CN101545805B

CN101545805B - 一种pop噪声测试系统及测试方法

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Publication number: CN101545805B
Application number: CN2008101727770A
Authority: CN
Inventors: 王玉
Original assignee: BCD Semiconductor Manufacturing Ltd
Current assignee: BCD Semiconductor Manufacturing Ltd
Priority date: 2008-12-12
Filing date: 2008-12-12
Publication date: 2011-04-20
Anticipated expiration: 2028-12-12
Also published as: CN101545805A

Abstract

本发明公开一种POP噪声测试系统，包括电压测试仪，还包括计权滤波器，所述计权滤波器的输出端连接所述电压测试仪的输入端；所述计权滤波器包括调节匹配单元和滤波单元，所述调节匹配单元的输入端接收POP噪声电压，对该POP噪声电压调节增益，匹配阻抗，再输出到所述滤波单元；所述滤波单元提取设定频率的POP噪声电压输出到所述电压测试仪。所述设定频率为1KHz-6KHz。本发明对扬声器产生的POP噪声电压经计权滤波器处理后，在测量其均方根电压，经该加权滤波器处理后得到的RMS电压与人耳听到的POP噪声大小成正比，RMS电压大小可直接反映该POP噪声对使用者的影响程度。

Description

一种POP噪声测试系统及测试方法

技术领域

本发明涉及POP噪声测试领域，特别是涉及一种POP噪声测试系统及测试方法。

背景技术

在音频系统中，音乐在录制或者播放时，如果执行减弱(Mute)、关闭(shutdown)、中止(Pause)、停止(Stop)、下一步(Next)、返回(Prev)等操作，或在上电、掉电时，都会在扬声器中产生POP噪声，影响使用者欣赏音乐的心情。要减小这些POP噪声对使用者的干扰程度，提高使用者的体验感，就必须先分析这些POP噪声对使用者听觉的影响程度。

由于产生POP噪声的瞬间电压持续时间较短，传统的电压表则无法测得该瞬间电压，目前，常使用示波器通过单次触发的方法，捕捉产生POP噪声的瞬间电压波形。

图1、图2和图3揭示了现有测试方法。参见图1，示出了扬声器的输出电路，扬声器的输出信号中既有直流信号，又包含交流信号，通常直流信号的电压为电源电压VDD的一半，这样才能在满足谐波失真条件下，输出最大的功率；交流信号的峰峰值最大等于电源电压VDD。当关闭使能(shutdown enable)时，输出的直流信号从1/2VDD跳变到0V；当打开使能(shutdown disable)时，输出的直流信号从0V跳变到1/2VDD，这种跳变通过该电路时就会在负载电阻RL1上产生POP噪声。

参见图2和图3，分别示出了图1所示电路使用相同负载电阻，但不同输出电容时两种POP噪声的电压波形。依据两种波形可以得出，图2和图3所示波形电压的峰峰值大致相同，但图3所示Co＝10uF时波形下降时间大约是图2所示Co＝2.2uF时波形下降时间5倍。但依据图2、图3所示的波形不能直观判断出两种情况下POP噪声对使用者的影响程度。

可见，示波器捕捉到POP噪声的波形之后，只能看到POP噪声波形、持续时间、幅值大小等信息，但这都不能作为直接作为判断POP噪声对使用者听觉影响程度的依据。因此，需要一种新的测量方法和测量系统，以便获得POP噪声对使用者听觉影响程度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种POP噪声测试系统及测试方法，对POP噪声进行测量，以获得POP噪声对使用者听觉影响程度。

本发明公开一种POP噪声测试系统，包括电压测试仪，还包括计权滤波器，所述计权滤波器的输出端连接所述电压测试仪的输入端；所述计权滤波器包括调节匹配单元和滤波单元，所述调节匹配单元的输入端接收POP噪声电压，对该POP噪声电压调节增益，匹配阻抗，再输出到所述滤波单元；所述滤波单元提取设定频率的POP噪声电压输出到所述电压测试仪。

优选的，所述设定频率为1KHz-6KHz。

优选的，所述调节匹配单元包括第一运算放大器，所述第一运算放大器的正负输入端接收POP噪声电压，负输入端与输出端之间连接第一电阻；输出端连接第一电容一端，第一电容另一端通过并联的第二电阻和第二电容接地。

优选的，所述滤波单元包括第二运算放大器，所述第二运算放大器的正输入端接收POP噪声电压，负输入端通过第四电阻连接输出端；正输入端通过串联的第三电容和第四电容接地，还通过第三电阻接地。

优选的，所述系统还包括音频分析仪和触发器，所述触发器的接收POP噪声信号，在POP噪声信号的电压大于设定电压时，触发所述音频分析仪；所述音频分析仪的输入端连接所述计权滤波器的输出端，对输入的POP噪声电压进行FFT分析，得到的该POP噪声电压的频谱图。

优选的，所述触发器包括第一比较器，所述比较器的正输入端连接一固定电源；负输入端接收POP噪声电压，输出端连接所述音频分析仪的触发端。

本发明还公开一种POP噪声测试方法，该方法包括：对POP噪声电压调节增益，匹配阻抗；提取设定频率的POP噪声电压。

优选的，所述设定频率为1KHz-6KHz。

优选的，提取设定频率的POP噪声电压之后，还包括：对POP噪声电压进行FFT分析，得到该POP噪声电压的频谱图。

优选的，该方法还包括；检测POP噪声信号的电压，在POP噪声信号的电压大于设定电压时，触发音频分析仪获取POP噪声信号。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明对扬声器产生的POP噪声电压经计权滤波器处理后，在测量其均方根电压，因该加权滤波器是模拟人耳生物性能设计的，经该加权滤波器处理后得到的RMS电压与人耳听到的POP噪声大小成正比，RMS电压大小可直接反映该POP噪声对使用者的影响程度。

附图说明

图1为扬声器的输出电路图；

图2为图1所示电路中电容Co＝2.2uF获取的POP噪声的电压波形图；

图3为图1所示电路中电容Co＝10uF获取的POP噪声的电压波形图；

图4为本发明对扬声器产生的POP噪声测量系统示意图；

图5为加权滤波器的结构图；

图6加权滤波器一实施例的电路图；

图7为加权滤波器的幅频响应图；

图8为负载电阻RL＝32，电容Co＝10uF条件下，捕捉到的波形图；

图9为依据图8所示的CH 3波形提取的RMS电压波形图；

图10为负载电阻RL＝32，电容Co＝2.2uF条件下，捕捉到的波形图；

图11为依据图10所示的CH3波形提取的RMS电压波形图；

图12为本发明对扬声器产生的POP噪声频谱图的绘制系统结构图；

图13为触发器的结构图；

图14为对POP噪声信号进行FFT分析得到的频谱图；

图15为对POP噪声经过计权滤波器处理后再进行FFT分析的频谱图；

图16为阶跃电压以及经过计权滤波器前后的波形图；

图17为脉冲电压以及经过计权滤波器前后的波形图；

图18为阶跃电压和脉冲电压分别做FFT展开后的频谱图；

图19为阶跃信号和脉冲信号经过计权滤波器后分别做FFT展开的频谱图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明对扬声器产生的POP噪声电压经计权滤波器处理后，在测量其均方根(RMS root mean square)电压，因该加权滤波器是模拟人耳生物性能设计的，经该加权滤波器处理后得到的RMS电压与人耳听到的POP噪声大小成正比，RMS电压大小可直接反映该POP噪声对使用者的影响程度。

图4-图11示出了本发明测量POP噪声电压方法。参见图4，示出本发明对扬声器产生的POP噪声测量系统，输入的跳变的电压Vin经过电容Co，在负载RL上产生阶跃电压Vo，阶跃电压Vo直接引起POP噪声，本发明将该阶跃电压Vo经加权滤波器41处理，变为RMS电压，再利用电压测试仪42测量RMS电压。

参见图5，示出加权滤波器41的结构图，计权滤波器41包括调节匹配单元411和滤波单元412，调节匹配单元411的输入端接收阶跃电压Vo，对该阶跃电压Vo调节增益，匹配阻抗，再输出到滤波单元412；滤波单元412提取设定频率的阶跃电压Vo，作为RMS电压输出到电压测试仪42。

因人耳的可闻的频率范围只有20Hz-20kHz，而最敏感的频率范围在1kHz-6kHz之间，可将设定频率设为1KHz-6KHz，以便输出的RMS电压更精确地反映人耳听力大小。

参见图6，示出加权滤波器41一实施例的电路图，阶跃电压Vo输入到运算放大器U1的正负输入端，运算放大器U1的输出端与负输入端之间连接电阻R1。运算放大器U1的输出端通过串接的电阻R3、电容C1、电容C2、电阻R4、电容C 3连接运算放大器U2的正输入端，其中，电容C1和电容C2之间连接线通过并联的电阻R6和电容C4接地，电容C2和电阻R4之间的连接线通过电阻R7接地，电阻R4和电容C 3之间的连接线通过电容C5接地，运算放大器U2的正输入端还通过电阻R8接地。

运算放大器U2的负输入端通过电阻R11连接输出端，负输入端还通过电阻R12接地，运算放大器U2的输出端输出RMS电压。

参见图7，为加权滤波器41的幅频响应图。加权滤波器41幅频的在高频、低频部分都有不同程度的衰减，而在1kHz-6kHz之间衰减较小，在此频率段，人耳的灵敏度最好，能够分辨较小的信号。此频率响应曲线是模拟人耳对响度为40方的声音响应曲线。使用计权滤波器41模拟人耳的生理特性，来定性的判断POP噪声到达人耳后听到的结果。

参见图8，在负载电阻RL＝32，电容Co＝10uF条件下，从电压测试仪42上捕捉到的波形，CH1代表输出电压Vin，CH2代表经过电容Co之后，在负载电阻RL上测量到阶跃电压VO的波形，CH3代表经过计权滤波器41处理后的电压波形。

参阅图9，为依据图8所示的CH 3波形提取的RMS电压波形。

参阅图10，在负载电阻RL＝32，电容Co＝2.2uF条件下，从电压测试仪42上捕捉到的波形，CH1代表输出电压Vin，CH2代表经过电容Co之后，在负载电阻RL上测量到阶跃电压VO的波形，CH3代表经过计权滤波器41处理后的电压波形。

参阅图11，为依据图10所示的CH3波形提取的RMS电压波形。

由图9所示波形可知，电容Co＝10uF时产生的POP噪声，经过加权滤波器41处理后，其RMS电压值为57.66mV；由图11所示波形可知，电容Co＝2.2uF时产生的POP噪声，经过加权滤波器41处理后，其RMS电压42.81mV。这表明电容Co为10uF时产生的POP噪声对使用者的影响程度较大。

这样，就可以确定两种不同条件下产生的POP噪声对使用者听力影响程度，并可以量化影响程度的大小，对进一步研究如何减小POP噪声对使用者干扰提供依据。

为更直观、形象地分析POP噪声对使用者听力的影响，本发明提取POP噪声的频谱图，利用频谱图对POP噪声进行深入分析。但是，因产生POP噪声的阶跃电压持续时间非常短，直接使用音频分析仪一般很难获得该阶跃电压，本发明采用一触发器，帮助获取到产生POP噪声的阶跃电压。

图12-图15示出了本发明绘制POP噪声的频谱图方法。参见图12，示出本发明对扬声器产生的POP噪声频谱图的绘制系统，本发明在音频分析仪44上加设触发器43。触发器43的接收POP噪声信号，在POP噪声信号的电压大于设定电压时，触发音频分析仪44；音频分析仪44的输入端连接计权滤波器41的输出端，对输入的POP噪声电压进行FFT分析，得到的该POP噪声电压的频谱图。

参见图13，为触发器43的结构图，触发器43包括比较器U1，比较器U1的正输入端通过电阻R1连接一固定电源VCC；负输入端接收POP噪声电压，输出端连接音频分析仪44的触发端。

图14示出POP噪声信号进行FFT分析，得到的频谱图。其中上面两条线代表使用两个不同的输出电容，所造成的瞬态冲击信号经过FFT转换得到的频率分布图，最下面一条曲线为参考曲线，代表负载为4欧姆，灵敏度为85dB的扬声器，在距离扬声器1cm的垂直轴线上，可以听到的最小电压随频率的曲线。

图15示出对POP噪声经过计权滤波器41处理之后，再进行FFT分析，得到的频谱图。同样上面两条线代表使用两个不同的输出电容，所造成的瞬态冲击信号经过计权滤波器网络之后做FFT转换得到的频谱图，最下面一条曲线仍是同样的参考线。

首先比较图14中向下弯曲的两条曲线，其中上面那条是电容Co＝10uF产生的冲击电压经过FFT转换之后得到的频谱图，下面那条是电容Co＝2.2uF产生的冲击电压经过FFT转换之后得到的频谱图，可以看到频率小于3kHz时，两条曲线始终分开，一条(电容Co＝10uF)在另一条(电容Co＝2.2uF)上面，而频率大于3kHz以后，两条曲线基本重合。这说明电容Co＝10uF时所产生的冲击电压在大约3kHz以前的始终大于电容Co＝2.2uF所产生的冲击电压，并且频率越低，差别越大。

再比较图15中向下弯曲的两条曲线，这是上面两种情况下的冲击信号经过计权滤波器之后，再做FFT转换后的频谱图。上面那条仍是电容Co＝10uF输出电容得到的频谱图，下面那条是电容Co＝2.2uF输出电容得到的频谱图。从大约3kHz一直到20Hz，一条(电容Co＝10uF)始终在另一条(电容Co＝2.2uF)上面，而频率大于3kHz以后，两条曲线基本重合，这一点与不经过计权滤波器41(如图14)大致相同。

图14与图15所示波形的不同的是在低频处的衰减，尽管上面所述两种情况下在低频的差别很大，但是人耳未必听得到，使用计权滤波器41就是模拟人耳实际听觉。从图15看，两种差别实际上并不大，假设以4欧姆，灵敏度为85dB的扬声器(图中向上弯曲的曲线)作为参考线，在距离1cm处对电容Co＝2.2uF产生的POP噪声仅能听到大约200Hz-6kHz频率范围，对于电容Co＝10uF产生的POP噪声也仅能听到大约120Hz-6kHz频率范围，并且只在小于3kHz两者才有差别。

因此，采用本发明的技术方案，能确切测量到POP噪声电压，并且知道POP噪声的频谱分布，准确知道通过指定的扬声器之后，人耳能够听到的结果，提供一种切实有效的定量描述POP噪声的方法。

为进一步说明本发明的有益效果，再使用两种不同信号——阶跃电压与脉冲电压进行试验，其中，阶跃电压为100mV，脉冲电压的幅值为5.2V。图16示出阶跃电压以及经过计权滤波网络前后的波形，图17是脉冲电压以及经过计权滤波器41后的波形；图18示出了两信号分别做FFT展开后的频谱图。图19示出阶跃信号和脉冲信号经过计权滤波器41后分别做FFT展开的频谱图。

图18中斜向下的直线代表阶跃电压做FFT转换后的频谱图，水平直线代表脉冲电压做FFT转换之后的频谱图，第三条曲线仍为参考线，代表负载为4欧姆，灵敏度为85dB的扬声器，在距离扬声器1cm的垂直轴线上，可以听到的最小电压随频率的曲线。

图19示出了阶跃电压和脉冲电压经过计权滤波器之后分别做FFT展开的频谱图，其中有两条向下弯曲，在20Hz-2.8kHz频率范围，在上面的那条阶跃电压经过计权滤波器之后，做FFT转换后的频谱曲线，下面的那条代表脉冲电压经过计权滤波器之后，做FFT转换后的频谱曲线；第三条向上弯曲的曲线代表同样的参考线。

从图16、图17看，两种信号的RMS电压几乎相等，都为85mV。对此两种信号分别做FFT展开后，阶跃电压的频谱展开后为一条斜线，斜率大约为-20dB/dec，脉冲电压展开后基本上为一条水平的直线，这说明各频率的能量分布基本相同，与人耳分辨率的参考线相比较，两条频谱线与之都有交叉，意味着都可以听到POP声。

将两信号分别通过计权滤波器41处理，即可得到一个RMS电压，阶跃电压经过计权滤波器41处理之后电压测得为74.7mV，脉冲电压经过计权滤波器41之后的电压为72.5mV。

虽然现在数字上已经有微小差别，但是人耳能否听出这种差别呢？如图18、图19所示，两条频谱线大概在频率2.8kHz作为分界点，小于频率2.8k至频率20Hz，阶跃电压的频谱始终在上面，即能量分布大于脉冲电压。大于频率2.8kHz以上到频率20kHz，脉冲电压的频谱在上面，在此频率段能量分布大于阶跃电压。如果将此信号去激励负载为4ohm，灵敏度为85dB的扬声器，在距离1cm处听到的结果为阶跃电压可以听到的声音包含的频率成分大约为200Hz-2kHz。而脉冲电压激励扬声器听到的结果则很轻微，刚刚超越临界线，频率范围则包括大约2.8kHz-4kHz。

以上对本发明所提供的一种POP噪声测试系统及测试方法，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种POP噪声测试系统，包括电压测试仪，其特征在于，还包括计权滤波器，所述计权滤波器的输出端连接所述电压测试仪的输入端；

所述计权滤波器包括调节匹配单元和滤波单元，所述调节匹配单元的输入端接收POP噪声电压，对该POP噪声电压调节增益，匹配阻抗，再输出到所述滤波单元；所述滤波单元提取设定频率的POP噪声电压输出到所述电压测试仪；

所述系统还包括音频分析仪和触发器，所述触发器接收POP噪声信号，在POP噪声信号的电压大于设定电压时，触发所述音频分析仪获取POP噪声信号。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述设定频率为1KHz-6KHz。

3.如权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述调节匹配单元包括第一运算放大器，所述第一运算放大器的正负输入端接收POP噪声电压，负输入端与输出端之间连接第一电阻；输出端连接第一电容一端，第一电容另一端通过并联的第二电阻和第二电容接地。

4.如权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述滤波单元包括第二运算放大器，所述第二运算放大器的正输入端接收POP噪声电压，负输入端通过第四电阻连接输出端；正输入端通过串联的第三电容和第四电容接地，还通过第三电阻接地。

5.如权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述音频分析仪的输入端连接所述计权滤波器的输出端，对输入的POP噪声电压进行FFT分析，得到的该POP噪声电压的频谱图。

6.如权利要求51所述的系统，其特征在于，所述触发器包括第一比较器，所述比较器的正输入端连接一固定电源；负输入端接收POP噪声电压，输出端连接所述音频分析仪的触发端。

7.一种POP噪声测试方法，其特征在于，该方法包括：

对POP噪声电压调节增益，匹配阻抗；

提取设定频率的POP噪声电压；

检测POP噪声信号的电压，在POP噪声信号的电压大于设定电压时，触发音频分析仪获取POP噪声信号。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述设定频率为1KHz-6KHz。

9.如权利要求6或7所述的方法，其特征在于，提取设定频率的POP噪声电压之后，还包括：

对POP噪声电压进行FFT分析，得到该POP噪声电压的频谱图。