn)換為測頻用的脈沖信號。下面我主要討論一下測頻單元、數(shù)控濾波處理單元及 CPU 程序設(shè)計(jì)的具體實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。

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2.1 測頻單元

由于器件限制,本系統(tǒng)主要應(yīng)用于話音擴(kuò)聲場合, 系統(tǒng)語音通道的帶寬范圍設(shè)計(jì)為100Hz~3400Hz。如前所述,擴(kuò)聲系統(tǒng)出現(xiàn)嘯叫時(shí),這些嘯叫聲對應(yīng)著一些固定的頻率點(diǎn)。測頻單元就是負(fù)責(zé)把這些嘯叫的頻率點(diǎn)判斷出來。

由系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖可知, 話音信號一路經(jīng)MAX260 濾波處理后輸出;另一路采用比較電路將話音信號轉(zhuǎn)換成脈沖信號同時(shí)送入單片機(jī)的INT1 和T1 引腳,利用INT1 中斷、T1計(jì)數(shù)功能以等精度測頻方式對語音頻率進(jìn)行測量監(jiān)控。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生嘯叫時(shí),測頻單元會連續(xù)檢測到同樣的頻率。

采用單片機(jī)進(jìn)行等精度測頻原理簡介:如右圖2所示,設(shè)在t0時(shí)刻系統(tǒng)開始初始化,T1、T0 分別設(shè)置成16 位的計(jì)數(shù)器、定時(shí)器來對輸入信號和時(shí)標(biāo)信號來計(jì)數(shù),它們初始值均為0。時(shí)標(biāo)信號的頻率在單片機(jī)內(nèi)固定為fc=fosc/12,fosc為單片機(jī)的晶振頻率。外部中斷 INT1 設(shè)置邊沿觸發(fā)方式, 開放INT1 和T0 的中斷允許。在t1 時(shí)刻,輸入信號的跳變沿產(chǎn)生第一次 INT1 中斷時(shí)開放TR0、TR1 計(jì)數(shù)允許,并關(guān)閉INT1 自身中斷允許。當(dāng)T0計(jì)數(shù)溢出時(shí),可在t2時(shí)刻產(chǎn)生T0 中斷,記錄自身的中斷次數(shù) n,再次開放INT1 的中斷允許。T0 溢出中斷后將從0 開始繼續(xù)計(jì)數(shù),直到t3時(shí)刻由輸入信號產(chǎn)生第二次INT1 中斷,然后關(guān)閉 TR0、TR1 以完成一次測頻。T1 中的計(jì)數(shù)值代表了輸入信號完整的 N1 個(gè)周期。設(shè) T0 中的剩余讀數(shù)為N2',則被測信號的頻率由下式計(jì)算:Fx=N1/[12 ×(65536 ×n+N2')/fosc]

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2.2 數(shù)控濾波處理單元

本單元中,濾波器采用了MAXIM 公司推出的 CMOS 雙二階通用開關(guān)電容有源濾波器。微處理器精確控制濾波函數(shù),在不需外部元件的情況下,就可方便的構(gòu)成各種帶通、低通、高通、陷波和全通配置;可在程序控制下設(shè)置中心頻率F0、品質(zhì)因數(shù)Q 和濾波器的工作方式。

濾波器中心頻率F0的控制代碼可通過下式計(jì)算:

NF=2 ×Fclk/(F0 ×3.14)-64 ————(a)

Fclk為輸入時(shí)鐘頻率,NF為中心頻率F0控制代碼,對應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)為0～63之間。MAX260 在實(shí)際使用時(shí),要保證時(shí)鐘頻率Fclk/ 中心頻率F0 對比精度在1％。結(jié)合音頻信號特點(diǎn)及單片機(jī)的工作頻率,現(xiàn)將可能出現(xiàn)的嘯叫頻率按頻段劃分,并利用單片機(jī)ALE引腳輸出的時(shí)鐘信號進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆诸l來產(chǎn)生相應(yīng)的時(shí)鐘頻率Fclk。本系統(tǒng)中輸入信號頻率與選用的時(shí)鐘頻率Fclk的關(guān)系如下頁表一所示。

在本系統(tǒng)中采用了兩片MAX260,并將兩芯片都設(shè)置為工作方式一,采用陷波輸出通道即引腳HP。兩片 MAX260 共有四個(gè)陷波通道,以串聯(lián)方式連接,即系統(tǒng)可動態(tài)濾除四個(gè)嘯叫頻率點(diǎn)。如表一可知,對應(yīng)不同頻段的嘯叫頻率點(diǎn),應(yīng)給 MAX260 相應(yīng)的通道提供對應(yīng)的采樣時(shí)鐘信號Fclk。不同頻段的采樣時(shí)鐘信號Fclk由單片機(jī)ALE引腳的輸出信號通過2片計(jì)數(shù)器74LS161分頻獲得,再由單片機(jī)控制的8選1模擬開關(guān)4051選通對應(yīng)的時(shí)鐘信號Fclk。我們設(shè)計(jì)的系統(tǒng),晶振頻率fosc＝12MHz, 則 ALE 引腳的輸出信號頻率fALE=2MHz。

綜上所述,只要系統(tǒng)檢測到嘯叫頻率F0,并根據(jù)公式(a)計(jì)算出對應(yīng)的F0控制代碼NF,然后根據(jù)表一給MAX260 提供恰當(dāng)?shù)牟蓸訒r(shí)鐘Fclk,即可構(gòu)成抑制嘯叫的數(shù)控濾波器，伯特利數(shù)控專業(yè)生產(chǎn)鉆攻中心。

2.3 CPU程序設(shè)計(jì)

單片機(jī)采用89C52,在系統(tǒng)程序設(shè)置上主要有三大模塊:

(1) 對系統(tǒng)使用環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控捕捉嘯叫頻點(diǎn)的測頻程序;

(2) 對檢測到的嘯叫頻點(diǎn)進(jìn)行陷波處理的MAX260 控制參數(shù)處理程序;

(3) 調(diào)節(jié)系統(tǒng)音量的數(shù)控衰減器PT2315的控制程序。

程序采用C 語言設(shè)計(jì),程序流程圖見圖3(注:設(shè)變量old存放歷史測頻參數(shù),變量new存放實(shí)時(shí)測頻參數(shù))。

3 調(diào)試效果

調(diào)試環(huán)境:十八平方左右的室內(nèi),無任何消音裝飾材料。

器材: 高靈敏度駐極體話筒、數(shù)控濾波電路板、20W 有源電腦音箱一對。將數(shù)控濾波電路的話筒放大增益調(diào)制在50db左右,音箱音量開最大,話筒正對音箱并離音箱0.5米左右,不使用數(shù)控濾波電路時(shí)嘯叫嚴(yán)重,使用濾波電路后系統(tǒng)能迅速檢測到當(dāng)前使用環(huán)境的嘯叫頻點(diǎn)個(gè)數(shù)及對應(yīng)值,并能迅速將嘯叫現(xiàn)象抑制下來。并能使系統(tǒng)增益提高4～6db 左右。

因?yàn)楸鞠到y(tǒng)只采用兩片MAX260 芯片,即最多可動態(tài)慮除4個(gè)嘯叫頻點(diǎn),當(dāng)使用環(huán)境超過4 個(gè)嘯叫頻點(diǎn)時(shí)系統(tǒng)只能通過自動調(diào)節(jié)音量來抑制嘯叫,系統(tǒng)增益提升量較小。

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