Mejora de la calidad de un transmisor de audio óptico

Conecté un dispositivo muy simple en el que uso un transformador de señal de audio (EI14) para modular la intensidad de un rayo láser (un diodo barato de 650 nm y 5 mW) de acuerdo con la salida de audio de mi teléfono. Luego, el láser es recibido por una fotorresistencia (G5528 A205) conectada a la toma del micrófono de mi computadora portátil. Con esta configuración puedo transmitir audio entre los dos dispositivos.

No en vano, los resultados no son sorprendentes. La calidad del audio es menos que cristalina, pero eso era de esperar. Aquí hay un ejemplo .

Mi principal preocupación de que este sistema pueda estar fundamentalmente limitado es que no son los datos que estoy enviando, a partir de los cuales se podría recrear el audio; lo que estoy enviando es solo una "amplitud" en tiempo real. De hecho, estoy sorprendido de lo bien que funcionó, ya que mi intuición es que la música consiste en un rango de frecuencias de Fourier y cada punto de la duración de la canción se compone de alguna combinación de esas frecuencias en las amplitudes correspondientes. Al mismo tiempo, con un haz monocromático, estoy limitado a variar el brillo de mi haz y, por lo tanto, solo puedo enviar una amplitud en un momento dado, es decir, solo la información sobre una de las frecuencias de Fourier (¿presumiblemente la dominante? ) se puede transmitir. ¿Es este razonamiento fundamentalmente correcto? ¿Significa eso que un haz monocromático puede?

Mis otras preguntas son: ¿qué mejoras en mi configuración muy simple son posibles para mejorar la calidad del audio? ¿Cuáles son los factores limitantes? ¿Es incluso posible obtener una calidad razonable en tal sistema?

only the information about one of the Fourier frequencies can be transmitted... eso es incorrecto ... lo que está enviando, en efecto, es la amplitud de desviación del cono del altavoz. ... se envía a un altavoz con un cono sin masa. la señal contiene múltiples frecuencias en todo momento (excepto si envía una onda sinusoidal pura, por supuesto)
use un filtro óptico sobre el receptor que excluya todas las frecuencias de luz, excepto el láser... ejecútelo en total oscuridad... convierta la señal analógica en digital
@jsotola ¡Ya veo! Me preguntaba qué es lo que se envía en realidad; Tenía dudas sobre mi teoría porque, ¿cómo diablos se tomaría la decisión sobre qué frecuencia se está enviando? Lo ejecuté en la oscuridad pero no pareció hacer mucha diferencia. ¡Pensaré en el filtro sin embargo! Muy apreciado. ¿Podría ampliar la conversión de analógico a digital? ¿En qué paso tendría lugar esa conversión?
@Piotr No existe tal cosa como "qué frecuencia debe enviarse". Una señal de audio es solo amplitud versus tiempo. Las frecuencias son algo en lo que puede pensar al analizar señales de audio, pero en realidad no son la señal en sí. Si piensa en un altavoz, no hay un altavoz separado para cada frecuencia, hay un altavoz que se mueve hacia adentro y hacia afuera. (Los altavoces de gama alta pueden tener dos, que están optimizados para diferentes frecuencias, pero nuevamente, eso requiere algún tipo de procesamiento de señal para que eso suceda)

Respuestas (3)

Solo señalaré un contribuyente a su distorsión de audio:

ingrese la descripción de la imagen aquí

Figura 1. Extracto de la hoja de datos de PGM 5506 .

No proporcionó un enlace a su hoja de datos LDR, pero probablemente sea similar a la anterior. Como puede ver, los tiempos de respuesta son de decenas de milisegundos, por lo que, en el mejor de los casos, solo pueden responder razonablemente bien a unos 20 Hz. Cualquier cosa por encima de eso estará "limitada en la velocidad de giro", lo que significa que un cambio de paso en la intensidad de la luz dará una respuesta muy parecida a una curva de carga / descarga de resistencia-condensador (RC).

ingrese la descripción de la imagen aquí

Figura 2. Curvas de carga/descarga RC para una señal de entrada de onda cuadrada. Fuente: EEEGuide1 . El LDR dará una respuesta similar aunque el trazo inferior puede estar invertido dependiendo de cómo lo haya conectado a la entrada del receptor.

Es posible que deba avanzar a una solución de fototransistor o fotodiodo.

Otra cosa: debe tener un condensador de desacoplamiento de CC entre su receptor y la entrada de micrófono de su computadora portátil. Esto eliminará cualquier componente de CC y puede prolongar la vida útil de su computadora portátil.

Gracias por una gran respuesta. Soy muy fresco cuando se trata de electrónica; si cambio a un fototransistor, como este , que tiene una respuesta 3 órdenes de magnitud más rápida y debería cubrir bien las frecuencias de audio, ¿tengo que preocuparme por la amplitud de la señal recibida? ¿La tarjeta de sonido de mi computadora portátil hará el trabajo de amplificar la entrada o debo hacerlo yo mismo?
Tienes mucho trabajo que hacer. Tiene todo tipo de problemas que resolver, incluida la prevención de la saturación del fototransitor a alta potencia del láser, etc. No he construido nada similar, pero debería encontrar ayuda en la web.

Creo que el problema puede tener más que ver con el comportamiento no lineal del diodo láser que con cualquier otra cosa. Creo que necesitaría aplicar algo de compresión de audio a la señal que modula el diodo láser para obtener una salida más lineal.

¿Quiere decir que si supiera de qué manera exactamente mi señal no es lineal, podría corregir eso sesgando mi señal de modulación? ¡Eso suena interesante!
Más o menos, sí. Un LED tiene una curva V/I no lineal característica cuando está polarizado hacia adelante. Su salida de luz es una relación lineal con la corriente, pero no con el voltaje. Le está poniendo una señal de audio lineal (voltaje), pero el voltaje produce una corriente decididamente no lineal en el diodo: básicamente se satura muy rápidamente, recortando efectivamente los picos de su señal. Investigue un poco sobre los circuitos de compresión de audio.

Toda la distorsión es probable en su modulación de corriente no lineal con un transformador en lugar de una fuente de corriente controlada por voltaje linealingrese la descripción de la imagen aquí

Mejora de la calidad de un transmisor de audio óptico
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v