CN1241107A - 数字式电－声换能器 - Google Patents

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Abstract

一种用于在噪声环境下改善声音的语音质量的数字式电－声换能器。多个声音产生单元A和一个声音接收单元B设置在一个隔音壳体的空腔内。单元A设置在一个反馈回路中,单元B的输出由前置放大器调节。前置放大器的输出由取样保持电路取样,其输出由△调制电路进行△调制。该电路产生的脉冲数目用于运算电路中的运算、以产生用于单元A的驱动信号。另外,从信号端提供的声频信号叠加到单元A的驱动信号上、并发射到该空腔中。

Description

数字式电-声换能器
本发明涉及一种常规的处理声音的信息通信设备、电声设备、测量设备及系统中的声频输出设备，尤其涉及一种在通信中使用的抗噪声或防噪声型的数字式电-声换能器，该换能器在噪声环境下从数字化设备或系统接收声频信号、并产生声音。
迄今为止，在噪声环境下用声音或语音进行通信时，有一种方法其中在传送端采用一种近讲或消噪声的传声器。另外，如“建筑声学手册”(Gihodo，1963)所述，防噪声型接收器常用于接收端。图5示出这种接收器的结构。图5中，标号11表示隔音壳体壳体，12表示接收器主体，13表示压垫。外部噪声被隔音壳体11隔离而减小强度并到达耳朵。
但是，为了得到满意的隔音效果，常规防噪声型接收器的整体体积和重量很大。因此，配戴和操作该接收器较困难。另外，在配戴接收器时，压垫戴在耳朵上以盖住耳廓。此时，当作用在耳朵上的压力增加时，头部感觉不舒服。当压力减小时，声音尤其是低频声音从隔音壳体泄漏，并且不能得到充分的声绝缘。
另外，JP-A-10-126886公开了一种数字式耳机，其中，静电式电声换能器的电极被分成1∶2∶4∶8∶...并被绝缘以对应于一数字信号的多个位，以及一种使用该数字式耳机的数字式传声器。但是，根据该文件，由于在耳机和传声器中共用一个振动板，耳机和传声器的电极必须都设置在振动板附近，因此其结构较复杂。
本发明的一个目的是提供一种具有良好适配性和满意的声绝缘效果的抗噪声的数字式电-声换能器，以解决已有技术中的上述问题。本发明的另一个目的是提供一种结构简单且易于制造的数字式电-声换能器。
为了实现上述目的，本发明的数字式电-声换能器包括多个声音产生单元、用于将电信号转变成声音，至少一个声音接收单元、根据作用在振动膜上的声压产生输出信号，一个具有空腔的壳体、其中装有多个声音产生单元和至少一个声音接收单元，驱动装置、根据驱动信号驱动多个声音产生单元，调制装置、根据该输出信号的振幅变化对至少一个声接收单元的输出信号抽样以产生一个脉冲，和驱动信号准备装置、用于计算一个运算信号，该运算信号根据来自调制装置的脉冲使至少一个声音接收单元输出信号的振幅减小、并将外部施加的数字声频信号叠加在该运算信号上而制成提供给驱动装置的驱动信号。
附图说明
图1是表示本发明实施例的电-声换能器电路结构的方框图；
图2A和2B是分别表示本发明实施例的电-声换能器外壳部分的正视图和剖视图；
图3A和3B是分别表示用于本发明实施例的电-声换能器的单元A的正视图和剖视图；
图4A和4B是分别表示用于本发明实施例的电-声换能器的单元B的正视图和剖视图；
图5A和5B是分别表示普通电-声换能器外壳部分的正视图和剖视图。
图1示意性地说明了本发明实施例的数字式电-声换能器。在图1中，数字21表示形成一个空腔的隔音壳体，22表示由多个声音产生体构成的单元A，23表示由一个声音接收传声器构成的单元B，24表示前置放大器，25表示取样保持电路，26表示Δ调制电路，27表示运算电路，28表示信号输入端，29表示驱动信号提供电路，30表示电极驱动电路，31表示电极驱动电源。
图2A和2B表示该实施例电-声换能器的隔音壳体结构、由该壳体形成的空腔和位于空腔内的单元A和B。在图2A和2B中，数字33表示单元A，34表示单元B，35表示隔音壳体，36表示耳垫，37表示信号缆。单元A 33和单元B 34的结构分别示于图4A和4B。在图3A和3B中，数字40表示外壳，41表示振动膜，42表示驱动电极。在图4A和4B中，数字50表示外壳，51表示振动膜，52表示检测电极，53表示阻抗转换电路。单元A被分成一个单元A、两个单元A、四个单元A、八个单元A、...分别与20、21、22、23、...相对应的小组。单元B是单个的。
在该实施例中，用电晕簇射(corona shower)使电荷至少附加到单元A 33的驱动电极和单元B 34的检测电极的相应表面的部分，以形成氟树脂膜或层，在该膜或层中形成驻极体。
另外，各导电振动膜41和51包括一个附着导电物质的表面和另一表面，在另一表面上由电晕簇射施加电荷以形成带有驻极体的氟树脂膜或层。此外，各导电振动膜41和51可由两个膜构成，每个膜具有一个附着导电物质的表面和施加电荷而形成驻极体的另一表面，两个膜各自的一个表面彼此相对地粘在一起。作为一个改型，各导电振动膜41和51可由两个膜构成，每个膜具有一个附着电荷而形成驻极体的表面、且两个膜各自的该一个表面彼此相对地粘在一起。
下面结合图1说明实施例的数字式电-声换能器的工作。静电电-声换能器单元A 22和静电-声换能器单元B 23分别由电容扬声器和电容传声器构成。电容扬声器和电容传声器是众所周知的。人们知道，传声器的输出电压与振动膜上声压引起的振动膜的位移以及驻极体的表面电位(或极化电压)成比例。如所知道的电容扬声器的输出声压与静电地加在振动膜上的驱动力成比例，其幅值由驻极体表面电位(或极化电压)与外加的信号电压和与振动膜相对的驱动电极的面积尺寸的乘积确定。
于是，相应组中单元A的数目根据按以下比例的数字信号位的数字位置确定：
20∶21∶22∶23∶24∶…＝1∶2∶4∶8∶16∶…
当位出现时，有关单元组中的单元A与具有固定电压的电极驱动电源连接，使驱动力加在其上。于是，具有与数字信号的数字值相应振幅的声压的声音在该空腔内发射。整个信号在空腔内产生的声压振幅由下式给出：
b0·20+b1·21+b2·22+…
其中b0，b1，b2，…是0或±1
特别是，电-声换能与由单元A进行的数-模转换同步进行。此时，当假设所施加的数字电信号对所有数字位置具有固定的电压、并具有充分高的时钟频率时，驱动力的频率特性可认为是平直的。既使当给单个数字位置提供的电压与相应组中单元A的数目的乘积按上述比例设置，也可得到相同的操作。由于空腔尺寸小于所用频率范围内的波长，因此认为空腔内的声压在各处都是均匀的。
上述空腔内发射的声音由单元B的振动检测电极检测。检测电极连接到一个终端，振动膜的振动位移信号从该终端获得。该检测的振动位移信号被前置放大器24放大，而后在取样保持电路25中由高速时钟信号取样(输入取样)。该取样信号的值与先前在Δ调制电路26中取样的信号值进行比较，以得出它们之间的差值。当该差值大于预定阈值电平时，Δ调制电路26产生一个+1的输出脉冲，当该差值小于预定阈值电平时，Δ调制电路26产生一个-1的输出脉冲。当该差值在阈值范围内时，不产生输出脉冲。即，进行Δ调制操作。得出的+1，-1或0的输出脉冲被看作是提供给运算电路27的二进制信号。运算电路27累加该输出脉冲值并得出新的操作信号。在JP-A-10-126886中详细地说明了这一操作，其全部内容在此引作参考。
当没有数字声频信号从外部提供给信号输入端时，只有作用在单元B的振动膜上的声压驱动力所产生的信号提供到运算电路27。驱动信号提供电路29对由运算电路27通过与电-声换能器同外部连接的接口匹配的时钟所产生的二进制信号取样(输出取样)，并将该取样输出以预定格式作为电极驱动信号提供给电极驱动电路30。来自驱动电源31的电能提供给电极驱动电路30。
从输入取样到该累加所用的时钟信号频率可设置为输出取样后该时钟信号频率的两倍或多倍，从而得到模拟信号与电数字信号声音之间的直接转换。另外，从外部进入空腔的噪声在单元B的振动膜表面产生的声压和从单元A发射的响应于从运算电路27经驱动信号提供电路29和电极驱动电路30所提供的信号的复合声压在一个误差范围内平衡，使得声音在空腔内被偏移。单元B的输出始终在运算电路27中被控制，使得该输出最小化，因此从理论上说，误差处在数字信号最低有效位的范围内。另外，数字声频信号提供到数字输入端28以便叠加到运算电路27中的运算信号上，从而实现采用声音传输的通信。
如上所述，根据本发明，在盖住耳朵的耳廓的空腔内的声压被检测，将声压发射入该空腔以偏移被检测的声音，从而使到达耳朵的声音减小。发射的声频信号叠加到射入空腔的声压，从而实现使用声音传输的通信。由于假定进入空腔的噪声达到一定的等级，因此既使接收器较轻且配合压力较弱，仍可得到充分的声绝缘效果，于是可实现具有良好的适配性和良好的声绝缘效果的隔音数字式电-声换能器。当不接收信号时，该换能器可用作所谓的耳罩。

Claims (16)

1.一种数字式电-声换能器，其特征在于：
多个声音产生单元，用于将电信号转换成声音；
至少一个声音接收单元，根据作用在振动膜上的声压产生一个输出信号；
一个具有一空腔的壳体，该空腔中容放所述的多个声音产生单元和所述至少一个声音接收单元；
驱动装置，根据驱动信号驱动所述的多个声音产生单元；
调制装置，根据所述的输出信号的振幅变化对所述至少一个声音接收单元的输出信号取样；
驱动信号准备装置，用于计算运算信号、该运算信号根据从所述调制装置提供的脉冲减小所述至少一个声音接收单元的输出信号的振幅，以及将外部提供的数字声频信号叠加在所述的运算信号上、从而产生提供给所述驱动装置的所述驱动信号。
2.一种如权利要求1的数字式电-声换能器，其特征在于，在每个所述的多个声音产生单元中包括：
一个导电的振动膜；和
至少一个静电驱动电极与所述的导电振动膜相对设置、且基体平行于该导电振动膜。
3.一种如权利要求1的数字式电-声换能器，其特征在于，所述的至少一个声音接收单元包括：
一个导电的振动膜；
至少一个振动检测电极与所述的导电振动膜相对设置、且基体平行于该导电振动膜；和
一个与所述的振动检测电极电连接的阻抗转换电路。
4.一种如权利要求1的数字式电-声换能器，其特征在于，所述的驱动装置包括：
一个电极驱动电源；和
一个电极驱动电路，用于将包含在所述多个声音产生单元中的多个声音产生单元组中的每一组与所述的电极驱动电源连接和切断；
其中，包含在多个声音产生单元组中每一组中的声音产生单元的数目与2n成比例，这里n是0，1，2，3...，于是声音产生单元的各数目与数字信号的相应位的位置对应。
5.一种如权利要求1的数字式电-声换能器，其特征在于，所述的驱动装置包括：
多个电极驱动电源；
一个电极驱动电路(30)，用于将包含在所述多个声音产生单元中的多个声音产生单元组中的每一组与所述的多个电极驱动电源中的相应之一连接和切断；
其中，包含在多个声音产生单元组中每一组中的声音产生单元的数目和所述多个驱动电源中相应之一的乘积与2n成比例，这里n是0，1，2，3...，于是各个乘积与数字信号的相应位的位置对应。
6.一种如权利要求1的数字式电-声换能器，其特征在于，所述的调制装置包括：
一个前置放大器，用于放大所述声音接收单元的输出信号；
一个取样保持电路，利用预定的时钟频率对所述前置放大器的输出信号取样；和
一个Δ调制电路，用于获取已取样的输出信号值与刚取样的值之间的差值，并将该差值与一预定阈值比较、从而得到编码脉冲“+1”、“-1”和“0”中的一个。
7.一种如权利要求6的数字式电-声换能器，其特征在于，所述的驱动信号准备装置包括：
一个运算电路，用于将从所述Δ调制电路输出的所述编码脉冲累加为二进制数值，并将所述外部提供的数字声频信号叠加到该累加的二进制数值；和
一个驱动信号提供电路，响应与用于所述数字式电-声换能器和外部之间连接的接口相匹配的时钟、对从所述运算电路输出的信号取样，并将该取样信号作为所述驱动信号以预定格式提供给所述的驱动装置。
8.一种如权利要求1的数字式电-声换能器，其特征在于：
所述的至少一个声音接收单元检测所述空腔内的声压；和
所述的驱动信号准备装置根据所述的声压检测制成所述的驱动信号，使得在没有外部施加的数字声频信号时、在误差范围内、所述空腔内的声压减小到零。
9.一种如权利要求1的数字式电-声换能器，其特征在于，电荷至少施加到所述多个声音产生单元的静电驱动电极各表面的一部分和所述至少一个声音接收单元的振动检测电极的部分、从而形成一个膜，在该膜中形成驻极体。
10.一种如权利要求9的数字式电-声换能器，其特征在于，所述的膜包括氟树脂膜，用电晕充电器使该氟树脂膜附着电荷。
11.一种如权利要求1的数字式电-声换能器，其特征在于，所述多个声音产生单元和所述至少一个声音接收单元的各导电振动膜包括一个膜，所述的膜具有一个附着导电物质的表面、和另一个附着有电荷并形成驻极体的表面。
12.一种如权利要求11的数字式电-声换能器，其特征在于，所述的膜包括氟树脂膜，使用电晕簇射使该氟树脂膜附着电荷。
13.一种如权利要求1的数字式电-声换能器，其特征在于，所述多个声音产生单元和所述至少一个声音接收单元的各导电振动膜包括两个膜，每个膜具有一个附着导电物质的表面、和另一个附着有电荷并形成驻极体的表面，所述的两个膜中附着有导电材料的那一个表面彼此相对并粘接所述的两个膜。
14.一种如权利要求13的数字式电-声换能器，其特征在于，所述两个膜中的每一个膜包括氟树脂膜，使用电晕簇射使该氟树脂膜附着电荷。
15.一种如权利要求1的数字式电-声换能器，其特征在于，所述多个声音产生单元和所述至少一个声音接收单元的各导电振动膜包括两个膜，每个膜具有一个附着有电荷并形成驻极体的表面，所述的两个膜中附着有电荷的那一个表面彼此相对并粘接所述的两个膜。
16.一种如权利要求15的数字式电-声换能器，其特征在于，所述两个膜中的每一个膜包括氟树脂膜，使用电晕簇射使该氟树脂膜附着电荷。
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