专利名称：一种音频信号的发生装置及方法
技术领域：
本发明涉及音频技术领域，尤其涉及一种音频信号的发生装置及方法。
背景技术：
听觉处理包含声响感知以及频率分拣、定位、注意、分析、存储和检索、听觉辨别、理解以及听觉合成和归纳等。有效的听觉处理对于讲话、语言、阅读、书写以及学习和记忆新信息的能力都至关重要。
由于婴儿在子宫中就可以接触到声响和振动，所以很早就能够形成有效的听觉处理。同样，听觉解码问题、听觉时间处理缺陷、听觉记忆困难以及听觉综合问题等听觉处理失调问题也能在婴儿和儿童时期出现。
外耳接收到听觉刺激，或者说声波，并将其输送到耳道，听觉刺激(声波)导致鼓膜发生振动，此时，听觉处理就开始了，这种由空气传播的震动有中耳的三块骨头锤骨、砧骨和镫骨传送到耳蜗的卵圆窗，或者说内耳。中耳的肌肉-鼓张肌和镫骨张肌-附着在锤骨和镫骨上，其固定和保护作用，这些肌肉会对较高的声音做出收缩反应，从而抑制强烈振动的有效传输，起到保护耳蜗的作用。
声能转换为神经活动的过程在耳蜗中发生，耳蜗中的毛细胞刺激脊神经节的神经元，使听觉信息传导到大脑，并最终进入听觉皮层，语言和声音在听觉皮层中被编码、组织、翻译和理解。
因此，需要一种非侵入式的系统来改进和/或增强听觉处理，这里所说的听觉处理依靠神经系统的某些部分，如大脑和听觉处理路径，来修改他们的功能特征对随时对特定的刺激做出反应。满足存在感官缺陷的人或健康人的需求。同时这种系统还需要适合儿童使用，另外，这种听觉增强系统还应不需要专业实施和监督。
发明内容
本发明的目的在于提出一种音频信号的发生装置及方法，能够产生一种基频、音色和强度按照一定规律变化的音响，人耳接收这种音响，能够达到改进人耳听觉能力的目的。
为达此目的，本发明采用以下技术方案一种音频信号的发生装置，其特征在于，包括数字变频音发生器1、按钮2、时钟3、数模转换器4、低通滤波器5、功率放大器6、音量调节电阻7和耳机8，所述按钮2和所述数字变频音发生器1连接，用于向数字变频音发生器1输入工作模式，所述时钟3与所述数字变频音发生器1连接，用于向所述数字变频音发生器1输入时钟信号，所述数字变频音发生器1输出的数字音频信号经过所述数模转换器4转为模拟信号，在经过所述低通滤波器5滤波和所述功率放大器6的放大后由所述耳机8播放，所述音量调节电阻7与所述功率放大器6连接，用于调节放大功率，实现音量调节。
所述数字变频音发生器1进一步包括计时器9、频率存储器10、音色存储器11、响度存储器12、变频器13、波形发生器组14、波形选通器15和乘法器16，所述计时器9与所述时钟3连接，用于接收所述时钟3的时钟信号，并与所述频率存储器10、音色存储器11和响度存储器12分别连接，用于输出数字脉冲信号，所述按钮2分别所述频率存储器10、音色存储器11和响度存储器12连接，所述变频器13一端分别与所述时钟3和所述频率存储器10连接，用于接收指定频率，另一端连接所述波形发生器组14，用于发送输出指定频率的脉冲信号，所述波形选通器15的输入端分别连接所述音色存储器11和波形发生器组14，用于接收波形采样值和波形编号，输出端连接所述乘法器16，所述乘法器16的输入端还与所述响度存储器12连接，用于接收响度值，输出端与所述数模转换器4连接，用于输出数字音频信号。
所述频率存储器10具有8个存储单元，每个存储单元存放对应治疗周期所需要的音响频率序列。
所述音色存储器11具有8个存储单元，每个存储单元存放对应治疗周期所需要的音响的音色序列。
所述响度存储器12具有8个存储单元，每个存储单元存放对应治疗周期所需要的音响响度序列。
所述波形发生器组14为包括不少于1个波形发生器的逻辑器件。
所述波形选通器15是个多路数字信号选通器。
一种音频信号的发生方法，包括以下步骤A、对音响中要用到的乐器进行分类和编号，对每个乐器的单周期波形进行采样并存储在波形发生器组；B、按照预先设定的时间间隔，制作所述波形的频率序列、波形编号序列和响度序列，并分别存储在频率存储器、音色存储器和响度存储器；C、选定时钟周期，设定计时器的计数值，使得计时器在时钟作用下输出的脉冲周期等于所述预先设定的时间间隔；D、设计变频器，使得变频器输出的脉冲频率等于频率存储器输出的数值与波形发生器波形序列长度的乘积；E、通过按钮选择对应的音响，频率存储器、音色存储器和响度存储器在计时器输出脉冲的激励下，输出每个时间段所要播放的音响频率、音色和响度；F、变频器在时钟作用下，根据频率存储器，输出指定频率的脉冲信号；G、波形存储器组在变频器输出的脉冲信号激励下输出指定基频的数字波形，并在波形选通器的作用下，将音色存储器指定的波形输入到乘法器；H、乘法器将数字波形信号与响度存储器输出的响度值相乘后得到的指定频率、音色和响度的数字音频信号输出到数模转换器；I、数字音频信号经数模转换器转换为模拟音频信号，并经过低通滤波器、功率放大器由耳机播放，从而完成整段音响的播放。
所述步骤B进一步包括以下步骤B1、对8段音响，按照所述的预先设定的时间间隔，记录每个时间段上的音响频率，制作成8个频率序列，存放到频率存储器对应的8个存储单元中；B2、对8段音响，按照所述的预先设定的时间间隔，记录每个时间段上的乐器编号，制作成8个波形编号序列，存放到音色存储器对应的8个存储单元中；B3、对8段音响，按照所述的预先设定的时间间隔，记录每个时间段上的响度，制作成8个响度序列，存放到响度存储器对应的8个存储单元中。
按钮每输入一个脉冲，频率存储器切换一个存储单元，输出对应序列的第一个频率采样值；音色存储器切换一个存储单元，输出对应序列的第一个波形编号；响度存储器切换一个存储单元，输出对应序列的第一个响度值；计时器每输入一个脉冲，频率存储器输出该序列的下一个频率采样值，若当前采样值为最后一个采样值，则返回输出第一个采样值；音色存储器输出该序列的下一个波形编号，若当前波形编号为该序列最后一个波形编号，则返回输出第一个波形编号；响度存储器输出该序列的下一个响度值，若当前响度值为最后一个响度值，则返回输出第一个响度值。
采用了本发明的技术方案，能够按照逐渐引入复杂度更高的声响的环境适应和热身阶段方法组织练习，在练习期中，声响的复杂度逐步提高，并在不同的空间安排间歇地分布着一些高复杂度声音的短期爆发，在恢复阶段，逐渐重新引入全频谱声音。这种组织方法能够增强人对听觉刺激的敏感度，从而提高人对听觉刺激的反应。频繁接触复杂声音和空间编排与听觉肌肉训练相结合，能够增强神经路径、改善枝状突起生长，最终增强感知和定位声音的能力。
图1是本发明的具体实施方式
中音频信号发生装置的结构示意图。
具体实施例方式
下面结合附图并通过具体实施方式
来进一步说明本发明的技术方案。
图1为本具体实施方式
中音频信号发生装置的结构示意图。如图1所示，音频信号发生装置包括数字变频音发生器1、按钮2、时钟3、数模转换器4、低通滤波器5、功率放大器6、音量调节电阻7以及耳机8。其中，按钮作为数字变频音发生器的外部输入，用来设定数字变频音发生器的工作模式，时钟作为数字变频音发生器的时钟输入。数字变频音发生器输出的数字音频信号经过数模转换器转为模拟信号，然后经过低通滤波器的滤波以及功率放大器的放大后由耳机播放。音量调节电阻与功率放大器连接，用于调节放大功率，实现音量调节。
数字变频音发生器由FPGA等可编程逻辑器件实现，或者由专用集成电路(ASIC)实现。按钮作为数字变频音发生器的外部输入，用来设定数字变频音发生器的工作模式，决定数字变频音发生器播放哪一个音响。数模转换器作为数字信号转变为模拟信号的通用器件，可选用现有的ASIC芯片来制作。低通滤波器用途是滤掉数模转换器输出信号的毛刺，可用电容和电阻组成的一阶低通滤波器实现。
功率放大器、音量调节电阻以及耳机是常见的元器件，可选用现有的元器件实现。
其中数字变频音发生器进一步包括计时器9、频率存储器10、音色存储器11、响度存储器12、变频器13、波形发生器组14、波形选通器15和乘法器16。
计时器的作用是根据时钟输入计时，每间隔一定时间输出一个数字脉冲信号。
频率存储器具有8个存储单元，分别与8周的治疗周期对应。每个存储单元存放对应治疗周期所需要的音响频率序列。频率序列由音响基频频率按照时间采样得到，采样的时间间隔与计时器的脉冲输出间隔一致。频率存储器受按钮输入控制，按钮每输入一个脉冲，频率存储器就切换一个存储单元，同时输出对应序列的第一个频率采样值。同时频率存储器还受计时器的输出脉冲控制，每收到一个脉冲信号，就输出该序列的下一个采样值，若当前采样值为最后一个采样值，则返回输出第一个采样值，如此循环输出。
音色存储器具有8个存储单元，分别与8周的治疗周期对应。每个存储单元存放对应治疗周期所需要的音响的音色序列。音色序列存放的是音响在不同时间点上的音色在波形发生器组中对应的波形编号，时间点的时间间隔与计时器的脉冲输出间隔一致。音色存储器受按钮输入控制，按钮每输入一个脉冲，音色存储器就切换一个存储单元，同时输出对应序列的第一个波形编号。同时音色存储器还受计时器的输出脉冲控制，每收到一个脉冲信号，就输出该序列的下一个波形编号，若当前波形编号为该序列最后一个波形编号，则返回输出第一个波形编号，如此循环输出。
响度存储器具有8个存储单元，分别与8周的治疗周期对应。每个存储单元存放对应治疗周期所需要的音响响度序列。响度序列由音响幅度按照时间采样得到，采样的时间间隔与计时器的脉冲输出间隔一致。响度存储器受按钮输入控制，按钮每输入一个脉冲，响度存储器就切换一个存储单元，同时输出对应序列的第一个响度值。同时响度存储器还受计时器的输出脉冲控制，每收到一个脉冲信号，就输出该序列的下一个响度值，若当前响度值为最后一个响度值，则返回输出第一个响度值，如此循环输出。
变频器是根据频率存储器的输出，输出指定频率的脉冲信号的逻辑器件。
波形发生器组是具有多个波形发生器的逻辑器件。每个波形发生器中储存着一个周期的特定波形的采样序列，在变频器输出脉冲激励下，每收到一个脉冲波形发生器就输出序列的下一个采样值，若当前采样值为该序列最后一个采样值，则返回输出第一个采样值，如此循环输出。波形发生器组中的所有波形发生器的采样序列长度都一样，在周期脉冲的激励下，他们输出的波形基频都一样，但是由于不同波形的倍频不同，因此不同的波形发生器具有不同的音色。
波形选通器是个多路数字信号选通器，音色存储器指定的波形发生器的输出作为它的输出。
乘法器的两个输入信号是波形选通器和响度存储器的输出，它将波形选通器和响度存储器输出的结果相乘后得到指定响度的数字音频信号输出。
下面再对本发明的音频信号的发生方法进行描述，包括以下步骤步骤1对音响中要用到的乐器进行分类和编号，对每个乐器的单周期波形进行采样，并存放到对应编号的波形发生器中。
步骤2、对8个治疗周期的8段音响，按照指定的时间间隔，记录每个时间段上的音响频率，制作成8个频率序列，存放到频率存储器对应的8个存储单元中；步骤3、对8个治疗周期的8段音响，按照步骤2中相同的时间间隔，记录每个时间段上的乐器编号，制作成8个波形编号序列，存放到音色存储器对应的8个存储单元中；步骤4、对8个治疗周期的8段音响，按照步骤2中相同的时间间隔，记录每个时间段上的响度，制作成8个响度序列，存放到响度存储器对应的8个存储单元中；步骤5、选定时钟周期，设定计时器的计数值，使得计时器在时钟作用下输出的脉冲周期等于步骤2中提到的时间间隔；步骤6、设计变频器，使得变频器输出的脉冲频率等于频率存储器输出的数值与波形发生器中波形序列长度的乘积；步骤7、用户通过按钮，选择8个治疗周期中对应的治疗周期；步骤8、频率存储器、音色存储器和响度存储器在计时器输出脉冲的激励下，输出每个时间段所要播放的音响频率、音色、以及响度；步骤9、变频器在时钟作用下，根据频率存储器，输出指定频率的脉冲信号；步骤10、波形存储器组在变频器输出的脉冲信号激励下输出指定基频的数字波形，并在波形选通器的作用下，将音色存储器指定的波形输入到乘法器；步骤11、乘法器将数字波形信号与响度存储器输出的响度值相乘后得到的指定频率、音色和响度的数字音频信号输出到数模转换器；
步骤12、数字音频信号经数模转换器转换为模拟音频信号，并经过低通滤波器、功率放大器由耳机播放，从而完成整段音响的播放。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
权利要求
1.一种音频信号的发生装置，其特征在于，包括数字变频音发生器(1)、按钮(2)、时钟(3)、数模转换器(4)、低通滤波器(5)、功率放大器(6)、音量调节电阻(7)和耳机(8)，所述按钮(2)和所述数字变频音发生器(1)连接，用于向数字变频音发生器(1)输入工作模式，所述时钟(3)与所述数字变频音发生器(1)连接，用于向所述数字变频音发生器(1)输入时钟信号，所述数字变频音发生器(1)输出的数字音频信号经过所述数模转换器(4)转为模拟信号，在经过所述低通滤波器(5)滤波和所述功率放大器(6)的放大后由所述耳机(8)播放，所述音量调节电阻(7)与所述功率放大器(6)连接，用于调节放大功率，实现音量调节。
2.根据权利要求1所述的一种音频信号的发生装置，其特征在于，所述数字变频音发生器(1)进一步包括计时器(9)、频率存储器(10)、音色存储器(11)、响度存储器(12)、变频器(13)、波形发生器组(14)、波形选通器(15)和乘法器(16)，所述计时器(9)与所述时钟(3)连接，用于接收所述时钟(3)的时钟信号，并与所述频率存储器(10)、音色存储器(11)和响度存储器(12)分别连接，用于输出数字脉冲信号，所述按钮(2)分别所述频率存储器(10)、音色存储器(11)和响度存储器(12)连接，所述变频器(13)一端分别与所述时钟(3)和所述频率存储器(10)连接，用于接收指定频率，另一端连接所述波形发生器组(14)，用于发送输出指定频率的脉冲信号，所述波形选通器(15)的输入端分别连接所述音色存储器(11)和波形发生器组(14)，用于接收波形采样值和波形编号，输出端连接所述乘法器(16)，所述乘法器(16)的输入端还与所述响度存储器(12)连接，用于接收响度值，输出端与所述数模转换器(4)连接，用于输出数字音频信号。
3.根据权利要求2所述的一种音频信号的发生装置，其特征在于，所述频率存储器(10)具有8个存储单元，每个存储单元存放对应治疗周期所需要的音响频率序列。
4.根据权利要求2所述的一种音频信号的发生装置，其特征在于，所述音色存储器(11)具有8个存储单元，每个存储单元存放对应治疗周期所需要的音响的音色序列。
5.根据权利要求2所述的一种音频信号的发生装置，其特征在于，所述响度存储器(12)具有8个存储单元，每个存储单元存放对应治疗周期所需要的音响响度序列。
6.根据权利要求2所述的一种音频信号的发生装置，其特征在于，所述波形发生器组(14)为包括不少于1个波形发生器的逻辑器件。
7.根据权利要求2所述的一种音频信号的发生装置，其特征在于，所述波形选通器(15)是个多路数字信号选通器。
8.一种音频信号的发生方法，其特征在于，包括以下步骤A、对音响中要用到的乐器进行分类和编号，对每个乐器的单周期波形进行采样并存储在波形发生器组中；B、按照预先设定的时间间隔，制作所述波形的频率序列、波形编号序列和响度序列，并分别存储在频率存储器、音色存储器和响度存储器；C、选定时钟周期，设定计时器的计数值，使得计时器在时钟作用下输出的脉冲周期等于所述预先设定的时间间隔；D、设计变频器，使得变频器输出的脉冲频率等于频率存储器输出的数值与波形发生器中波形序列长度的乘积；E、通过按钮选择对应的音响，频率存储器、音色存储器和响度存储器在计时器输出脉冲的激励下，输出每个时间段所要播放的音响频率、音色和响度；F、变频器在时钟作用下，根据频率存储器，输出指定频率的脉冲信号；G、波形存储器组在变频器输出的脉冲信号激励下输出指定基频的数字波形，并在波形选通器的作用下，将音色存储器指定的波形输入到乘法器；H、乘法器将数字波形信号与响度存储器输出的响度值相乘后得到的指定频率、音色和响度的数字音频信号输出到数模转换器；I、数字音频信号经数模转换器转换为模拟音频信号，并经过低通滤波器、功率放大器由耳机播放，从而完成整段音响的播放。
9.根据权利要求8所述的一种音频信号的发生方法，其特征在于，所述步骤B进一步包括以下步骤B1、对8段音响，按照所述的预先设定的时间间隔，记录每个时间段上的音响频率，制作成8个频率序列，存放到频率存储器对应的8个存储单元中；B2、对8段音响，按照所述的预先设定的时间间隔，记录每个时间段上的乐器编号，制作成8个波形编号序列，存放到音色存储器对应的8个存储单元中；B3、对8段音响，按照所述的预先设定的时间间隔，记录每个时间段上的响度，制作成8个响度序列，存放到响度存储器对应的8个存储单元中。
10.根据权利要求8或者9所述的一种音频信号的发生方法，其特征在于，按钮每输入一个脉冲，频率存储器切换一个存储单元，输出对应序列的第一个频率采样值；音色存储器切换一个存储单元，输出对应序列的第一个波形编号；响度存储器切换一个存储单元，输出对应序列的第一个响度值；计时器每输入一个脉冲，频率存储器输出该序列的下一个频率采样值，若当前采样值为最后一个采样值，则返回输出第一个采样值；音色存储器输出该序列的下一个波形编号，若当前波形编号为该序列最后一个波形编号，则返回输出第一个波形编号；响度存储器输出该序列的下一个响度值，若当前响度值为最后一个响度值，则返回输出第一个响度值。
全文摘要
本发明公开了一种音频信号的发生装置及方法，按钮和数字变频音发生器连接，用于向数字变频音发生器输入工作模式，时钟与数字变频音发生器连接，用于向数字变频音发生器输入时钟信号，数字变频音发生器输出的数字音频信号经过数模转换器转为模拟信号，在经过低通滤波器滤波和功率放大器的放大后由耳机播放，音量调节电阻与功率放大器连接，用于调节放大功率，实现音量调节。采用了本发明的技术方案，能够产生一种基频、音色和强度按照一定规律变化的音响，人耳接收这种音响，能够达到改进人耳听觉能力的目的。
文档编号G10K15/04GK101093669SQ200710119280
公开日2007年12月26日 申请日期2007年7月19日 优先权日2007年7月19日
发明者付赜 申请人:付赜