Page 126 - 《应用声学》2020年第3期

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分别从质量隔声和腔体的结构特性两方面隔离环
0 引言
境噪声。此设计提高了设备的隔声性能，使其可以
键盘作为一种方便快捷的手动外部输入部件， 在有背景环境噪声的条件下有效采集键盘按键敲
目前已广泛用于电脑和打字机等办公设备。自键盘 击的声信号，有利于设备在工业上的大规模使用。
的诞生之日起，人们就不断地在提升改进键盘的设
计 [1] 以获得更舒适的使用感。近年来，键盘的速度、 1 键盘按键敲击方式优化
键盘按键的手感以及键位冲突等键盘的有关需求 1.1 键盘按键构造及敲击特点
在众多研究人员的努力下得到很大的提高 [2−3] 。较
图 1 为键盘按键结构图，其中 1 为键盘按键的
为舒适的键盘按键声能够传递出键盘品质的可靠
键帽，2 为橡胶弹簧，二者受到向下的力时会有向下
性、先进性，影响消费者的选择心理，如今随着人们 的一个自由行程，压力消失后自动复原。3、4 分别
生活水平的提高，键盘的按键噪声品质也越来越被
为两个塑料卡扣，一起组装在键盘的底座架子上形
人们关注。过去，键盘噪声品质的优劣大多依靠使
成一个半自由活动结构，可带动键帽上下运动。由
用者亲身感受，由于每个人的使用习惯不同，所以不
键盘按键的组成结构可知，按键敲击声是外力作用
同的人感受也不同，很难有准确的行业标准。为了
于键盘按键时两个塑料卡扣之间的摩擦和橡胶弹
提高键盘质量水平，保证使用的舒适度，键盘按键声
簧的上下运动摩擦而产生。在键盘按键组装过程
检测系统应运而生。目前键盘按键声检测方法主要
中，由于各零部件之间组装失配会造成在敲击键盘
是使用低噪声马达敲击键盘按键，传声器采集按键
按键时键盘按键发出异声，因此可以通过键盘按键
声信号后传给信号分析系统分析信号的分贝值，通
的异声检测来判断键盘按键是否合格。由手指敲击
过信号分贝值来判断键盘按键是否合格。如本文所
实验 [4] 可知，人们在使用手指敲击键盘按键时使用
检测的键盘按键，经过大量键盘按键的敲击声实验
的不是恒力，是变化的力，整个受力过程力逐渐增
测试，键盘按键声在 36 ∼ 46 dB 之间的按键为合格
加，当键盘按键被按压到底时，手指的力反向逐渐减
键，超出这个范围的按键视为不合格按键，需退回重
小。传统的键盘按键声信号采集方法是采用低噪声
装。由于实际键盘生产线环境复杂，且有较强的背
马达以恒定的速度敲击键盘按键，当低噪声马达撞
景噪声，因此在强背景噪声下，设计一个好的信号采
击到键盘按键时，速度突然降为零，从动力学的角度
集系统是保证键盘按键检测准确、可靠的前提。在
分析，此时会发生非弹性碰撞，碰撞引起振动，由此
传统的键盘按键声信号采集过程中，敲击方式是采
产生撞击声，此时采集到的信号不仅仅是键盘按键
用低噪声马达以恒定的速度敲击键盘按键，这种敲
的按键声，还混有低噪声马达撞击键盘按键时的撞
击方式与实际使用键盘按键时人手手指敲击键盘
击声。因此在键盘按键声的信号采集过程中，一个
按键的方式相距甚远，并且传统的键盘按键声信号
关键的问题就是寻找一种新型的敲击方式，一方面
采集过程是在低噪声环境中进行，这种信号采集的
可以模拟手指敲击键盘按键，另一方面可以消除敲
环境条件较为苛刻，并且生产成本高，不利于在工业
击过程中的撞击声，保证传声器采集到较干净的按
上大规模使用。
键声。
本文提出一种新型的键盘按键声信号采集方
1
法，包括信号采集系统的优化和设计按键声信号采 2
集空间，可以有效实现在强背景噪声下微弱信号采
集。本文首先利用单片机的 DAC 口编程发出半正
3
弦波模拟信号，经过功率放大器放大后驱动电磁铁
模拟手指敲击键盘按键。这种敲击方式一方面利用 4
价格较为便宜的单片机和电磁铁代替了原先造价
较高的可编程低噪声马达，大幅度降低了生产成本；
另一方面模拟了手指敲击键盘按键的过程，增加了
1. ᪄ᄨો᪄ᄊ᪄ࣥ; 2. ൃᑛुዔ; 3/4. ܈நӵ੮
键盘按键声信号采集的可靠性。为真正实现工业化
图 1 键盘按键结构
信号采集，本文还提出了一种新型的敲击声信号采
Fig. 1 The structure of keyboard key
集空间设计，即采用钢板材料，设计出两个隔离腔，