CN101426169A - 一种快速检测发声体声响应参数的时域跟踪滤波器及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了将时域跟踪滤波器技术应用于常规音频测量仪器，测量发声体声响应参数的测量方法及系统。本发明采用特殊信号激励被测发声体，通过测量发声体两端电压和声压信号后，利用本文提到的时域跟踪滤波器，可以跟踪声响应中基频的变化，通过等效低通滤波、带通滤波、带阻滤波、高通滤波等处理得到发声体的基频响应、各次谐波响应、总谐波失真+噪声响应、总谐波失真响应等多种声响应参数结果曲线。其优越性在于可以短时间内在时域的基础上分离并得到被测发声体声响应中的基频和谐频响应，可大大提高处于研发阶段和品质管理阶段对发声体声响应参数的测试效率。

Description

一种快速检测发声体声响应参数的时域跟踪滤波器及系统

技术领域

本发明涉及检测发声体声响应参数的方法及测试系统。在给被测发声体激励特殊信号得到发声体的声响应后，采用本文提到的时域跟踪滤波器，可以跟踪声响应中基频的变化，通过等效低通滤波、带通滤波、带阻滤波、高通滤波等处理得到发声体的基频响应、各次谐波响应、总谐波失真+噪声响应、总谐波失真响应等多种结果曲线。

背景技术

快速测量发声体声响应参数的意义：

发声体线性声响应参数对发声体的设计、制造、和质量控制具有重要的作用。顾名思义发声体就是发出声音的一种换能器，所以发声体最重要的指标就是声响应指标，包括：频响和失真。但是长久以来人们对发声体的声响应评测是应该采用客观参数评价还是直接采用人耳评测一直存在争议。这一争论在上世纪80年代，面对全球对发声体的大量需求、人工成本的不断上升和对人耳保护的要求，终于得到统一。所有对发声体声响应的检测不约而同的使用一些客观的参数检测代替主观的人耳评测，而在实践中总结出来的最重要的声响应参数就是频响和失真。如今声响应参数广泛用于发声体的生产和设计过程。业界一般采用国际电工委员会(IEC)《IEC60268-5 Sound system equipment-part5：Loudspeakers》标准，而国内采用《GB/T 9396-扬声器主要性能测试方法》标准。如今数字系统发展迅速，一种能快速高效准确测量发声体声响应参数的检测方法是迫切需要的。这样在研发阶段工程师可以根据测试结果快速的调整设计参数以达到技术指标，而在产线上快速测量声响应参数对产品进行品质管理就更显重要了。本文提出的时域跟踪滤波器就可以实现快速测量声响应，从而可大大提高处于研发阶段和品质管理阶段对发声体声响应参数的测试效率。

现有的技术和方法：

现有测量发声体声响应参数(主要指频响和失真)的方法有以下三种：

A)离散频率测量法。使用离散频率点测量扬声器的在各个频率点的频响和失真，该方法除了使用模拟仪器测量外，最可行的就是采用美国Listen公司的专利算法HarmonicTrack，该方法利用离散对数扫频信号激励被测发声体，之后分段提取声响应中对应各个单频激励信号的响应信号。最后用某种快速算法得到对应某个单频激励的基频响应和各次谐波响应。这种方法主要的缺点有：1、使用离散频率测量时，提高测试的精度与加快测试速度矛盾很大；2、当需要求解更多次谐波时，计算的复杂度会增长明显，对计算硬件要求较高。

B)时频分析测量法。该方法虽然也可以采用连续对数扫频信号作为激励检测被测扬声器，之后利用时频分析的方法(短时傅立叶变换法、小波变换法等)做时域、频域联合分析得到结果。虽然在理论上这个方法是可行的，但是不论采用哪种时频分析方法，时域和频率的解析度都是矛盾的，因此该方法实际要求测试的扫频信号不能太快，同时有较高的计算复杂度，作为测试仪器使用该方法无法达到快速和准确。

C)多频测试法。SteveTemme和Pascal Brunet在在第121次[国际]音频工程学会大会发表的论文《一种使用多频信号和非一致测量失真的新方法》(A New Method for MeasuringDistortion using a Multiton Stimulus and Non-Conherence)中提到的使用多频信号测量被测发声体的失真技术是一种业界比较新的方法，使用类似音乐的信号做激励信号从而评估被测件的性能。该方法需要双通道分析，这样的就限制了其在一次测得多种电声参数的可能，同时该方法的客观一致性还未能得到业界认可。

发明内容

本发明目的是提出一种用于快速检测发声体声响应参数的时域跟踪滤波器及系统。在给被测发声体激励特殊信号得到发声体的声响应后，利用本文提到的时域跟踪滤波器，可以跟踪声响应中基频的变化，通过等效低通滤波、带通滤波、带阻滤波、高通滤波等处理得到发声体的基频响应、各次谐波响应、总谐波失真+噪声响应、总谐波失真响应等多种结果曲线，其优越性在于可以短时间内在时域的基础上分离并得到被测发声体声响应中的基频和谐频响应，可大大提高处于研发阶段和品质管理阶段对发声体声响应参数的测试效率。

本发明要解决的就是采用传统的离散频率测试发声体声响应参数时，测试精度与测试效率存在的巨大矛盾，采用连续对数扫频信号作为激励信号并采用快速算法可以很好的解决测试精度和测试效率存在的矛盾，实现快速而准确的测试发声体声响应参数。

本发明的目的是这样实现的：

本发明所述的快速检测发声体声响应参数的时域跟踪滤波器，具体为：建立如图1所示的测试系统，用特殊的测试信号(测试信号的时域波形图如图2所示，时频图如图3所示)激励被测发声体，在得到被测发声体两端电压、发声体发出的声压信号后，按照图4做信号处理，首先用信噪比检测模块(19)对所得的电压信号和声压信号做检测，检测合格后通过信号预处理模块(20)根据预信息做预处理；其次通过信号谱处理模块(21)对预处理的信号进行谱处理，得到这些信号的频谱值；之后利用系统传递函数求解模块(22)计算出被测发声体的系统传递函数；再次利用滤波器处理模块(23)根据测试需求对系统传递函数(15)做各种所需的加窗处理以实现相对于基频的各种等效滤波效果，如带通滤波、带阻滤波、低通滤波、高通滤波；最后这些信号进入谱展开和压缩模块(24)分析得到这些信号的频谱值并对频率做适合的压缩，输出的信号就是被测发声体的线性声响应、非线性声响应，其中线性响应指被测发声体的基频响应，而非线性响应包括各次谐波响应、总谐波失真+噪声响应、总谐波失真响应等。

本发明所述的快速检测发声体声响应参数时域跟踪滤波器的系统包括：PC机或专属设备(6)、数据采集卡(5)、带电流检测功能的恒压功放(4)、消音箱(3)、测量麦克风(2)，PC机或专属设备(6)通过程序控制数据采集卡(5)发射激励测试信号(7)，该测试信号(7)经过带电流检测功能的恒压功放(4)功率放大后加载在被测发声体(1)两端，同时将此放大电压信号(8)和流经发声体的电流信号(9)输入到数据采集卡(5)中，在消音箱(3)中使用测量麦克风(2)将被测发声体(1)在激励信号下发出的声压信号(10)采集并输入到数据采集卡(5)，专属设备(6)包括具有控制功能和显示功能的工控机、独立嵌入式设备，数据采集卡(5)用于完成模/数和数/模转换。

由于本发明采用了上述的技术方案，故具有以下优点：

1)测试系统搭建方便，成本低，测试系统将不仅能用于发声体声响应参数的测量，还可以用于其他参数的测量。例如：电响应参数及线性参数测量等。

2)测试信号的选择，决定了其在保证测试精度的前提下，测试时间很短。

3)这种特殊的处理方法可以利用快速算法从声响应信号中分离出线性响应和非线性响应，在保证准确度的前提下，速度可以大大提高。

附图说明

图1测试系统图。

图2测试激励信号时域波形图。

图3测试激励信号时频图。

图4信号处理流程图。

图5被测发声体声响应时域波形图。

图6被测发声体声响应频域波形图。

图7激励信号频域波形图。

图8被测发声体系统传递函数时域波形图。

图9被测发声体声响应参数结果图。

图10被测发声体失真IEC标准处理结果图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步的说明。

按照图1搭建测试系统，该测试系统包括：PC机或专属设备(6)、数据采集卡(5)、带电流检测功能的恒压功放(4)、消音箱(3)、测量麦克风(2)，专属设备(6)包括具有控制功能和显示功能的工控机、独立嵌入式设备，数据采集卡(5)用于完成模/数和数/模转换。在该测试系统中，PC机或专属设备(6)通过程序控制数据采集卡(5)发射激励测试信号(7)，该测试信号(7)经过带电流检测功能的恒压功放(4)功率放大后加载在被测发声体(1)两端，同时将此放大电压信号(8)和流经发声体的电流信号(9)输入到数据采集卡(5)中，在消音箱(3)中使用测量麦克风(2)将被测发声体(1)在激励信号下发出的声压信号(10)采集并输入到数据采集卡(5)。这里所有信号处理流程在PC或专属设备(6)中进行，利用PC或专属设备(6)内的程序完成。

在PC或专属设备(6)中设有信噪比检测模块(19)、信号预处理模块(20)、信号谱处理模块(21)、系统传递函数求解模块(22)、滤波器处理模块(23)和谱展开和压缩模块(24)。

所述的信噪比检测模块(19)对输入的电压信号(8)、声压信号(10)的信噪比情况做检测判断，在信噪比小于10dB(此值根据选择的不同被测发声体类型有所不同)时将给出警告信息(17)，表示此时采集信号不适合进行后面的运算，如果信噪比大于等于10dB，则可以进行进一步的计算。

所述的信号预处理模块(20)将根据输入频率控制信息(18)对输入的电压信号(8)、声压信号(10)进行预处理并输出预处理完成信号(11)和(12)。信号预处理模块(20)主要是根据不同的输入频率控制信息(18)对输入信号做时域翻转、时域拓展或频率拓展等预处理。这样做是为了在系统传递函数求解模块(22)处理时可以最好的将测得的声响应中的线性响应部分和非线性响应部分分开，从而更加准确和可靠的在谱展开和压缩模块(24)中得到线性响应部分和非线性响应部分的绝对声压值。

所述的信号谱处理模块(21)就是对预处理完成信号(11)和(12)进行谱分析并输出处理完成频谱信息(13)和(14)。根据输入测试时间控制信息(25)选择最佳的谱处理方法和谱处理精度，不同的处理方法包括：直接处理法、分段处理法等。其中直接处理法指直接用快速算法计算输入信号整体频谱，分段处理法指对输入信号采用分段处理频谱并再叠加的方法计算输入信号整体频谱。处理方法的选择是根据输入测试时间控制信息(25)决定的。这样做的目的是充发发挥谱处理快速算法的处理特点并保持处理精度，适用于各种处理能力平台，便于移植和优化。

所述的系统传递函数求解模块(22)根据已经优化处理后的频谱信息(13)和(14)计算被测发声体的系统传递函数(15)，具体采用如下两种算法计算。

算法一： $h\left(t\right)={\mathrm{FFT}}^{-1}\left[\frac{\mathrm{FFT}\left(y\left(t\right)\right)}{\mathrm{FFT}\left(x\left(t\right)\right)}\right];$

其中FFT(y(t))是谱信息(13)；FFT(x(t))是谱信息(14)

算法二： $h\left(t\right)={\mathrm{FFT}}^{-1}\left[\frac{\mathrm{Gxy}}{\mathrm{Gxx}}\right];$

其中Gxy表示输入输出信号的互相关函数谱；Gxx表示输入信号自相关函数谱。这两种方法各有优点，算法一对噪声更加敏感，但是能保留系统传递函数的相位信息，这个对发声体检测后续极性判断和相位测试及补偿有重要意义，算法二将丢失系统传递函数的相位信息，但是将更加稳定和准确得到系统传递函数的幅度特性。实现中可以根据检测环境进行选择使用。

所述的滤波器处理模块(23)对输入的系统传递函数(15)根据设定的加窗控制信息(26)在特定的位置做各种所需的加窗处理以此来各种所需时域信号，实现相对于基频的各种等效滤波效果，如低通滤波、带通滤波、带阻滤波、高通滤波。并将处理结果作为加窗处理结果(16)输出。加窗的形式是多样的，包括：Hanning窗，Hamming窗，Blackman窗，Tukey窗等。具体形式如下：

Hanning窗： $w(k+1)=0.5(1-\cos \left(2\mathrm{\π}\frac{k}{n-1}\right)),k=0,K,n-1;$

Hamming窗： $w(k+1)=0.54-0.46\cos \left(2\mathrm{\π}\frac{k}{n-1}\right),k=0,K,n-1;$

Blackman窗： $w(k+1)=0.42-0.5\cos \left(2\mathrm{\π}\frac{k}{n-1}\right)+0.08\cos \left(4\mathrm{\π}\frac{k}{n-1}\right),k=0,K,n-1;$

Tukey窗： $w\left(k\right)=\left\{\begin{array}{cc}\frac{1}{2}[1+\cos (\frac{2\mathrm{\&pi;}(k-1)}{r(N-1)}-\mathrm{\&pi;})]& k<\frac{r}{2}(N-1)+1\\ 1& \frac{r}{2}(N-1)+1\&le;k\&le;N-\frac{r}{2}(N-1)\\ \frac{1}{2}[1+\cos (\frac{2\mathrm{\&pi;}}{r}-\frac{2\mathrm{\&pi;}(k-1)}{r(N-1)}-\mathrm{\&pi;})]& N-\frac{r}{2}(N-1)<k\end{array}\right.$

所述的谱展开和压缩模块(24)根据设定的谐波控制信息(27)部分的对加窗处理结果(16)做所需的频谱展开和频率压缩处理，使其对应于正确基波和谐波频率，得到发声体线性响应部分和非线性响应部分的绝对声压。

本发明对发声体线性响应和非线性响应测量计算具体过程为：

测试系统由PC机或专属设备(6)根据用户设定产生一个激励测试信号(7)，该激励测试信号(7)是连续对数扫频信号，定义如下式：

$\mathrm{Stim}\left(t\right)=U\sin \left[\frac{{\mathrm{\&omega;}}_{1}T}{\ln \left(\frac{{\mathrm{\&omega;}}_2}{{\mathrm{\&omega;}}_1}\right)}(e^{\frac{t}{T}\ln \left(\frac{{\mathrm{\&omega;}}_2}{{\mathrm{\&omega;}}_1}\right)}-1)\right]$

其中：U是测试信号幅度，T是测试信号时间，ω₁是测试信号的起始频率，ω₂是测试信号(7)的终止频率，时域波形如图2所示，时频图如图3所示。该测试信号(7)，具有频率连续变化、测试时间可控等特点，选择这种激励信号的好处是：1、可以在保证测试精度的条件下，加快测试速度，2、对分离发声体的非线性响应和线性响应有唯一特殊的作用，即在这种信号激励下，可以将测得的发声体声响应中的线性响应部分和非线性响应部分分开，从而计算各种所需的基频和谐波绝对值。这里定义扫频速度为：

$V=\left|\frac{\ln \left(\frac{{\mathrm{\&omega;}}_2}{{\mathrm{\&omega;}}_1}\right)}{T}\right|$

这里不限制ω₁和ω₂的大小关系，即扫频信号可以采用从低频到高频的扫频模式也可以采用从高频到低频的扫频模式。另外的根据需求可以对不同的频率区间采用不同的扫频速度V从而满足进一步提高检测效率的要求。

通过数据采集卡(5)将测试信号(7)输入到功率放大器(4)中并将输出的放大电压信号(8)同时输入到被测发声体(1)和数据采集卡(5)，并将流经被测发声体(1)的电流信号(9)输入到数据采集卡(5)中，将被测发声体(1)在消音箱(3)中发射的声信号，用测量麦克风(2)采集声信号(10)并输入到数据采集卡(5)中。

在测得所需的电压信号(8)和声压信号(10)后，将这些信号进行如图4所示的信号处理，得到被测发声体的线性响应部分和非线性响应部分。具体如下：首先将测得的电压信号(8)和声压信号(10)输入到信噪比检测模块(19)中判断测试的所得的信号的信噪比是否满足要求，如果小于10dB(此值根据选择的不同被测发声体类型有所不同)，输出警告信号(17)，提示测试信号信噪比不足，此时需要采取增加测试信号幅度、降低噪声等措施；如果检测信噪比大于10dB，将电压信号(8)和声压信号(10)输入到信号预处理模块(20)中，具体的一个被测发声体的声信号时域波形输出(11)如图5所示。

信号预处理模块(20)将根据输入频率控制信息(18)对输入的电压信号(8)、声压信号(10)进行预处理，主要是根据不同的输入频率控制信息(18)对输入信号做时域翻转，时域拓展或频率拓展等预处理。这样做是为了在系统传递函数求解模块(22)处理时可以最好的将测得的声响应中的线性响应部分和非线性响应部分分开，从而更加准确和可靠的在谱展开和压缩模块(24)中得到线性响应部分和非线性响应部分的绝对声压值。输出处理完成电压信号(11)和声信号(12)到信号谱处理模块(21)。

信号谱处理模块(21)对输入电压信号(11)和声信号(12)进行谱分析，根据输入测试时间控制信息(25)选择最佳的谱处理方法和谱处理精度，包括：直接处理法、分段处理法等。其中直接处理法指直接用快速算法计算输入信号整体频谱，分段处理法指对输入信号采用分段处理频谱并再叠加的方法计算输入信号整体频谱。这样做的目的是充发发挥谱处理快速算法的处理特点并保持处理精度，适用于各种处理能力平台，便于移植和优化。输出处理完成频谱信息(13)和(14)到系统传递函数求解模块(22)。本例中电压信号和声信号的谱波形如图6、7所示。

系统传递函数求解模块(22)根据已经优化处理后的频谱信息(13)和(14)计算被测发声体的系统传递函数(15)，具体采用如下两种算法计算。

算法一： $h\left(t\right)={\mathrm{FFT}}^{-1}\left[\frac{\mathrm{FFT}\left(y\left(t\right)\right)}{\mathrm{FFT}\left(x\left(t\right)\right)}\right];$

其中FFT(y(n))是谱信息(13)，FFT(x(n))是谱信息(14)。

算法二： $h\left(t\right)={\mathrm{FFT}}^{-1}\left[\frac{\mathrm{Gxy}}{\mathrm{Gxx}}\right];$

其中Gxy表示输入输出信号的互相关函数谱；Gxx表示输入信号自相关函数谱。计算得到的发声体的系统传递函数(15)输入到滤波器处理模块(23)。本例中采用算法一计算的发声体系统传递函数波形如图8所示。

所述的滤波器处理模块(23)对输入的系统传递函数(15)根据设定的加窗控制信息(26)在特定的位置做各种所需的加窗处理以此来各种所需时域信号，实现相对于基频的各种等效滤波效果，如带通滤波、带阻滤波、低通滤波、高通滤波。加窗的形式是多样的，包括：Hanning窗，Hamming窗，Blackman窗，Tukey窗等。具体形式如下：

Hanning窗： $w(k+1)=0.5(1-\cos \left(2\mathrm{\&pi;}\frac{k}{n-1}\right)),k=0,K,n-1;$

Hamming窗： $w(k+1)=0.54-0.46\cos \left(2\mathrm{\&pi;}\frac{k}{n-1}\right),k=0,K,n-1;$

Blackman窗： $w(k+1)=0.42-0.5\cos \left(2\mathrm{\&pi;}\frac{k}{n-1}\right)+0.08\cos \left(4\mathrm{\&pi;}\frac{k}{n-1}\right),k=0,K,n-1;$

Tukey窗： $w\left(k\right)=\left\{\begin{array}{cc}\frac{1}{2}[1+\cos (\frac{2\mathrm{\&pi;}(k-1)}{r(N-1)}-\mathrm{\&pi;})]& k<\frac{r}{2}(N-1)+1\\ 1& \frac{r}{2}(N-1)+1\&le;k\&le;N-\frac{r}{2}(N-1)\\ \frac{1}{2}[1+\cos (\frac{2\mathrm{\&pi;}}{r}-\frac{2\mathrm{\&pi;}(k-1)}{r(N-1)}-\mathrm{\&pi;})]& N-\frac{r}{2}(N-1)<k\end{array}\right.$

而具体加窗处理过程如下：

先选择窗函数的具体形式w(n)，然后根据加窗控制信息(26)设置窗函数的起始位置和终止位置，例如提取线性响应时选择Hanning窗，需要提取发声体的线性响应时(等效于对声响应做时域跟踪低通滤波器)，起始位置选择n_start(表示整个系统传递函数的起始位置)，终止位置选择为n_linear(n_linear表示包含发声体线性响应的最大位置)。通过下式就可以从系统传递函数中提取之：

g₁(n)＝h(n)×w(n_start，n_linear)

需要提取总谐波失真+噪声(等效于对声响应做时域跟踪带阻滤波器)，就采用如下公式提取之：

g₂(n)＝h(n)×(1-w(n_start，n_linear))

需要提取基频或某次谐波以上的谐波分量时(等效于对声响应做时域跟踪高通滤波器)，就可以设置起始位置为n_xharm(这里x表示1或2……n次谐波序列值，而n_xharm表示x谐波起始位置)，而终止位置选择n_end(表示整个系统传递函数的终止位置)，采用如下公式提取之：

g₃(n)＝h(n)×w(n_xharm，n_end)

需要提取二次谐波或其他分离次谐波时(等效于对声响应做时域跟踪带通滤波器)，就可以设置起始位置为n_xharm(这里x表示1或2……n次谐波序列值，而n_xharm表示x谐波起始位置)，而终止选择n_(x-1)harm(表示x-1次谐波起始位置)，采用如下公式就可以提取这些谐波在系统传递函数在对应的非线性响应。

g_x(n)＝h(n)×w(n_xharm，n_(x-1)harm)

并将这些作为加窗处理结果(16)输出到谱展开和压缩模块(24)。

谱展开和压缩模块(24)根据设定的谐波控制信息(27)部分的对加窗处理结果(16)做所需的频谱展开和频率压缩处理，使其对应于正确基波和谐波频率，得到发声体线性响应部分和非线性响应部分的绝对声压。具体如：需要计算发声体线性响应时按如下公式计算：

G₁(w)＝FFT(g₁(n))

需要求解其他各次谐波时就需要按照如下公式计算：

G_x(w/x)＝FFT(g_x(n))

注意这里不仅需要做谱展开还需要做频率压缩处理。

本例计算的发声体线性响应和非线性响应如图9所示。

当需要求谐波失真总和(TD)时就可以采用如下公式：

$\mathrm{TD}=\sqrt{\underset{x=2}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{G}_x{(w/x)}^2}$

进一步需要求解总谐波失真(THD)时按照不同的标准都可以求解出，例如根据IEC60268—5计算方法如下公式：

$\mathrm{THD}=\frac{\mathrm{TD}}{\sqrt{(G_1+\mathrm{TD})}}\&times;100$

根据IEEE标准计算方法如下公式：

$\mathrm{THD}=\frac{\mathrm{TD}}{G_1}\&times;100$

本例采用IEC60268-5标准计算的发声体总谐波失真和各次谐波响应如图10所示。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1、一种快速检测发声体声响应参数的时域跟踪滤波器，其特征在于：建立测试系统，用特殊的测试信号激励被测发声体，在得到被测发声体两端电压、发声体发出的声压信号后，首先用信噪比检测模块(19)对所得的电压信号和声压信号做检测，检测合格后通过信号预处理模块(20)根据预信息做预处理；其次通过信号谱处理模块(21)对预处理的信号进行谱处理，得到这些信号的频谱值；之后利用系统传递函数求解模块(22)计算出被测发声体的系统传递函数；再次利用滤波器处理模块(23)根据测试需求对系统传递函数(15)做各种所需的加窗处理以实现相对于基频的各种等效滤波效果，如低通滤波、带通滤波、带阻滤波、高通滤波；最后这些信号进入谱展开和压缩模块(24)分析得到这些信号的频谱值并对频率做适合的压缩，输出的结果就是被测发声体的声响应参数。

2、根据权利要求1所述的一种快速检测发声体声响应参数的时域跟踪滤波器，其特征在于：所述的被测发声体至少包括：动圈发声体单元、压电发声体单元、平板发声体单元、发声体闭箱系统、发声体倒相箱系统、受话器、麦克风及麦克风系统等所有电声换能装置。

3、根据权利要求1所述的一种快速检测发声体声响应参数的时域跟踪滤波器，其特征在于：选择特殊的测试信号是连续对数扫频信号，定义如下式：

$\mathrm{Stim}\left(t\right)=U\sin \left[\frac{{\mathrm{\&omega;}}_{1}T}{\ln \left(\frac{{\mathrm{\&omega;}}_2}{{\mathrm{\&omega;}}_1}\right)}(e^{\frac{t}{T}\ln \left(\frac{{\mathrm{\&omega;}}_2}{{\mathrm{\&omega;}}_1}\right)}-1)\right]$

其中：U是测试信号幅度，T是测试信号时间，ω₁是测试信号的起始频率，ω₂是测试信号的终止频率。并定义扫频速度为：

$V=\left|\frac{\ln \left(\frac{{\mathrm{\&omega;}}_2}{{\mathrm{\&omega;}}_1}\right)}{T}\right|$

这里不限制ω₁和ω₂的大小关系，即扫频信号可以采用从低频到高频的扫频模式也可以采用从高频到低频的扫频模式。另外根据需求可以对不同的频率区间采用不同的扫频速度V从而满足进一步提高检测效率的要求。

4、根据权利要求1所述的一种快速检测发声体声响应参数的时域跟踪滤波器，其特征在于：所有信号处理流程在测试系统的PC或专属设备(6)中进行，利用PC或专属设备(6)内的程序完成。

5、根据权利要求1所述的一种快速检测发声体声响应参数的时域跟踪滤波器，其特征在于：输出的被测发声体的声响应参数包括：线性声响应、非线性声响应，其中线性响应指被测发声体的基频响应，而非线性响应包括各次谐波响应、总谐波失真+噪声响应、总谐波失真响应等。

6、根据权利要求1所述的一种快速检测发声体声响应参数的时域跟踪滤波器的系统，其特征在于：建立的测试系统包括：PC机或专属设备(6)、数据采集卡(5)、带电流检测功能的恒压功放(4)、消音箱(3)、测量麦克风(2)，PC机或专属设备(6)通过程序控制数据采集卡(5)发射激励测试信号(7)，该测试信号(7)经过带电流检测功能的恒压功放(4)功率放大后加载在被测发声体(1)两端，同时将此放大电压信号(8)和流经发声体的电流信号(9)输入到数据采集卡(5)中，在消音箱(3)中使用测量麦克风(2)将被测发声体(1)在激励信号下发出的声压信号(10)采集并输入到数据采集卡(5)，专属设备(6)包括具有控制功能和显示功能的工控机、独立嵌入式设备，数据采集卡(5)用于完成模/数和数/模转换。

7、根据权利要求6所述的一种快速检测发声体声响应参数的时域跟踪滤波器的系统，其特征在于：在PC或专属设备(6)中设有信噪比检测模块(19)、信号预处理模块(20)、信号谱处理模块(21)、系统传递函数求解模块(22)、滤波器处理模块(23)和谱展开和压缩模块(24)均设于

8、根据权利要求6所述的一种快速检测发声体声响应参数的时域跟踪滤波器的系统，其特征在于：

所述的信噪比检测模块(19)对输入的电压信号(8)、声压信号(10)的信噪比情况做检测判断，在信噪比小于10dB(此值根据选择的不同被测发声体类型有所不同)时将给出警告信息(17)，表示此时采集信号不适合进行后面的运算，如果信噪比大于等于10dB，则可以进行进一步的计算；

所述的信号预处理模块(20)将根据输入频率控制信息(18)对输入的电压信号(8)、声压信号(10)进行预处理并输出预处理完成信号(11)和(12)；信号预处理模块(20)主要是根据不同的输入频率控制信息(18)对输入信号做时域翻转，时域拓展或频率拓展等预处理。这样做是为了在系统传递函数求解模块(22)处理时可以最好的将测得的声响应中的线性响应部分和非线性响应部分分开，从而更加准确和可靠的在谱展开和压缩模块(24)中得到线性响应部分和非线性响应部分的绝对声压值；

所述的信号谱处理模块(21)就是对输入预处理完成信号(11)和(12)进行谱分析并输出处理完成频谱信号(13)和(14)；根据输入测试时间控制信息(25)选择最佳的谱处理方法和谱处理精度，不同的处理方法包括：直接处理法、分段处理法；其中直接处理法指直接用快速算法计算输入信号整体频谱，分段处理法指对输入信号采用分段处理频谱并再叠加的方法计算输入信号整体频谱；处理方法的选择是根据输入测试时间控制信息(25)决定的；

所述的系统传递函数求解模块(22)根据已经优化处理后的频谱信息(13)和(14)计算被测发声体的系统传递函数(15)，具体采用如下两种算法计算；

算法一： $h\left(t\right)={\mathrm{FFT}}^{-1}\left[\frac{\mathrm{FFT}\left(y\left(t\right)\right)}{\mathrm{FFT}\left(x\left(t\right)\right)}\right];$

其中FFT(y(t))是谱信息(13)；FFT(x(t))是谱信息(14)

算法二： $h\left(t\right)={\mathrm{FFT}}^{-1}\left[\frac{\mathrm{Gxy}}{\mathrm{Gxx}}\right];$

其中Gxy表示输入输出信号的互相关函数谱；Gxx表示输入信号自相关函数谱。这两种方法中的算法一对噪声更加敏感，但是能保留系统传递函数的相位信息，这个对发声体检测后续极性判断和相位测试及补偿有重要意义；算法二将丢失系统传递函数的相位信息，但是将更加稳定和准确得到系统传递函数的幅度特性；实现中可以根据检测环境进行选择使用；

所述的滤波器处理模块(23)对输入的系统传递函数(15)根据设定的加窗控制信息(26)在特定的位置做各种所需的加窗处理得到各种所需时域信号，以此来实现相对于基频的各种等效滤波效果，如低通滤波、带通滤波、带阻滤波、高通滤波。并将处理结果作为加窗处理结果(16)输出；加窗的形式是多样的，包括：Hanning窗，Hamming窗，Blackman窗，Tukey窗；具体形式如下：

Hanning窗： $w(k+1)=0.5(1-\cos \left(2\mathrm{\&pi;}\frac{k}{n-1}\right)),k=0,K,n-1;$

Hamming窗： $w(k+1)=0.54-0.46\cos \left(2\mathrm{\&pi;}\frac{k}{n-1}\right),k=0,K,n-1;$

Blackman窗： $w(k+1)=0.42-0.5\cos \left(2\mathrm{\&pi;}\frac{k}{n-1}\right)+0.08\cos \left(4\mathrm{\&pi;}\frac{k}{n-1}\right),k=0,K,n-1;$

Tukey窗： $w\left(k\right)=\left\{\begin{array}{cc}\frac{1}{2}[1+\cos (\frac{2\mathrm{\&pi;}(k-1)}{r(N-1)}-\mathrm{\&pi;})]& k<\frac{r}{2}(N-1)+1\\ 1& \frac{r}{2}(N-1)+1\&le;k\&le;N-\frac{r}{2}(N-1)\\ \frac{1}{2}[1+\cos (\frac{2\mathrm{\&pi;}}{r}-\frac{2\mathrm{\&pi;}(k-1)}{r(N-1)}-\mathrm{\&pi;})]& N-\frac{r}{2}(N-1)<k\end{array}\right.$

具体实施时，先选择窗函数的具体形式w(n)，然后根据加窗控制信息(26)设置窗函数的起始位置和终止位置；

需要提取发声体的线性响应时(等效于对声响应做时域跟踪低通滤波器)，起始位置选择n_star，(表示整个系统传递函数的起始位置)，终止位置选择为n_linear(n_linear表示包含发声体线性响应的最大位置)；通过下式就可以从系统传递函数中提取之：

g₁(n)＝h(n)×w(n_start，n_linear)

需要提取总谐波失真+噪声时(等效于对声响应做时域跟踪带阻滤波器)，就采用如下公式提取之：

g₂(n)＝h(n)×(1-w(n_start，n_linear))

需要提取基频或某次谐波以上的谐波分量时(等效于对声响应做时域跟踪高通滤波器)，设置起始位置为n_xharm(这里x表示1或2……n次谐波序列值，而n_xharm表示x谐波起始位置)，而终止位置选择n_end(表示整个系统传递函数的终止位置)，采用如下公式提取之：

g₃(n)＝h(n)×w(n_xharm，n_end)

需要提取二次谐波或其他分离次谐波时(等效于对声响应做时域跟踪带通滤波器)，就可以设置起始位置为n_xharm(这里x表示1或2……n次谐波序列值，而n_xharm表示x谐波起始位置)，而终止选择n_(x-1)harm(表示x-1次谐波起始位置)，采用如下公式提取之；

g_x(n)＝h(nn)×w(n_xharm，n_(x-1)harm)

并将这些作为加窗处理结果(16)输出到谱展开和压缩模块(24)；

所述的谱展开和压缩模块(24)根据设定的谐波控制信息(27)部分的对加窗处理结果(16)做所需的频谱展开和频率压缩处理，使其对应于正确基波和谐波频率，得到发声体线性响应部分和非线性响应部分的绝对声压；

需要计算发声体线性响应时按如下公式计算：

G₁(w)＝FFT(g₁(n))

需要求解其他各次谐波时就需要按照如下公式计算：

G_x(w/x)＝FFT(g_x(n))

这时不仅需要做谱展开还需要做频率压缩处理；

需要求谐波失真总和(TD)时就可以采用如下公式：

$\mathrm{TD}=\sqrt{\underset{x=2}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{G}_x{(w/x)}^2}$

进一步需要求解总谐波失真(THD)时需按照不同的标准求解，例如根据IEC60268—5计算方法如下公式：

$\mathrm{THD}=\frac{\mathrm{TD}}{\sqrt{(G_1+\mathrm{TD})}}\&times;100$

根据IEEE标准计算方法如下公式：

$\mathrm{THD}=\frac{\mathrm{TD}}{G_1}\&times;100$

至此得到被测发声体的声响应参数。

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