專利名稱：語音監(jiān)聽的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)電行業(yè)監(jiān)聽技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種利用語音引起的墻體或其他物體的機(jī)械振動(dòng)來進(jìn)行語音監(jiān)聽的設(shè)備和方法。
背景技術(shù)：
目前大部分語音監(jiān)聽方法需要把麥克風(fēng)等語音傳感設(shè)備預(yù)先安裝在室內(nèi)，由于需要在室內(nèi)安裝傳感頭，需要對要監(jiān)聽的人員入住那個(gè)房間有一個(gè)預(yù)判，同時(shí)安裝在室內(nèi)的傳感設(shè)備容易暴露，帶來風(fēng)險(xiǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題為解決上述的一個(gè)或多個(gè)問題，本發(fā)明提供了一種利用語音引起的墻體或其他物體的機(jī)械振動(dòng)來進(jìn)行語音監(jiān)聽的設(shè)備和方法，以提高語音監(jiān)聽設(shè)備的有效性。( 二 )技術(shù)方案根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種語音監(jiān)聽設(shè)備。該語音監(jiān)聽設(shè)備包括機(jī)械振動(dòng)傳感模塊，用于感知由于原始語音而引起的墻體、地面或兩者的固體附著物的機(jī)械振動(dòng)信號，并將該機(jī)械振動(dòng)信號轉(zhuǎn)換為電信號；信號處理模塊，與機(jī)械振動(dòng)傳感模塊相連接，用于從電信號中還原出原始語音。優(yōu)選地，本發(fā)明語音監(jiān)聽設(shè)備中，機(jī)械振動(dòng)傳感模塊包括探針，其尖端抵觸與墻體、地面或兩者的附著物上，用于感知由于語音而引起的機(jī)械振動(dòng)信號；壓電陶瓷，連接于探針的后端，用于利用探針對其的壓力變化而將機(jī)械振動(dòng)信號轉(zhuǎn)換為電信號。優(yōu)選地，壓電陶瓷為圓片狀，探針以焊接方式連接于圓片狀壓電陶瓷的中心。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，還提供了一種語音監(jiān)聽方法。該方法包括感知由于原始語音而引起的墻體、地面或兩者的固體附著物的機(jī)械振動(dòng)信號；將機(jī)械振動(dòng)信號轉(zhuǎn)換為電信號；從電信號中還原出原始語音。(三)有益效果與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明語音監(jiān)聽設(shè)備和方法具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)通過采用該方法，獲取語音信號不再需要在室內(nèi)預(yù)先安裝傳感器，減少暴露的可能性，同時(shí)該方法主動(dòng)性強(qiáng)，可以隨時(shí)改變探測的位置；(2)由于探針與墻體接觸面小，并且為硬接觸，所以噪聲信號小，探針與壓電陶瓷采用焊接方式連接，能把墻體振動(dòng)信號最大的傳遞給壓電陶瓷，不會(huì)引起語音失真；(3)本發(fā)明對墻體本身固有振動(dòng)頻率通過語音處理電路做了處理，不會(huì)再有墻體本身的固有噪聲，極大的提高了性噪比；(4)本發(fā)明所選用器件均為性能穩(wěn)定的低成本的成熟器件，因此成本低，適用范圍


圖1是本發(fā)明語音監(jiān)聽設(shè)備中機(jī)械振動(dòng)傳感模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明語音監(jiān)聽設(shè)備中信號處理模塊的電路結(jié)構(gòu)圖；圖3為本發(fā)明語音監(jiān)聽方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。雖然本文可提供包含特定值的參數(shù)的示范，但應(yīng)了解，參數(shù)無需確切等于相應(yīng)的值，而是可在可接受的誤差容限或設(shè)計(jì)約束內(nèi)近似于上述值。為便于理解，對本發(fā)明涉及的部件進(jìn)行編號Ul-探針；U2-壓電陶瓷；U3-麥克風(fēng)前置放大電路； U4-音頻放大電路；U5-語音處理電路；U6-功放電路。首先，對本發(fā)明的原理進(jìn)行簡單說明。本發(fā)明尤其涉及一種用于隔墻語音監(jiān)聽的設(shè)備，當(dāng)人在室內(nèi)說話時(shí)，語音引起墻體振動(dòng)時(shí)，在帖服在室外的探針感知到信號經(jīng)壓電陶瓷以及處理電路，可以還原出室內(nèi)語音信號。在本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例中，提供了一種語音監(jiān)聽設(shè)備。該語音監(jiān)聽設(shè)備包括機(jī)械振動(dòng)傳感模塊和信號處理模塊。其中，機(jī)械振動(dòng)傳感模塊，用于感知由于原始語音而引起的墻體、地面或兩者的固體附著物的機(jī)械振動(dòng)信號，并將該機(jī)械振動(dòng)信號轉(zhuǎn)換為電信號。信號處理模塊，與機(jī)械振動(dòng)傳感模塊相連接，用于從電信號中還原出原始語音。傳統(tǒng)的語音監(jiān)聽設(shè)備采用的為由麥克風(fēng)感知由于語音而產(chǎn)生的空氣的振動(dòng)，因此，麥克風(fēng)需要預(yù)先安裝在室內(nèi)；而在本實(shí)施例中，語音監(jiān)聽設(shè)備感知的為墻體、地面或兩者的固體附著物的機(jī)械振動(dòng)，因此，可以隨時(shí)根據(jù)監(jiān)聽的需要，將監(jiān)聽設(shè)備按照的待監(jiān)聽房間的外側(cè)墻壁、臨近房間的地方或其他位置，從而方便了使用。本實(shí)施例中，機(jī)械振動(dòng)傳感模塊包括探針(Ul)和壓電陶瓷(似)。圖1是本發(fā)明語音監(jiān)聽設(shè)備中機(jī)械振動(dòng)傳感模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，探針(Ul)尖的一端與墻體接觸，而另外一端與壓電陶瓷(似)的金屬基底(負(fù)極)相連接，在壓電陶瓷的負(fù)極和陶瓷面 (正極)分別引出連接導(dǎo)線1和導(dǎo)線2，導(dǎo)線1和導(dǎo)線2連接到圖2中的麥克風(fēng)前置放大電路(U； )。優(yōu)選地，探針(Ul)與壓電陶瓷(似)之間采用焊接方式連接，探針焊接在圓片壓電陶瓷的金屬面的圓心。其中，探針尖端的尺寸小于Imm ；長度約3cm ；探針的材料為石英或金屬。此處，金屬可以為鐵、鋼、銅等硬質(zhì)金屬。上述壓電陶瓷為在市場上采購的壓電陶瓷片，其直徑小于 IOcm ；厚度小于3cm ；材料為鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛、偏鈮酸鉀鈉或偏鈮酸鍶鋇。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)了解，探針及壓電陶瓷的尺寸和材料也可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整，并不以此為限。在機(jī)械振動(dòng)傳感模塊中，通過探針(Ul)感知外界振動(dòng)信號并傳遞給壓電陶瓷 (U2)，通過壓電陶瓷把振動(dòng)壓力信號轉(zhuǎn)換成為電荷信號，該電信號進(jìn)入麥克風(fēng)前置放大電路(U3)。本實(shí)施例中，信號處理模塊包括麥克風(fēng)前置放大電路(TO)；音頻放大電路(U4)； 語音處理電路(U5)；功放電路(U6)。圖2是本發(fā)明語音監(jiān)聽設(shè)備中信號處理模塊的電路結(jié)構(gòu)圖。如圖2所示，壓電陶瓷(U2)所引出的導(dǎo)線1和導(dǎo)線2分別連接到圖2中的麥克風(fēng)前置放大電路(U3)(采用INA217芯片組成的音頻放大電路)中的1和2端，通過麥克風(fēng)前置放大電路(U； )把電荷信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，輸出到音頻放大電路(U4)，通過音頻放大電路 (U4)對200Hz以上的交流信號進(jìn)行放大，而對200Hz以下的交流信號不進(jìn)行放大處理，對低頻信號起到抑制作用，通過音頻放大電路(U4)后進(jìn)入語音處理電路(TO)即低通濾波電路，濾除3KHz以上的信號，從而實(shí)現(xiàn)語音信號范圍在200Hz-3KHz之間(語音信號的頻率介于200Hz-3KHz之間；對應(yīng)墻體、地面或其附著物的機(jī)械振動(dòng)頻率也200Hz-3KHz之間，相應(yīng)電壓信號的頻率也介于200Hz-3KHz之間)。通過語音處理電路(U5)的信號進(jìn)入功放電路 ⑴6)，在功放電路中，通過采用調(diào)節(jié)該電路中3端的R的阻值實(shí)現(xiàn)聲音大小的調(diào)節(jié)。同時(shí)通過該電路驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器，實(shí)現(xiàn)語音輸出。如圖2所示，麥克風(fēng)前置放大電路U3包括運(yùn)算放大器INA217及兩個(gè)電容(Cl， C2)。運(yùn)算放大器的兩個(gè)輸入端分別通過電容Cl和C2與壓電陶瓷的兩個(gè)輸出端相連接。如圖2所示，音頻放大電路U4中，運(yùn)算放大器LM351的正信號輸入端與上述運(yùn)算放大器INA217的輸出端相連接；其負(fù)信號輸入端分為兩路，一路通過電阻Rl O00 Ω )和電容C3(luF)與地連接，另一路通過電阻R2(10KQ)與該運(yùn)算放大器LM351的輸出端相連接。如圖2所示，語音處理電路TO包括第一個(gè)270kQ電阻一段與U4中的LM351輸出相連，另一端與第二個(gè)270Κ Ω\130K Ω \560PF的電阻電容相連，第二個(gè)270Κ Ω電阻與130pf 的電容一起連接到LM351的輸出管腳上，130pF、2nF的電容同時(shí)與130Κω、47K的電阻連接到LM351的正輸入端，LM351的負(fù)輸入端以及560pF電容的另一端接地。如圖2所示，功放電路TO包括U5中LM351的輸出端與10ΚΩ的可變電阻器相接， 可變電阻的一個(gè)管腳與地相接，另一個(gè)與功放LM386的正輸入相連，LM386的負(fù)輸入接地， 其1、8腳之間串接1. IΩ的電阻和IOUF的電容，0. IUF的電容一段接LM386的7腳，另一端接地，功放的輸出端接250UF的電容，電容與耳機(jī)相連。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，還提供了一種語音監(jiān)聽方法。圖3為本發(fā)明實(shí)施例語音監(jiān)聽方法的流程圖。如圖3所示，本實(shí)施例方法包括步驟S302，探針的尖端抵觸與墻體、地面或兩者的附著物上，感知由于語音而引起的機(jī)械振動(dòng)信號；步驟S304，連接于探針后端的壓電陶瓷利用探針對其的壓力變化而將機(jī)械振動(dòng)信號轉(zhuǎn)換為電信號，其中，探針以焊接方式連接于圓片狀壓電陶瓷的中心；步驟S306，麥克風(fēng)前置放大電路將壓電陶瓷輸出的電荷信號轉(zhuǎn)換為電壓信號；步驟S308，濾波電路對電壓信號進(jìn)行濾波，以濾除語音頻率以外的電壓信號；步驟S310，功放電路將濾除語音頻率以外的電壓信號之后的電壓信號還原為原始語首。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，本發(fā)明語音監(jiān)聽設(shè)備的靈敏度高，探針的位置與語音聲源的位置的距離小于5米的情況下，可以探測到墻體厚度為50cm的房間內(nèi)聲音強(qiáng)度為70db語音信號；工作頻率范圍為音頻范圍。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明語音監(jiān)聽設(shè)備具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)通過采用該方法，獲取語音信號不再需要在室內(nèi)預(yù)先安裝傳感器，減少暴露的可能性，同時(shí)該方法主動(dòng)性強(qiáng)，可以隨時(shí)改變探測的位置；(2)由于探針與墻體接觸面小，并且為硬接觸，所以噪聲信號小，探針與壓電陶瓷采用焊接方式連接，能把墻體振動(dòng)信號最大的傳遞給壓電陶瓷，不會(huì)引起語音失真；(3)本發(fā)明對墻體本身固有振動(dòng)頻率通過語音處理電路做了處理，不會(huì)再有墻體本身的固有噪聲，極大的提高了性噪比；(4)本發(fā)明所選用器件均為性能穩(wěn)定的低成本的成熟器件，因此成本低，適用范圍 以上所述的具體實(shí)施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種語音監(jiān)聽設(shè)備，其特征在于，包括機(jī)械振動(dòng)傳感模塊，用于感知由于原始語音而引起的墻體、地面或兩者的固體附著物的機(jī)械振動(dòng)信號，并將該機(jī)械振動(dòng)信號轉(zhuǎn)換為電信號；信號處理模塊，與所述機(jī)械振動(dòng)傳感模塊相連接，用于從所述電信號中還原出所述原始語音。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的語音監(jiān)聽設(shè)備，其特征在于，所述機(jī)械振動(dòng)傳感模塊包括 探針，其尖端抵觸與所述墻體、地面或兩者的附著物上，用于感知由于語音而引起的機(jī)械振動(dòng)信號；壓電陶瓷，連接于所述探針的后端，用于利用探針對其的壓力變化而將所述機(jī)械振動(dòng)信號轉(zhuǎn)換為電信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的語音監(jiān)聽設(shè)備，其特征在于，所述壓電陶瓷為圓片狀，所述探針以焊接方式連接于所述圓片狀壓電陶瓷的中心。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的語音監(jiān)聽設(shè)備，其特征在于，所述探針的材料為石英或金屬； 所述壓電陶瓷為鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛、偏鈮酸鉀鈉或偏鈮酸鍶鋇。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的語音監(jiān)聽設(shè)備，其特征在于，所述探針尖端的尺寸小于Imm； 長度為3cm ；所述壓電陶瓷的直徑小于IOcm ；厚度小于3mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的語音監(jiān)聽設(shè)備，其特征在于，所述信號處理模塊包括麥克風(fēng)前置放大電路，其兩輸入端分別連接于所述壓電陶瓷的正極和負(fù)極，用于將所述壓電陶瓷輸出的電荷信號轉(zhuǎn)換為電壓信號；濾波電路，與所述麥克風(fēng)前置放大電路的輸出端相連接，用于對所述電壓信號進(jìn)行濾波，以濾除語音頻率以外的電壓信號；功放電路，與所述濾波電路相連接，用于將濾除語音頻率以外的電壓信號之后的電壓信號還原為原始語音。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的語音監(jiān)聽設(shè)備，其特征在于，所述濾波電路包括音頻放大電路，與所述麥克風(fēng)前置放大電路的輸出端相連接，用于抑制預(yù)設(shè)語音下頻率以下的低頻電壓信號；語音處理電路，與所述音頻放大電路相連接，用于濾除預(yù)設(shè)語音上頻率以上的高頻電壓信號。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的語音監(jiān)聽設(shè)備，其特征在于所述預(yù)設(shè)語音下頻率為200Hz； 所述預(yù)設(shè)語音上頻率為3KHz。
9.一種語音監(jiān)聽方法，其特征在于，包括感知由于原始語音而引起的墻體、地面或兩者的固體附著物的機(jī)械振動(dòng)信號； 將所述機(jī)械振動(dòng)信號轉(zhuǎn)換為電信號； 從所述電信號中還原出所述原始語音。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的語音監(jiān)聽方法，其特征在于，所述感知由于原始語音而引起的墻體、地面或兩者的固體附著物的機(jī)械振動(dòng)信號包括探針的尖端抵觸與所述墻體、地面或兩者的附著物上，感知由于語音而引起的機(jī)械振動(dòng)信號；所述將機(jī)械振動(dòng)信號轉(zhuǎn)換為電信號包括連接于所述探針后端的壓電陶瓷利用探針對其的壓力變化而將所述機(jī)械振動(dòng)信號轉(zhuǎn)換為電信號。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的語音監(jiān)聽方法，其特征在于，所述壓電陶瓷為圓片狀，所述探針以焊接方式連接于所述圓片狀壓電陶瓷的中心。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種語音監(jiān)聽的設(shè)備和方法。該語音監(jiān)聽設(shè)備包括機(jī)械振動(dòng)傳感模塊，用于感知由于原始語音而引起的墻體、地面或兩者的固體附著物的機(jī)械振動(dòng)信號，并將該機(jī)械振動(dòng)信號轉(zhuǎn)換為電信號；信號處理模塊，與機(jī)械振動(dòng)傳感模塊相連接，用于從電信號中還原出原始語音。本發(fā)明中，獲取語音信號不再需要在室內(nèi)預(yù)先安裝傳感器，減少暴露的可能性，同時(shí)該方法主動(dòng)性強(qiáng)，可以隨時(shí)改變探測的位置。
文檔編號G10L11/00GK102496362SQ20111037179
公開日2012年6月13日 申請日期2011年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月21日
發(fā)明者何軍, 周燕, 張勤, 曾華林, 李麗艷 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所