专利名称：一种数字传声器的制作方法
技术领域：
本发明涉及声换能器，具体地说涉及一种将声音变换为供声音处理设 备使用的数字信号的数字传声器。
背景技术：
传声器是一种把声音模拟信号变换成代表声波输出信号的装置。传统 的传声器在设计和信号处理使用上是模拟的，例如，依靠压电或驻极体或
是电容式结构产生表示晶体和结构表面压力波的模拟输出信号。以驻极体 电容式传声器为例，声波带动振膜振动，使得振膜与极板间距离产生变化，
在驻极体表面电荷不变的情况下，此种距离变化即转换为极间电压变化， 从而产生送至设备上使用的模拟信号。
由于数字技术在日常生活和科学研究领域中应用越来越广泛，声音的 数字化处理显得必要，可通过把声音信号振动产生的模拟信号送入模数转 换器，即可实现模拟信号的数字转换和处理。其中，制造一个能直接输出
数字信号的传声器单元最为理想。例如，费斯特(Feste)的美国专利 US5886656公开的一种从传声器输入模拟信号，放大并将其变换成"中间" 数字信号的装置，然后将该中间信号抽取到较低的抽样速率，用数字滤波 器以消除量化噪声，并最终经过并串变换器，提供数字串行输出信号。再 如戈德，里泽的PCT专利PCT/CA2003/000302公开的一种数字传声器， 其包括一个用于产生代表声信号的模拟信号换能器；和一个大于1的阶单 比特5: - A调制器模拟-数字变换器，按照过采样速率并以2 - A调制比特流
的形式从所述模拟信号中产生数字输出信号。
然而，费斯特或戈德，里泽的技术方案都是以传统传声器作为换能装 置，在声音信号采集及信号放大上都是对模拟信号进行处理，这两种传声 器在信号处理过程中增加了一些不必要的噪声信号，本身给数字信号处理 部分提供了一个不纯的信号源，使得数字传声器本身也具有了传统传声器 的先天缺陷。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种数字传声器，能够产生更好的 信号源以供数字处理部分进行处理，从而得到质量更高的数字信号。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案
一种数字传声器，包括声电换能单元、脉冲调制单元和数字处理单元， 所述声电换能单元采集外界声信号并将其转换为电信号，所述脉冲调制单 元连接在所述声电换能单元和数字处理单元之间，用于接收声电换能单元 处理输出的电信号并将其调制为脉冲信号，所述数字处理单元接收脉冲调 制单元处理输出的脉冲信号并对其进行数字处理,输出处理后的数字信号。
优选的，所述脉冲调制单元具体为脉宽调制单元，脉宽调制单元将接 收的所述电信号的幅度信息调制为所述脉冲信号的脉冲宽度信息。
进一步的，所述声电换能单元具体为声光电转换器件。
更进一步的，所述声光电转换器件包含至少一套光耦器件。
优选的，所述声光电转换器件为两套正交放置的光耦器件，使得经两 套光耦器件处理输出的两路电信号在相位上相互正交。
再进一步的，所述光耦器件为单工工作器件，包含光耦发射部分和光 耦接收部分，光耦发射部分发射用于供外界声信号进行调制的光束，光耦 接收部分接收被调制的光束从而由声信号得到光信号，所述光耦器件还包 括凹透镜，设置在光耦接收部分之前。
优选的，所述数字处理单元包含采样器和锁存器，采样器输入端与脉 冲调制单元输出端相连，输出端与锁存器输入端相连，所述釆样器采样所 述脉冲信号形成数字信号，所述锁存器锁存所述数字信号以待输出。
进一步的，所述采样器的采样方式为过采样方式。
更进一步的，所述数字处理单元还包含比较器，所述比较器对由所述 两套光耦器件采集并经所述脉冲调制单元调制得到的两路脉冲信号进行逻 辑比较运算，并将运算结果输出到采样器。
再进一步的，所述声光转换器件与光电转换器件分置于数字传声器不 同壳体内，通过光传导介质连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于
通过脉冲调制单元将电信号转换为脉冲信号，由于噪声只有在强到足 以将逻辑1改变为逻辑0或将逻辑0改变为逻辑1时，才能对脉冲信号产 生影响，从而可将噪声影响降到最小，在数字处理之前就抑制了噪声，从 而得到了更好的信号源，经过数字处理后的数字信号质量更好。
换能部分采用声光电换能，不仅能够抑制干扰，同时，声光转换和光 电转换部分间可以用光传导介质连接，可以使信号采集与信号处理部分完
全分开，从而进行长距离传输而不易衰减。
尤其是采用正交放置的两套光耦器件，经比较得出的脉冲信号在噪声 抑制上有更好的效果，在光耦接收部分之前增加凹透镜，可以增大被调制 的光束的反射偏向角度，更加容易被光耦接收部分检测接收。经比较得出 的脉冲信号在噪声抑制上有更好的效果。
图1是本发明具体实施方式
一的传声器结构示意图2是本发明具体实施方式
一的电信号与脉冲信号的波形图3是本发明具体实施方式
一的脉冲信号与输出数字信号的转换图4是本发明具体实施方式
一的光耦器件进行声光电转换的示意图5是本发明具体实施方式
一中光耦器件含凹透镜的结构示意图6是图5的光路示意图7是本发明具体实施方式
二的光耦器件进行声光电转换的示意图。
具体实施例方式
下面对照附图并结合具体实施方式
对本发明作进一步说明。
具体实施方式
一
如图1所示的传声器，包括声电换能单元1、脉冲调制单元2和数字
处理单元3。外界声信号进入到声电换能单元1后，由声信号转换为交流 电信号，交流电信号输入到脉冲调制单元2后，被变换成为脉冲宽度不一 的脉冲信号。交流电信号幅度越大，变换所得脉冲宽度越宽。
波形转换如图2所示，通过设定逻辑1的基准电压+Vref和逻辑0的 基准电压一Vref，沿着交流电信号波形轨迹，当交流电信号的振幅高于 +Vref后而未低于-Vref时，脉冲都为1;而交流电信号振幅低于-Vref后而 未高于+Vref时，脉冲都为0，这样就将振幅不一的声音交流电信号调制成 了脉冲宽度不一的脉冲信号，从而实现了脉冲调制过程。由于噪声只有在 强到足以将逻辑1改变为逻辑0或将逻辑0改变为逻辑1时，才能对脉冲 信号产生影响，从而可将噪声影响降到最小，有利于其后的数字处理。
图3为脉冲信号到数字信号输出的波形转换示意图，数字处理单元3 利用采样器对脉冲调制信号输出的脉冲信号采用过釆样方式进行采样，这 样可以在进行数字转换时最大程度地保持脉冲信号原有的图形，然后利用 锁存器对信号进行锁存，当时钟信号输入时，数字处理单元3根据时钟信 号将锁存的数字信号输出。
如图4所示，声电换能单元l采用声光电转换器件。声光电转换器件 具体为光耦器件，包括光耦发射部分51和光耦接收部分52。光耦发射部 分51发射可见或者不可见光束到振膜4，当外界声信号到达振膜4，使振 膜4振动时，光束强度就会随振膜4的振动而变化，从而受到声信号的调 制，实现声光转换。光耦接收部分52接收被调制的光束，转换为电信号输 出，实现光电转换。
如图5所示，声光电转换器件中还包含凹透镜6，设置在光耦接收部 分52之前。通过凹透镜的作用，如图6所示，可以增大被调制的光束的反 射偏向角度，使得光耦接收部分52更加容易对光束进行检测接收。
具体实施方式
二
如图7所示的具体实施方式
二，与具体实施方式
一的不同之处在于， 声光电转换器件为正交放置的第一光耦器件和第二光耦器件，第一光耦器 件包括第一光耦发射部分51和第一光耦接收部分52;第二光耦器件包括 第二光耦发射部分71和第二光耦接收部分72。第一光耦发射部分51和第 二光耦发射部分71放置方式使得两路发射光束正交，第一光耦接收部分 52和第二光耦接收部分72相应正交放置使得两路接收光束正交，这样声 电换能单元1将输出相位正交的两路电信号，脉冲调制单元将两路电信号 转换为两路脉冲信号输出到数字处理单元，此时，数字处理单元3中还包 括比较器，比较器在采样器进行采样前对两路脉冲信号进行逻辑比较运算， 比较后产生的脉冲信号在噪声抑制上有很好的效果，使得数字处理输出后 的信号质量更好。
由于声电换能单元1采用声光电转换器件，可以将光耦发射部分和光 耦接收部分分开放置在数字传声器的不同壳体中，两者之间通过光传导介 质连接。从而可以使信号采集与信号处理部分完全分开，信号经过长距离 传输而不易衰减，也降低了干扰。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说
明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术 领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若 干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
权利要求
1、一种数字传声器，包括声电换能单元、脉冲调制单元和数字处理单元，所述声电换能单元采集外界声信号并将其转换为电信号，其特征在于，还包括脉冲调制单元，所述脉冲调制单元连接在所述声电换能单元和数字处理单元之间，用于接收声电换能单元处理输出的电信号并将其调制为脉冲信号，所述数字处理单元接收脉冲调制单元处理输出的脉冲信号并对其进行数字处理，输出处理后的数字信号。
2、 根据权利要求1所述的数字传声器，其特征在于，所述脉冲调制单元具体为脉宽调制单元，所述脉宽调制单元将所述电信号的幅度信息调制 为所述脉冲信号的脉冲宽度信息。
3、 根据权利要求1所述的数字传声器，其特征在于，所述声电换能单 元包括声光电转换器件。
4、 根据权利要求3所述的数字传声器，其特征在于，所述声光电转换 器件包含至少一套光耦器件。
5、 根据权利要求3所述的数字传声器，其特征在于，所述声光电转换 器件为两套正交放置的光耦器件，使得经两套光耦器件处理输出的两路电 信号在相位上相互正交。
6、 根据权利要求5所述的数字传声器，其特征在于，所述光耦器件为 单工工作器件，包含光耦发射部分和光耦接收部分，光耦发射部分发射用 于供外界声信号进行调制的光束，光耦接收部分接收被调制的光束从而由 声信号得到光信号，所述光耦器件还包括凹透镜，设置在光耦接收部分之<formula>formula see original document page 2</formula>
7、 根据权利要求1所述的数字传声器，其特征在于，所述数字处理单 元包含采样器和锁存器，采样器输入端与脉冲调制单元输出端相连，输出 端与锁存器输入端相连，所述采样器采样所述脉冲信号形成数字信号，所述锁存器锁存所述数字信号以待输出。
8、 根据权利要求7所述的数字传声器，其特征在于，所述采样器的采 样方式为过采样方式。
9、 根据权利要求8所述的数字传声器，其特征在于，所述数字处理单 元还包含比较器，所述比较器对由所述两套光耦器件采集并经所述脉冲调 制单元调制得到的两路脉冲信号进行逻辑比较运算，并将运算结果输出到 采样器。
10、根据权利要求1至9中任意一项所述的数字传声器，其特征在于， 所述声光转换器件与光电转换器件分置于数字传声器不同壳体内，通过光 传导介质连接。
全文摘要
本发明公开了一种数字传声器，与传统传声器的区别在于对声音信号采集的同时将其转换为脉冲信号，数字处理的信号是脉冲信号而不是传统的模拟信号。其包括声电换能单元、脉冲调制单元和数字处理单元，所述声电换能单元采集外界声信号并将其转换为电信号，所述脉冲调制单元接收所述电信号并将其调制为脉冲信号，所述数字处理单元接收所述脉冲信号并对其进行数字处理，并输出处理后的数字信号。本发明通过脉冲调制单元将电信号转换为脉冲信号，在数字处理之前就抑制了噪声，从而得到了更好的信号源，经过数字处理后的数字信号质量更好。
文档编号H04R1/00GK101360350SQ20071007545
公开日2009年2月4日 申请日期2007年7月30日 优先权日2007年7月30日
发明者邢增海 申请人:深圳市豪恩电声科技有限公司