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【同声传译系统】红外线同声传译会议系统的设备
发布者: |来源:|发布时间:2018-05-22 10:07:50 | 浏览次数:


一、概述
在国际会议中,广泛采用同声传译召开会议的方法。红外同声传译设备是‘种利用红外光作载波,传输语言和音乐的方法,它具有简便、多路传输、失真小、频响宽、保密度高和抗干扰强等优点。
我国在20世纪80年代初开始引进使用红外同声传译会议设备,但数量极少。为了赶超世界先进水平,我国科技工作者经过几年的不懈努力,现已实现国产化,在性能指标上已达到了国外同类机的水平。
本节将向读者介绍红外同声传译原理、系统组成;然后,对该设备的主要组成部分:红外调制器、红外辐射器、红外接收机的关键性线路作较详细的分析;并提出了设计要点和设备选择。最后还专门论述了辐射器的布置。
二、红外传输原理
采用红外光作为“声”的传输媒介是近几年兴起的一门新技术(以下简称“红外传输技术”)。“红外传输”包括红外光的产生、调制辐射、红外光的接收与解调等内容。
(一)红外光产生的原理
元素周期表中的镓、砷及磷砷镓、磷化镓组成的所谓Ⅲ-V族化合物组成半导体,适合于做发光二极管的材料。由这些材料做成的发光二极管,设以正向偏置,使得内部载流子发生复合,形成了“光照复合”。所谓“光照复合”,就是电子从高能级向低能级跃迁,以电磁辐射的形式释放能量——光。光的波长由材料和掺杂决定。就声传输而言,一般都采用砷化镓二极管,主要是因为效率高,频谱接近红外光谱,其波长最大值为925nm。波长范围比较窄,为不相干光。
由于人眼所感受到的波长范围约为400~700nm,所以这类光人们看不到,且对人体健康无害。尤其是信号传输所需的能量密度低,更不会有损于人体健康。辐射光的强弱是受砷化镓二极管内流过的正向电流的大小决定的,利用这一点,就很容易达到对红外光的幅度调制。在红外同声传译设备中,为了抑制噪声,音频不直接调制光束,而是先让不同的音频调制不同的副载频,再让这些已调频波对光束进行幅度调制。
(二)红外光接收原理
红外光的接收采用PIN硅二极管,这类二极管灵敏度高,开关时间短,工作在反向状态,当受到光线照射时,会在势垒层内产生载流子对,使得二极管有所导通,导通的程度取决于光照和强弱。根据这个原理,这类二极管很适宜于做红外光接收管,它能从已调红讣光中检出不同副载频的混合信号。但这类二极管的光谱灵敏度范围较宽,为了避开可见光,须采用黑色滤光片来解决。
由于接收光功率与接收面积成比例,但制造大表面二极管成本高,故用附加光学镜片的办法增加表面积。红外接收机中使用的光电转换器,外形呈半球体,为塑料做成,球心处安放着2片PIN硅二极管,球面与芯片之间夹着一层黑色滤光片。这砷形式既增大了表面积,使各个方向来的光线向球心折射,获得一定的光的增益,又在很大程度上滤掉了可见光,如图3-18所示。
图3-18 红外光接收管的透镜结构
 
(三)红外光的传输
作为通信媒介用的红外光,大都在封闭的生活空间或工作空间内辐射。例如:红外线遥控器对准电视机就能遥控操作电视节目。在红外线同声传译会议系统中的红外辐射的红外光通过墙壁、顶棚的漫反射,到达敦在该空间任何位置部位的接收机。对于红外辐射,大多数房间内普通装饰涂料都是有效的漫反射体。因此,辐射到这些表面的红外光,大部分反射到房间内,反射不是单向的射束,而是朝许多方向散射。这种传输方法的优点在于能给发射机与接收机之间提供众多的传输途径。这样,传输就不会被阻断,尽管有障碍物,但是由于漫反射,红外光仍能均匀地分布在房内空间。
红外辐射的另一重要特性是,它不会从不透光的房间内溢出,这样,它的绝大部分能量集中在限定传输的房间内,无须担忧相邻房间内使用时会相互干扰。而无线传输则不同,用无线电波进行通信,那么它的能量在很大频率范围内都会漏出。
三、系统组成
现以BOSWELL(博士威尔)IT系列产品为例来介绍红外线同声传译系统的组成及系统功能。
它是以红外光来作为语言和信号的传送工具,在与会者之间进行传送,把会议传送和表决系统相结合,与同声传译系统同时工作。
(一)设备特点
具有如下的优越特性:
1.从用户使用上
(1)传声器由电池供电,不需要任何导线;
(2)任意排列座位;
(3)在机邻的大厅,可使用类似的设备,而没有干扰;
(4)对非邀请的听众的保密性;
(5)移动起来非常方便;
(6)可控制的辩论微信息处理器;
(7)辩论时,不需要任何操作人员;
(8)可控制的语言设备录音。
2.从技术上
(1)红外线系统的功耗最小;
(2)对电磁场高度不敏感;
(3)对周围环境中的光线强弱不敏感;
(4)很容易进行大量的光信号传输;
(5)模块化的灵活性,使它能够广泛地适应用户的要求。
(二)系统构成
IT系列红外线同声传译会议系统构成如图3-19所示。
1.系统由下列设备组成
(1)中央红外线控制主机IT-212(也称调制器或称发射机);
(2)发射一接收器IT- SE(即红外线辐射器);
(3)红外线传译器IT- DS12(即译员红外线传译器);
(4)电池IT- L50(红外线接收器IR- E12之用);
(5)红外线接收器IT- E12(即收听耳机); 
图3 -19红外线同声传译会议系统构成
 
(6)蓄电池IR-100(译员红外线传译器IR-DS12之用);
(7)中央会议设备;
(8)会议控制器;
(9)视屏终端;
(10)视频显示器。
2.此外,还可以与下列设备相接:
(1)全体委员和主席台的有线传声器;
(2)会议厅介绍背景情况时插入的传声器,又称麦克风;
(3)用来远距离切换红外线传译器中的传声器前置放大器以获得高增益的遥控开关;
(4)用来显示正在发言和准备发言的代表的姓名、国名和传声器序号的视频监视器;
(5)用来自动记录会议数据和选举程序结果的打印机;
(6)显示正在发言的代表姓名和选举结果的一个或几个大型显示器;
(7)电源。
电源是专供辐射器使用的,一个电源可以给几个辐射器同时供电,也有电源与辐射器合成一体的。另外,由于有数量众多的接收机采用镍镉电池供电,所以备有专门的充电机。整个设备的系统组成如图3-19所示。图3-20表示了红外线辐射器的供电系统。电源种类及电压见本节“六”系统技术指标。
(三)红外同声传译的过程
会议代表的发言通过传声器传输到各个翻译室,由翻译人员译成各种语言,用电缆输送到调制器,调制器内设有多个通道,每个通道设有一个副载频,完成对一路语言的调频。调制器内还设有一个合成器,将这些多路已调频波合成放大,再由电缆输送给辐射器,在辐射器里完成功率放大和对红外光进行光幅度调制,再由红外发光管辐射已被调制的红外光。装有多个通道可供选择的红外接收机收到红外光后,由光电转换器检出多路调频信号,再经过放大和鉴频,音频信号得到还原,由耳机送给受话者收听。
图3-20红外线辐射器的供电系统
 
四、系统功能及设计使用要点
(一)系统总体功能
(1)同声翻译利用红外线在12个语言通道传送,由红外线传声器或小型的红外线接收器接收。通道选择器和耳机提供想听的翻译语。
(2)与会代表的发言经过他们的传声器,把发言的内容传送到同声翻译系统和扩声系统。翻译系统的两个传声器可同时在两个独立的红外线通道进行传送。
(3)代表们按动他们的要求发言按钮后,要么被自动接通(辩论型),要么由辩论控制台前的操作人员接通(会议型),因而最多可有10位代表被存入等待记忆器,并以两种形式显示在控制台上。
(4)此外,正在发言代表的传声器的序号和前面几位发言者的传声器序号也被显示出来。
(5)会议主席、全体委员等有优先接通的权利。会议型方式也可以接通那些并未要求发言的代表。
(6)红外线传声器上的“请求发言”按钮同“发言”按钮一样,其功能亦被标明。超过了预定的发言时间也要被显示。如果一个代表讲话声音讲得太小,他的传声器底座上的放大器的增益可由红外线控制进行调整。
(7)传声器底座表面上有独立的表决系统能够从所有的传声器得到正确的二个表决按钮,传声器上的一个光信号会要求代表表决,也就是按动凸出来的三个按钮“赞成”、“反对”或“弃权”中的一个。借助于一个红外信号把表决情况集中起来,然后根据表决的方式,或是作为一种统计,秘密处理,或是详尽地公开。
(8)外围设备,如显示器、打印机等,可以与该系统相连接。电视监视器会显示出正在发言代表和等候发言代表的姓名、座位号及国家名称。代表们的这些资料连同时间一起被打印机打印出来,选举结果也可以打印。
(二)各设备功能及设计使用要点
 (1)为了良好的接收从发射一接收器IT-SE发出的,由接收器IT-E12接收的红外线光,当人们在走动时,可能会在红外线传译器IT-DS12上投下一些阴影,因此红外传译器IT-DS12发出的红外光允许直接发射到各个发射一接收器IT-SE。从某个传译器到下一个发射一接收器的距离不应超过14m,发射一接收器IR-SE最好在整个区域内规则地分布,以便红外光射到。
(2)会议控制台可以设在会议厅的任何位置,中央会议机和会议控制台之间的电缆不应超过200m。
(3) 中央红外线控制主机IT-212
中央红外线控制主机可以是放在桌上的台式,也可以被嵌进19英寸的标准柜内。
该设备带有供电装置、调制器、调解器、1个或2个驱动器单元,调制指示器和最多12种语言输入的4个3通道发射单元。
每条带有20个发射一接收器IT- SE的4条同轴电缆可以连接每一个驱动单元。该设备全由导线连接,以后可随时扩展。
(4) 红外线发送一接收器IT- SE
①红外线发射一接收器由两部分组成:
一个红外线发射器单元和一个红外线接收器单元。发射器单元把30个红外线发射二极管连成10个序列。一只红色发光二极管显示“工作状态”,一只绿发光二极管显示“发射状态”。
接收器单元带有10个接收镜。一只红色发光二极管显示接收来自一个传声器的红外线信号。
②红外线发送一接收器IT- SE采用串接方式,导线末端接有线路终端器IT-A。由试验仪IT- P12调整延迟时间。
(5) 红外线接收器IT-E12
红外线接收器包括下列功能单元:
①讲话单元
定向传声器M64或类似的颈部可弯曲的传声器,传声器前置放大器和限制器,带有表示要求发言的黄色发光二极管和表示准备发言的3只红色发光二极管的按钮。
②听单元
语言选择器、音量控制器,并带有2只3. 5mm插孔、插头的耳机等。
③表决单元
要求表决的3只红色发光二极管,“赞成”、“反对”、“弃权”键。
红外线接收器IR-E12不需要任何电缆,它由12V镍镉蓄电池提供工作电源,镍镉电池由充电器IR-L50充电。接收器序号由背面板的顺序开关设定。
红外线接收器的接收镜设在表决板上。红外线接收器设在背面板上,遮有红色耐热有机玻璃。
(6)充电单元IT-L50
充电单元可同时为50个红外线接收器IR-E12的蓄电池充电。它包括50个隔间,一个由限时器限制充电时间的充电电源,一个保持充电的自动切换开关和一只检测蓄电池充电的仪表。充电单元装在一个稳固的可携带的箱体内。
(7) 译员红外线传译器IR-DS12
①译员红外线传译器包装在耐撞击的黑色塑料壳内,上面带有通道选择器、开关、音量控制和供带有插孔型插头3.5mm的手机连接手插孔。当接收器使用正确时,接收系统的光轴线就会斜向上方。
②红外线接收系统不必完全密封。接收器不会被音量控制(滚花轮)接通,也不会在耳机插头插入时被接通。
③需要一个9V干电池或是一个9V蓄电池作为电源。而该蓄电池能够把接收器插入充电器IR-Ll00进行充电。
(8) 中央会议设备
①中央会议设备包括所有控制会议和辩论过程的部件,以及在其他情况下处理来往于红外线传译器IT-DS12的信号和指令的部件。中央会议设备对传译器进行巡回扫描,给出相应的指令和处理来自红外线传译器IT-DS12的信号,此外,它还与外围设备相通。
②以下即为中央会议设备基本组成部分:
(A)微信息处理机、线读存储器、只读存储器、软盘单元、移位寄存器、定时器、接口控制单元、解调器、显示器、电源和电源开关。
(B) 中央会议设备适用于250、500、750和999个传声器,它们的区别仅在于线读存储器的容量不同。
(C)要有一台视屏终端(视频监视器上带有编程键板)来编制会议程序。此外还可以接通监视器、打印机和大型显示器。
③中央会议设备可安装在19英寸的标准机柜内。
(9) 会议控制器
会议控制器具有会议的控制、信号、存储和显示等全部功能。
与的中央会议设备连在一起,该控制器完成两种功能:
①信号
操作人员通过观察如下的显示来了解会议的实际情况:
(A)正在发言的代表;
(B)等候发言的代表;
(C)前面发言的代表;
(D)发言的时间;
(E)钟表的时间;
(F)工作形式(辩论型或会议型);
(G)表决结果(统计显示)。
②与系统对话
在会议开始前,可以把下列数据储存起来:
(A)工作类型(辩论型也就是代表们自己接通各自的传声器,会议型也就是由会议控制台指定发言);
(B) -个或两个发言通道(一位或两位代表同时发言);
(C)发言时间的限制(从1min到99min);
(D)在会议当中限制等候发言的代表人数(从1到10);
(E)由键板接通全体代表中等候发言的代表;
(F)切断传声器,取消等候发言的代表,进行表决程序;
(G)会议控制器设有7段显示器,带有发光二极管和一个主开关的按键,为了获得最佳工作状态,通常把控制器与一台视频监视器连在一起使用。
(10)视频终端
①终端包括一台连接了输入键板的31cm电视监视器,用该键板把有关会议的信息编入系统程序,诸如姓名、传声器序号、国名等,以及远距离检查和试验它的准确性。
②存人中央会议设备的软盘上的资料,随时都可调用。
③会议的实际情况,如发言代表的资料、发言者名单、表决结果或记录都被显示在远处的视频监视器上,每种情况最多可有7项被接人中央会议设备。
五、发射器(辐射器)的连接方式
在中央红外控制主机通常设有2个驱动器单元可供使用,每个驱动器单元可连接4个辐射器组(每个辐射组最多只能由20个辐射器组成),从中央控制主机到最后一个发射器均采用75Q同轴电缆。其线路最大长度从串接线路上的第一个辐射器到最后一个辐射器的线路不能超过200m。其配置示例如图3- 21所示。
图3-21  中央红外线控制主机与发射器(辐射器)配置示例
 

 
六、系统技术指标
首先要说明的是,“用红外辐射的声传输”尚未制订出国家标准。例如国内前期生产的HW-1型红外同声传译设备,是按照企业标准进行设计定型的。企业标准是参照IEC764公告和国外许多同类机的技术指标制订的。表3-9是企业生产的该类设备的主要技术指标,供参考。 
七、红外线控制主机的选择
红外控制主机也称调制器,或称发射机。就它的功能来说,是要将译音控制盒输送过来的音频信号对副载频进行调制,并将多路调频信号合成放大到一定幅度,输送给辐射器。红外线主机的总体选择,可以从下面几方面考虑。
(一)副载频的确定
可按IEC764公告设置。第一副载频为55kHz,第二副载频为95kHz,……,总共可以设12通道。频道间隔为40kHz。
(二)通道数的确定
这是系统设计中的一个重要步骤。
显然,技术费用的多少是根据通道数的多少来确定的。在国际会议中,现在和将来都不大可能出现超过12种语言同时翻译的可能性,否则将会导致出现太多的翻译室和更多的译员。
通道数的问题在于使用通道数越多,所需辐射的光功率越大(原理已在接收机的介中阐述)。通道数的增加,还使得系统信噪比、通道隔离度等电性能指标相对会降低,所以在确定通道数时,应实事求是,避免贪多。
(三)输入/输出设置
与译员控制盒的配接,宜采用平衡输入形式。也可平衡输入与不平衡输入同时采用,用开关转换。电平输入的高低,可用发光显示器显示。不少辐射器采用有线遥控,遥控电源需由红外线主机供给。此外,应考虑输出线的配接问题,防止接地不当造成自激。
 (四)系统结构、设备安装
    壳体大都采用标准机柜,为搭积木法拼凑在机柜内,例如可以从2个通道到12个通道中任选一个,分为台式和柜式安装。每路通道面板上装有电源开关、语音输入插座(也可采用多芯插座,装在机箱后面,用多股电缆一并输入,音频送至红外线控制主机,然后再分输给多路调制板)、音频显示器、音频调节旋钮等。高频信号输出插座、电源输入插座多数安装在箱体背面。
八、辐射器的配置和选择
    辐射器又称发射器,是一个辐射红外光的装置。
    辐射器的选择大致可以从以下几方面考虑:
 (一)功率的确定
    目前,各种辐射器的功率大都在2W左右。一般不追求大功率,原因何在呢?这跟红外漫反射通信的特点有关。我们希望红外光能均匀地散布在整个使用环境,故布置辐射器于各个角度上比单一角度照射效果要好得多。为此,宜采用小功率分散布置法。在需要大功率照射时,可以增设辐射器的数量来解决。原则上来说,辐射器的增加是可以无限制的。当然,在十分宽广的大厅里,例如展览大厅,使用大功率辐射器还是可取的。
    如何在各种复杂的现场配置辐射器,不仅仅是个使用问题,其实质是整个红外同声传译设备功率配定问题,将在下面再作介绍。
(二)辐射器位置的配置
    以往,设计人在在配置辐射器时,常常凭经验行事,这是不可取的。在实践中,有必要从理论上作一些探讨。
    1.环境对红外传输的影响
    前面已经阐述了红外传输的可行性。红外传输类似于可见光,大的和不透明的障碍物会产生阴影,使得信号的接收有所减弱。除此以外,移动的人和物体也会产生类似影响。红外光也会被一些物体吸收或透过玻璃窗溢出房间。如果一个辐射器安装时面对大玻璃窗或门,那么,直接对着的地方是不能被使用的,因为玻璃表面不能反射红外光。
    一般情况下,室内的障碍物都较低,所以将辐射器安装在一定的高度,就可以解决这个问题。对于使用红外同声传译设备的房间,需注意室内光照的特点。在专靠日光照明的房间内,室内光线随着季节、气候、时辰而强烈变化,麻烦的是,日光将导致红外光强度减弱。这是不以人们意志为转移的,解决的办法是尽量减弱日光的影响,用遮光物挡住日光。在有窗户的地方,装上不透明的窗帘。如果房间用人造光照明,那就很少有这类麻烦的事,只要注意,红外接收机的接收管上不要让强点光源照射。
    2.辐射器辐射范围计算
红外线接收系统应尽量利用漫反射光,红外光到达接收端的光分直接光和漫反射光,所以在布置设备时,要精心考虑整个光的布局,既要保证直射光的畅通无阻,更要尽量多地利用漫反射面。要达到完美的接收效果,保证室内充足的红外光强是先决条件,这与辐射器的辐射面积与通道数有关。一般情况下,可按下列公式来估计:当使用一个通道,一只16mW的发光管可以保证2m2照射区。如果一只辐射器有这样的发光管120只,就可以保证240m2内使用。如果用4个通道,这个辐射器可保证60m2内使用。9个通道全用上时,保证25m2内使用。通道数越多使用的面积范围越少。红外线辐射器光照范围与噪声的关系如图3-22所示。
图3-22红外线辐射器光照范围与噪声的关系
 
3.辐射器的数量选择与布置
如前所述,辐射器的辐射范围与通道数有关,通道数的多少又直接关系到系统的信噪比。另外,辐射器的数量又依赖于房间的大小及辐射器的安装高度。红外线辐射器的光照范围与通道数的关系在图3-22中已经表明,图3-23是一种特定的辐射器使用6个通道时的光照范围。
图3-23很直观地表示出了单只辐射器的光照范围。辐射光的角度成600立体圆锥角发散。图3-22表示了红外光的覆盖区可分三个区域:①S/N40dB区域,即无噪声区;②S/N30dB区域,即低噪声区;③S/N20dB区域,即高噪声区。图3-22中的表格列出了不同辐射强度的辐射器,在使用不同数量通道时的三个区域的延伸长度。其中I型辐射器功率为2.7W。 
图3-23 红外线辐射器的光照范围
(6个通道辐射器)
 
九、接收机的选择
    红外线接收机就它的功能来说,是要从接收到的已调制的红外光中解调出音频信号来。依据使用者的实践经验选择接收机主要考虑接收机的噪声、最佳接收角度、接收的制式等问题。
(一)接收机的噪声
    (1)光学接收机的设计主要考虑从噪声中检出信号。接收机中设有PIN光电二极管,当会场中设有荧光灯时,有相当大的一部分光谱落在PIN二极管的接收频带内,这就会增大接收机的噪声。为此,会场内不宜设置荧光灯等这类照明灯具。
    (2)达到接收机的红外光必须具有足够的强度,弱了会增加接收噪声。且随着接收距离的增加,红外光会越来越弱。在图3-22中非常直观地显示了这种相互的关系。在无固定位置的会场内,人员走动造成的一些阴影也会形成噪声。
    (3)噪声随通道数目的增加而加大,由于在红外系统中是利用已调频波对光强调制,不管是一个通道还是多个(10~12个)通道,光强调制的幅度是一个定值。在接收端,经光电转换后能相应解调出这个已调频波,已调频波的大小就是信号的增强大小。在限定的增强中,容纳多路时的每路场强,必定弱于单路时的场强,导致噪声的增加。
(4)通道数的增加,使得通道间的串音增加,也会导致噪声的增加。针对噪声的来源,增加辐射强度和合理地布置辐射器的数量都是有效的办法,这对接收机效能的发挥也是十分必要的。通道数量、噪声信噪比和辐射器辐射强度,已在图3-22、图3-23及图3-24中表明了这种相互关系。
图3-24 信噪比与辐射强度、通道数的关系
 
(二)最佳接收角度
    所有的红外接收机,都把光电转换体的倾角安装成45°左右。实践证明,这个角度使得接收机在各种转动和移动的情况下,都便于接收各个方向来的红外光。对提高信噪比的作用是很明显的。
(三)接收机的制式
相应于发射系统的制式,也就决定了接收系统的制式。除了光电转换部分外,实质上是一台长波调频超外差式接收机。国外中频大都采用455kHz,振荡频率高于中频。
 
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