今日家庭影院音响的理想设计方案(图)

中心议题:
    * 今日家庭影院音响的理想设计方案
解决方案:
    * 散射式红外光
    * 数据传输率和无延迟特性

让家庭影院系统区别于普通的带立体声扬声器电视的最大特点就是侧面和背部的扬声器。一个标准的家庭影院系统有三个前置扬声器，两个侧置和后扬声器，还有一个辅助低音喇叭。

绝大多数消费者不安装后置扬声器，因为他们不愿让连线布满整个房间，而且在墙内或地毯和地板下步线的成本过高。但他们没有意识到自己失去了什么。电影的音轨是以多声道录制来产生三维效果的，因此，卡罗米拉克斯家庭影院的热衷者就认为取消后置扬声器是一种犯罪。

幸运的是，人们已经不必在繁杂的布线工作和拥有一个完整的环绕立体声体验中进行取舍了。侧置/后置扬声器或辅助低音喇叭能通过环绕立体声接收器无线式接收音频信号。

通常使用的无线传输技术是基于2.4GHz的自由RF频段的，该波段多被蓝牙和多种不同的Wi-Fi系统所使用。实际应用 中，44.1kHz/16位的CD音质未压缩立体声信号需要1.4112Mb/s的带宽来传输。蓝牙的速度满足不了这种要求，其最大速率为1Mb/s。 Wi-Fi虽拥有11～54Mb的带宽，但其用在家庭影院方面有一堆的问题。最大的麻烦就是传输延迟。

当Wi-Fi数据包被不停地验证或检查时，实际数据传输的延迟就会从10毫秒变成上百毫秒，这种延迟会使得音频和视频信号不再同步。解决这 个问题将会意味着使用硬件增强缓存来补偿延时。但硬件的使用会增加终端产品的成本，使其远离消费者。此外，通过Wi-Fi或蓝牙传输的信号也能通过墙传 输，这就有可能同其他信号产生干扰。例如，无线局域网设备或工作在2.4GHz的无绳电话。

散射式红外光

相比于很少用于传输音频信号，红外光常用于传输数据信号，例如，电视遥控器。遥控器内置了一个红外发射器，其能传输调制过的红 外光束。一般来说，红外光的波长为750～1050nm，具有多数可见光的物理特性，除了不可见之外。红外光像可见光一样，会从天花板、墙壁和室内的其他 物体上进行全反射。

红外传输有两种：直接传输和散射。直接红外线的特点是在发射器和接收器之间需要一个无阻塞的通路。

电视遥控器和基于IrDA的技术都属于这个范畴。散射红外光则是非直线和没有固定反射角度的。它就像从白炽灯发射的光线一样，通过墙和天花板的反射来照亮整个房间。

散射式红外光有几个适合于向侧置/后置扬声器传输信号的特点。Infra-Com的IrGate系统就很好地诠释了这些特性。IrGate系统可用于室内高速无线数据通信，也适合家庭影院中的高端音频信号传输。

散射式红外光如何工作

如图1(a)所示，发送器从环绕立体声接收器中接收音频信号。这个信号由模拟转变为数字式，然后被数字芯片信道化，编 码和调制。数字芯片通过两线式总线直接同红外发光二极管驱动器芯片连接，一个数字芯片能驱动菊花链配置中的多个IRED驱动器芯片。最终输出信号是一个基 带信号，没有在载频上调制。

接收器（见图1(b)）使用一个带透镜的PIN光电二极管阵列来接收红外信号。发送信号会因为吸收和多重反射而减弱，因此只有一小部分能到 达接收器。因此，散射式红外接收器必须有高灵敏度，最低为40dB。红外光携带的调制音频信号被转变为一个电子信号，通过强大的模拟和数字技术来处理，以 从环境光信号中分离出来。

连接距离：12m
散射式红外IrGate芯片组可创建最大为12m的通信连接。散射红外信号通过一个广角IRED阵列发射，其中，每个灯管的发射角都为±45°。这个阵列通常指向天花板。

图2为漫步者的“彩虹”红外无线音频系统——2008年CES创新奖和CeBIT的IF产品设计奖的得主。其圆柱形红外玻璃是用来散射光信 号的，发射出的信号会在天花板和邻近的墙壁上制造“红外点”。这些表面被当作自然的反射器或扩散体来将红外光扩展到整个房间。人们行走，或在屋内修补物体 都不会干扰通信的进行。发射器能发出不同级别的光强，这样就能进行不同距离的通信。

图2 “彩虹”红外无线音频系统

数据传输率和无延迟特性

IrGate目前能支持的最大数据传输率为25Mb/s（半双工）。这样高的数据传输率允许同时进行4路未压缩的脉 冲信号调制数字音频信道传输。它能自动支持44.1kHz/48kHz/88.2kHz/96kHz的采样频率和24bit的采样长度。在音视频信号不与 RF传输同步的地方，散射式红外光能以足够的带宽来执行前向纠错功能，其允许接收器探测和纠正偶发性错误而无须进行重发。IrGate的等待时间为 100μs，很容易使音视频同步。

安全性

红外信号不能穿墙，临近屋里的天线也不能偷听。虽然这与家庭影院应用关系不大，但却是红外音频传输在城镇法庭使用的关键因素。那些听 力有缺陷的或需要语言翻译的人，会使用红外耳机。律师、证人、翻译和法官带的耳机都会连到同一个系统上，这个系统将声音信号转变为红外信号再送回屋内。在 屋内，红外信号是非常安全的（以上这一段是描述美国的状况）。

规范和成本

IRED发送器阵列使用的1级LED发送器类似于电视遥控器上的发送器，这说明它是对眼睛无害的。而且，840～950nm的光带宽在全世界范围内是未受管理的，不需要每个国家的频率划拨、特殊实验或标记。这对于需要本地测试和批准的RF系统来说，是一个重要的优点。

红外光电二极管和接收器是相当便宜的。IrGate使用了Vishay公司的高灵敏度TSFF5510红外发射器，其波长为870nm，在38°发射角下的光强为32mW，周期为15ns。

下一代产品

液晶电视要变得更薄，生产商的目标是1cm的厚度，因此很难把高级的扬声器集成进去。条式扬声器有可能同电视集合到一起，以提供 高性能音频功能。即使现在，消费者仍然不能分辨高清电视和普通电视的区别，但他们能清楚地辨别扬声器的好坏。假定消费者对有线扬声器不感兴趣，那么不仅侧 置或后置的扬声器可能无线化，甚至前端的条式音箱都能无线化，而在这些应用中，散射式红外将成为一个非常有效的手段。