[发明专利]一种阵列光纤光声仿生耳装置及信号转换方法

说明书

  

技术领域

    本发明涉及光纤传感与光电技术应用领域，具体涉及一种阵列光纤光声仿生耳装置及信号转换方法。 

背景技术

听觉系统的内耳感音具有耳蜗的拓扑结构和声音频率成分相互对应的特点，而且其内部按对应位置分布大量的听细胞（又称毛细胞），其作用类似感应音频成分的“传感器”，正是这些毛细胞和后端的听神经相互连接，共同完成声信息到大脑功能区的传递。目前已有的人工听觉再造装置—多导电极式人工耳蜗（Cochlear Implant,常简称CI），正是基于上述原理，CI较好地解决了语言声信息的传导和感知问题，并用于重度以上耳聋患者临床治疗修复。然而，研究表明，这种装置在感知更复杂、更丰富的声信息（如各种音乐音）方面，存在较多问题。  

    目前的人工耳蜗产品是采用金属电极(如银电极)插入耳蜗内部,其上分布若干电极点对应相应的频段区,以电极电流方式刺激耳蜗内的感音听神经，来传递相应频段的声信息。由于电极电流存在电场的扩散性，其刺激电流在耳蜗内空间上的同步激发密度受到一些限制，要么将原本同步出现的声谱信号在时间上间隔发放，要么只能挑选在空间上间隔电极的谱信号同时发放，这样才能减少相邻电极电流同时发放引发的电场相互干扰，因此这些电信号激发时做的调整便导致声音原有频谱阵列结构在刺激听神经阶段产生了一些畸变，这种畸变对于时间和频谱结构变化均较慢的语声信号来说或许影响有限，不会明显影响所传递语声的识别和理解，但对于频谱结构和时间关系变化更紧密的音乐信号来说，这种失真便导致声信息的混乱，从而难以获得悦耳的音效。

发明内容

    为了解决现有技术存在的问题，本发明具体公开了一种阵列光纤光声仿生耳装置及信号换换方法。 

本发明采用的技术方案如下： 

一种阵列光纤光声仿生耳装置，包括语音处理器、阵列数据控制器、激光调制驱动器、激光光纤阵列、光纤准直器；

所述的语音处理器，将声音信号转换成电信号后传送到阵列数据控制器；

所述的阵列数据控制器，分别控制各路电信号与对应激光调制驱动器相连；

所述的激光调制驱动器，负责将语音处理器输出的多路电信号转换为对应的光信号；其中一路电信号对应一路光信号；

所述的激光光纤阵列，将各路光信号传送到光纤准直器；且一路光信号对应一个光纤准直器；

所述的光纤准直器，将每路光信号聚焦输出激光光束。

所述激光光纤阵列各端口的光信号输出分别与对数尺度划分的音频频段对应，即每路光纤信号输出对应一个相应的音频频段信号。 

所述的激光调制驱动器，包括多路激光调制驱动单元，所述的激光调制驱动单元的数目和光纤阵列中的光纤数目相同，能独立并行地控制每一路激光器的参数。 

所述的多路激光调制驱动单元，每路包括供电单元、LD可控恒流驱动单元、时序控制单元、MOSFET高速开关电路、LD激光器（半导体激光器）。 

所述的供电单元，通过AC-DC转换器将220V交流市电变换为适合LD可控恒流驱动单元所需的直流电，供电单元与LD可控恒流驱动单元相连接。 

所述的LD可控恒流驱动单元，在直流电压供电下，采用同步降压型大电流驱动，通过达林顿管组成的电流放大电路来给LD激光器提供所需的电流，驱动激光器发光，且驱动电流跟随前级阵列数据控制器输出的各路信号幅度变化； 

    所述的时序控制单元，根据通道电信号的时序关系控制产生相应的具有可控脉冲重复频率和脉宽的脉冲序列信号；

    所述的MOSFET高速开关电路，与LD激光器相连，以LD可控恒流源驱动单元产生的驱动电流为输入，和时序控制单元产生的时序信号相配合，使MOSFET场效应管快速通断，控制输出到LD激光器的激发电流信号；

    所述的LD激光器，作为产生光信号的光源，其光源波长能够选择。 

一种阵列光纤光声仿生耳装置的信号转换方法，包括如下步骤： 

步骤1 语音处理器将采集的宽带声音信号进行变换、分带、特征提取处理后，形成具有声信息结构的阵列电信号，各通道电信号频段要符合人耳听觉特性，按对数尺度划分，每个通道的电信号分别与激光光纤阵列中的一路光信号对应；

步骤2 阵列数据控制器将声信息结构的电信号转换成各单路驱动LD激光器的电信号，这些电信号与驱动光源的控制参量对应；