變聲器的畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、 畢業(yè)設(shè)計(jì)變聲器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào)： 系 部： 專 業(yè)： 指導(dǎo)教師： 2015年6月誠(chéng)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(dú)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(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的作品成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。 本人簽名： 年 月 日語(yǔ)齡變換麥克風(fēng)的設(shè)計(jì)與實(shí)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(guò)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(lái)有很大的差異。實(shí)質(zhì)就是對(duì)語(yǔ)

2、音信號(hào)進(jìn)行基頻和共振峰頻率的變化。本設(shè)計(jì)通過(guò)介紹基于WIN8072變聲芯片的硬件變聲系統(tǒng)，對(duì)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(jì)。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(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行采集，利用芯片對(duì)語(yǔ)音信號(hào)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(hào)輸出。將改變的信號(hào)搭配使用LM386的音頻功率放大電路，對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行放大處理，最終通過(guò)電動(dòng)式揚(yáng)聲器輸出變聲后的聲音。經(jīng)過(guò)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)本設(shè)計(jì)基本實(shí)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 Implementati

3、on of a Language Age Shift Microphone AbstractVoice changer in general can be divided into hardware and software. The principle of voice changer is by changing the fundamental frequency of the voice input, and then change the sound timbre and tone, enable the voice output in sensory and had great di

4、fference. The essence is the change of the fundamental frequency and the fundamental frequency of the speech signal.Through the design of the hardware voice system based on WIN8072 voice chip and working principle of each part of the function modules of the system were introduced in detail and the h

5、ardware design. The chip has its own A/D, D/A conversion function and sound frequency change function. The speech signal is acquired by using the microphone in the polar body, and the signal is converted by the chip to the speech signal, and the sound frequency is changed, and then the signal output

6、 is converted to a digital mode. Using LM386 audio power amplifying circuit of the signal will change the match, on speech signal for amplification processing, finally through the electric loudspeaker output voice after voice. After tests found the design basically achieved the voice function, achie

7、ve the expected effect.Key words: Voice chip，Voice frequency，LM386，Audio power amplifier目 錄第1章 緒 論11.1 課題意義與背景11.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1 國(guó)內(nèi)外語(yǔ)音變換研究現(xiàn)狀1 語(yǔ)音處理存在的問(wèn)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(yǔ)音信號(hào)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

8、（D/A）103.2.1 模數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D）103.2.2 數(shù)模轉(zhuǎn)換（D/A）113.3 SRAM（靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器）11 SRAM主要規(guī)格11 SRAM基本特點(diǎn)和用途12 SRAM結(jié)構(gòu)原理123.4 電動(dòng)式揚(yáng)聲器123.4.1 電動(dòng)式揚(yáng)聲器結(jié)構(gòu)123.4.2 電動(dòng)式揚(yáng)聲器各部分介紹13第4章 音頻功率放大器LM386154.1 LM386具體描述154.2 LM386特性154.3 LM386詳細(xì)介紹164.3.1 LM386內(nèi)部電路164.3.2 LM 386的引腳特點(diǎn)17第5章 基于WIN8072的變聲系統(tǒng)設(shè)計(jì)185.1 變音ICWIN8072的具體描述185.2 WIN8072特征1

9、85.2.1 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(shí)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(duì)語(yǔ)音信號(hào)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(yǔ)音轉(zhuǎn)換技術(shù)的飛速發(fā)展對(duì)我們的生活產(chǎn)生了極大的意義，有著非常廣泛的使用價(jià)值，能夠產(chǎn)生很大的經(jīng)濟(jì)效益，具體有以下幾個(gè)方面:(1) 聲音恢復(fù)。比如在醫(yī)學(xué)的領(lǐng)域，有些因?yàn)槁晭軗p的病人發(fā)音不清楚，如果利用聲音變換技術(shù)那就可以修復(fù)聲音，對(duì)聲音信號(hào)進(jìn)行加強(qiáng)和修復(fù)，使聲音信號(hào)能夠清楚的被人所接收，在人與人之間的

10、交流中起了很大的作用。還有就是對(duì)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?jī)r(jià)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(huì)產(chǎn)生巨大的工作量?？墒窃谑褂谜Z(yǔ)音轉(zhuǎn)換技術(shù)以后就會(huì)大大減少工作量，節(jié)省時(shí)間和成本。在日常的生活中，語(yǔ)音變換還能應(yīng)用到玩具中，給玩具增加語(yǔ)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(wú)窮的樂(lè)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(huì)大大增加玩家的游戲興趣，能夠產(chǎn)生身臨其境的感覺(jué)，對(duì)游戲的推廣有巨大的作用。(3) 聲音的偽裝。在公

11、安系統(tǒng)中，有時(shí)發(fā)布信息為了保護(hù)說(shuō)話人的個(gè)人隱私，可以使用語(yǔ)音轉(zhuǎn)換技術(shù)對(duì)說(shuō)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(guò)偽裝后的聲音，可以使用聲音恢復(fù)技術(shù)對(duì)聲音進(jìn)行還原，獲得有利信息可以大大加快破案速度?？偟膩?lái)說(shuō)，語(yǔ)音轉(zhuǎn)換技術(shù)在不斷地飛速發(fā)展，極大的滿足人們?cè)诟餍懈鳂I(yè)的需求 。說(shuō)到底，語(yǔ)音轉(zhuǎn)換技術(shù)是對(duì)語(yǔ)音的識(shí)別、合成的延伸和發(fā)展，在語(yǔ)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(lái)語(yǔ)音轉(zhuǎn)換技術(shù)對(duì)人們的生活做出更大的貢獻(xiàn)，各種各樣的語(yǔ)音產(chǎn)品將會(huì)不斷產(chǎn)生，走進(jìn)尋常老百姓的家中，為老百姓的生活增添無(wú)窮的樂(lè)趣1。 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1.2.1國(guó)內(nèi)外語(yǔ)音變換研究現(xiàn)狀語(yǔ)音變換的實(shí)

12、質(zhì)就是對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使語(yǔ)音信號(hào)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(tīng)到聲音的人分辨不出說(shuō)話人的年齡。語(yǔ)音變換技術(shù)在軟件娛樂(lè)領(lǐng)域有著非常大的前景和市場(chǎng)，現(xiàn)在已經(jīng)開(kāi)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(kāi)源軟件SoundTouch和國(guó)際知名的語(yǔ)音軟件Praat都具有變聲功能。就目前許多大的通信運(yùn)營(yíng)商都有把目光投向變聲這一功能業(yè)務(wù)，設(shè)計(jì)好變聲模塊讓人說(shuō)話時(shí)可以選擇轉(zhuǎn)換聲音，受到人們的強(qiáng)烈歡迎。還有各式各樣的變聲軟件被開(kāi)發(fā)出來(lái)，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(lái)講，比較受大家認(rèn)可的是Pra

13、at，這是一個(gè)相對(duì)來(lái)說(shuō)比較能更好實(shí)現(xiàn)變聲的系統(tǒng)?？涩F(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(cè)模塊比較復(fù)雜，導(dǎo)致后臺(tái)程序運(yùn)行檢測(cè)語(yǔ)音將會(huì)花費(fèi)大量的時(shí)間，造成更大的語(yǔ)音延遲。經(jīng)過(guò)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)它的延時(shí)一般都是幾百毫秒級(jí)別的，這就造成了實(shí)時(shí)語(yǔ)音的困擾。其次，因?yàn)檠訒r(shí)比較大就造成了這個(gè)系統(tǒng)是基于離線的，如果說(shuō)要想讓這個(gè)系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)，并且能夠長(zhǎng)期和穩(wěn)定那將會(huì)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(dòng)，然后再附加后端均衡器調(diào)制的原理實(shí)現(xiàn)的。還有一些系統(tǒng)比說(shuō)如SoundTouch等，是通過(guò)WSOLA變速和重采樣變調(diào)實(shí)現(xiàn)的，這兩

14、個(gè)方法相對(duì)比之下還是比較接近的。這兩個(gè)方法相對(duì)于Praat，優(yōu)點(diǎn)是經(jīng)過(guò)系統(tǒng)處理后能后獲得長(zhǎng)期穩(wěn)定的變聲語(yǔ)音，缺點(diǎn)是生成的變聲語(yǔ)音不是很真實(shí)，并且?guī)в锌ㄍɑ母杏X(jué)。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(shí)現(xiàn)聲音的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換效果是比較良好的，但是運(yùn)行時(shí)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(shí)時(shí)性變聲效果語(yǔ)音質(zhì)量PraatPSOLA離線好，真實(shí)、自然好SoundTouchWSOLA實(shí)時(shí)較好，有一點(diǎn) 卡通化好AVVCS基頻移動(dòng)和后端均衡處理實(shí)時(shí)較好，有一點(diǎn) 卡通化好VoDiPSOLA實(shí)時(shí)好，真實(shí)、自然好1.2.2語(yǔ)音處理存在的問(wèn)題與缺陷

15、60;在對(duì)語(yǔ)音的處理過(guò)程中，基本上都是對(duì)語(yǔ)音的音調(diào)、音色、頻率和語(yǔ)音信號(hào)強(qiáng)度的處理，所以問(wèn)題一般就出現(xiàn)在這幾個(gè)基本參數(shù)上面。對(duì)聲音的處理大體上有幾個(gè)主要方向，比如說(shuō)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(duì)聲音的復(fù)原是指音頻文件損壞以后，對(duì)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(lái)，解決語(yǔ)音信號(hào)的模糊與失真。聲音的變聲處理是使語(yǔ)音信號(hào)發(fā)生改變?nèi)鐚?duì)基頻和共振峰進(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(shí)現(xiàn)聲音的快慢放，改變?nèi)苏f(shuō)話的語(yǔ)速，這樣就會(huì)使原文件的時(shí)長(zhǎng)與改變過(guò)后文件的時(shí)長(zhǎng)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

16、理方式，比如說(shuō)一個(gè)模塊數(shù)據(jù)包能包含許多數(shù)據(jù)，不可能為一個(gè)音頻使用單獨(dú)的列陣，它們是相互交叉和錯(cuò)雜分布的?？偟膩?lái)說(shuō)，這對(duì)語(yǔ)音設(shè)備的識(shí)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(huì)造成問(wèn)題，因?yàn)橄嗷ソ徊娴耐ǖ栏袷剑沟脭?shù)據(jù)不能方便的獲取和使用，因?yàn)閿?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(gè)專門(mén)的數(shù)據(jù)組傳遞儲(chǔ)存數(shù)據(jù)，這就是現(xiàn)在最通用的方式?？偟膩?lái)說(shuō)，聲音的處理方式都是大體相同的?？墒乾F(xiàn)實(shí)生活中許多因素都是不可避免的，比如說(shuō)設(shè)備的好壞、編寫(xiě)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(huì)不可避免的失真。聲音的

17、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(méi)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(jiàn)而且不可避免的，根據(jù)實(shí)驗(yàn)證明，最容易產(chǎn)生問(wèn)題的地方是音頻時(shí)長(zhǎng)的壓縮和擴(kuò)展。在音頻壓縮和擴(kuò)展的過(guò)程中，所用到的主流方法是對(duì)于幀頻的刪除和復(fù)制，這樣一來(lái)就會(huì)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(jiǎn)陋與不完善造成的，設(shè)備在接收到聲音時(shí)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(guò)程中，程序有著缺陷，運(yùn)行以后就會(huì)造成其中部分聲音的消失。就比如說(shuō)聲音在處理時(shí)，程序運(yùn)行到某個(gè)部分，由于程序出錯(cuò)沒(méi)有讀取語(yǔ)音文件或者在存儲(chǔ)語(yǔ)音文件

18、時(shí)沒(méi)有存儲(chǔ)成功等等。這些不可避免的因素都會(huì)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(guò)聲音的處理到再輸出的這一整段過(guò)程中會(huì)花費(fèi)至少好幾秒的時(shí)間，如果是聲音的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換將會(huì)造成非常大的局限。聲音對(duì)于基頻和共振峰的處理，所花費(fèi)的時(shí)長(zhǎng)基本是一致的，能夠改變時(shí)長(zhǎng)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(gè)問(wèn)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(huì)花費(fèi)很長(zhǎng)的時(shí)間。其次如果音頻文件越大，那處理的時(shí)長(zhǎng)就會(huì)越長(zhǎng)，處理的效率就會(huì)大大降低。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在選擇音頻處理方式的時(shí)候，根據(jù)時(shí)長(zhǎng)選擇不同的處理方式。當(dāng)音頻時(shí)間很

19、短大概幾秒到幾十秒的時(shí)候，就能選擇單信道處理方式；如果音頻時(shí)間很長(zhǎng)超過(guò)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(huì)大大節(jié)省時(shí)間4。 本文主要研究的內(nèi)容在本設(shè)計(jì)中，主要研究變聲器各個(gè)模塊的功能，弄清每個(gè)模塊的原理知識(shí)。我決定使用專門(mén)的變聲芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音的變換功能。了解芯片的設(shè)計(jì)范疇，及其中每個(gè)部分所能起到的作用。設(shè)計(jì)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(chǔ)器的設(shè)計(jì)，可以直接對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行儲(chǔ)存。還有內(nèi)置音頻編碼器的設(shè)計(jì)，可以隨意轉(zhuǎn)換說(shuō)話人的語(yǔ)速，可以把人的語(yǔ)速轉(zhuǎn)換成正常和非正常的速率。即它是把說(shuō)話人的正常聲音通過(guò)采樣頻率的不同，把用語(yǔ)音信號(hào)轉(zhuǎn)

20、變過(guò)來(lái)的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行變化，輸出不同的聲音。變音芯片通過(guò)內(nèi)置聲音放大器來(lái)稍微擴(kuò)大音量，而且設(shè)計(jì)擁有減少噪音的功能來(lái)降低電路中產(chǎn)生的噪音。最后設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)變聲效果。第2章 變聲器的原理介紹2.1變聲的基本原理語(yǔ)音科學(xué)家們通過(guò)研究總結(jié)把人類的發(fā)聲過(guò)程比作一個(gè)由肺部呼出的氣體經(jīng)過(guò)以喉部、嘴巴、鼻子組成的濾波器作用后生成。人類的語(yǔ)音可以分為有聲語(yǔ)音和無(wú)聲語(yǔ)音。有聲語(yǔ)音是氣流在經(jīng)過(guò)肺部出來(lái)后，通過(guò)喉部，經(jīng)過(guò)聲帶的震動(dòng)，同時(shí)鼻腔提供共鳴腔，經(jīng)過(guò)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(dòng)頻率稱之為基頻。無(wú)聲語(yǔ)音是指聲帶不發(fā)生震動(dòng)，并沒(méi)有發(fā)

21、出聲音。通常人說(shuō)話的基頻跟人的性別有著很大的關(guān)系，通過(guò)下面的表2.1我們就可以看出。還有決定人說(shuō)話的另外一個(gè)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(zhǎng)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, 1000偏高由上表可知，在進(jìn)行語(yǔ)音性別轉(zhuǎn)換的時(shí)候，主要改變的兩個(gè)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(shí)共振峰頻率也隨之改變。當(dāng)基頻變大，同時(shí)也增加共振峰頻率，男生的

22、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(guò)來(lái)，如果基頻減小，共振峰頻率也同時(shí)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(kāi)各自來(lái)變換如圖2.1中所示。當(dāng)把基頻和共振峰頻率分開(kāi)變化的時(shí)候，就要保證兩者之間互不相關(guān)。共振峰頻率變化的時(shí)候，是通過(guò)重采樣來(lái)實(shí)現(xiàn)的?？墒俏覀兺ㄟ^(guò)了解重采樣就可以知道重采樣會(huì)使聲音的基頻發(fā)生改變。所以使基頻發(fā)生改變的時(shí)候就必須消除重采樣帶來(lái)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(dú)立的變化。最后要介紹的是一個(gè)有名的算法叫基音同步疊

23、接相加算法（PSOLA），這個(gè)算法主要是為了實(shí)現(xiàn)語(yǔ)速和語(yǔ)調(diào)的聯(lián)合改變。因?yàn)檎Z(yǔ)速和語(yǔ)調(diào)的改變完全是相互獨(dú)立的兩個(gè)過(guò)程，它們的參數(shù)互不相同，而這個(gè)算法就能夠一塊實(shí)現(xiàn)變化。算法PSOLA是語(yǔ)音改變技術(shù)領(lǐng)域的重大突破，它既能夠?qū)崿F(xiàn)語(yǔ)音的時(shí)長(zhǎng)擴(kuò)大和縮小，又能夠改變基頻，最后得到想要的聲音文件?；敉蒋B接相加算法的主要思想是在基頻周期級(jí)別精度上進(jìn)行波形交疊拼接。音調(diào)改變是通過(guò)改變聲音的基頻周期，一部分一部分的處理改變的。音速的改變，是通過(guò)減少聲音的幀節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)壓縮，通過(guò)復(fù)制幀節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)聲音的擴(kuò)展6。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(guò)改變輸入聲音的基本頻率，

24、以此來(lái)改變聲音的音色和音調(diào)，使輸出的聲音與原來(lái)的聲音聽(tīng)起來(lái)不一樣。平時(shí)我們聽(tīng)到的每個(gè)人的聲音在感官上都不一樣，這就是因?yàn)槁曇舻囊羯鸵粽{(diào)不一樣。比如我們?nèi)粘Ｉ钪薪?jīng)常聽(tīng)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(kāi)不同人的聲音，再通俗點(diǎn)就像區(qū)分不同種樂(lè)器的聲音。變聲器就是借助對(duì)聲音的音色和音調(diào)進(jìn)行改變，實(shí)現(xiàn)變聲的功能。也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(kāi)變化的時(shí)候，就要保證兩者之間互不相關(guān)。共振峰頻率變化的時(shí)候，是通過(guò)重采樣來(lái)實(shí)現(xiàn)的?？墒俏覀兺ㄟ^(guò)了解重采樣就可以知道重采樣會(huì)使聲音的基頻發(fā)生改變。所以使基頻發(fā)生改變的時(shí)候就必須消除重采樣帶來(lái)的影響，在理

25、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(dú)立的變化7。聲音經(jīng)過(guò)重采樣之后，聲音信號(hào)的樣本數(shù)目就會(huì)改變。如果按原來(lái)的采樣頻率播放，播放出來(lái)的聲音就會(huì)與原來(lái)相比變快或變慢。這樣聽(tīng)起來(lái)聲音的語(yǔ)速會(huì)與原來(lái)有很大的不同，為了使聲音的語(yǔ)速與原來(lái)聽(tīng)起來(lái)一樣就必須要進(jìn)行變速處理，這說(shuō)的就是聲音的變速不變調(diào)8。2.3 變聲器的類別和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(shí)候接觸到的都是軟件變聲器，比如會(huì)說(shuō)話的湯姆貓。通過(guò)硬件實(shí)現(xiàn)變聲的機(jī)器就是硬件變聲器。軟件變聲器都是通過(guò)編寫(xiě)程序進(jìn)行變聲。兩者之間如果要處理專業(yè)的語(yǔ)音用到更多的是硬件變聲器，因?yàn)橛布兟暤?/p>

26、處理效果比軟件要好。軟件變聲器在娛樂(lè)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(duì)能夠?qū)β曇舻母鞣N來(lái)源進(jìn)行無(wú)限制的錄制，并且能夠選擇性的對(duì)需要的聲音進(jìn)行錄制。錄制的過(guò)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(shí)現(xiàn)變聲的效果。最終生成的聲音文件在各種格式下都能夠使用。(2) 對(duì)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(shí)現(xiàn)聲音的變換，那就是對(duì)聲音進(jìn)行最基本的變速和變調(diào)的處理?？捎行┫到y(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(lái)聲音附加額外的特效就能輸出比較完美的音色。 (

27、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(chǔ)。能夠改變?cè)瓉?lái)聲音的音量大小，能夠加強(qiáng)或減弱聲音的開(kāi)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(yǔ)音信號(hào)的采集本設(shè)計(jì)中對(duì)于語(yǔ)音信號(hào)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。駐極體話筒的價(jià)格便宜、聲音讀入性能良好、結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)單，體積就像硬幣大小一樣攜帶特別方便。由于它價(jià)格便宜、效果良好的特點(diǎn)，能夠被非常廣泛的應(yīng)用在小收音機(jī)、實(shí)驗(yàn)電路等各個(gè)場(chǎng)所。因?yàn)轳v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(chǎng)效應(yīng)管作為阻抗轉(zhuǎn)換器。這樣就造成駐極體話

28、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(guò)聲音的傳播引發(fā)空氣的震動(dòng)，進(jìn)而引起麥克風(fēng)中振動(dòng)膜的震動(dòng)。振動(dòng)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(dòng)膜與下面的金屬片形成一個(gè)電阻。發(fā)生振動(dòng)時(shí)就會(huì)造成上面振動(dòng)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化，形成了交變電壓。因?yàn)殡娙莘浅Ｐ?，這樣就會(huì)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(gè)三極管來(lái)進(jìn)行對(duì)阻抗的變換。圖 3.1 駐極體話筒實(shí)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(duì)，兩者之間有個(gè)非

29、常小的空氣縫隙?？諝饪p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(gè)電極。兩個(gè)電極和絕緣介質(zhì)組成了電容。聲音的震動(dòng)會(huì)使駐極體薄膜振動(dòng)，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(méi)有改變，電壓U發(fā)生改變。這就實(shí)現(xiàn)了聲音信號(hào)與電信號(hào)的轉(zhuǎn)變。系統(tǒng)中電容的量非常小，輸出的電信號(hào)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(gè)阻抗變換器，系統(tǒng)就能正常工作。阻抗變換器是由專門(mén)的場(chǎng)效應(yīng)管和二極管組成的8。以下是駐極體麥克風(fēng)的各個(gè)部分的詳細(xì)介紹：防塵網(wǎng)：它的主要作用就是防止灰塵對(duì)振膜的損壞，

30、從而對(duì)咪頭起到很好的保護(hù)作用，除此之外還可以起到短時(shí)間的防水作用。外殼：作為整個(gè)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(diǎn)，還可以起到將電磁屏蔽的作用。振膜：是一個(gè)將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的主要零件，它是在一個(gè)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?yàn)榻饘賵A環(huán)和薄膜相互接觸的一邊還有一層相當(dāng)薄的金屬層附在其上面，這樣就可以組成一個(gè)既可以振動(dòng)也可以改變電容的一個(gè)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?yàn)檎駝?dòng)的薄膜有一個(gè)比較寬闊的空間。背極板：作為電容的另一個(gè)電極

31、，被連接到了場(chǎng)效應(yīng)管的柵極上。 銅環(huán)：將極板與場(chǎng)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(chǎng)效應(yīng)管、電容等器件，其他的器件也可以通過(guò)它實(shí)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(gè)物體具有這樣的引腳時(shí)，就可以和PCB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(shí)候，所需要兩端的直流電壓。直流電壓的大小沒(méi)有固定的數(shù)值，話筒的型號(hào)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

32、種。(2) 工作電流（IDS）。這是指駐極體麥克風(fēng)在工作的時(shí)候，所通過(guò)的直流電流，本質(zhì)上就是麥克風(fēng)內(nèi)部場(chǎng)效應(yīng)管的電流。直流電流的大小也沒(méi)有固定的數(shù)值，只有一個(gè)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(chǎng)效應(yīng)管所能承受的最大的直流電壓，如果超過(guò)這個(gè)電壓，電路就會(huì)損壞，而場(chǎng)效應(yīng)管也會(huì)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(hào)電壓的大小，通常這個(gè)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(hào)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

33、抗。通過(guò)麥克風(fēng)內(nèi)部場(chǎng)效應(yīng)管的阻抗變換，它的輸出阻抗一般都是會(huì)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(shí)輸出的語(yǔ)音信號(hào)產(chǎn)生的噪聲就會(huì)越大。通常麥克風(fēng)的固有噪聲都很小，一般都是微伏級(jí)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變而改變。麥克風(fēng)的指向性總的來(lái)說(shuō)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(duì)著聲波時(shí)，靈敏度較高。雙向性是指麥克風(fēng)在正面和反面對(duì)著麥克風(fēng)的時(shí)候，靈敏度最高。同理，全向性是指麥克風(fēng)對(duì)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

34、）信息技術(shù)在現(xiàn)代社會(huì)生產(chǎn)生活甚至通信檢測(cè)等鄰域都得到了非常廣泛的應(yīng)用，在實(shí)際應(yīng)用中，為了提高信息系統(tǒng)的性能指標(biāo)，信號(hào)的處理都是由計(jì)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(hào)，是不能夠被計(jì)算機(jī)識(shí)別出來(lái)的，因此就需要將這些模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能處理識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，這是就需要用到模數(shù)轉(zhuǎn)換器也就是A/D轉(zhuǎn)化器；計(jì)算機(jī)對(duì)信號(hào)處理完畢后，又需要將這些數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成人們能夠執(zhí)行處理的模擬信號(hào)，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(jiǎn)稱ADC或A/D轉(zhuǎn)換器）是把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，數(shù)模轉(zhuǎn)換器（簡(jiǎn)稱DAC或D/A轉(zhuǎn)換器）是把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換

35、為模擬信號(hào)。對(duì)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(shí)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(lái)越高，技術(shù)指標(biāo)也越來(lái)越先進(jìn)10。3.2.1 模數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D）模數(shù)轉(zhuǎn)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(guò)取樣轉(zhuǎn)換成離散的數(shù)字量。例如，對(duì)圖像掃描后，形成象元列陣，把每個(gè)象元的亮度轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字表示，即經(jīng)過(guò)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。

36、例如：圖像的數(shù)字化等。模數(shù)轉(zhuǎn)換的過(guò)程：模數(shù)轉(zhuǎn)換包括采樣、保持、量化和編碼四個(gè)過(guò)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(jiǎn)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(gè)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(kāi)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(jiǎn)稱ADC，它是把連續(xù)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡x散的數(shù)字信號(hào)的器件11。D/A轉(zhuǎn)換器由數(shù)碼寄存器、模擬電子開(kāi)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(zhǎng)避短，開(kāi)發(fā)出適合各種應(yīng)用場(chǎng)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(lái)發(fā)

37、展趨勢(shì)。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(diǎn)。3.3 SRAM（靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器）SRAM，即靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)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(guò)刷新電路來(lái)保存數(shù)據(jù)。SRAM最大的特點(diǎn)就是不需要通過(guò)刷新電路來(lái)保存數(shù)據(jù)。而DRAM每次過(guò)一段時(shí)間都必須要刷新充電，以此來(lái)保證數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。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(diǎn)。因?yàn)榻Y(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C

38、OAST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(chǔ)我們所設(shè)置的配置數(shù)據(jù)。3.3.2 SRAM基本特點(diǎn)和用途SRAM基本特點(diǎn)：(1) 優(yōu)點(diǎn)是工作速度特別快，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(shí)間。(2) 缺點(diǎn)是占用的體積比較大，不便宜，運(yùn)行時(shí)消耗的功率相對(duì)來(lái)說(shuō)較大，最重要的是在沒(méi)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(lái)提高系統(tǒng)的工作效率。(3)使用SRAM的地方為CPU與主要存儲(chǔ)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(jí)高速緩存。因?yàn)樗鎯?chǔ)速度較快的性能，還有就是通

39、過(guò)晶體管來(lái)存儲(chǔ)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(gè)部分組成，包括存儲(chǔ)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(shí)候是1，斷開(kāi)的時(shí)候是0。當(dāng)SRAM工作時(shí)，其內(nèi)部的晶體管內(nèi)部會(huì)不斷的刷新；當(dāng)它停止工作的時(shí)候，信息不會(huì)被保存。它的優(yōu)點(diǎn)是工作速度特別快，缺點(diǎn)是要占用更大的空間。每個(gè)SRAM存儲(chǔ)單元是由四個(gè)左右的晶體管還有其他器件組成13。 3.4 電動(dòng)式揚(yáng)聲器在如今的電子市場(chǎng)上，運(yùn)用最多的、最受大家歡迎的就是電動(dòng)式揚(yáng)聲器，又可以稱之為動(dòng)圈式揚(yáng)聲器。它是通過(guò)把電能轉(zhuǎn)換為聲能的電子產(chǎn)品。電動(dòng)式揚(yáng)聲器的原理：其中主要用到的就是法

40、拉第定律，當(dāng)載體在通過(guò)電磁場(chǎng)時(shí)，會(huì)受到一個(gè)電場(chǎng)力的作用，這個(gè)力的大小與電流大小、導(dǎo)體長(zhǎng)度、磁通密度成正比，力的方向與電流、磁場(chǎng)方向垂直。當(dāng)電動(dòng)式揚(yáng)聲器工作時(shí)，輸入的是交變電流，音圈會(huì)做交變運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)振動(dòng)膜震動(dòng)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(dòng)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(lái)表示揚(yáng)聲器的尺寸。就比如我們通常所說(shuō)的8英寸的揚(yáng)聲器，就是指它的最大直徑是200mm14。3.4.1 電動(dòng)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(guò)呈圓錐形的錐盆來(lái)向空間傳遞聲波。一個(gè)完整的錐形揚(yáng)聲器可以由為下面三個(gè)系統(tǒng)組成：振動(dòng)

41、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(dòng)式揚(yáng)聲器結(jié)構(gòu)圖如3.2所示：圖3.2 電動(dòng)式揚(yáng)聲器結(jié)構(gòu)圖3.4.2 電動(dòng)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(dòng)時(shí)會(huì)帶動(dòng)錐盆運(yùn)動(dòng)，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(jì)的會(huì)比較大，所以當(dāng)揚(yáng)聲器工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的振動(dòng)幅度。這會(huì)作用于周圍的空氣，而空氣會(huì)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(huì)出現(xiàn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)

42、動(dòng)又被稱之為分割振動(dòng)。當(dāng)錐盆的振動(dòng)頻率超過(guò)一定范圍，會(huì)造成錐盆本身的嚴(yán)重形變，會(huì)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(diǎn)。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?yàn)橛捕葧?huì)影響揚(yáng)聲器的諧振頻率，會(huì)對(duì)揚(yáng)聲器的品質(zhì)造成影響。定心支片的外形為圓環(huán)形，外端粘在揚(yáng)聲器盆架上，內(nèi)層與音圈和錐盆相接。它的主要作用是固定音圈的位置，防止音圈在振動(dòng)下發(fā)生移動(dòng)，還能夠使防止灰塵的進(jìn)入保持內(nèi)部清潔。音圈是揚(yáng)聲器的核心元件。它通常是由漆包線纏繞在圓柱體上，然后再把兩頭的漆包線焊接在錐

43、盆上。纏繞漆包線圓柱體一般是由散熱性比較好的材料做成，防止因?yàn)橐羧ι嵝圆缓冒l(fā)生燒壞。圓柱體的材料一般有鎂鋁合金、散熱性能好的高分子材料等。磁體的形狀是圓形，具有磁性并且硬度較大。它的作用主要是使揚(yáng)聲器內(nèi)部有一個(gè)穩(wěn)定的磁場(chǎng)。磁體的材料一般是鋇氧體磁體或鐵氧體磁體，具有重量輕、耐腐蝕、耐氧化等優(yōu)點(diǎn)，但最大的缺點(diǎn)就是容易破碎15。第4章 音頻功率放大器LM3864.1 LM386具體描述LM386是一種音頻集成功放的功率放大器。它的主要優(yōu)點(diǎn)是消耗功率較低、電源電壓范圍較大、聲音失真較小和外接元件少。因?yàn)檫@些優(yōu)點(diǎn)，所以LM386被廣泛使用在小收音機(jī)和錄音機(jī)之中。LM386是由美國(guó)半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的。它

44、內(nèi)部的電壓增益可以隨意改變，最大可到200。調(diào)整電壓增益的方法是通過(guò)在它的引腳1和8之間增加外接電容和電阻。但一般調(diào)整它的電壓增益為20，因?yàn)檫@樣可以使外接元件最少。當(dāng)電源電壓為6V的時(shí)候，LM386消耗的功率只有24mW。所以它的工作電壓最適合的是低電壓環(huán)境，也就是電池供電場(chǎng)所16。LM386的封裝是使用塑料封裝，有八個(gè)引腳。一般有直插式和貼片式兩種。4.2 LM386的特點(diǎn)LM386有如下幾個(gè)特點(diǎn)：(1) 消耗功率比較低，一般為4mA。(2) 工作電壓范圍為4V到12V。(3) 外圍元件少。(4) 電壓增益可調(diào)，20-200。(5) 失真度比較低。LM386典型的應(yīng)用電路有以下四種：圖4.

45、1 放大器增益等于20的電路 圖4.2 放大器增益等于200的電路圖4.3 放大器增益等于50的電路 圖4.4 低頻提升放大器的電路 4.3 LM386詳細(xì)介紹4.3.1 LM386內(nèi)部電路LM386內(nèi)部電路原理圖如圖4.5所示，它是相當(dāng)于一個(gè)三級(jí)放大電路。圖4.5 LM386的內(nèi)部電路原理圖第一級(jí)為差分放大電路，T1和T3、T2和T4分別構(gòu)成復(fù)合管，作為差分放大電路的放大管；T5和T6組成鏡像電流源作為T(mén)1和T2的有源負(fù)載；T3和T4信號(hào)從管的基極輸入，從T2管的集電極輸出，為雙端輸入單端輸出差分電路。使用鏡像電流源作為差分放大電路有源負(fù)載，可使單端輸出電路的增益近似等于雙端輸出電容的增益1

46、7。第二級(jí)為共射放大電路，T7為放大管，恒流源作有源負(fù)載，以增大放大倍數(shù)。 第三級(jí)中的T8和T9管復(fù)合成PNP型管，與NPN型管T10構(gòu)成準(zhǔn)互補(bǔ)輸出級(jí)。二極管D1和D2為輸出級(jí)提供合適的偏置電壓，可以消除交越失真。引腳2為反相輸入端，引腳3為同相輸入端。電路由單電源供電，故為OTL電路。輸出端（引腳5）應(yīng)外接輸出電容后再接負(fù)載。電阻R7從輸出端連接到T2的發(fā)射極，形成反饋通路，并與R5和R6構(gòu)成反饋網(wǎng)絡(luò)，從而引入了深度電壓串聯(lián)負(fù)反饋，使整個(gè)電路具有穩(wěn)定的電壓增益18。4.3.1 LM 386的引腳特點(diǎn)LM386的引腳特點(diǎn)主要有以下幾個(gè)：(1) 通常芯片在1腳和8腳之間接電容來(lái)改變電壓增益，當(dāng)不

47、接的時(shí)候電壓增益就是20dB。一般所需要的電壓增益都不大，就可以不使用電容。這樣不光能減少成本，而且最后聲音效果好。(2) 在設(shè)計(jì)線路的時(shí)候，把元件放在靠近LM386的地方，這樣可以節(jié)省空間與焊板。在走線的時(shí)候線路要平行，這樣走線看起來(lái)美觀而且不容易出錯(cuò)。 (3) 使用的滑動(dòng)變阻器大小為10K，作用是改變音量的大小。選擇質(zhì)量較好的變阻器，就可以能夠比較精密的改變音量大小。(4) 最好能使用雙音頻輸入和輸出，這樣可以很好的減少共模信號(hào)。能夠極大地減少共模產(chǎn)生的噪聲。(5) 引腳7必須接一個(gè)電容。在焊接電路的時(shí)候，可以在引腳7連接一個(gè)電解電容，電解電容另一端接地。這樣的做法可以減少噪聲。工作時(shí)，這

48、個(gè)管腳的電壓只有電源電壓的一半。增大電解電容的值，就可以減緩直流電壓的變化，有效遏止噪聲的產(chǎn)生。所以引腳7必須要接電容19。 第5章 基于WIN8072的變聲系統(tǒng)設(shè)計(jì)5.1 變音ICWIN8072的具體描述WIN8072是一種具有變音效果的集成電路 ,其中內(nèi)置靜態(tài)存儲(chǔ)器的設(shè)計(jì)，可以直接對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行儲(chǔ)存。內(nèi)置音頻編碼器的設(shè)計(jì)，可以隨意轉(zhuǎn)換說(shuō)話人的語(yǔ)速，可以把人的語(yǔ)速轉(zhuǎn)換成正常和非正常的速率。主要核心是把說(shuō)話人的正常聲音通過(guò)采樣頻率的不同，把用語(yǔ)音信號(hào)轉(zhuǎn)變過(guò)來(lái)的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行變化，輸出不同的聲音。其芯片內(nèi)部通過(guò)內(nèi)置聲音放大器來(lái)稍微擴(kuò)大音量，而且設(shè)計(jì)擁有減少噪音的功能來(lái)降低電路中產(chǎn)生的噪聲20。5.

49、2 WIN8072特征(1) 工作電壓為 3.0V5.0V。(2) 能耗低。(3) 有幾個(gè)聲音效果可以供選擇：可轉(zhuǎn)換成高音或低音?？勺兂筛鞣N人聲：男聲、女聲、小孩聲、老人聲?？勺兂蓹C(jī)器人聲。(4) 可以選擇用電阻和滑動(dòng)開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)聲音頻率。(5) 不需要外部存儲(chǔ)器。(6) 有減少甚至消除環(huán)境噪音的功能。(7) 可用在玩具、面具、石膏人、電話系統(tǒng)等其它領(lǐng)域。 電氣特征WIN8072的電氣特征如表5.1所示：表5.1 WIN8072的電氣特征參數(shù)符號(hào)最小值標(biāo)準(zhǔn)最大值工作電壓VDD3.0V4.5V5.0V工作電流IDD-10mA訊號(hào)輸入電壓振幅VINp-p0.5V1.5V2.0V訊號(hào)輸出電壓VOUTp-

50、p-1.6V-5.2.2 腳位描述(1) WOSCI : 取樣寫(xiě)入振蕩輸入腳位。(2) WOSCO: 取樣寫(xiě)入振蕩輸出腳位。 (3) S1 ,S2: 選擇單音輸出的頻率腳位，輸入頻率1KHZ。當(dāng)S1和S2開(kāi)關(guān)組合變化時(shí)，會(huì)產(chǎn)生不同的輸出頻率如表5.2所示：表5.2 開(kāi)關(guān)S1和S2組合變化輸出頻率S10011S20101輸出頻率800HZ1333HZ660HZ2KHZ(4) SEL：當(dāng)SEL腳位接到電源的負(fù)端，聲音可被可變電阻調(diào)整。(5) NRL：當(dāng)NRL腳位接到負(fù)端時(shí)，輸入的聲音可被改變；當(dāng)NRL不接時(shí)，可把原音輸出。(6) ROB：當(dāng)ROB腳位被接到電源負(fù)端，會(huì)有機(jī)器人的效果。(7) ROS

51、CI：取樣讀取振蕩輸入腳位。(8) ROSCO：取樣讀取振蕩輸出腳位。(9) DAT：功能測(cè)試輸入腳位。(10) VDD：電源正極接腳。(11) AVDD：類比電路正電源接腳。(12) IN：聲音訊號(hào)輸入腳位。(13) AVSS：類比電路負(fù)電源接腳。(14) VSS：電源負(fù)極接腳。(15) RDOUT：聲音訊號(hào)輸出腳位。5.2.3 典型的應(yīng)用電路(1) WIN8072 搭配晶體管放大電路 (VCC=9V)。(2) WIN8072 搭配晶體管放大電路 (VCC=4.5V)。(3) WIN8072 搭配 LM386 放大電路 (VCC=4.5V)。5.3 變聲器硬件的實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)變聲器的實(shí)現(xiàn)就是通過(guò)

52、芯片WIN8072搭配音頻功率放大器LM386來(lái)實(shí)現(xiàn)。WIN8072內(nèi)部有芯片內(nèi)部有自帶的AD、DA轉(zhuǎn)換、隨機(jī)存儲(chǔ)和聲音頻率改變功能。使用駐極體麥克風(fēng)對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行采集，利用WIN8072對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，使聲音頻率發(fā)生改變， 在芯片內(nèi)部會(huì)使用隨即存儲(chǔ)器對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行儲(chǔ)存。然后又進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換使信號(hào)輸出。將改變的信號(hào)搭配使用LM386的音頻功率放大電路，對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行放大處理，最終通過(guò)電動(dòng)式揚(yáng)聲器輸出變聲后的聲音。變聲器硬件設(shè)計(jì)總流程圖如圖5.1所示。改變引腳輸出不同WIN8072語(yǔ)音信號(hào)頻率改變麥克風(fēng)采集聲音信號(hào)WIN8072A/D轉(zhuǎn)換，輸入信號(hào)WIN8072D/A轉(zhuǎn)換輸出信號(hào)LM386

53、 功率放大音頻電動(dòng)式揚(yáng)聲器輸出圖5.1 變聲器硬件設(shè)計(jì)總流程圖在完成設(shè)計(jì)的理論總結(jié)整理后，列出實(shí)現(xiàn)電路所需要的各種元器件及元器件的參數(shù)。在制作電路的軟件上畫(huà)出電路圖，電路圖如圖5.2所示。實(shí)物的完成還需要進(jìn)行最后一步焊接，而焊接也有許多需要注意的方面21。(1) 焊前處理 在焊接開(kāi)始前，要對(duì)電子元器件的引腳和電路板的焊接部位進(jìn)行焊前處理。 焊接位置氧化層的清除要先去除金屬引線表面的氧化層，可以用小刀去刮或者砂紙打磨，使引線接觸部分具有金屬光澤。而電路板也需要處理，用砂紙打磨銅箔，使其發(fā)亮，再涂上一層松香。 元件鍍錫連線在除去表面的氧化層以后還需要經(jīng)過(guò)鍍錫，鍍錫的方法是在表面弄一層松香，用帶錫的

54、電烙鐵壓住連線，然后轉(zhuǎn)動(dòng)引線就能在引線表面鍍一層錫。在進(jìn)行焊接前之前，先將引線的絕緣皮剝?nèi)?，然后?jīng)過(guò)上面的處理，才可以開(kāi)始焊接。如果導(dǎo)線是多股金屬絲，需要先打光然后擰在一起去鍍錫。(2) 焊接做好焊前準(zhǔn)備工作之后，就可正式開(kāi)始焊接了。圖5.2 基于WIN8072芯片的變聲器總設(shè)計(jì)電路圖 焊接方法：焊接，檢查，剪短22。a.左手用鑷子夾持元器件，右手拿電烙鐵。電烙鐵在焊接之前要提前預(yù)熱5分鐘左右，然后在烙鐵頭上鍍上一層錫。b.把電烙鐵頭放在焊點(diǎn)處，而且使電烙鐵與水平方向呈45度角，這樣就可以使焊接更加容易，一般2、3秒的時(shí)間就可以焊好。c.移開(kāi)烙鐵頭。左手還是用鑷子夾持元件，直到焊點(diǎn)上的焊錫冷卻

55、凝固后，再松開(kāi)左手。d.左手拿鑷子轉(zhuǎn)動(dòng)引線，看是否牢靠，再用偏口鉗剪去多余的引線。 焊接質(zhì)量在焊接的過(guò)程中，每個(gè)焊點(diǎn)要有良好的接觸，焊點(diǎn)的接觸要牢固。焊接成功的焊點(diǎn)應(yīng)該是錫點(diǎn)光亮，平滑沒(méi)有毛刺，錫的量也不多不少。焊接時(shí)最容易發(fā)生的就是虛焊和假焊。虛焊是指就沒(méi)有焊接住，主要原因是焊接時(shí)用錫太少。假焊是指表面看上去焊住了，實(shí)際上里面并沒(méi)有接觸到。虛焊和假焊會(huì)使后面的調(diào)試和檢查非常困難，因此必須在焊接時(shí)要認(rèn)真仔細(xì)，確保沒(méi)有虛焊和假焊。在焊接電路板時(shí)，必須要控制好時(shí)間的長(zhǎng)短。時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)造成電路板被燒焦或者會(huì)使焊點(diǎn)脫落。而在從電路板上拆電子元件時(shí)，將電烙鐵頭與焊點(diǎn)緊貼直到焊點(diǎn)上焊錫熔化時(shí)，再將元件拔出。使用的是根據(jù)PCB電路圖生成好的電路板，所以只用焊接元件不用另外布線，減輕了焊接部分的工作量，同時(shí)是電路板更美觀。焊接的時(shí)候要特別用心，防止因?yàn)榇中脑斐呻娐窋嗦?。?dāng)每次焊接