CN103414990B - 室内扩声设备检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种室内扩声设备检测方法，包括以下步骤：步骤一、DSP处理模块控制可控输出矩阵输出测试信号到扬声器阵列；步骤二、拾音器阵列采集室内的声音信号并发送到音频分析模块；步骤三、音频分析模块分析声音信号的响度、相位、频率响应和失真度；步骤四、DSP处理模块根据响度计算出室内环境的声场均衡度，根据相位差计算出延时、根据频率响应和失真度计算出建声环境和扩声设备的匹配情况；步骤五、输出测试结果。采用本发明涉及的室内扩声设备的自动检测功能可以给工程验收带来标准化和量化的验收标准，并大大的简化了验收过程。本发明适用于所有的室内扩声系统。

Description

室内扩声设备检测方法

技术领域

本发明涉及声音处理放大领域，尤其是涉及一种应用于教室、会场等室内环境、具有较高自动化程度的室内扩声设备检测方法。

背景技术

在教室、会议安装扩声系统，安装效果和室内建声环境以及扩声设备本声音频特性密切相关，所以以往要保证安装效果必须在安装完毕后通过专业的音响工程师经过复杂的调试后才可以使用，而本发明涉及的室内扩声设备安装完毕后无须人工检验，系统会自动检测安装效果，并自动提示不合理的设备。并且以往的扩声类工程验收很多参数都是靠主观听觉评判，验收标准无法量化和统一也给验收过程带来了很大的不确定性和工作量。

中华人民共和国国家知识产权局于2011年09月07日公开了公布号为CN102176766A的专利文献，名称是空间声场音效的检测系统及检测方法，其方法包括：将数台移动终端放置于需要进行音效检测的各个位置，打开主机和移动终端的无线模块；主机和移动终端的无线模块搜索匹配操作，建立无线连接；打开移动终端的声音采集模块，启动空间声场音效检测系统；打开需要调试的音响设备，播放声音；移动终端采集音效信号，反馈给主机；调试人员根据各位置的音效信号调试调音台或音响设备。此方案自动化程度不够高，测试过程耗时长、操作繁琐。

发明内容

本发明主要是解决现有技术所存在的自动化程度不够高、测试内容不够全面等技术问题，提供一种可以在扩声系统安装完成以后自动进行测试并输出结果、测试内容全面、可信度高的室内扩声设备检测方法。

本发明针对上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种室内扩声设备检测方法，包括以下步骤：

步骤一、DSP处理模块控制可控输出矩阵输出测试信号到扬声器阵列；

步骤二、拾音器阵列采集室内的声音信号并发送到音频分析模块；

步骤三、音频分析模块分析声音信号的响度、相位、频率响应和失真度；

步骤四、DSP处理模块根据响度计算出室内环境的声场均衡度，根据相位差计算出延时、根据频率响应和失真度计算出建声环境和扩声设备的匹配情况；

步骤五、输出测试结果。

作为优选，检测之前，先进行静态测试，此时扬声器阵列无输出拾音器阵列采集室内的声音信号作为环境声并以此为参考单元，当测试开始时智能采集模块将采集到信号中的环境声自动过滤，从而保证分析结果的正确。

作为优选，分析频率响应具体为：拾音器阵列中的每个拾音器作为一个独立的测试点，设测试点的数量为N，采集每一测试点频率分别为125Hz、160Hz、200Hz、250Hz、315Hz、400Hz、500Hz、630Hz、800Hz、1000Hz、1250Hz、1600Hz、2000Hz、2500Hz、3150Hz和4000Hz对应的增益值，每一频率得到N组数据，计算每一频率N组数据的单一频率平均增益值，通过16个单一频率平均增益值生成被测现场的频响曲线，频响曲线即对应了频率响应情况。

作为优选，声场均衡度包括传输频率特性、不均匀度和平均传声增益.

作为优选，传输频率特性的计算方法为：计算16个单一频率平均增益值的平均值，记为总平均值，分别用频响曲线的最大值和最小值减去总平均值，得到125Hz至4000Hz的传输频率特性。相减后得到两个值与国家标准相比即可得知是否符合要求。

作为优选，不均匀度计算方法为：分别找出1000Hz和4000Hz的N组数据中的最大值与最小值，计算最大值与最小值的差值，对两组差值求平均值，所得到的平均值即为不均匀度。

作为优选，平均传声增益的计算方法为：检测扬声器输出的声源音压及N个测试点实测声压平均值，计算出每一频率的声源音压与测试点声压平均值的差值，得到每一频率的传声增益；计算出所有频率传声增益的平均值，即得到125Hz至4000Hz的平均传声增益。

作为优选，根据相位差计算延时具体为：通过扬声器阵列输出50Hz频率，此时计算通过拾音器测得的波形和输出波形之间的相位差就是系统的输出延时。

作为优选，失真度检测具体为：通过扬声器阵列输出1000Hz波形，将测试点采样回的波形和输出波形做比较，所得结果即为失真度。

作为优选，测试结果通过设备输出的方式包括本机提示和通信提示；本机提示包括通过设备自带的LED提示所连接的拾音器阵列和扬声器阵列的安装效果，通过可控输出矩阵输出的声音提示系统的安装效果；通信提示包括通过串口或以太网口可以和PC相连将详细的测试结果通过数据传输的方式给出；给出的数据包括：声场均衡度、延时、建声环境和扩声设备的匹配情况。

本方案应用在室内扩声设备上，室内扩声设备包括拾音器阵列、音频处理主机和扬声器阵列，所述拾音器阵列与所述音频处理主机连接，所述音频处理主机与所述扬声器阵列连接，所述拾音器阵列安装在房间的顶部，所述扬声器阵列的覆盖范围与拾音器阵列的拾音范围互补。

拾音器阵列与音频处理主机连接。

音频处理主机包括依次连接的可控输入矩阵、智能采集模块、音频分析模块、DSP处理模块和可控输出矩阵，所述可控输入矩阵与拾音器阵列连接，所述可控输出矩阵与扬声器阵列连接。

可控输入矩阵内置高速语音处理单元，两级动态降噪处理以及自动调节高强度声音和瞬间冲击音的AGC及DTS降噪信号微处理电路和能够彻底消除“嘶嘶”电子噪音的电子噪声动态闭环抑制电路，能够为后级单元模块提供清晰及高质量音频信号输出。

智能采集模块能够从可控输入矩阵输出的信号中采集到需要的参数单元输送到音频分析模块，其包括有滤波电路、选择电路等部分。

音频分析模块能够分析智能采集模块采集的信号并对信号做出分析，将分析结果输送到下DSP处理模块。

DSP处理模块根据音频分析模块分析的结果对可控输出矩阵的输出进行控制。

扬声器阵列包括若干个型号参数确定的扬声器。扬声器阵列的输入通道和可控输出矩阵输出通道是一一对应的。拾音器阵列包括若干个信号参数确定的拾音器。拾音器阵列的输出通道和可控输入矩阵的输入通道是一一对应的。

本发明带来的实质性效果是，安装完成后无须反复测试打开设备设置到测试模式后，设备会自动检测，几分钟后完成测试并给出结果，检测内容全面，采用本发明也可以给工程验收带来标准化和量化的验收标准，并大大的简化了验收过程。

附图说明

图1是本发明的一室内扩声设备结构示意图；

图2是本发明的一种室内扩声设备位置设置示意图；

图3是本发明的一种室内扩声设备测试方法流程图；

图中：1、拾音器阵列，2、音频处理主机，3、扬声器阵列，21、可控输入矩阵，22、智能采集模块，23、音频分析模块，24、DSP处理模块，25、可控输出矩阵。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：本实施例的一种室内扩声设备测试方法，应用在室内扩声设备上。室内扩声设备如图1所示，包括拾音器阵列1、音频处理主机2和扬声器阵列3，拾音器阵列1与音频处理主机2连接，音频处理主机2与扬声器3阵列连接。音频处理主机2包括依次连接的可控输入矩阵21、智能采集模块22、音频分析模块23、DSP处理模块24和可控输出矩阵25。可控输入矩阵21与拾音器阵列1连接，可控输出矩阵25与扬声器阵列3连接。

采用标准教室（教室的长/宽/高分别为：8.9/7.9/3.3M）进行测试，测试音频频率分别为250、500、1000Hz，在教室讲台正前方1~8米和斜前方1~8米传播的衰减量大约为前3米5db/m，大于3米则为2db/m。普通人说话响度在45db~60db，正常人能舒服的倾听的响度下限在20~30db，则教室内老师直达声可以清晰传递的范围是以讲台为圆心半径3~5米的圆型面积，我们大这个范围定义为“直达声授课区域”。在这个范围以外的区域定义为“补声授课区域”。扬声器阵列和拾音器阵列的布设如图2所示，虚线框为教师授课区，圆形为拾音器设置位置，矩形为扬声器设置位置。在补声授课区域内设置由多个传声器组成的扬声器阵列，为了不使局部声强过大，每个扬声器功率都控制在3~8W之间，保证每扬声器输出的响度在45db~50db，这样每个扬声器的有效覆盖范围都是个半径3米的圆型面积，可以根据教室的实际大小和外部环境按照上述原则配置扬声器。由于到任意最近的扬声器之间的距离小于3米所以即使同时被2个扬声器有效覆盖范围覆盖也不会觉得有回声的效果，声场保持均匀。同时拾音装置在出厂的时候对于有效拾音范围已经做出固化，大约是半径5米的圆型面积，正好可以覆盖直达声授课区域，配置扬声器的时候使声场不覆盖直达声授课区域，这样可以使直达声场和补声声场不重叠，提高整体声场环境。

在教师的主要授课区域上方的教室顶部安装高灵敏拾音器，拾音范围覆盖直达声授课区域，在补声授课区域均匀的使用扬声器阵列，声场覆盖补声授课区域。即扬声器阵列的声场不覆盖传声器拾音范围保证扬声器发出的声音不会被2次采集并放大产生嚣叫，扬声器阵列的声场不覆盖教师直达声有效覆盖范围，避免声场重叠产生回声效果，扬声器阵列的声场均匀覆盖教师直达声有效覆盖范围以外的范围保证教室里所有的学生都可以清晰的听到老师的讲课内容。

如图3所示，室内扩声设备自动检测的过程，包括以下步骤：

步骤一、DSP处理模块控制可控输出矩阵输出测试信号到扬声器阵列；

步骤二、拾音器阵列采集室内的声音信号并发送到音频分析模块；

步骤三、音频分析模块分析声音信号的响度、相位、频率响应和失真度；

步骤四、DSP处理模块根据响度计算出室内环境的声场均衡度，根据相位差计算出延时、根据频率响应和失真度计算出建声环境和扩声设备的匹配情况；

步骤五、输出测试结果。

检测之前，先进行静态测试，此时扬声器阵列无输出拾音器阵列采集室内的声音信号作为环境声并以此为参考单元，当测试开始时智能采集模块将采集到信号中的环境声自动过滤。

根据响度推算出室内环境的声场均衡度的办法：

以每个拾音器作为一个独立的测试点，假设测试点数量为N，使用RTA（实时分析器RealTimeAnalyzer）模式对N点进行实测，并将每一点的RTA数据存入设备内存中的数据库。打开这些数据文件，选取每一测试点频率分别为125、160、200、250、315、400、500、630、800、1000、1250、1600、2000、2500、3150、4000Hz所对应的RTA值，每一频率得到N组数据，计算出每一频率N组数据的平均值。通过这些平均值可生成被测现场的“实测房间频响曲线”。

将每一频率对应的平均值列出后，再通过这些数据计算出所有频率空间的平均值（即这些平均值的平均值）。并分别用源数据列表中的最大（小）值减去所有频率空间平均值，即可得出125Hz—4000Hz的传输频率特性。

播放频率为1000Hz和4000Hz的音源，分别对N点实测。找出每一频率的N组数据中的最大值与最小值，算出差值。对两组差值求平均值，所得到有平均值即为不均匀度。

测出音源（扬声器）输出的音压及N点实测声压平均值，计算出每一频率的声源音压与测点平均值声压的差值，即得到每一频率的传声增益。再计算出所有频率传声增益的平均值，得出125Hz—4000Hz的平均传声增益。

用SLM（瞬时音压）模式，测出测点背景噪声的平均值。

以上测试所得数据，作为该测试场地的声场衡度

根据相位差推算出延时的办法：

由于声速=340.29m/s，假设房间内最近的拾音器和扬声器的距离不超过5米那理论上在房间空间内传播的声音从最近点到最远点的最大传输延时小于15ms，于是通过扬声器阵列输出50Hz频率，由于频率的周期为20ms也就是说此时通过拾音器测得的波形和输出波形的相位差就是系统的输出延时

根据频率响应和失真度推算出建声环境和扩声设备的匹配情况的办法：

以每个拾音器作为一个独立的测试点，测试出20~20KHz范围内的“实测房间频响曲线”方法同上。如果频响曲线越平直说明建声环境和扩声设备的匹配度越好反之就越差。

失真度的测试方法：通过扬声器阵列输出1000Hz波形将测试点采样回的波形和输出波形做比较误差越小说明建声环境和扩声设备的匹配度越好反之就越差。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了可控输出矩阵、声场等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (9)

1.一种室内扩声设备检测方法，其特征在于，应用在室内扩声设备上，室内扩声设备包括依次连接的拾音器阵列、音频处理主机和扬声器阵列，音频处理主机包括依次连接的可控输入矩阵、智能采集模块、音频分析模块、DSP处理模块和可控输出矩阵，可控输入矩阵与拾音器阵列连接，可控输出矩阵与扬声器阵列连接；调整方法包括以下步骤：

步骤一、DSP处理模块控制可控输出矩阵输出测试信号到扬声器阵列；

步骤二、拾音器阵列采集室内的声音信号并发送到音频分析模块；

步骤三、音频分析模块分析声音信号的响度、相位、频率响应和失真度；

步骤四、DSP处理模块根据响度计算出室内环境的声场均衡度，根据相位差计算出延时、根据频率响应和失真度计算出建声环境和扩声设备的匹配情况；

步骤五、输出测试结果；

分析频率响应具体为：拾音器阵列中的每个拾音器作为一个独立的测试点，设测试点的数量为N，采集每一测试点频率分别为125Hz、160Hz、200Hz、250Hz、315Hz、400Hz、500Hz、630Hz、800Hz、1000Hz、1250Hz、1600Hz、2000Hz、2500Hz、3150Hz和4000Hz对应的增益值，每一频率得到N组数据，计算每一频率N组数据的单一频率平均增益值，通过16个单一频率平均增益值生成被测现场的频响曲线，频响曲线即对应了频率响应情况。

2.根据权利要求1所述的室内扩声设备检测方法，其特征在于，检测之前，先进行静态测试，此时扬声器阵列无输出拾音器阵列采集室内的声音信号作为环境声并以此为参考单元，当测试开始时智能采集模块将采集到信号中的环境声自动过滤。

3.根据权利要求1所述的室内扩声设备检测方法，其特征在于，声场均衡度包括传输频率特性、不均匀度和平均传声增益。

4.根据权利要求3所述的室内扩声设备检测方法，其特征在于，传输频率特性的计算方法为：计算16个单一频率平均增益值的平均值，记为总平均值，分别用频响曲线的最大值和最小值减去总平均值，得到125Hz至4000Hz的传输频率特性。

5.根据权利要求3所述的室内扩声设备检测方法，其特征在于，不均匀度计算方法为：分别找出1000Hz和4000Hz的N组数据中的最大值与最小值，计算最大值与最小值的差值，对两组差值求平均值，所得到的平均值即为不均匀度。

6.根据权利要求3所述的室内扩声设备检测方法，其特征在于，平均传声增益的计算方法为：检测扬声器输出的声源音压及N个测试点实测声压平均值，计算出每一频率的声源音压与测试点声压平均值的差值，得到每一频率的传声增益；计算出所有频率传声增益的平均值，即得到125Hz至4000Hz的平均传声增益。

7.根据权利要求1所述的室内扩声设备检测方法，其特征在于，根据相位差计算延时具体为：通过扬声器阵列输出50Hz频率，此时计算通过拾音器测得的波形和输出波形之间的相位差就是系统的输出延时。

8.根据权利要求1所述的室内扩声设备检测方法，其特征在于，失真度检测具体为：通过扬声器阵列输出1000Hz波形，将测试点采样回的波形和输出波形做比较，所得结果即为失真度。

9.根据权利要求3所述的室内扩声设备检测方法，其特征在于，测试结果通过设备输出的方式包括本机提示和通信提示；本机提示包括通过设备自带的LED提示所连接的拾音器阵列和扬声器阵列的安装效果，通过可控输出矩阵输出的声音提示系统的安装效果；通信提示包括通过串口或以太网口可以和PC相连将详细的测试结果通过数据传输的方式给出；给出的数据包括：声场均衡度、延时、建声环境和扩声设备的匹配情况。