1、.畢業(yè)設(shè)計變聲器的設(shè)計與實現(xiàn)學(xué)生姓名 ：學(xué)號 ：系部：專業(yè)：指導(dǎo)教師：.2015年 6月誠信聲明本人鄭重申明：所呈交的畢業(yè)論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外， 本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體， 均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。本人簽名：年月日.語齡變換麥克風(fēng)的設(shè)計與實現(xiàn)摘 要變聲器從總的方面分為硬件變聲器和軟件變聲器。 變聲器的原理都是通過改變輸入聲音的基本頻率，進(jìn)而改變聲音的音色和音調(diào)，使輸出的聲音在感官上與原來有很大的差異。實質(zhì)就是對語音信號

2、進(jìn)行基頻和共振峰頻率的變化。本設(shè)計通過介紹基于WIN8072變聲芯片的硬件變聲系統(tǒng)， 對系統(tǒng)各部分功能模塊的工作原理進(jìn)行了詳細(xì)介紹和硬件的設(shè)計。芯片內(nèi)部有自帶的 A/D、D/A 轉(zhuǎn)換功能和聲音頻率改變功能。使用駐極體麥克風(fēng)對語音信號進(jìn)行采集，利用芯片對語音信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，使聲音頻率發(fā)生改變，然后又進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換使信號輸出。將改變的信號搭配使用 LM386的音頻功率放大電路， 對語音信號進(jìn)行放大處理，最終通過電動式揚(yáng)聲器輸出變聲后的聲音。經(jīng)過檢測發(fā)現(xiàn)本設(shè)計基本實現(xiàn)了變聲功能，達(dá)到了預(yù)期的效果。關(guān)鍵字：變聲芯片，聲音頻率， LM386，音頻功率放大.The Design and Implement

3、ation of a Language Age ShiftMicrophoneAbstractVoice changer in general can be divided into hardware and software. Theprinciple of voice changer is by changing the fundamental frequency of thevoice input,and then change the sound timbreand tone,enable the voiceoutputinsensoryandhadgreatdifference.Th

4、eessenceisthechangeof thefundamental frequency and the fundamental frequency of the speech signal.Through the design of the hardware voice system based on WIN8072 voicechipand workingprincipleofeach part ofthe functionmodules of thesystemwere introduced in detail and the hardware design. The chip ha

5、s its own A/D,D/A conversion functionand sound frequencychange function.The speech signalis acquired by using the microphone in the polar body, and the signal isconverted by thechip tothespeech signal,and the sound frequency is changed,and then the signal output is converted to a digital mode. Using

6、 LM386 audiopower amplifyingcircuitof the signalwillchange thematch,on speech signalforamplificationprocessing,finallythroughthe electricloudspeakeroutputvoice after voice.After tests found the design basically achieved the voicefunction, achieve the expected effect.Key words: Voice chip，Voice frequ

7、ency，LM386， Audio power amplifier.目 錄第1章緒論.11.1課題意義與背景 .11.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 .11.2.1國內(nèi)外語音變換研究現(xiàn)狀 .11.2.2語音處理存在的問題與缺陷 .31.2.3本文主要研究的內(nèi)容 .4第 2 章 變聲器的原理介紹 .52.1變聲的基本原理 .52.2變聲器的基本原理 .62.3變聲器的類別和功能 .7第 3 章 變聲器各部分功能模塊 .83.1語音信號的采集 .83.1.1駐極體話筒的構(gòu)造及原理 .83.1.2駐極體話筒主要的參數(shù)指標(biāo) .93.2模數(shù)轉(zhuǎn)換（ A/D）和數(shù)模轉(zhuǎn)換（ D/A） .103.2.1模數(shù)轉(zhuǎn)換（ A/D）

8、.103.2.2數(shù)模轉(zhuǎn)換（ D/A） .113.3 SRAM（靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器） .113.3.1 SRAM 主要規(guī)格 .113.3.2 SRAM 基本特點和用途 .123.3.3 SRAM 結(jié)構(gòu)原理 .123.4電動式揚(yáng)聲器 .123.4.1電動式揚(yáng)聲器結(jié)構(gòu) .123.4.2電動式揚(yáng)聲器各部分介紹 .13第 4 章 音頻功率放大器 LM386 .154.1 LM386 具體描述 .15.4.2 LM386 特性 .154.3 LM386 詳細(xì)介紹 .164.3.1LM386 內(nèi)部電路 .164.3.2LM 386 的引腳特點 .17第 5 章 基于 WIN8072的變聲系統(tǒng)設(shè)計 .185.

9、1變音 ICWIN8072的具體描述 .185.2 WIN8072 特征 .185.2.1電氣特征 .185.2.2腳位描述 .195.2.3典型的應(yīng)用電路 .195.3變聲器硬件的實現(xiàn) .19第6章總結(jié).23參考文獻(xiàn).24致謝 .26.第1章緒論1.1課題意義與背景對語音信號進(jìn)行一些變換使之能夠產(chǎn)生性別變化的特效，比如在男聲、女聲、老年人聲和童聲之間相互變換，最后達(dá)到偽裝的效果。語音轉(zhuǎn)換技術(shù)的飛速發(fā)展對我們的生活產(chǎn)生了極大的意義，有著非常廣泛的使用價值，能夠產(chǎn)生很大的經(jīng)濟(jì)效益，具體有以下幾個方面 :(1) 聲音恢復(fù)。比如在醫(yī)學(xué)的領(lǐng)域，有些因為聲帶受損的病人發(fā)音不清楚，如果利用聲音變換技術(shù)那就

10、可以修復(fù)聲音，對聲音信號進(jìn)行加強(qiáng)和修復(fù)，使聲音信號能夠清楚的被人所接收，在人與人之間的交流中起了很大的作用。還有就是對一些缺損的音頻進(jìn)行恢復(fù)，使之能夠最大化的發(fā)揮其的研究價值。(2) 多媒體的應(yīng)用。比如在電影的配音中，工作人員要給不同角色反復(fù)配音，這樣會產(chǎn)生巨大的工作量。可是在使用語音轉(zhuǎn)換技術(shù)以后就會大大減少工作量，節(jié)省時間和成本。在日常的生活中， 語音變換還能應(yīng)用到玩具中， 給玩具增加語音變換功能，讓大人的聲音能變換成小孩的聲音，反之小孩也能發(fā)出大人的聲音 , 增加了無窮的樂趣。另外，在網(wǎng)絡(luò)游戲中可以讓玩家自己錄制聲音，運(yùn)用轉(zhuǎn)換技術(shù)進(jìn)行改變，使得玩家的游戲角色能夠發(fā)出玩家自己的聲音， 這會大

11、大增加玩家的游戲興趣，能夠產(chǎn)生身臨其境的感覺，對游戲的推廣有巨大的作用。(3) 聲音的偽裝。在公安系統(tǒng)中，有時發(fā)布信息為了保護(hù)說話人的個人隱私，可以使用語音轉(zhuǎn)換技術(shù)對說話人的聲音進(jìn)行改變后再發(fā)布 ; 相反的是，公安機(jī)關(guān)如果截獲犯罪嫌疑人經(jīng)過偽裝后的聲音，可以使用聲音恢復(fù)技術(shù)對聲音進(jìn)行還原，獲得有利信息可以大大加快破案速度。總的來說，語音轉(zhuǎn)換技術(shù)在不斷地飛速發(fā)展， 極大的滿足人們在各行各業(yè)的需求 。說到底，語音轉(zhuǎn)換技術(shù)是對語音的識別、合成的延伸和發(fā)展，在語音技術(shù)領(lǐng)域有著極其重要的地位。我相信在不久的將來語音轉(zhuǎn)換技術(shù)對人們的生活做出更大的貢獻(xiàn)，各種各樣的語音產(chǎn)品將會不斷產(chǎn)生，走進(jìn)尋常老百姓的家中，

12、為老百姓的生活增添無窮的樂趣 1 。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1國內(nèi)外語音變換研究現(xiàn)狀.語音變換的實質(zhì)就是對語音信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使語音信號發(fā)生類似性別改變的特效，使人的聲音能夠在小孩、老人、男人和女人聲音之間隨意轉(zhuǎn)換，讓聽到聲音的人分辨不出說話人的年齡。語音變換技術(shù)在軟件娛樂領(lǐng)域有著非常大的前景和市場，現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)出許多優(yōu)秀的變聲軟件。就目前所知道的比較有名的商用軟件AVVCS、Vodi 、開源軟件 SoundTouch和國際知名的語音軟件Praat 都具有變聲功能。就目前許多大的通信運(yùn)營商都有把目光投向變聲這一功能業(yè)務(wù)，設(shè)計好變聲模塊讓人說話時可以選擇轉(zhuǎn)換聲音，受到人們的強(qiáng)烈歡迎。還有各式各

13、樣的變聲軟件被開發(fā)出來，不斷地完善變聲缺陷。表1.1 是各種變聲系統(tǒng)的比較。通常來講，比較受大家認(rèn)可的是Praat ，這是一個相對來說比較能更好實現(xiàn)變聲的系統(tǒng)。可現(xiàn)如今所有的變聲系統(tǒng)都有缺陷，Praat 也不例外。首先是它的基頻檢測模塊比較復(fù)雜，導(dǎo)致后臺程序運(yùn)行檢測語音將會花費大量的時間，造成更大的語音延遲。經(jīng)過檢測發(fā)現(xiàn)它的延時一般都是幾百毫秒級別的，這就造成了實時語音的困擾。其次，因為延時比較大就造成了這個系統(tǒng)是基于離線的，如果說要想讓這個系統(tǒng)能夠?qū)崟r，并且能夠長期和穩(wěn)定那將會非常的困難 2 。除了 Praat 以外，其他變聲產(chǎn)品或變聲系統(tǒng)如AVVCS等，都是基于類似相位聲碼器的基頻移動，然

14、后再附加后端均衡器調(diào)制的原理實現(xiàn)的。還有一些系統(tǒng)比說如SoundTouch等，是通過 WSOLA變速和重采樣變調(diào)實現(xiàn)的， 這兩個方法相對比之下還是比較接近的。這兩個方法相對于Praat ，優(yōu)點是經(jīng)過系統(tǒng)處理后能后獲得長期穩(wěn)定的變聲語音，缺點是生成的變聲語音不是很真實，并且?guī)в锌ㄍɑ母杏X。還有就是Vodi ，它的原理與 Praat 較為接近。并且在22050 赫茲的采樣頻率下，實現(xiàn)聲音的實時轉(zhuǎn)換效果是比較良好的，但是運(yùn)行時所占用的CPU卻十分高。表 1.1各種變聲系統(tǒng)的比較原理實時性變聲效果語音質(zhì)量PraatPSOLA離線好，真實、自然好SoundTouchWSOLA較好，有一點實時好卡通化A

15、VVCS基頻移動和后端較好，有一點實時好均衡處理卡通化VoDiPSOLA實時好，真實、自然好.1.2.2語音處理存在的問題與缺陷在對語音的處理過程中，基本上都是對語音的音調(diào)、音色、頻率和語音信號強(qiáng)度的處理，所以問題一般就出現(xiàn)在這幾個基本參數(shù)上面。對聲音的處理大體上有幾個主要方向，比如說聲音的復(fù)原、聲音的變聲處理、聲音的壓縮和擴(kuò)展。首先對聲音的復(fù)原是指音頻文件損壞以后，對音頻文件中的損壞部分進(jìn)行修復(fù)，使聲音能夠被清楚地播放出來，解決語音信號的模糊與失真。聲音的變聲處理是使語音信號發(fā)生改變?nèi)鐚l和共振峰進(jìn)行改變，能夠使人的聲音在男女聲之間隨意轉(zhuǎn)換。聲音的壓縮和擴(kuò)展就是實現(xiàn)聲音的快慢放，改變?nèi)苏f話

16、的語速， 這樣就會使原文件的時長與改變過后文件的時長不一樣 3 。(1) 信道處理缺陷如今好多的音頻管理系統(tǒng)， 使用的都是節(jié)省的管理方式， 比如說一個模塊數(shù)據(jù)包能包含許多數(shù)據(jù)，不可能為一個音頻使用單獨的列陣， 它們是相互交叉和錯雜分布的。總的來說，這對語音設(shè)備的識別和管理提供了很大的方便，所以這種模式的使用非常普遍。但是這樣又會造成問題，因為相互交叉的通道格式，使得數(shù)據(jù)不能方便的獲取和使用，因為數(shù)據(jù)必須要排列和重新排列。在這種情況下，就必須要有一個專門的數(shù)據(jù)組傳遞儲存數(shù)據(jù)，這就是現(xiàn)在最通用的方式。總的來說，聲音的處理方式都是大體相同的。可是現(xiàn)實生活中許多因素都是不可避免的，比如說設(shè)備的好壞、編

17、寫程序的限制、音頻的格式等等，最后造成聲音處理的缺陷。(2) 聲音失真缺陷在聲音的錄制與播放還有處理中，聲音就會不可避免的失真。聲音的失真是指聲音的音色、音調(diào)發(fā)生改變，播放以后的聲音沒有達(dá)到預(yù)期的效果。聲音的失真在聲音的處理中是最常見而且不可避免的，根據(jù)實驗證明，最容易產(chǎn)生問題的地方是音頻時長的壓縮和擴(kuò)展。在音頻壓縮和擴(kuò)展的過程中，所用到的主流方法是對于幀頻的刪除和復(fù)制，這樣一來就會大大增加數(shù)據(jù)關(guān)鍵幀的丟失和音頻噪聲的擴(kuò)大。在聲音的錄制方面，聲音的失真一般都是由于設(shè)備的簡陋與不完善造成的，設(shè)備在接收到聲音時就已經(jīng)發(fā)生改變，和原本的聲音有了很大的不同。處理聲音的丟失，一般是指在處理的過程中，程序

18、有著缺陷，運(yùn)行以后就會造成其中部分聲音的消失。就比如說聲音在處理時，程序運(yùn)行到某個部分，由于程序出錯沒有讀取語音文件或者在存儲語音文件時沒有存儲成功等等。這些不可避免的因素都會造成聲音的失真。(3) 聲音處理效率缺陷.聲音的處理效率， 是聲音處理領(lǐng)域上要解決的一大難題。聲音的變換處理從聲音的輸入，經(jīng)過聲音的處理到再輸出的這一整段過程中會花費至少好幾秒的時間，如果是聲音的實時轉(zhuǎn)換將會造成非常大的局限。聲音對于基頻和共振峰的處理，所花費的時長基本是一致的，能夠改變時長的是在聲音的壓縮和擴(kuò)展方面。在聲音處理這里主要有兩個問題。首先， 在聲音的單信道和雙信道的環(huán)境下處理聲音將會花費很長的時間。其次如果

19、音頻文件越大，那處理的時長就會越長，處理的效率就會大大降低。根據(jù)實驗結(jié)果，在選擇音頻處理方式的時候，根據(jù)時長選擇不同的處理方式。當(dāng)音頻時間很短大概幾秒到幾十秒的時候，就能選擇單信道處理方式；如果音頻時間很長超過一分鐘，那就選擇雙信道處理方式。 按這樣的劃分選擇相應(yīng)的處理方式就會大大節(jié)省時間 4 。1.2.3本文主要研究的內(nèi)容在本設(shè)計中，主要研究變聲器各個模塊的功能，弄清每個模塊的原理知識。我決定使用專門的變聲芯片來實現(xiàn)語音的變換功能。了解芯片的設(shè)計范疇，及其中每個部分所能起到的作用。設(shè)計要用到的變聲芯片WIN8072是一種具有變音效果的集成電路,其中內(nèi)置存儲器的設(shè)計， 可以直接對語音信號進(jìn)行儲

20、存。 還有內(nèi)置音頻編碼器的設(shè)計，可以隨意轉(zhuǎn)換說話人的語速，可以把人的語速轉(zhuǎn)換成正常和非正常的速率。即它是把說話人的正常聲音通過采樣頻率的不同，把用語音信號轉(zhuǎn)變過來的數(shù)字信號進(jìn)行變化，輸出不同的聲音。變音芯片通過內(nèi)置聲音放大器來稍微擴(kuò)大音量，而且設(shè)計擁有減少噪音的功能來降低電路中產(chǎn)生的噪音。最后設(shè)計出電路，制作PCB板，進(jìn)行焊接做出變聲器硬件電路，運(yùn)用變聲器實現(xiàn)變聲效果。.PSOLA），這個算法.第 2 章變聲器的原理介紹2.1 變聲的基本原理語音科學(xué)家們通過研究總結(jié)把人類的發(fā)聲過程比作一個由肺部呼出的氣體經(jīng)過以喉部、嘴巴、鼻子組成的濾波器作用后生成。人類的語音可以分為有聲語音和無聲語音。有聲語

21、音是氣流在經(jīng)過肺部出來后，通過喉部，經(jīng)過聲帶的震動，同時鼻腔提供共鳴腔，經(jīng)過調(diào)制后發(fā)出不同的聲音。這就是人類發(fā)聲的基礎(chǔ)，其中聲帶的震動頻率稱之為基頻。無聲語音是指聲帶不發(fā)生震動，并沒有發(fā)出聲音。通常人說話的基頻跟人的性別有著很大的關(guān)系，通過下面的表2.1 我們就可以看出。還有決定人說話的另外一個重要參數(shù)就是共振峰頻率的分布。從表中我們可以看出男性的共振峰頻率最低，然后是女性，分布較高的是兒童。共振峰頻率是由聲道的長短所決定的，聲道越短，共振峰頻率卻越高 5 。表 2.1男聲、女聲和童聲基頻、共振峰頻率關(guān)系表人群基頻分布 Hz共振峰頻率分布男聲50,180偏低女聲160,380中童聲400,10

22、00偏高由上表可知， 在進(jìn)行語音性別轉(zhuǎn)換的時候， 主要改變的兩個參數(shù)是基頻和共振峰頻率。這兩者之間是相互變換的，當(dāng)基頻發(fā)生變化時共振峰頻率也隨之改變。當(dāng)基頻變大，同時也增加共振峰頻率，男生的聲音就可以變成女生的聲音，女生的聲音就可以變成兒童的聲音。反過來，如果基頻減小，共振峰頻率也同時減小，這樣兒童的聲音就可以轉(zhuǎn)變成女人的聲音，女人的聲音就可以轉(zhuǎn)變成男人的聲音。但是為了能夠得到良好的變聲效果，就必須把基頻和共振峰頻率分開各自來變換如圖2.1 中所示。當(dāng)把基頻和共振峰頻率分開變化的時候， 就要保證兩者之間互不相關(guān)。 共振峰頻率變化的時候，是通過重采樣來實現(xiàn)的。可是我們通過了解重采樣就可以知道重采

23、樣會使聲音的基頻發(fā)生改變。所以使基頻發(fā)生改變的時候就必須消除重采樣帶來的影響，在理論方面只要能夠準(zhǔn)確的改變基頻，就可以使基頻和共振峰頻率之間相互獨立的變化。最后要介紹的是一個有名的算法叫基音同步疊接相加算法（.主要是為了實現(xiàn)語速和語調(diào)的聯(lián)合改變。因為語速和語調(diào)的改變完全是相互獨立的兩個過程，它們的參數(shù)互不相同，而這個算法就能夠一塊實現(xiàn)變化。算法PSOLA是語音改變技術(shù)領(lǐng)域的重大突破，它既能夠?qū)崿F(xiàn)語音的時長擴(kuò)大和縮小，又能夠改變基頻，最后得到想要的聲音文件。 基音同步疊接相加算法的主要思想是在基頻周期級別精度上進(jìn)行波形交疊拼接。音調(diào)改變是通過改變聲音的基頻周期，一部分一部分的處理改變的。音速的改

24、變，是通過減少聲音的幀節(jié)來實現(xiàn)壓縮，通過復(fù)制幀節(jié)來實現(xiàn)聲音的擴(kuò)展 6 。v1 童女聲區(qū)率男聲頻v2峰聲區(qū)振共區(qū)基頻V1男聲變童聲V2男聲變女聲圖 2.1基頻和共振峰頻率分布的變化2.2變聲器的基本原理變聲器的基本原理， 就是通過改變輸入聲音的基本頻率，以此來改變聲音的音色和音調(diào)，使輸出的聲音與原來的聲音聽起來不一樣。平時我們聽到的每個人的聲音在感官上都不一樣，這就是因為聲音的音色和音調(diào)不一樣。比如我們?nèi)粘Ｉ钪薪?jīng)常聽到的男高音、女高音，就是指聲音的音調(diào)。關(guān)于音色的不同，就是指我們能區(qū)分開不同人的聲音，再通俗點就像區(qū)分不同種樂器的聲音。變聲器就是借助對聲音的音色和音調(diào)進(jìn)行改變，實現(xiàn)變聲的功能。也

25、就是把基頻和共振峰一起改變。當(dāng)把基頻和共振峰頻率分開變化的時候，就要保證兩者之間互不相關(guān)。共振峰頻率變化的時候，是通過重采樣來實現(xiàn)的。 可是我們通過了解重采樣就可以知道重采樣會使聲音的基頻發(fā)生改變。所以使基頻發(fā)生改變的時候就必須消除重采樣帶來的影響，在理論方面只要能夠準(zhǔn)確的改變基頻，就可以使基頻和共振峰頻率之間相互獨立的變化7 。聲音經(jīng)過重采樣之后， 聲音信號的樣本數(shù)目就會改變。如果按原來的采樣頻率播.放，播放出來的聲音就會與原來相比變快或變慢。這樣聽起來聲音的語速會與原來有很大的不同，為了使聲音的語速與原來聽起來一樣就必須要進(jìn)行變速處理，這說的就是聲音的變速不變調(diào) 8 。2.3變聲器的類別和

26、功能變聲器可以分為軟件變聲器和硬件變聲器，其變聲原理都一樣。 通常我們大多數(shù)時候接觸到的都是軟件變聲器，比如會說話的湯姆貓。通過硬件實現(xiàn)變聲的機(jī)器就是硬件變聲器。軟件變聲器都是通過編寫程序進(jìn)行變聲。兩者之間如果要處理專業(yè)的語音用到更多的是硬件變聲器，因為硬件變聲的處理效果比軟件要好。軟件變聲器在娛樂方面應(yīng)用的比較多。變聲器根據(jù)功能的分類可分為以下幾類:(1) 不限制格式錄音 : 不限格式錄音是指對能夠?qū)β曇舻母鞣N來源進(jìn)行無限制的錄制，并且能夠選擇性的對需要的聲音進(jìn)行錄制。錄制的過程中并不需要進(jìn)行聲音的緩存，這樣就可以大大減少內(nèi)存的占用。錄制能夠直接進(jìn)行聲音的轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)變聲的效果。最終生成的聲音

27、文件在各種格式下都能夠使用。(2) 對聲音進(jìn)行多種附加處理 : 原本變聲系統(tǒng)的主要功能是為了實現(xiàn)聲音的變換，那就是對聲音進(jìn)行最基本的變速和變調(diào)的處理。可有些系統(tǒng)不光擁有這些處理功能，而且能夠附加許多額外的聲音效果，這樣一來聲音附加額外的特效就能輸出比較完美的音色。(3) 聲音文件的編輯 : 能夠?qū)β曇粑募M(jìn)行截取功能， 只選擇其中的一段進(jìn)行存儲。能夠改變原來聲音的音量大小，能夠加強(qiáng)或減弱聲音的開始和結(jié)束。最后能夠使聲音文件保存為像 MP3等各種各樣的格式 9 。.第 3 章變聲器各部分功能模塊3.1語音信號的采集本設(shè)計中對于語音信號的采集使用的是駐極體話筒，俗稱咪頭。它的外觀如圖 3.1所示。

28、駐極體話筒的價格便宜、聲音讀入性能良好、結(jié)構(gòu)十分簡單，體積就像硬幣大小一樣攜帶特別方便。由于它價格便宜、效果良好的特點，能夠被非常廣泛的應(yīng)用在小收音機(jī)、實驗電路等各個場所。因為駐極體話筒的輸入和輸出的阻抗特別高，所以必須在話筒的外殼內(nèi)設(shè)置場效應(yīng)管作為阻抗轉(zhuǎn)換器。這樣就造成駐極體話筒的工作必須在直流電壓下進(jìn)行。3.1.1駐極體話筒的構(gòu)造及原理駐極體麥克風(fēng)的工作原理是通過聲音的傳播引發(fā)空氣的震動，進(jìn)而引起麥克風(fēng)中振動膜的震動。振動膜是一片非常薄的塑料薄片，上面粘貼著極薄的純金薄膜。振動膜與下面的金屬片形成一個電阻。發(fā)生振動時就會造成上面振動膜與下面金屬片的距離發(fā)生改變，電容的大小隨著距離的改變而變

29、化，形成了交變電壓。 因為電容非常小，這樣就會造成輸出阻抗特別高。輸出阻抗較高就不能與外接的音頻放大器匹配，所以它的結(jié)構(gòu)中還得再接一個三極管來進(jìn)行對阻抗的變換。圖 3.1駐極體話筒實物圖駐極體話筒的基本結(jié)構(gòu)是由駐極體薄膜和有小孔的金屬板組成的。駐極體與金屬板相對，兩者之間有個非常小的空氣縫隙。空氣縫隙、駐極體組成了絕緣介質(zhì)，而金屬層和有小孔的金屬板就是兩個電極。兩個電極和絕緣介質(zhì)組成了電容。聲音的震動會使駐極體薄膜振動，使得空氣縫隙發(fā)生改變，最終導(dǎo)致電容發(fā)生改變。運(yùn)用公式Q=CU，C 發(fā)生改變，而總的電荷量 Q沒有改變， 電壓 U發(fā)生改變。這就實現(xiàn)了聲音信號與電信號的轉(zhuǎn)變。系統(tǒng)中電容的量非常小

30、， 輸出的電信號非常微弱， 最終導(dǎo)致系統(tǒng)的輸出阻抗特別.的大。在這種情況下，咪頭就不能與外部的音頻功率放大電路相連接。如果接一個阻8抗變換器，系統(tǒng)就能正常工作。阻抗變換器是由專門的場效應(yīng)管和二極管組成的。防塵網(wǎng)：它的主要作用就是防止灰塵對振膜的損壞， 從而對咪頭起到很好的保護(hù)作用，除此之外還可以起到短時間的防水作用。外殼：作為整個咪頭的支柱部件，其它部件都封裝在外殼之中，作為傳聲器連接地端點，還可以起到將電磁屏蔽的作用。振膜：是一個將聲音信號轉(zhuǎn)換為電信號的主要零件，它是在一個很薄的金屬圓環(huán)上粘貼薄膜，這些薄膜被緊緊的粘在圓環(huán)上，可以在薄膜上充上電荷，因為金屬圓環(huán)和薄膜相互接觸的一邊還有一層相當(dāng)

31、薄的金屬層附在其上面，這樣就可以組成一個既可以振動也可以改變電容的一個電極板。墊片：為了保證電容兩極板之間始終保持一定的距離，所以需要在其之間留有一定的空隙，這樣就很容易的改變電容的容量， 因為振動的薄膜有一個比較寬闊的空間。背極板：作為電容的另一個電極，被連接到了場效應(yīng)管的柵極上。銅環(huán)：將極板與場效應(yīng)管的柵極連接到一起，可以起到很好的支撐作用。腔體：將極板和極環(huán)集合在一起，從而可以有效的避免極板和極環(huán)與外殼之間發(fā)生短路。PCB組件：里面包含有場效應(yīng)管、電容等器件，其他的器件也可以通過它實現(xiàn)位置的確定。PIN：它是將傳聲器和PCB有效連接的中間連接體，當(dāng)一個物體具有這樣的引腳時，就可以和 PC

32、B焊接到一起了。3.1.2駐極體話筒主要的參數(shù)指標(biāo)(1) 工作電壓（ UDS）。這是指駐極體麥克風(fēng)在工作的時候，所需要兩端的直流電壓。直流電壓的大小沒有固定的數(shù)值，話筒的型號不一樣電壓也就不一樣。一般我們經(jīng)常遇到的話筒電壓值為1.5V 、3V和 4.5V 這 3 種。(2) 工作電流（ IDS）。這是指駐極體麥克風(fēng)在工作的時候，所通過的直流電流，本質(zhì)上就是麥克風(fēng)內(nèi)部場效應(yīng)管的電流。直流電流的大小也沒有固定的數(shù)值，只有一個大概的范圍在 0.1mA1mA之間。(3) 最大工作電壓（ UMDS）。這是指駐極體麥克風(fēng)內(nèi)部場效應(yīng)管所能承受的最大.的直流電壓，如果超過這個電壓，電路就會損壞，而場效應(yīng)管也會

33、被擊穿。(4) 靈敏度。麥克風(fēng)的靈敏度是指隨著聲音的改變?nèi)缓篼溈孙L(fēng)能夠產(chǎn)生的音頻信號電壓的大小，通常這個大小有一定的范圍。 隨著麥克風(fēng)靈敏度的提高，它所能夠輸出的音頻信號的幅度也就是越大。(5) 輸出阻抗。麥克風(fēng)的輸出阻抗是指麥克風(fēng)在一定的輸入頻率下， 輸出端所生成的交流阻抗。通過麥克風(fēng)內(nèi)部場效應(yīng)管的阻抗變換，它的輸出阻抗一般都是會小于3K。(6) 固有噪聲。固有噪聲是指麥克風(fēng)電路經(jīng)常產(chǎn)生的噪聲電壓， 這是不可避免的。如果麥克風(fēng)的固有噪聲越大，那么電路工作時輸出的語音信號產(chǎn)生的噪聲就會越大。通常麥克風(fēng)的固有噪聲都很小，一般都是微伏級電壓。(7) 指向性。指向性是指麥克風(fēng)的靈敏度隨著聲波方向的改

34、變而改變。 麥克風(fēng)的指向性總的來說可以分為三種，包括單向性、雙向性和全向性。單向性是指麥克風(fēng)在正對著聲波時，靈敏度較高。雙向性是指麥克風(fēng)在正面和反面對著麥克風(fēng)的時候，靈敏度最高。同理，全向性是指麥克風(fēng)對于四面八方的聲波靈敏度都是一樣。3.2模數(shù)轉(zhuǎn)換（ A/D）和數(shù)模轉(zhuǎn)換（ D/A）信息技術(shù)在現(xiàn)代社會生產(chǎn)生活甚至通信檢測等鄰域都得到了非常廣泛的應(yīng)用，在實際應(yīng)用中，為了提高信息系統(tǒng)的性能指標(biāo)，信號的處理都是由計算機(jī)進(jìn)行的，但是生活生產(chǎn)中的信息往往是一些模擬信號，是不能夠被計算機(jī)識別出來的，因此就需要將這些模擬信號轉(zhuǎn)換成計算機(jī)能處理識別的數(shù)字信號，這是就需要用到模數(shù)轉(zhuǎn)換器也就是 A/D 轉(zhuǎn)化器；計算

35、機(jī)對信號處理完畢后，又需要將這些數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成人們能夠執(zhí)行處理的模擬信號，這是就需要用到數(shù)模也就是D/A 轉(zhuǎn)換器。A/D 轉(zhuǎn)換器和 D/A 轉(zhuǎn)換器是信息系統(tǒng)的重要組成部分，模數(shù)轉(zhuǎn)換器（簡稱ADC或A/D 轉(zhuǎn)換器）是把模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，數(shù)模轉(zhuǎn)換器（簡稱DAC或 D/A 轉(zhuǎn)換器）是把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號。對于 A/D 轉(zhuǎn)換器和 D/A 轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)化速度和轉(zhuǎn)換精度是非常重要的技術(shù)指標(biāo)，高的速度和精度能夠確保處理結(jié)果的正確性和快速性，節(jié)省處理時間。隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展， A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換器的生產(chǎn)水平和生產(chǎn)工藝越來越高，技術(shù)指標(biāo)也越來越先進(jìn)10 。3.2.1模數(shù)轉(zhuǎn)換（ A/D）.模數(shù)轉(zhuǎn)

36、換，亦稱為模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換，是將連續(xù)的模擬量（如象元的灰階、電壓、電流等）通過取樣轉(zhuǎn)換成離散的數(shù)字量。例如，對圖像掃描后，形成象元列陣，把每個象元的亮度轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字表示，即經(jīng)過模/ 數(shù)轉(zhuǎn)換后，構(gòu)成數(shù)字圖像。通常有電子式的模 / 數(shù)轉(zhuǎn)換和機(jī)電式模 / 數(shù)轉(zhuǎn)換二種。 在遙感中常用于圖像的傳輸，存貯以及將圖像形式轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式的處理。例如：圖像的數(shù)字化等。模數(shù)轉(zhuǎn)換的過程：模數(shù)轉(zhuǎn)換包括采樣、保持、量化和編碼四個過程。3.2.2數(shù)模轉(zhuǎn)換（ D/A）數(shù)模轉(zhuǎn)換器， 又稱 D/A 轉(zhuǎn)換器，簡稱 DAC，它是把數(shù)字量轉(zhuǎn)變成模擬的器件。D/A轉(zhuǎn)換器基本上由4 個部分組成，即權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)、運(yùn)算放大器、基準(zhǔn)電源和模擬開

37、關(guān)。模數(shù)轉(zhuǎn)換器中一般都要用到數(shù)模轉(zhuǎn)換器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器即A/D 轉(zhuǎn)換器，簡稱 ADC，它是把連續(xù)的模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡x散的數(shù)字信號的器件11 。D/A 轉(zhuǎn)換器由數(shù)碼寄存器、模擬電子開關(guān)電路、解碼網(wǎng)絡(luò)、求和電路及基準(zhǔn)電壓幾部分組成。總之，各種技術(shù)和工藝的相互滲透，揚(yáng)長避短，開發(fā)出適合各種應(yīng)用場合，能滿足不同需求的 A/D 轉(zhuǎn)換器，將是模擬 / 數(shù)字轉(zhuǎn)換技術(shù)的未來發(fā)展趨勢。高速、高精度、低功耗 A/D 轉(zhuǎn)換器將是今后數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器發(fā)展的重點。3.3 SRAM（靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器）SRAM，即靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器。 從它的名稱就可以知道是一種可以靜態(tài)存取功能的內(nèi)存，并不需要通過刷新電路來保存數(shù)據(jù)。SRAM最大的特

38、點就是不需要通過刷新電路來保存數(shù)據(jù)。而DRAM每次過一段時間都必須要刷新充電，以此來保證數(shù)據(jù)的存儲。所以SRAM的性能比較高，消耗的功率也比較少，同樣的它也有缺點。因為結(jié)構(gòu)的原因占用的體積比較大，所以集成度比較低造成成本較大 12 。3.3.1 SRAM 主要規(guī)格一種是置于 CPU與主存之間的高速緩存， 它有兩種規(guī)格：一種是固定在主板上的高速緩存；另一種是插在卡槽上的COAST擴(kuò)充用的高速緩存，另外在 CMOS芯片 1468l8的電路里，它的內(nèi)部也有較小容量的128 字節(jié) SRAM，存儲我們所設(shè)置的配置數(shù)據(jù)。.3.3.2 SRAM 基本特點和用途SRAM基本特點：(1) 優(yōu)點是工作速度特別快，

39、 不需要不斷地刷新電路所以效率高。 大大節(jié)省了工作的時間。(2) 缺點是占用的體積比較大，不便宜，運(yùn)行時消耗的功率相對來說較大，最重要的是在沒有電源的情況下不能夠保存系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。 一般它的使用地方都是系統(tǒng)重要部位，用來提高系統(tǒng)的工作效率。(3) 使用 SRAM的地方為 CPU與主要存儲器之間進(jìn)行的高速緩存。SRAM主要用途： SRAM一般主要用于二級高速緩存。因為它存儲速度較快的性能，還有就是通過晶體管來存儲數(shù)據(jù)。3.3.3 SRAM 結(jié)構(gòu)原理SRAM，即靜態(tài) RAM。一般是由五個部分組成，包括存儲單元列陣、地址譯碼器、靈敏放大器、控制電路和緩沖電路。SRAM是由晶體管組成的，接通的時候是1，

40、斷開的時候是 0。當(dāng) SRAM工作時，其內(nèi)部的晶體管內(nèi)部會不斷的刷新；當(dāng)它停止工作的時候，信息不會被保存。它的優(yōu)點是工作速度特別快，缺點是要占用更大的空間。每個SRAM存儲單元是由四個左右的晶體管還有其他器件組成13 。3.4電動式揚(yáng)聲器在如今的電子市場上，運(yùn)用最多的、最受大家歡迎的就是電動式揚(yáng)聲器，又可以稱之為動圈式揚(yáng)聲器。它是通過把電能轉(zhuǎn)換為聲能的電子產(chǎn)品。電動式揚(yáng)聲器的原理：其中主要用到的就是法拉第定律，當(dāng)載體在通過電磁場時，會受到一個電場力的作用，這個力的大小與電流大小、導(dǎo)體長度、磁通密度成正比，力的方向與電流、磁場方向垂直。當(dāng)電動式揚(yáng)聲器工作時，輸入的是交變電流，音圈會做交變運(yùn)動，帶

41、動振動膜震動發(fā)出聲音。現(xiàn)在市面上比較流行的紙盆式揚(yáng)聲器、錐形揚(yáng)聲器就都是電動式揚(yáng)聲器。揚(yáng)聲器一般都是圓形，所以用揚(yáng)聲器的最大直徑來表示揚(yáng)聲器的尺寸。就比如我們通常所說的8 英寸的揚(yáng)聲器，就是指它的最大直14徑是 200mm 。3.4.1電動式揚(yáng)聲器結(jié)構(gòu).錐形揚(yáng)聲器就是現(xiàn)在使用最廣泛的揚(yáng)聲器，也可以把它稱之為輻射式揚(yáng)聲器，它通過呈圓錐形的錐盆來向空間傳遞聲波。一個完整的錐形揚(yáng)聲器可以由為下面三個系統(tǒng)組成：振動系統(tǒng)由錐盆、折環(huán)、定位支片、防塵罩和音圈組成。磁路系統(tǒng)由磁體、上導(dǎo)磁板、下導(dǎo)磁板、磁極心組成。輔助系統(tǒng)則由盆架、壓條、引出線和接線端片等組成。電動式揚(yáng)聲器結(jié)構(gòu)圖如3.2 所示：圖 3.2電動

42、式揚(yáng)聲器結(jié)構(gòu)圖3.4.2電動式揚(yáng)聲器各部分介紹揚(yáng)聲器最重要的部分就是錐盆， 它在很大程度上決定了揚(yáng)聲器的效果。錐盆是一般為圓形或橢圓形的振膜，它的底部與音圈相接，當(dāng)音圈振動時會帶動錐盆運(yùn)動，造成周圍空氣發(fā)生改變。錐形揚(yáng)聲器的錐盆面積設(shè)計的會比較大，所以當(dāng)揚(yáng)聲器工作時會產(chǎn)生較大的振動幅度。這會作用于周圍的空氣，而空氣會反作用于錐盆，使錐盆發(fā)生形變，使得錐盆自身的剛性發(fā)生改變。錐盆的不同部分會出現(xiàn)相對運(yùn)動，這種運(yùn)動又被稱之為分割振動。當(dāng)錐盆的振動頻率超過一定范圍，會造成錐盆本身的嚴(yán)重形變，會使聲音嚴(yán)重失真。錐盆的剛性是造成聲音失真的主要因素，所以一般選擇剛性較好的材料制作錐盆。制作錐盆的材料除了要有良好的剛性外，還應(yīng)該有密度小、機(jī)械強(qiáng)度大等特點。定心支片也是影響揚(yáng)聲器性能的元件。 硬度是定心支片的主要特性， 因為硬度會影響揚(yáng)聲器的諧振頻率，會對揚(yáng)聲器的品質(zhì)造成影響。定心支片的外形為圓環(huán)形，外端粘在