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作者:游景鈺(2001-11-20);推薦︰徐業良(2001-11-21)
附註:本文為勞委會委託研究計畫「防音防護具舒適性能評估」之部份成果。

防音耳罩用濾波模組之小型化製作

經由初步實驗,我們證明在防音耳罩加入低通濾波電路,可成功濾除特定頻率以上之噪音,達成噪音抑制的效果。接下來的工作則是整合高、低通濾波電路,增加截斷頻率調整功能,並縮小體積、電源改以市售電池供應,完成可搭配於防音耳罩之濾波模組原型製作。分項工作內容詳述如下:

(1)縮小體積

為了縮小體積,我們必須捨棄之前實驗用來收、放音以及放大訊號之對講機模組,改以市售微型麥克風以及微型喇叭達到收放音效果,並加大濾波放大電路的放大倍率,以達到足夠推動喇叭之電壓。電源的選用則以市售12V的電池供應。

(2)整合高通濾波電路以及截斷頻率調整功能

將原本之低通濾波電路輸出之訊號輸入一高通濾波電路,並將控制截斷頻率之電阻改為可變電阻,達成可變截斷頻率功能。

根據上述工作內容及需求,我們制定出一原型電路圖,如圖1所示,外界聲音訊號由麥克風進入後,經由高通濾波及低通濾波電路,過濾高頻及低頻噪音後,經放大電路放大,輸出至喇叭。高通濾波及低通濾波電路截斷頻率,及輸出喇叭之音量,均可經由電路中的可變電阻作調整。表1為此原型電路之零件表,圖2為完成之實體原型電路,外觀尺寸不含電池約為3×6×3立方公分,重量約為35

1. 防音耳罩用濾波模組原型電路圖

1. 防音耳罩用濾波模組原型電路元件表

項目

元件名稱

數量

輸入與輸出元件

微型麥克風

一個

微型喇叭

一個

電路元件

OP放大器

OP07CP一個

可變電阻

50KW 三個

電容

0.1mF1mF各一

電力元件

12V電池

3

2. 防音耳罩用濾波模組原型電路實體圖

經過與防音耳罩整合組裝、測試,防音耳罩用濾波模組原型電路之基本收、放音以及可調整濾波範圍的功能已經達成,並能簡單地外加組裝於現有的防音耳罩,增加的空間和重量都並不大。但目前尚有幾項仍需克服的問題,這些問題與未來研究之方向將詳述如下:

(1)電源消耗改進

目前原型電路中電源消耗大,造成放大電路功能不穩定,且可使用時間過短。未來應將電路元件更換為耗電量較低之電路元件,並改進電路,使耗電量降低,增加穩定性以及使用時間。

(2)濾波效果提昇

目前所應用之濾波電路為一般一階之帶通濾波,其濾波效果仍不夠明顯,且濾波後有聲音失真的問題。未來將更深入研究有關聲音訊號濾波之相關技術,應用二階甚至更高階之濾波電路,使濾波效果更加明顯、聲音失真的情形改善。

(3)電路設計改進

目前之濾波模組原型電路尺寸仍有縮小之可能性,由圖2可看出主要體積為可變電阻以及連接端子,若更換為體積較小之相同元件,並將原電路以印刷電路板製作,將可大幅縮減體積,增加濾波模組應用之彈性。

(4)元件配置的考量

目前之濾波模組原型電路之形式為外掛於耳罩外,單一麥克風收音以及單一喇叭放音,濾波電路則置於後頭部。未來將由長期的實際配戴經驗,研究最適合之元件配置方式,並考慮是否必要達成雙喇叭及雙麥克風之立體音功能等。

(5)附加應用功能增加

防音耳罩用濾波模組的設計,原先目的在過濾高低頻的噪音,而僅讓人聲通過。但整合應用在防音耳罩上,未來應該還可加入其他附加應用功能,例如除人聲外,使警告音,區域廣播等其他希望聽見的聲音也能被傳送出來。