CN104316161A - 基于音频采集卡的相位测试方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于音频采集卡的相位测试方法，包括：控制音频采集卡发送输出音频信号给扬声器以及采集来自传声器的输入音频信号，或者，控制音频采集卡发送输出音频信号到音频器件以及采集来自音频器件的输入音频信号；对所述音频采集卡采集到的第一音频信号进行升采样处理，得到第二音频信号；对所述第二音频信号进行信号头调整处理得到有效音频信号；以及，对所述有效音频信号进行分析得到相位数据。相应地，本发明还公开了一种基于音频采集卡的相位测试装置。采用本发明，可以提高相位测试的准确性。

Description

基于音频采集卡的相位测试方法和装置

技术领域

本发明涉及信号处理技术领域，更具体地，涉及一种基于音频采集卡的相位测试方法和装置。

背景技术

现在基于音频采集卡的扬声器和传声器测试原理大都是通过计算机控制音频采集卡输出音频信号到扬声器中，同时控制音频采集卡采集传声器收到的输入音频信号，然后将采集到的音频信号经过分析处理得到相位测试数据。图1示出了现有基于音频采集卡的扬声器和传声器的相位测试原理示意图。

计算机中的声音文件是用数0和1来表示的，所以音频采集卡录音的本质就是把模拟声音信号转换成数字信号，反之,在播放时则是把数字信号还原成模拟声音信号。把声音模拟信号转成计算机可以辨识的数字信号,在转换过程中会将声波的波形以微分方式切开成许多单位,再把每个切开的声波以一个数值来代表该单位的一个量,以此方式完成取样的工作,而在单位时间内切开的数量便是所谓的采样率。由此可知,在单位时间内取样的数量越多就会越接近原始的模拟信号,在将数字信号还原成模拟信号时也就越能接近真实的原始声音。

现有的一种基于音频采集卡的扬声器和传声器测试方法包括：采集控制模块用于控制音频采集卡输出扫频信号，以及控制音频采集卡采集传声器收到的音频信号；信号分析模块用于对音频采集卡的录音信号进行分析得到相位测试数据。由于音频采集卡采样样本误差的存在，导致现有的测试软件不能很准确地完成相位测试。

发明内容

针对上述技术问题，提供了一种能够提高相位测试准确性的基于音频采集卡的相位测试方法和装置

根据本发明的一方面，提供了一种基于音频采集卡的相位测试方法，包括：

控制音频采集卡发送输出音频信号给扬声器以及采集来自传声器的输入音频信号，或者，控制音频采集卡发送输出音频信号到音频器件以及采集来自音频器件的输入音频信号；

对所述音频采集卡采集到的第一音频信号进行升采样处理，得到第二音频信号；

对所述第二音频信号进行信号头调整处理得到有效音频信号；以及，

对所述有效音频信号进行分析得到相位数据。

可选地，所述相位测试方法还包括根据所述相位数据判定产品是否合格的步骤，该步骤进一步包括：将所述相位数据与绝对限值进行比较；如果比较结果为所述有效音频信号的所有频点的相位数据均在绝对限值范围内，则判定产品合格，否则判定产品不合格。

可选地，所述相位测试方法还包括根据所述相位数据判定产品是否合格的步骤，该步骤进一步包括：将所述相位数据中各频点对应的相位数据与标准相位曲线中相同频点对应的相位值相减，得到各频点对应的相位差值；将所述相位差值与相对限值进行比较；如果比较结果为所述相位差值均在相对限值范围内，则判定产品合格，否则判定产品不合格。

可选地，所述升采样处理中采用的升采样倍数为理论最小升采样倍数的3-5倍。

可选地，对所述第二音频信号进行信号头调整处理得到有效音频信号，包括：计算所述第二音频信号的第一个有效样本点；基于所述第一有效样本点对所述第二音频信号进行裁剪得到有效音频信号。

可选地，计算所述第二音频信号的第一个有效样本点，包括：

对音频采集卡的输出音频信号进行升采样处理，得到高采样率标准信号，其中，对第一音频信号进行升采样处理的采样率和对输出音频信号进行升采样处理的采样率相同；

根据互相关原理将所述第二音频信号和所述高采样率标准信号进行互相关运算，然后找到所述第二音频信号的第一有效样本点。

根据本发明的另一方面，还提供了一种基于音频采集卡的相位测试装置，包括：

采集控制模块，用于控制音频采集卡发送输出音频信号给扬声器以及采集来自传声器的输入音频信号，或者，控制音频采集卡发送输出音频信号到音频器件以及采集来自音频器件的输入音频信号；

信号升采样模块，用于对所述音频采集卡采集到的第一音频信号进行升采样处理，得到第二音频信号；

信号头调整模块，用于对所述第二音频信号进行信号头调整处理得到有效音频信号；以及，

信号分析模块，用于对所述有效音频信号进行分析得到相位数据。

可选地，所述信号头调整模块对所述第二音频信号进行信号头调整处理得到有效音频信号包括：对音频采集卡的输出音频信号进行升采样处理，得到高采样率标准信号，其中，对第一音频信号进行升采样处理的采样率和对输出音频信号进行升采样处理的采样率相同；根据互相关原理将所述第二音频信号和所述高采样率标准信号进行互相关运算，然后找到所述第二音频信号的第一有效样本点；以及，基于所述第一有效样本点对所述第二音频信号进行裁剪得到有效音频信号。

可选地，所述相位测试装置还包括：检测模块，用于将所述相位数据与绝对限值进行比较，如果比较结果为所述有效音频信号的所有频点的相位数据均在绝对限值范围内，则判定产品合格，否则判定产品不合格。

可选地，所述相位测试装置还包括：检测模块，用于将所述相位数据中各频点对应的相位数据与标准相位曲线中相同频点对应的相位值相减，得到各频点对应的相位差值；将所述相位差值与相对限值进行比较；如果比较结果为所述相位差值均在相对限值范围内，则判定产品合格，否则判定产品不合格。

本发明实施例通过对音频采集卡采集到的音频信号进行升采样处理，从而可以使音频采集卡在信号采集过程中产生的采样样本误差减小，此外通过信号头调整处理去掉音频信号中的无效部分，可以进一步减小采样样本误差，并因而在后续音频信号分析中可以减小相位误差。通过这种相位测试方法，可以提高基于音频采集卡的扬声器、传声器和音频器件等相位测试的准确性，这样可以提高产品测试的准确性。

附图说明

图1示出了现有基于音频采集卡的扬声器和传声器的相位测试原理示意图。

图2示出了采样率为48kHz的情况下采样样本误差为1个及1/2个采样点时，音频信号不同频率下的理论相位误差示意图。

图3示出了采样率为48kHz的情况下，多次重复测试同一产品得到的相对相位数据示意图。

图4是根据本发明一实施例的基于音频采集卡的相位测试方法的流程示意图。

图5是根据本发明一实施例的基于音频采集卡的相位测试原理示意图。

图6是根据本发明另一实施例的基于音频采集卡的相位测试方法的流程示意图。

图7是根据本发明实施例的基于音频采集卡的相位测试装置的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施方式作进一步的说明。

发明人在研究过程中发现由于音频采集卡采样样本误差的存在，导致现有的基于音频采集卡的扬声器和传声器测试方法不能很准确地完成相位测试。音频采集卡包括声卡、动态采集卡等有限采样的采集设备。而且，发明人发现音频器件的相位测试也存在不能准确实现的问题。音频器件可以是音频放大器、无线音频器件、带dsp处理的音频器件等，它们具有音频输入端和音频输出端。

目前音频采集卡采样率的范围可以在8kHz到192kHz之间。音频采集卡与计算机之间的作业最常用的采样率有44.1kHz和48kHz两种。

以48kHz采样率为例，音频采集卡会将收录到的1s模拟信号转换成48k个采样样本。但是问题也相应而来，第一个采样样本可能是采集到了有效信号的第0秒，也可能是采集到了有效信号的第48k分之1秒上，也可能是采集到第0秒和第48k分之1秒之间的任意一个位置。这种采样样本的误差会导致相位计算误差，从而对相位测试会产生比较大的影响。

在相位计算过程中，由采样样本的误差导致的相位计算误差可以通过以下公式计算得到：

相位误差＝(360*音频信号频率/采样率)*采样样本误差

图2示出了采样率在48kHZ的情况下采样样本误差为1个采样点(即为48k分之1秒的误差)和1/2个采样点时，音频信号不同频率下的理论相位误差示意图。多1采样(多1/2采样)曲线为采样样本开始部分多了1个(1/2个)无效采样点时的理论相位误差曲线，少1采样(少1/2采样)曲线为采样样本开始部分少了1个(1/2个)有效采样点时的理论相位误差曲线。从图2中可以看到频率越高，采样样本的误差导致的相位误差越大。此外，由于采样误差，导致信号分析模块中得到的相位数据可能大于实际相位，也可能小于实际相位。图3示出了采样率在48kHZ的情况下多次重复测试同一产品得到的相对相位数据(测试所得相位数据与标准相位数据的差值)示意图。如图3所示，由于采样误差的存在，多次测量同一个产品所得的相位数据是不同的，但是相位数据是符合图2所示的理论相位误差趋势的。通过图3显示的相位数据和相位误差可以看出有必要提高相位数据的准确性。进一步地，这种相位误差会导致对判定产品是否合格造成误判。

基于上述研究分析，发明人提出一种在音频采集卡采集传声器收到的输入音频信号之后，进入到信号分析模块之前，对音频采集卡采集的音频信号作进一步的处理的技术方案，以减小音频采集卡采集到的音频信号的采样样本误差，从而减小信号分析模块计算得到的相位误差。

图4是根据本发明一实施例的基于音频采集卡的相位测试方法的流程示意图。如图4所示，该相位测试方法包括：

S301，控制音频采集卡发送输出音频信号给扬声器以及采集传声器收到的输入音频信号；

S302，对所述音频采集卡采集到的第一音频信号进行升采样处理，得到第二音频信号；

S303，对所述第二音频信号进行信号头调整处理得到有效音频信号；以及，

S304，对所述有效音频信号进行分析得到相位数据。

可选地，对所述第二音频信号进行信号头调整处理得到有效音频信号，包括：计算所述第二音频信号的第一个有效样本点；以及，基于所述第一有效样本点对所述第二音频信号进行裁剪得到有效音频信号。例如，利用软件算法计算升采样之后信号中的有效信号的第一个采样样本，然后将升采样后信号的开始部分的无效采样样本从信号中剔除。

可选地，计算所述第二音频信号的第一个有效样本点，包括：对音频采集卡的输出音频信号进行升采样处理，得到高采样率标准信号，其中，对第一音频信号进行升采样处理的采样率和对输出音频信号进行升采样处理的采样率相同；以及，根据互相关原理将所述第二音频信号和所述高采样率标准信号进行互相关运算，然后找到所述第二音频信号的第一有效样本点。

声音信号的频率范围一般在20Hz～20kHz。声学产品的相位数据一般用x轴为频率，y轴为相位值的二维数组表示。现以频率点100Hz、500Hz、1kHz、5kHz和10kHz为例对本发明相位测试方法的应用作进一步的说明。

例如，各频点下对应的相位如表1所示。

表1

频率(Hz)	100	500	1000	5000	10000
						相位(deg)	20.5	30.7	38.5	50.5	75.5

相位限值判定一般用上下限法，可设定相位限值如表2所示。

表2

频率(Hz)	100	500	1000	5000	10000
						上限(deg)	5	5	5	5	5
下限(deg)	-5	-5	-5	-5	-5

基于前面的相位误差计算公式可以知道，如果进行升采样处理时，将采样率提高10倍，则相位误差减小为原来的十分之一；将采样率提高100倍，则相位误差可减小到原来的百分之一。理论上讲，采样率提高的倍数越大，相位数据就越接近相位的真实值，但是倍数提高之后会大大增加对计算机处理速率和内存的要求，整个相位测试过程中用于分析相位数据的时间也会增加，所以从综合性能上来讲，选择一个合理的升采样率较为合适。

以音频采集卡的采样率为48kHz为例，由相位误差计算公式可以得到当差一个采样点时的误差如表3所示。

表3

频率(Hz)	100	500	1000	5000	10000
						误差(deg)	0.75	3.75	7.5	37.5	75

每个频点需要升采样的最小倍数如表4所示。

表4

从表4可知，为满足所有频率的相位判定限值，理论上最小的升采样倍数为音频采集卡采样率的15倍。但是由于产品的不同，会导致存在原始相位的差异，当升采样率取音频采集卡采样率的15倍时，会出现较多的相位不合格误判。为减少误判，同时又不过分地增加对计算机性能的要求，优选的升采样率为理论最小升采样倍数的3-5倍。

图5是根据本发明另一实施例的基于音频采集卡的音频器件的相位测试原理示意图。如图5所示，通过计算机控制音频采集卡输出音频信号到音频器件，以及控制音频采集卡从音频器件采集输入音频信号，然后将采集到的音频信号经过分析处理得到相位测试数据。由于音频器件具有音频输入端和音频输出端，因此音频器件会接收音频采集卡送出的输出音频信号，然后音频器件对该音频信号处理后输出给音频采集卡的输入端。

图6是根据本发明另一实施例的基于音频采集卡的相位测试方法的流程示意图。如图6所示，该相位测试方法包括：

S601，控制音频采集卡发送输出音频信号到音频器件以及采集来自音频器件的输入音频信号；

S602，对所述音频采集卡采集到的第一音频信号进行升采样处理，得到第二音频信号；

S603，对所述第二音频信号进行信号头调整处理得到有效音频信号；以及，

S604，对所述有效音频信号进行分析得到相位数据。

进一步地，在本发明实施例中，信号分析模块对有效音频信号进行分析得到的相位数据可以用于判定产品是否合格。其中，产品可以是与音频采集卡连接的传声器，或与音频采集卡连接的扬声器。如果被测试产品是传声器，则与音频采集卡连接的扬声器选用标准合格的扬声器。如果被测试产品是扬声器，则与音频采集卡连接的传声器选用标准合格的传声器。测试扬声器的相位数据通过分析标准传声器收到的信号得到。产品还可以是音频器件，测试时，其音频输入端与音频采集卡的输出端连接，其音频输出端与音频采集卡的输入端连接。

可选地，根据相位数据进行产品合格与否的判定方法可以采用绝对值法和相对值法中的任意一种。

绝对值法：直接将信号分析模块得到的相位数据与绝对限值进行比较；如果比较结果为所述有效音频信号的所有频点的相位数据均在绝对限值范围内，则判定产品合格，否则判定产品不合格。

相对值法：将信号分析模块得到的相位数据中各频点对应的相位数据与标准相位曲线中相同频点对应的相位值相减，得到各频点对应的相位差值；将所述相位差值与相对限值进行比较；如果比较结果为所述相位差值均在相对限值范围内，则判定产品合格，否则判定产品不合格。相对值法更多的是关注一款产品的相位一致性，而不是产品的实际相位值。

相对值法中使用的标准相位曲线可通过以下方式获得：用一个或多个性能良好及稳定的产品在测试机上进行测试得到产品的原始相位曲线或原始相位曲线的均值，可以用作标准相位曲线。可以理解的是，当测试传声器时，扬声器选用标准合格的扬声器；当测试扬声器时，传声器选用标准合格的传声器；在本发明实施例中，对扬声器或传声器测试都是通过分析传声器收到的音频信号来得到原始相位曲线或原始相位曲线的均值。此外，当测试音频器件时，可以是先使用标准合格的音频器件在测试机上进行测试得到原始相位曲线或原始相位曲线的均值。

由于声学测试过程中，相位测试受测试工装、测试腔体等因素的影响非常明显，同一个产品放到用于测试同一款产品的不同测试机上进行测试，所得到的原始相位数据会有很大差异，所以一般对相位测试有较高要求的产品测试判定一般采用相对值法。在本发明实施例中，优选采用相对值法。

相应地，本发明实施例还提供了一种基于音频采集卡的相位测试装置。如图7所示，该相位测试装置包括：采集控制模块401，用于控制音频采集卡发送输出音频信号给扬声器以及采集来自传声器的输入音频信号，或者，控制音频采集卡发送输出音频信号到音频器件以及采集来自音频器件的输入音频信号；信号升采样模块403，所述音频采集卡采集到的第一音频信号进行升采样处理，得到第二音频信号；信号头调整模块405，用于对所述第二音频信号进行信号头调整处理得到有效音频信号；以及，信号分析模块407，用于对所述有效音频信号进行分析得到相位数据。

可选地，信号头调整模块405对所述第二音频信号进行信号头调整处理得到有效音频信号包括：对音频采集卡的输出音频信号进行升采样处理，得到高采样率标准信号，其中，对第一音频信号进行升采样处理的采样率和对输出音频信号进行升采样处理的采样率相同；根据互相关原理将所述第二音频信号和所述高采样率标准信号进行互相关运算，然后找到所述第二音频信号的第一有效样本点；基于所述第一有效样本点对所述第二音频信号进行裁剪得到有效音频信号。

在一可选实施例中，所述相位测试装置可进一步包括：检测模块，用于将所述相位数据与绝对限值进行比较，如果比较结果为所述有效音频信号的所有频点的相位数据均在绝对限值范围内，则判定产品合格，否则判定产品不合格。

在又一可选实施例中，所述相位测试装置可进一步包括：检测模块，用于将所述相位数据中各频点对应的相位数据与标准相位曲线中相同频点对应的相位值相减，得到各频点对应的相位差值；将所述相位差值与相对限值进行比较；如果比较结果为所述相位差值均在相对限值范围内，则判定产品合格，否则判定产品不合格。

关于相位测试装置的检测模块的详细描述可参见本公开文本中根据相位数据进行产品合格与否的判定部分的描述，在此不再赘述。

通过本发明实施例的基于音频采集卡的相位测试方法和装置可以减小音频采集卡采集音频信号时的采样样本误差，从而减小信号分析时计算得到的相位误差，这样可以提高相位测试的准确性。进一步地，提供了后续利用相位数据判断被测产品合格与否的准确性。

尽管本发明允许许多不同形式的实施例，但说明书和附图仅详细描述了本发明的几个可能的实施例。需要理解的是，本说明书应该被视为对本发明原理的例示，并不是要将本发明限制为在所示例的实施例的范围内。在不脱离本发明的精神的情况下，本领域技术人员会想到许多变形，本发明的保护范围应当由所附权利要求书的内容确定。

Claims (10)

1.一种基于音频采集卡的相位测试方法，包括：

控制音频采集卡发送输出音频信号给扬声器以及采集来自传声器的输入音频信号，或者，控制音频采集卡发送输出音频信号到音频器件以及采集来自音频器件的输入音频信号；

对所述音频采集卡采集到的第一音频信号进行升采样处理，得到第二音频信号；

对所述第二音频信号进行信号头调整处理得到有效音频信号；以及，

对所述有效音频信号进行分析得到相位数据。

2.根据权利要求1所述的相位测试方法，其特征在于，所述相位测试方法还包括根据所述相位数据判定产品是否合格的步骤，该步骤进一步包括：

将所述相位数据与绝对限值进行比较；

如果比较结果为所述有效音频信号的所有频点的相位数据均在绝对限值范围内，则判定产品合格，否则判定产品不合格。

3.根据权利要求1所述的相位测试方法，其特征在于，所述相位测试方法还包括根据所述相位数据判定产品是否合格的步骤，该步骤进一步包括：

将所述相位数据中各频点对应的相位数据与标准相位曲线中相同频点对应的相位值相减，得到各频点对应的相位差值；

将所述相位差值与相对限值进行比较；

如果比较结果为所述相位差值均在相对限值范围内，则判定产品合格，否则判定产品不合格。

4.根据权利要求1所述的相位测试方法，其特征在于，所述升采样处理中采用的升采样倍数为理论最小升采样倍数的3-5倍。

5.根据权利要求1所述的相位测试方法，其特征在于，对所述第二音频信号进行信号头调整处理得到有效音频信号，包括：

计算所述第二音频信号的第一个有效样本点；

基于所述第一有效样本点对所述第二音频信号进行裁剪得到有效音频信号。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，计算所述第二音频信号的第一个有效样本点，包括：

对音频采集卡的输出音频信号进行升采样处理，得到高采样率标准信号，其中，对第一音频信号进行升采样处理的采样率和对输出音频信号进行升采样处理的采样率相同；

根据互相关原理将所述第二音频信号和所述高采样率标准信号进行互相关运算，然后找到所述第二音频信号的第一有效样本点。

7.一种基于音频采集卡的相位测试装置，包括：

采集控制模块，用于控制音频采集卡发送输出音频信号给扬声器以及采集来自传声器的输入音频信号，或者，控制音频采集卡发送输出音频信号到音频器件以及采集来自音频器件的输入音频信号；

信号升采样模块，用于对所述音频采集卡采集到的第一音频信号进行升采样处理，得到第二音频信号；

信号头调整模块，用于对所述第二音频信号进行信号头调整处理得到有效音频信号；以及，

信号分析模块，用于对所述有效音频信号进行分析得到相位数据。

8.根据权利要求7所述的相位测试装置，其特征在于，所述信号头调整模块对所述第二音频信号进行信号头调整处理得到有效音频信号包括：

对音频采集卡的输出音频信号进行升采样处理，得到高采样率标准信号，其中，对第一音频信号进行升采样处理的采样率和对输出音频信号进行升采样处理的采样率相同；

根据互相关原理将所述第二音频信号和所述高采样率标准信号进行互相关运算，然后找到所述第二音频信号的第一有效样本点；

基于所述第一有效样本点对所述第二音频信号进行裁剪得到有效音频信号。

9.根据权利要求7所述的相位测试装置，其特征在于，所述相位测试装置还包括：

检测模块，用于将所述相位数据与绝对限值进行比较，如果比较结果为所述有效音频信号的所有频点的相位数据均在绝对限值范围内，则判定产品合格，否则判定产品不合格。

10.根据权利要求7所述的相位测试装置，其特征在于，所述相位测试装置还包括：

检测模块，用于将所述相位数据中各频点对应的相位数据与标准相位曲线中相同频点对应的相位值相减，得到各频点对应的相位差值；

将所述相位差值与相对限值进行比较；

如果比较结果为所述相位差值均在相对限值范围内，则判定产品合格，否则判定产品不合格。