Page 129 - 《应用声学》2020年第3期

第 39 卷 第 3 期 张梦玉等： 一种新型的电脑键盘按键声信号采集方法 449

此放大电路的放大倍数为 2.2 信号采集过程
R 1 图 7 为信号采集流程图。上位机通过串口给单
n = , (2)
1
片机发送指令打开 40 路电磁铁中的某一路并同时
+ R 2
j2πfc 1
开启单片机的 DAC 口发出半正弦波信号，上位机
式 (2) 中，f 为声信号频率，当 f > 100 时，|R 2 | ≫
1 s发送一次指令，因此单片机的DAC 口每隔1 s发
|1/(j2πfc 1 )|，式(2)可以简化为n ≈ R 1 /R 2 = 100。
出一次半正弦波信号，由于单片机DAC口发出的信
本文对此放大电路系统做了频率响应测试，频
号不具有驱动能力，单片机发出的半正弦波信号需
率响应测试结果如图 5(b)所示，在0 ∼ 100 Hz 范围
要经过功率放大器放大后才能作为驱动信号驱动
内，放大电路的放大倍数上升；100 Hz ∼ 20 kHz 范
电磁铁敲击键盘按键。若功率放大器的增益较小，
围内，放大电路的放大倍数稳定为100倍。图6 为键
键盘按键就会不能被电磁铁敲击按下，就不会有按
盘按键声信号频谱图，在 0 ∼ 100 Hz 范围内，键盘
键声产生；若功率放大器增益较大，则在敲击过程中
按键声所占比例较小，所以尽管在此范围内放大电
会产生较大的撞击声，不利于后续的信号分析，因此
路的频率响应为非线性，对最终的测试结果并无较
需要选择一个较为合适的功率放大器增益来驱动
大影响。
电磁铁敲击键盘按键。经实验验证，当调节功率放
5 V 100 kW
大器增益旋钮使电磁铁敲击的力的峰值是0.8 N时，
R  10 kW
R 
1 kW 电磁铁可以将键盘按键按下，并且不会产生撞击声。
C 
V in
10 mF R  V out 传声器采集键盘按键的按键声，由于键盘按键的按
TLE2072
键声信号较小，本文采用放大电路将采集到的键盘
R  10 kW
按键声信号放大后传送到信号分析系统。一个键盘
(a) ஊܸႃ᡹Ԕေڏ 按键的按键声信号采集完成后，单片机执行程序关
110 闭 DAC 和 I/O 口。本文中一个键盘上共需检测 40
100
个按键，因此检测一块键盘，此检测流程需循环 40
次，所需时间为 40 s。一块键盘检测完成后更换待
80 100
检测键盘后再次循环此流程。
80
ஊܸφ஝ ஊܸφ஝ 60
60
40 40 ʽͯ఻ԧѣૉ̾੪नʷ᡹
20 * 0԰֗ӭྟ఻ᄊ%"$԰
0
20 50 100 150 200
ᮠဋ/Hz Ҫဋஊܸ٨ஊܸ᯶үηՂ
0
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0
ᮠဋ/10 Hz
4
᯶үႃᇓᨡஞѤ᪄ᄨો᪄
(b) ஊܸႃ᡹ᮠဋ־ऄజጳ
图 5 放大电路原理图及其频率响应曲线
Fig. 5 The schematic diagram of amplified circuit ͜ܦ٨᧔ᬷ᪄ᄨો᪄ᮃ
and its frequency response curve

ஊܸႃ᡹ஊܸ᧔ᬷηՂ
0.016
ᮠဋࣨए៨/V 0.012 ηՂѬౢጇፒѬౢηՂ
0.008
0.004
0
50 100 1000 10000 Т᫇ӭྟ఻ᄊ%"$԰֗* 0԰
ᮠဋ/Hz
图 6 按键声信号频谱图 图 7 信号采集流程图
Fig. 6 Key sound signal spectrum Fig. 7 Flow chart of signal acquisition