CN102496362A - 语音监听的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种语音监听的设备和方法。该语音监听设备包括：机械振动传感模块，用于感知由于原始语音而引起的墙体、地面或两者的固体附着物的机械振动信号，并将该机械振动信号转换为电信号；信号处理模块，与机械振动传感模块相连接，用于从电信号中还原出原始语音。本发明中，获取语音信号不再需要在室内预先安装传感器，减少暴露的可能性，同时该方法主动性强，可以随时改变探测的位置。

Description

语音监听的设备和方法

技术领域

本发明涉及机电行业监听技术领域，尤其涉及一种利用语音引起的墙体或其他物体的机械振动来进行语音监听的设备和方法。

背景技术

目前大部分语音监听方法需要把麦克风等语音传感设备预先安装在室内，由于需要在室内安装传感头，需要对要监听的人员入住那个房间有一个预判，同时安装在室内的传感设备容易暴露，带来风险。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为解决上述的一个或多个问题，本发明提供了一种利用语音引起的墙体或其他物体的机械振动来进行语音监听的设备和方法，以提高语音监听设备的有效性。

(二)技术方案

根据本发明的一个方面，提供了一种语音监听设备。该语音监听设备包括：机械振动传感模块，用于感知由于原始语音而引起的墙体、地面或两者的固体附着物的机械振动信号，并将该机械振动信号转换为电信号；信号处理模块，与机械振动传感模块相连接，用于从电信号中还原出原始语音。

优选地，本发明语音监听设备中，机械振动传感模块包括：探针，其尖端抵触与墙体、地面或两者的附着物上，用于感知由于语音而引起的机械振动信号；压电陶瓷，连接于探针的后端，用于利用探针对其的压力变化而将机械振动信号转换为电信号。优选地，压电陶瓷为圆片状，探针以焊接方式连接于圆片状压电陶瓷的中心。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种语音监听方法。该方法包括：感知由于原始语音而引起的墙体、地面或两者的固体附着物的机械振动信号；将机械振动信号转换为电信号；从电信号中还原出原始语音。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明语音监听设备和方法具有如下优点：

(1)通过采用该方法，获取语音信号不再需要在室内预先安装传感器，减少暴露的可能性，同时该方法主动性强，可以随时改变探测的位置；

(2)由于探针与墙体接触面小，并且为硬接触，所以噪声信号小，探针与压电陶瓷采用焊接方式连接，能把墙体振动信号最大的传递给压电陶瓷，不会引起语音失真；

(3)本发明对墙体本身固有振动频率通过语音处理电路做了处理，不会再有墙体本身的固有噪声，极大的提高了性噪比；

(4)本发明所选用器件均为性能稳定的低成本的成熟器件，因此成本低，适用范围广。

附图说明

图1是本发明语音监听设备中机械振动传感模块的结构示意图；

图2是本发明语音监听设备中信号处理模块的电路结构图；

图3为本发明语音监听方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于上述值。为便于理解，对本发明涉及的部件进行编号：

U1-探针；                  U2-压电陶瓷；

U3-麦克风前置放大电路；    U4-音频放大电路；

U5-语音处理电路；          U6-功放电路。

首先，对本发明的原理进行简单说明。本发明尤其涉及一种用于隔墙语音监听的设备，当人在室内说话时，语音引起墙体振动时，在帖服在室外的探针感知到信号经压电陶瓷以及处理电路，可以还原出室内语音信号。

在本发明的一个示例性实施例中，提供了一种语音监听设备。该语音监听设备包括：机械振动传感模块和信号处理模块。其中，机械振动传感模块，用于感知由于原始语音而引起的墙体、地面或两者的固体附着物的机械振动信号，并将该机械振动信号转换为电信号。信号处理模块，与机械振动传感模块相连接，用于从电信号中还原出原始语音。

传统的语音监听设备采用的为由麦克风感知由于语音而产生的空气的振动，因此，麦克风需要预先安装在室内；而在本实施例中，语音监听设备感知的为墙体、地面或两者的固体附着物的机械振动，因此，可以随时根据监听的需要，将监听设备按照的待监听房间的外侧墙壁、临近房间的地方或其他位置，从而方便了使用。

本实施例中，机械振动传感模块包括探针(U1)和压电陶瓷(U2)。图1是本发明语音监听设备中机械振动传感模块的结构示意图。如图1所示，探针(U1)尖的一端与墙体接触，而另外一端与压电陶瓷(U2)的金属基底(负极)相连接，在压电陶瓷的负极和陶瓷面(正极)分别引出连接导线1和导线2，导线1和导线2连接到图2中的麦克风前置放大电路(U3)。优选地，探针(U1)与压电陶瓷(U2)之间采用焊接方式连接，探针焊接在圆片压电陶瓷的金属面的圆心。

其中，探针尖端的尺寸小于1mm；长度约3cm；探针的材料为石英或金属。此处，金属可以为铁、钢、铜等硬质金属。上述压电陶瓷为在市场上采购的压电陶瓷片，其直径小于10cm；厚度小于3cm；材料为钛酸钡、锆钛酸铅、偏铌酸钾钠或偏铌酸锶钡。本领域技术人员应当了解，探针及压电陶瓷的尺寸和材料也可以根据需要进行调整，并不以此为限。

在机械振动传感模块中，通过探针(U1)感知外界振动信号并传递给压电陶瓷(U2)，通过压电陶瓷把振动压力信号转换成为电荷信号，该电信号进入麦克风前置放大电路(U3)。

本实施例中，信号处理模块包括：麦克风前置放大电路(U3)；音频放大电路(U4)；语音处理电路(U5)；功放电路(U6)。图2是本发明语音监听设备中信号处理模块的电路结构图。如图2所示，压电陶瓷(U2)所引出的导线1和导线2分别连接到图2中的麦克风前置放大电路(U3)(采用INA217芯片组成的音频放大电路)中的1和2端，通过麦克风前置放大电路(U3)把电荷信号转换为电压信号，输出到音频放大电路(U4)，通过音频放大电路(U4)对200Hz以上的交流信号进行放大，而对200Hz以下的交流信号不进行放大处理，对低频信号起到抑制作用，通过音频放大电路(U4)后进入语音处理电路(U5)即低通滤波电路，滤除3KHz以上的信号，从而实现语音信号范围在200Hz-3KHz之间(语音信号的频率介于200Hz-3KHz之间；对应墙体、地面或其附着物的机械振动频率也200Hz-3KHz之间，相应电压信号的频率也介于200Hz-3KHz之间)。通过语音处理电路(U5)的信号进入功放电路(U6)，在功放电路中，通过采用调节该电路中3端的R的阻值实现声音大小的调节。同时通过该电路驱动扬声器，实现语音输出。

如图2所示，麦克风前置放大电路U3包括：运算放大器INA217及两个电容(C1，C2)。运算放大器的两个输入端分别通过电容C1和C2与压电陶瓷的两个输出端相连接。

如图2所示，音频放大电路U4中，运算放大器LM351的正信号输入端与上述运算放大器INA217的输出端相连接；其负信号输入端分为两路，一路通过电阻R1(200Ω)和电容C3(1uF)与地连接，另一路通过电阻R2(10KΩ)与该运算放大器LM351的输出端相连接。

如图2所示，语音处理电路U5包括：第一个270kΩ电阻一段与U4中的LM351输出相连，另一端与第二个270KΩ\130KΩ\560PF的电阻电容相连，第二个270KΩ电阻与130pf的电容一起连接到LM351的输出管脚上，130pF、2nF的电容同时与130Kω、47K的电阻连接到LM351的正输入端，LM351的负输入端以及560pF电容的另一端接地。

如图2所示，功放电路U6包括：U5中LM351的输出端与10KΩ的可变电阻器相接，可变电阻的一个管脚与地相接，另一个与功放LM386的正输入相连，LM386的负输入接地，其1、8脚之间串接1.2KΩ的电阻和10UF的电容，0.1UF的电容一段接LM386的7脚，另一端接地，功放的输出端接250UF的电容，电容与耳机相连。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种语音监听方法。图3为本发明实施例语音监听方法的流程图。如图3所示，本实施例方法包括：

步骤S302，探针的尖端抵触与墙体、地面或两者的附着物上，感知由于语音而引起的机械振动信号；

步骤S304，连接于探针后端的压电陶瓷利用探针对其的压力变化而将机械振动信号转换为电信号，其中，探针以焊接方式连接于圆片状压电陶瓷的中心；

步骤S306，麦克风前置放大电路将压电陶瓷输出的电荷信号转换为电压信号；

步骤S308，滤波电路对电压信号进行滤波，以滤除语音频率以外的电压信号；

步骤S310，功放电路将滤除语音频率以外的电压信号之后的电压信号还原为原始语音。

经过实验，本发明语音监听设备的灵敏度高，探针的位置与语音声源的位置的距离小于5米的情况下，可以探测到墙体厚度为50cm的房间内声音强度为70db语音信号；工作频率范围为音频范围。与现有技术相比，本发明语音监听设备具有如下优点：

(1)通过采用该方法，获取语音信号不再需要在室内预先安装传感器，减少暴露的可能性，同时该方法主动性强，可以随时改变探测的位置；

(2)由于探针与墙体接触面小，并且为硬接触，所以噪声信号小，探针与压电陶瓷采用焊接方式连接，能把墙体振动信号最大的传递给压电陶瓷，不会引起语音失真；

(3)本发明对墙体本身固有振动频率通过语音处理电路做了处理，不会再有墙体本身的固有噪声，极大的提高了性噪比；

(4)本发明所选用器件均为性能稳定的低成本的成熟器件，因此成本低，适用范围广。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种语音监听设备，其特征在于，包括：

机械振动传感模块，用于感知由于原始语音而引起的墙体、地面或两者的固体附着物的机械振动信号，并将该机械振动信号转换为电信号；

信号处理模块，与所述机械振动传感模块相连接，用于从所述电信号中还原出所述原始语音。

2.根据权利要求1所述的语音监听设备，其特征在于，所述机械振动传感模块包括：

探针，其尖端抵触与所述墙体、地面或两者的附着物上，用于感知由于语音而引起的机械振动信号；

压电陶瓷，连接于所述探针的后端，用于利用探针对其的压力变化而将所述机械振动信号转换为电信号。

3.根据权利要求2所述的语音监听设备，其特征在于，所述压电陶瓷为圆片状，所述探针以焊接方式连接于所述圆片状压电陶瓷的中心。

4.根据权利要求3所述的语音监听设备，其特征在于，所述探针的材料为石英或金属；所述压电陶瓷为钛酸钡、锆钛酸铅、偏铌酸钾钠或偏铌酸锶钡。

5.根据权利要求3所述的语音监听设备，其特征在于，所述探针尖端的尺寸小于1mm；长度为3cm；所述压电陶瓷的直径小于10cm；厚度小于3mm。

6.根据权利要求2所述的语音监听设备，其特征在于，所述信号处理模块包括：

麦克风前置放大电路，其两输入端分别连接于所述压电陶瓷的正极和负极，用于将所述压电陶瓷输出的电荷信号转换为电压信号；

滤波电路，与所述麦克风前置放大电路的输出端相连接，用于对所述电压信号进行滤波，以滤除语音频率以外的电压信号；

功放电路，与所述滤波电路相连接，用于将滤除语音频率以外的电压信号之后的电压信号还原为原始语音。

7.根据权利要求6所述的语音监听设备，其特征在于，所述滤波电 路包括：

音频放大电路，与所述麦克风前置放大电路的输出端相连接，用于抑制预设语音下频率以下的低频电压信号；

语音处理电路，与所述音频放大电路相连接，用于滤除预设语音上频率以上的高频电压信号。

8.根据权利要求7所述的语音监听设备，其特征在于：所述预设语音下频率为200Hz；所述预设语音上频率为3KHz。

9.一种语音监听方法，其特征在于，包括：

感知由于原始语音而引起的墙体、地面或两者的固体附着物的机械振动信号；

将所述机械振动信号转换为电信号；

从所述电信号中还原出所述原始语音。

10.根据权利要求9所述的语音监听方法，其特征在于，

所述感知由于原始语音而引起的墙体、地面或两者的固体附着物的机械振动信号包括：探针的尖端抵触与所述墙体、地面或两者的附着物上，感知由于语音而引起的机械振动信号；

所述将机械振动信号转换为电信号包括：连接于所述探针后端的压电陶瓷利用探针对其的压力变化而将所述机械振动信号转换为电信号。

11.根据权利要求10所述的语音监听方法，其特征在于，所述压电陶瓷为圆片状，所述探针以焊接方式连接于所述圆片状压电陶瓷的中心。 

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