Page 106 - 应用声学2019年第5期

858 2019 年 9 月

此系统硬件部分以数字信号处理器 (Digital-
0 引言
signal-processor, DSP)芯片TMS320C6678为核心，
从传播范围上来说，警报系统分为全局警报和 包括模拟数字转换器 (Analog-to-digital converter,
局部警报。空间中所有区域都能听得见的警报声称 ADC)、 数字模拟转换器 (Digital-to-analog con-
为全局警报，只发送给指定区域的警报声则称为局 verter, DAC) 及音频功率放大等电路。信号处理
部警报。在大多数工业作业现场中，一旦有警报声 算法完全在DSP中实现。
响，往往所有区域都会受到影响，而有些警报情况不 文中对系统所涉及的主要硬件电路及最小二
需要传达到所有人，只发送到有关区域即可。为避 乘法进行了详细介绍，并对系统进行了实验测试，实
免扰乱不相干人员的正常工作，可采用局部警报的 验结果表明，采用此方法能够控制基于环形扬声器
方法实现警报信号的分区域播放。现有方法中聚音 阵列的警报系统的指向性，验证了系统的可行性。
亭 [1−2] 和声学超常材料 [3] 等可实现这一目的，但这
些方法只能进行固定方向的声传播，无法控制指向 1 硬件系统设计
性。为便于实际应用，设计了 36 通道的基于环形扬
声器阵列的音频局部警报系统。该系统利用最小二 基于环形扬声器阵列的警报系统的整体结构
乘法实现了单频信号 360 指向性可控，可以很好地 如图 1 所示。该系统以 DSP 为控制核心，并在其外
◦
实现局部警报声播放的功能。 围扩展了ADC、DAC等功能模块。

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图 1 系统结构图
Fig. 1 System structure

为便于观察实验效果，音频信号由 ADC 端输 道数、供电电压、分辨率以及接口时序等，采用
入时采用 1 个通道，由 DAC 端输出时采用 36 个通 MAX11049 作为模数转换器，采用 DAC7644 作为
道，即1通道控制多个输出。 数模转换器。在 ADC 和 DAC 模块，由于通常使用
的音频及噪声信号是在 8 kHz 及以下的频率段，因
1.1 模拟信号预处理模块
此通过 DSP 设置采样频率为 16 kHz，足以满足需
在 ADC 输入端，首先对音频输入小信号进行
求，同时也避免了算法复杂度的增加。在电路设计
放大，然后进行抗混叠低通(Low pass, LP)滤波，滤
上，通过外部电阻和电容的搭配，能够为输入提供超
波截止频率为8 kHz。
量程保护。由于其模拟电源和数字电源要求的电压
由于混叠干扰信号和有用信号频率之间距离
均为5 V，为方便布线，采用5 V模拟电压供电 [4] ，最
较远，对过渡带要求不高，故选用简单的阻容无源滤
大采样幅度为5 V。由于输出通道较多，若将所有通
波器电路实现抗混叠滤波功能。
道放在同一块电路板上，会增加电路故障率，为便于
1.2 模数转换和数模转换模块 检查和使用，选择放置 16 个通道于一块电路板上。
为尽可能使得通道间的转换同步，避免选 36通道则需要 3 块电路板，多余的通道可留作备用，
用 Σ-∆(过采样技术) 型 ADC 与 DAC。综合考虑通 电路板间的级联，只需普通的连接器对应相连即可。