无线调频助听系统的原理

12.2.1　无线调频助听系统的原理

调频助听系统(FM)就像一套小型的无线电广播系统,有两种形式：一种是个人系统,用于一对一的交流；另一种是接下来将要介绍的集体调频助听系统,即用于一人传送到多人的大场地交流,如会场、教室、剧院、教堂等。该系统由发射器和接收(转换)器两部分组成。谈话者佩戴的发射器是一个小型万向话筒,可系在口袋或衣领上,通过话筒将谈话者的说话声转换成电信号,然后输入发射器,发射器再将电信号变换成调频电波信号,发射器利用话筒的连线作为天线,发射出言语电波信号,听障者佩戴的助听器通过耳机的连线作为天线,接收到发射器发来的言语电波信号,然后将电波信号还原成声音。在接收器内同时也装有话筒及发射系统,可以将听障者的说话声通过发射天线传送出去,使听障者之间互相交往成为可能。另外,在会场、剧院听演奏或看表演时,只要将发射器的话筒放在舞台或讲台上,就可以使听障者在会场的任何位置都听到较清晰的声音了。同样,也可以将发射器的话筒靠近电视机或录音机的喇叭,以收听较好的音响效果。

在无线频率转换中,音频电信号不是直接转换成另一种形式的能量(像在感应回路线圈和电感中),而是调制电磁波的特性。这里,电磁波被称为载波。当没有音频信号时,载波是正弦曲线。只有当音频信号改变了载波时,它才能传送音频信息。在助听器领域,载波的频率是最常被改变的,我们称之为频率调制或者FM。

接收器的工作是探测载波,并产生与原始信号成比例的电压。调制波的取出称为解调制。也有另外形式的调制,最常见的是振幅调制：音频信号调制的是振幅,而不是载波的频率。使用调制的优点是从接收器出来的音频信号不依赖于载波的强度,因此,在一定距离内与发射器和接收器的距离无关。当载波变弱时,转换器处理会逐渐把噪声加在音频信号上。当载波变得极弱,接收就停止了。

在一个房间里可能有几百种发射器发射的几百种电磁波经过。在解调音频信号前,接收器如何来选择其中的一种呢？首先,接收器被调成对特定的载波频率敏感。只有当接收器的频率与发射器的输出频率相匹配时,接收器才会拾取转换信号。如果两个发射器输送相同频率的信号,又会发生什么呢？在接收器中肯定有潜在的混淆。管理当局为避免这个问题,对不同类型的发射器设计不同的电磁频谱(如不同的载波)。在有些国家,助听器上可使用的频率带是37MHz,43MHz,72～76MHz,173MHz,183MHz,216MHz。在每一个频带中,许多不同转换频率可以使用,这些频率附近的窄带频率称为传输通路。

其次，接收器会锁定在较强信号上。在频率调制传输和接收时,会遇到接收器暴露在两个有相同载波频率的不同的发射器中,或者两个载波频率的差别很小的情况。这时,调制工作是通过锁定载波进行的,测量随时间改变的频率的量,然后锁定在较强的载波上,而不是弱的载波上。这种仅调制强的信号的现象称为频率调制捕获效应。如果两个相同频率输出的发射器产生两个信号,接收器就锁定来自较近的发射器发射的那个较强的信号。同声波一样,来自发射器的场强度的下降与发射器的距离的平方成反比(反平方法则)。

频率调制捕获效应的这一优点通常应用在学校里。如果两个教室足够远,可以使用相同的传输通路,在教室中的学生接受他们自己老师的信号远比另一个教室中老师的信号强,因此,尽管使用相同的频率也不会相互干扰。但是,目前还不清楚到底需要多大的距离。此外,如果附近有大的金属物,反平方法则就无法应用。这是因为,第一,较大的金属物可以使从远处传来的发射器信号的接受增强。第二,金属物可以引起电磁波的反射,这些反射可以抵消直接来自发射器的信号,使得在房间中的有些地方的信号强度很低,在这些部位的接收器就不能充分地探测到载波,信息就遗失了,这时只能听到噪声。接收器会探测信息的遗失,从而减弱或压制输出信号,当接收器探测到所接受的不是载波时,就无信号输出。

无线电波能很好地通过非导体的障碍(如砖墙),但它们会被大的导体衰减,如金属墙,而人体的衰减则略少一点。