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音频信号与电信号转换器

阅读：1037发布：2020-10-13

IPRDB可以提供音频信号与电信号转换器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种音频信号与电信号转换器,包括一传声器阵列,由复数个具有不同中心共振频率及不同放大倍率的传声器共同构成一阵列结构,每一个传声器包括一第一音频接收单元、一第二音频接收单元及一差分放大器,该第一音频接收单元与第二音频接收单元的输出信号通过差分放大器予以相减,以在该差分放大器的输出端产生一具有预定中心共振频率值的输出电信号。该传声器阵列中所需的传声器可由开关单元予以选定连接。，下面是音频信号与电信号转换器专利的具体信息内容。

1、一种音频信号与电信号转换器，用以将一音频输入信号转换 为电信号，其特征在于：该转换器包括：一传声器阵列，由复数个 具有不同中心共振频率及预设放大倍率的传声器共同构成一阵列结 构，用以接收音频输入信号；复数个开关单元，用以选定所需连接 的传声器；通过该开关单元选定所需中心共振频率及放大倍率的传 声器，再输出该传声器阵列的输出电信号。

2、如权利要求1所述的音频信号与电信号转换器，其特征在于： 该传声器阵列中的每一个传声器包括：两个以上的音频接收单元，每一个音频接收单元具有不同的共 振频率值；

一差分放大器，将各个音频接收单元的输出信号予以相减，以 在该差分放大器的输出端产生一具有预定中心共振频率值的输出电 信号。

3、如权利要求1所述的音频信号与电信号转换器，其特征在于： 该传声器阵列中的每一个传声器包括：一第一音频接收单元，具有第一共振频率值；

一第二音频接收单元，具有第二共振频率值；

一差分放大器，将该第一音频接收单元与第二音频接收单元的 输出信号予以相减，以在该差分放大器的输出端产生一具有预定中 心共振频率值的输出电信号。

4、如权利要求1所述的音频信号与电信号转换器，其特征在于： 该传声器阵列的输出端还连接一放大电路，以将该输出电信号予以 放大。

5、如权利要求4所述的音频信号与电信号转换器，其特征在于： 该放大电路的输出端还连接一发声器，以共同构成一助听装置。

6、如权利要求1所述的音频信号与电信号转换器，其特征在于： 该传声器中的预设放大倍率为同一放大倍率。

7、如权利要求1所述的音频信号与电信号转换器，其特征在于： 该传声器阵列中预先设放大倍率为不同的放大倍率。

8、一种音频信号与电信号转换器，用以将一电信号转换成一音 频信号，其特征在于：该转换器包括：一发声器阵列，由复数个具 有不同中心共振频率及预设放大倍率的发声器共同构成一阵列结 构，用以接收一电输入信号；复数个开关单元，用以选定所需连接 的发声器；通过该开关单元选定所需中心共振频率及放大倍率的发 声器，再输出该发声器阵列的音频输出信号。

9、如权利要求8所述的音频信号与电信号转换器，其特征在于： 该发声器阵列的输入端连接一传声器，以共同构成一助听装置。

10、如权利要求9所述的音频信号与电信号转换器，其特征在 于：该发声器阵列与传声器之间还连接有一放大电路，以将该传声 器的输出电信号予以放大。

11、如权利要求8所述的音频信号与电信号转换器，其特征在 于：该传声器阵列中的预设放大倍率为同一放大倍率。

12、如权利要求8所述的音频信号与电信号转换器，其特征在 于：该传声器阵列中的预设放大倍率为不同的放大倍率。

说明书全文

本发明涉及一种音频信号与电信号转换器，特别涉及适合应用 在助听器中的包括有传声器阵列的转换器结构。

根据统计，先天听力障碍人口占总人口的千分之六至千分之七， 而年龄在五十五岁至六十四岁的人口中有百分之十五，六十五岁至 七十四岁中的人口中有百分之二十四，七十五岁以上人口有百分之 三十九的人口有听力障碍，而听力障碍者所需提供的辅助多得靠助 听器的协助。

典型的助听器可分为三个主要部分，即传声器(Microphone)、发 声器(Receiver or speaker)与其间的放大处理电路(Amplifiers circuits)。而限于空间的缘故，早期的助听器多以单频段(single band) 放大(单一放大电路)为主。然而，此类型的助听器效能并无法符合听 力障碍者的需求，因为听力障碍者的需求并不止在将各频率声音同 等放大，而是希望能分成不同频段作不同的放大压缩处理，每位听 力障碍者都需依其听力障碍情形作特别评估，以决定到底需要配戴 何种听力辅具来矫正，且在不同频率区段(简称频段)损失所需矫 正的补偿也随之不同。

因此，近年来，多频段(multi-band)放大(多放大电路)的助听 器产品渐成主流，让听力障碍者在使用助听器后有更好的效果，其 原理为声音信号经转换成电能信号后，再经滤波电路将低频信号滤 出压缩，而高频信号(800～3500Hz)则滤出放大。但因尺寸及耗能 上有所限制，过多的滤波线路便不被允许，因此现今产品最多分成 三频段作处理。

另一方面，在多频段助听器的发展中，由于电路上的限制，除 不能提供较多频段的放大压缩外，在各频段调变弹性也不大，为此， 随着半导体制作及数字信号处理(Digital Signal Process，DSP)技术的 应用与蓬勃发展，提供了较弹性化且较多频段的“分频放大”功能。 不过虽然使用数字信号处理技术可达到分频目的，但由于任何助听 器皆需处理随机时间进入的声音，为此若使用该技术的助听器，其 中央处理单元(CPU)便需持续开机，将导致助听器的电能过度耗 损，这是使用此技术的一大缺点。

由于在助听器中发声器的原理是将电能信号转成声音信号，而 现今发声器是电磁驱动，若是改变发声器中机械结构尺寸或改用压 电式传声器输入不同电压造成不同声压输出，在传声器与发声器间 先作不同放大效果，如此一来，其间的放大电路便可更加简单，且 更增加其调变弹性。

再者，传声器、发声器与内部电路工艺若能予以整合，则可提 高工艺合格率(yield)及降低助听器装配成本，广大的听力障碍人士便 不必再因助听器的高档价位而裹足不前，造成生活品质降低。因此 未来研究主题并不局限于提升传声器效能的研究，而是将助听器整 合在单一微小晶片上。

了解了以上助听器沿革与听力障碍者的需求后，可以归结出一 个真正符合实用性的助听器应具备下列特征：

1、尺寸：须轻便短小、隐藏性佳；

2、功能：提供多频段放大压缩及较弹性的调变功能；

3、耗能：减少耗能状况，降低电池汰换率，以便利使用者；

4、效能：电路噪声、外界环境噪声等噪声的降低；

5、成本：整合电路及机械的制造，以降低成本。

因此，本发明的主要目的即是针对上述的需求，而设计一实用 的助听器，其制作采用了微机电的技术，可以有效发挥缩小尺寸、 提高精度及降低成本的特点。微机电技术可让许多机电结构及电子 电路整合在一微小芯片上，达到缩小化、工艺整合以降低成本，芯 片经整合后整个传声器的外接接线减少，使噪声情形随之降低。

而在分频处理方面，本发明利用微机电技术制作一批不同共振 频率的音频接收单元后，再将这些音频接收单元的输出作电路相减， 可达到利用微机械结构来对频率作分段的功能。另外本发明是利用 简单的差分放大器来做频段区分的工作，并不须利用数字信号处理 技术，系统仅需在声音进入时消耗电能作差分工作，相比之下此构 想便较节省耗能。另外，当这些概念有所成果后，我们可进一步改 变机械结构或尺寸使其相同共振频率传声器能有不同大小响应，如 此该传声器阵列更可取代数字信号处理技术的功能。

在微机电技术应用于传声器的研究当中，根据操作原理可将传 声器分为电容式、驻极体式、压电式及压阻式四大类。电容式传声 器原理为两平板间加一变压后，再利用此两平板间电容变化造成电 压输出变化以量测各个不同频率的声音；驻极体式传声器与电容式 原理相同，其差异仅在于两平板间的材质是属于内含电荷的，不需 另加变压即有电压输出变化，此型传声器是现今助听器中传声器的 主流；压电式传声器是利用特殊感测材质的特色，当声压输入造成 传声器中机械结构振动时，此感测材质会因振动使材料内部受应变 而产生电压变化，进而我们可从中获得与频率相关的电压输出；压 阻式传声器与压电式相似，而该材质会因机械应变造成电阻阻值变 化，从而获得与频率相关的输出。

除了这四种传声器研究外，也有改变微机械结构来降低工艺所 引起的残余应力以增加灵敏度的研究，此是利用皱摺结构来提高结 构刚度以降低内应力的作用，这也是利用微机电系统制作传声器的 另一主流。从此四类传声器的研究中，其效能除在灵敏度大小有所 差别外，其余皆类似。因此，采用上述各种传声器的类型，皆可适 用于本发明。

以下将通过本发明的较佳实施例说明及配合附图，对本发明作 进一步的说明：

图面说明：

图1是本发明传声器阵列的配置示意图；

图2是图1中传声器单元的电路图；

图3是图2电路中相关信号的波形图；

图4是本发明的传声器阵列与一放大电路、一发声器阵列组构 成一助听器的方框图；

图5是本发明发声器阵列的配置示意图。 附图标记说明：

1   传声器阵列

11  第一音频接收单元

12  第二音频接收单元

13  差分放大器

2   放大器

3   发声器阵列

实施例：

参阅图1所示，是本发明传声器阵列的配置示意图。在该图中， 是以4×4的阵列作一实施例说明，在实际的制作时，可依需要而变 更为其它的阵列结构。

在该传声器阵列1中，包括有数个具有不同中心共振频率f1、f2、 f3、f4的数个传声器M11、M21、M31、M41，这四个传声器的放大 倍率为A1，其放大倍率例如为1，而该中心共振频率f1、f2、f3、f4 的频率值例如可为0.5KHZ、1KHZ、2KHZ、3KHZ。

在相邻于前述四个传声器M11、M21、M31、M41的位置(即 第二列)，则配置了另外四个传声器M12、M22、M32、M42，这四 个传声器的中心共振频率分别为f1、f2、f3、f4(即其中心共振频率 为0.5KHZ、1KHZ、2KHZ、3KHZ)，但是其具有不同的放大倍率 值A2(例如其放大倍率为2)。

依据此一阵列架构，在该传声器阵列的第三列中，包括了四个 传声器M13、M23、M33、M43，其中心共振频率分别为f1、f2、f3、 f4，但是其具有不同的放大倍率A3(例如其放大倍率为4)。而在该 传声器阵列中的第四列的传声器M14、M24、M34、M44，其中心 共振频率分别为f1、f2、f3、f4，但是其具有不同的放大倍率A4(例 如其放大倍率为8)。

在该传声器的阵列架构中，另包括有数个开关单元S11、S12、 S13、S14....S44，分别一对一连接于该传声器阵列中的各传声器单 元M11、M12、M13....M44，通过该开关单元可选定所需中心共振 频率的传声器、以及所需放大倍率的传声器。

图2是图1中传声器的进一步电路图，其包括有一第一音频接 收单元11、一第二音频接受单元12、一差分放大器13，其中该第 一音频接收单元11用来接收外界的音频信号，并将其输出信号S1 送至该差分放大器13的其中一输入端。该第一单频接收单元11具 有第一共振频率值，其频率值f11与灵敏度的关系波形可参阅图3 所示。

第二音频接收单元12亦采用接收外界的音频信号，并将其输出 信号S2送至该差分放大器13的另一端。该第二音频接收单元12具 有第二共振频率值门2，其频率值与灵敏度的关系波形、以及其波形 与第一音频接收单元11的输出信号波形，可参阅图3所示。

该差分放大器13可在接收第一音频接收单元11与第二音频接 收单元12的信号之后，执行两信号的相减，因此在其输出端产生一 输出电信号S3，其具有一中心共振频率值f13。因此，只要选定两 相关的共振频率值，即可产生所需的具有预定中心共振频率的输出 电信号。

上述的传声器阵列架构中，若应用在助听器时(参阅图4所示)， 其传声器阵列1的输出电信号可连接至一放大器2的输入端，然后 再将该放大器2的输出端连接至一发声器3。

该发声器也可采用发声器阵列的架构，例如有图5中所示，在 发声器阵列3中，包括有数个具有不同中心共振频率f’1、f’2、f’3、 f’4的数个发声器M’11、M’21、M’31、M’41，这四个发声器的放大 倍率为A’1。在相邻于前述四个发声器M’11、M’21、M’31、M’41 的位置(即第二列)，则配置了另外四个发声器M’12、M’22、M’32、 M’42，这四个发声器的中心共振频率分别为，其放大倍率为A’2。

依据此一阵列架构，在该发声器阵列3的第三列中，包括了四 个发声器M’13、M’23、M’33、M’43，其中心共振频率分别为f’1、 f’2、f’3、f’4，其放大倍率为A’3，而在该发声器阵列中的第四列的 发声器M’14、M’24、M’34、M’44，其中心共振频率分别为f’1、f’2、 f’3、f’4，其放大倍率为A’4。

在该发声器阵列架构中，包括有数个开关单元S’11、S’12、 S’13、……S’44，分别一对一连接于该发声器阵列中的各发声器单 元M’11、M’12、M’13……M’44，通过该开关单元可选定所需中心 共振频率及所需放大倍率的发声器。

通过以上的阵列结构，可以选定不同频段作不同的放大处理， 以符合听力障碍者最适合的听力辅助需求。在实际的产品制作中， 可以直接选择特定的中心共振频率及放大倍率的传声器/发声器， 来构成一通用型的助听器，也可以通过开关单元的开路/闭路规划， 而以类似可程序化的方式来构成一具有特定频段、特定放大倍率的 助听器。如此，可以依据每位听力障碍者不同的听力障碍情形作特 别评估，以决定最适频率区段及最适频段放大倍率的助听器。

综合以上所述可知，本发明所提供的音频信号与电信号转换器， 在功效上确可达到预期的效果，而在本案专利申请前并未见到有相 同或类似的产品公开过或核准专利，因此本发明符合专利的要件， 于是依法提出专利申请。

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电信号加扰装置-专利编号CN1417946A 2020-05-13 836
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