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汽车视听系统基础 惠州华阳通用电子有限公司技术二部张自庚 第一节 汽车视听系统概述第二节 汽车视听系统的主要组成 第一节汽车视听系统概述 由于人们对乘车舒适性的要求越来越高和数字音响技术的不断发展 普通的汽车音响系统已远不能满足人们的需求 激光唱机取代磁带播放机 已成为中高档轿车音响的主流 更方便的CD MP3 VCD DVD也开始成为汽车音响的选择 同时 对音响系统信号源要求是全数字技术的 对声场环境要求具备高保真 现场感强 具有多声道的效果 对于长途旅行的乘客 车载的视听系统是旅途中消除疲劳 缓解寂寞的最佳方式 目前 在大 中型旅游客车和长途客车上基本都装备了带有卡拉OK功能的车载VCD视听系统 一些高档轿车上更是安装了车载DVD视听系统 成为了名符其实的移动影院和娱乐中心 一 汽车视听系统的组成汽车视听系统是在汽车音响的基础上增加了视频信号源 AV功能 即VCD影碟机或DVD影碟机 同时增加了显示器 由于VCD和DVD兼容CD功能 所以一般不用安装CD机汽车视听系统可分为四大部分 信号源 放大器 扬声器和显示器 信号源信号源是汽车视听系统的节目源包括 汽车收音机 调谐器 磁带放音机 CD唱机 车用VCD或DVD机等目前 普通中低档汽车视听系统的信号源主要是车用收音机和VCD机 高档轿车汽车视听系统信号源主要是收放机 车用DVD机 还可以选装MP3唱机 CD唱机CD唱机也就是激光唱机 是用来播放激光唱片的设备 它是融激光技术 精密伺服技术 微处理器技术和大规模集成电路为一体的高档音响设备 VCD影碟机VCD机是用来播放采用MPEG 1标准压缩编码的VCD激光影碟的设备VCD影碟机激光拾音器工作方式同CD激光唱机一样 机芯是通用的 目前CD机芯主要以飞利浦机芯和索尼机芯为主但由于VCD碟片上刻录的是压缩了的数字化音视信号 因此 VCD影碟机与CD激光唱机唯一不同的是增加了数字化音视信号解压功能 并分别经数模变换后输出模拟的声音和图像信号 VCD影碟机兼容了CD唱机的功能 DVD影碟机DVD是数字影碟 采用的是MPEG 2标准压缩编码 DVD影碟机解决了VCD图像清晰度不高的问题 是更高级的激光影碟机MD唱机MD是由SONY公司于1992年正式投放市场的一种音乐储存媒体 MD所采用的压缩算法是ATRAC技术 压缩比是1 5 MD又分为可录型MD 有磁头和激光磁头两个头 和单放型MD 只有激光磁头 MD是集磁 光 电 机于一体的高科技产品 它具有CD的音质和长期保存性 又具有卡带的可录可抺性 MD光碟直径为64mm 尺寸只是CD激光唱片的一半 与CD不同 MD被组装在一个70mm 70mm的保护匣子中 这样可以方便用手拿取 也可保护盘片避免震荡和灰尘 MD光碟可以储存74min 立体声 或148min 单声道 的音乐节目由于ND唱机具有体积小 可反复擦录 具有强大的编辑功能 同时具有CD唱机的音质和功能 使得MD唱机成为现代汽车视听系统的选装配置目前车用MD主要有索尼 健伍等品牌 MP3唱机MP3是压缩格式 1 10 是数码技术和网络化的产物 同时MP3也是一种计算机音频文件格式 它的特点是生成的声音文件音质接近CD 而文件大小却只有其十分之一因此 原本一张光盘只能储存约12 20首的CD格式音轨 若存放成MP3格式 则约可能储存将近100首 汽车上一般不单独安装MP3唱机 而是在CD机内集成了MP3播放功能 用于播放MP3节目目前 汽车电子系统和通讯装置正向网络化发展 装备一套具有MP3功能的音响系统 可在任何时候通过互联网下载自己喜爱的歌曲 扬声器扬声器又称为喇叭 是汽车视听系统的终端 决定着车内音响性能 扬声器的数量 口径和安装位置由汽车舒适性的要求而定 但为了能欣赏立体声 车内至少需要安装两只扬声器高档汽车视听系统为了营造车内逼真的移动影院效果 一般采用AC 3的5 1标准 在汽车的两侧车门和后部设置多个音箱 具有多声道输出功能 扬声器的主要功能是把音频信号还原成声音传达出来 而不同的声音 需要不同的喇叭来执行 一般来说 扬声器体积越大 声音越低沉 体积越小 声音越高扬声器大体可分为全音域 同轴式 组合式三大类全音域就是以一只扬声器涵盖大部分频率的声音范围 同轴式的构成是在低音扬声器的轴心上 再加一个高音或中音扬声器 形成所谓的同轴二音路或同轴三音路扬声器 在汽车上应用比较多 组合式扬声器是通过几个大大小小不同的扬声器单体 再配合上电容器 电阻 电感等电子元件形成的被动分音器 来分配不同频率范围 让大小不同的扬声器发出不同频率的声音 放大器放大器简称功放 其主要作用是将各种节目信号进行电压放大和功率放大 然后推动扬声器发出声音按功能不同又分为 前置放大器 功率放大器和环绕声放大器等类型 显示器车载显示器是视听系统必不可少的组成之一 目前轿车VCD或DVD使用的显示器一般均为液晶超薄显示器 而大型客车一般使用的是电视机 二 汽车视听系统的特点具有防振系统的CD VCD DVD汽车视听系统的CD VCD等都是激光音视设备 工作精度极高 而汽车在运行中不可避免的会产生冲击和振动 因此防振系统非常重要 目前轿车用的减振装置主要是防振悬挂系统和电子减振系统防振悬挂系统包括 拉簧 气曩 或橡胶阻尼 及硅油减振器等 具有衰减振动功能 电子减振的原理是使用了大容量的缓冲存储器预读数据例如 当播放CD音频数据时 经过CD ROM解码器或DSP的数据首先预读到缓冲存储器中 然后在CPU控制下再送入DSP 这样当激光头因振动停止读数据时 还可以从缓冲存储器中读取数据供解码器或DSP 以产生连续音乐 只要信号中断时间不大于存储时间 音乐就不会中断 达到避振的目的 具有防盗功能的控制面板许多高档汽车音响的控制面板具有熄火隐藏的功能 对于可隐藏式面板 当点火开关关闭时 原先色彩斑斓的液晶显示控制面板便会变成黑色 与仪表板同色 避免引起窃贼注意而使用可拆式面板的音响 当驾驶员离开汽车时 可以取下音响系统的控制面板 即使被盗 音响也无法使用 电话减音功能当使用车载电话时 此功能会自动调低系统声音 或使系统处于静音状态 当电话挂断后音响会自动恢复原来音量驾驶座声场模拟系统由于驾驶座不是处于声场中央位置 左方 右方的扬声器发出的声音到达驾驶者耳朵的时间不同 形成一种不平衡的声场效果 驾驶座声场模拟系统可根据驾驶者的选择 把左方 右方扬声器发出的声音延迟若干秒 模拟出一个驾驶座在中央的声场 使音质定位达到完美境界 DSP 数码信号处理器 由于各种汽车音响环境 声场都不够完美 因此需要用DSP进行声场校正 DSP的技术将重新创造出身临其境般的现场演奏会的气氛先进的防盗系统现代汽车音响具有高技术的防盗系统 可以使用密码和其它高新技术 使汽车音响被盗后无法使用 智能语音识别系统一些高档音响装备具有语音识别系统 能根据人的语音进行操作 驾驶员驾驶车辆时 能通过语音命令直接进行视听音响系统的操作与导航系统兼容的DVD VCD系统现代高档轿车的DVD VCD视听系统同时也是车载卫星导航系统的一部分 当放入数字地图光盘后 在显示器上将显示出数字地图 配合导航系统 实时指引汽车的行驶路线 可伸缩的液晶显示屏汽车视听系统的液晶显示屏为了不占据仪表板的位置 大都设计成内藏式 当需要使用显示屏时 显示屏可自动伸出 然后翻转到合适的角度便于观看具有安全功能的DVD高档轿车的DVD系统 当车辆处于行驶状态时 驾驶员仪表板处的显示屏将不会播放视频信号 以免影响驾驶员的安全行车 第二节汽车视听系统的主要组成 一 车用CD唱机车用CD唱机与普通型激光唱机的结构大体相同 由激光拾音器拾取CD唱片上的数字信号 送入信号处理系统进行解调和纠错 经数模变换器变换为模拟音频信号输出 为了拾取信号的精确 还要配置有精密机械结构和伺服系统 这些都是在唱机本身的微处理器的控制下进行的 可实现放音 暂停 快进 快退 编程放音 自动选曲 一曲或多曲重放等多种功能 操作方便 使用灵活 CD唱机由光学系统 机械系统和电信号处理系统三大部分组成光学系统用来拾取CD唱片上的各种信号 机械系统用来完成CD唱片的运转及激光拾音器的循迹运动 电信号处理系统用来处理各种电信号图为CD唱机结构图 激光拾音器激光拾音器简称 激光头 它是激光唱机的关键部件 主要是发射激光和接收由CD唱片表面反射回来的光信号并进行光电转换激光拾音器分为 三光束系统和单光束系统两种 索尼机芯多采用三光束系统 飞利浦机芯多采用单光束系统 转盘电动机驱动器CD唱片上记录的信号从里向外螺旋状分布 重放时 拾音器以1 2m s恒定线速度进行循迹扫描 当拾音器在唱片的里圈循迹时 唱片的转速很快 随着播放的进行 唱片的转速均匀变慢 这就要求驱动电动机的转速从500r min逐渐减至200r min 此工作由控制电路通过电动机驱动器来完成 数据分离器激光拾音器输出电信号经过前置放大后 送入数据分离器 数据分离器能够正确地识别0 9 3 3 m变化的几种信号的长度和彼此的间隔 从而分离出各种信号代码 并产生时钟信号 数字信号处理及数模 D A 转换器数字信号处理电路的作用是将代表音频信号的数字信号进行解码 变成音频信号处理过程是 从激光拾音器输出的电信号 首先变成标准脉冲编码 然后经数字滤波器滤除噪声 再送入D A转换器 还原成音频信号数字信号处理电路还将演奏时间 曲目等信号及激光系统的数据控制信号送到微处理器 进行系统控制 伺服系统激光唱机中的伺服系统主要是聚焦伺服 循迹伺服和进给伺服激光唱片在旋转中 由于机械结构的精度及唱片本身的翘曲 偏心等 将会在垂直方向 聚焦方向 产生 1mm的偏移 也会在径方向 循迹方向 产生 0 1mm的偏移 为了确保激光点正确地跟踪唱片的坑点轨迹 必须采用聚焦伺服和循迹伺服 聚焦伺服聚焦伺服是利用从反射光中检测出的误差信号 驱动聚焦物镜沿光轴方向移动 跟踪唱片的上下波动 使激光束准确聚焦聚焦伺服电路主要由聚焦误差检测 相位补偿及驱动电路组成如图 唱机接通电源后 开启激光的同时 由CPU发出启动信号 由聚焦控制逻辑电路输出聚焦伺服控制信号 接通聚焦搜索开关 断开聚焦误差环路开关 聚焦伺服搜索放大电路输出锯齿波搜索信号 驱动物镜致动器中聚焦线圈 强迫物镜上下移动 这就是我们通常看到的开机时物镜上下动三次 当唱片与物镜之间距离接近锁定聚焦范围时 聚焦误差被检出电路有信号输出 此时 搜索开关断开 聚焦误差环路开关接通 聚焦伺服环路闭合开始工作 聚焦误差检测系统提供物镜偏离最佳聚焦的方位和大小的信息 一经聚焦误差检出电路放大 相位补偿后变成物镜致动器中聚焦线圈的电流 产生的磁场对物镜产生垂直方向作用力 使物镜向最佳聚焦的方向移动 达到自动聚焦的目的 聚焦伺服的原理是在反射光路径中的柱面透镜使光束形成图像 图像的形状随唱片的上下波动而改变 再由四分割光电二极管组成的光检测器测定光量分布的变化情况 当聚焦准确时 四分割光电二极管上的成像为圆形 这时各光电二极管接收的光量相同 聚焦误差为零 聚焦伺服电路使拾音头的物镜保持不动如果光束聚焦不正确 形成的的检测光点将变为椭圆 使四个光电二极管受光量不相等 这时 光检测器将产生大小和极性不同的聚焦误差信号 聚焦误差信号经放大处理后 控制聚焦线移动 调节拾音器物镜在垂直方向的位置 使其聚焦准确 循迹伺服循迹伺服的原理类似于聚焦伺服 也是从反射光中提取误差信号 用来控制光点沿径向的移动 准确跟踪坑点轨迹移动 循迹伺服电路主要由循迹误差检测 相位补偿和驱动等电路组成图为循迹和进给伺服电路原理 图中的循迹伺服控制信号是用于开机后的快速自由选曲 让整个激光唱头沿唱片径向作大幅度运动 以便移动到唱片上的选定部分播放 进给伺服控制信号是根据用户在唱机面板上的按键输入信息 由微处理器发出的 其驱动输出送往进给伺服电机 通过滑动或摆动臂机构实现对激光唱头的进给控制 当选曲结束 激光唱头进入选定的循迹跟踪范围时 由微处理器发出循迹跟踪伺服控制信号接通循迹跟踪伺服环路 进入循迹跟踪伺服 循迹误差检测提供物镜偏离纹迹中心的方向和大小信息 经相位补偿和驱动等电路后变成物镜致动器中循迹跟踪线圈的电流 产生磁场作用力使激光唱头物镜径向移动 实现精确的纹迹跟踪 信息存储和控制显示系统激光唱机的信息存储和控制显示系统是为了便于操作和显示放唱时间 曲目等信息而设置的 它有放音 快进 快退 停止 暂停 记时和音量指示等多种功能 信息存储系统由微处理器组成 它可以事先编排节目次序进行存储 然后按照存储内容进行播放由于激光拾音器是通过激光从唱片上拾取信号的 所以它不仅能实现电唱盘不能做到的快进 快退 暂停等操作 还能做到快速正向 快速反向寻找乐曲段落进行重放 二 车用VCD影碟机车用VCD影碟机是构成汽车视听系统的重要组成 是移动影院的视频信号源 目前 中 大型的长途客车和旅游客车上普遍装用了车用VCD系统 而且为了使用方便 一般都配用多片式自动换片机 例如 应用较多的长宇公司生产的CA2508车用视听系统 配有松下8碟式VCD影碟机 使用二次减振结构 安装于客车内的行李架上 使用方便车用VCD DVD等激光影音装置与普通VCD DVD的结构 组成基本一致 主要区别是机芯集成度更高 结构更紧凑 具有防振功能 图为VCD影碟机的基本构成VCD影碟机主要由CD机芯 伺服电路 系统控制电路 MPEG 1解码器 PAL NTSC编码器 音频电路和RF变换器等构成 CD机芯这部分与CD机相同 主要由电路部分和机械部分组成 电路部分主要包括 光电转换电路 前置放大电路和驱动电路机械部分主要由 光盘加载部分 激光拾音器进给机构和碟片旋转机构组成 伺服电路伺服电路用于保证激光拾音器从光盘上准确地拾取信息 它包括 聚焦伺服电路 通过聚焦线圈控制激光拾音器的上下移动 保证激光聚焦在光盘上的信息轨迹面上循迹伺服电路 通过循迹线圈控制激光拾音器的水平微动 保证激光聚焦点沿着光盘上的信息轨迹移动进给伺服电路 通过进给电机驱动电路驱动进给电机 以带动激光拾音器沿着光盘上的信息轨迹从最内圈移到最外圈 或使激光拾音器进行跳跃式移动 系统控制电路 系统控制电路用于控制VCD影碟机按照用户的要求进入各种工作方式 操作电路设置在操作板上 操作板上还有红外接收器和显示器 接收遥控操作指令 显示VCD的工作方式 播放节目和时间 MPEG 1视 音频解码电路这是VCD的核心部分 主要用于将压缩的视频和音频信号还原成未经压缩的视频和音频信号 一般它具有32K的只读存储器 ROM 和4M的动态随机存储器 DRAM PAL MTSC编码器通过用户对系统控制电路操作 按照用户要求 把MPEG解码出的冖频信号编排成PAL或NTSC的电视制式信号 与彩电工作原理相同 音频电路音频D A转换器 将MPEG 1解码电路输出的数字音频信号还原成模拟音频信号RF变换器RF变换器主要用于把视频信号变换成电视广播的频道信号 三 车用DVD影碟机DVD影碟机在光盘结构和激光拾讯头机芯两个方面做了改进其光盘采用单面双层或双面双层结构 并减小了激光波长 增加了纹迹径向密度 大幅度增加了数据存储容量 车用DVD影碟机的构成DVD影碟机的构成与VCD相似 也是由 机芯 机芯电路 解码系统和控制系统组成但由于DVD碟片结构与VCD不同 因此 DVD的机芯 伺服电路也与VCD机不同 图为DVD影碟机的基本构成 机芯包括激光拾音器 RF前置放大 数字伺服控制电路几部分DVD机芯激光拾音器上的激光二极管的激光波长为650mm 635mm CD VCD的激光波长为780mm 其目的是为了兼容播放DVD和VCD CD碟片日本松下和先锋等公司的DVD采用双聚焦式激光拾音器 利用全息一体化球面成形技术 使激光拾音器的物镜起到两个透镜的作用 形成两个激光点 分别读取DVD和VCD信号 东芝公司采用双物镜式激光拾音器