CN104869519B - 一种测试麦克风本底噪声的方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种测试麦克风本底噪声的方法和系统，该方法包括：将选取的参考麦克风放置到标准测试环境下，采集参考麦克风的第一波形信号；将待测麦克风和参考麦克风放置到相同的普通测试环境下，同时采集待测麦克风的波形信号以及参考麦克风的第二波形信号；对比第一波形信号和第二波形信号的差异，根据该差异计算生成自适应滤波器集合；利用自适应滤波器集合对待测麦克风的波形信号进行处理，得到待测麦克风的本底噪声；其中，标准测试环境是比参考麦克风的本底噪声的最小标称值小特定分贝的测试环境；普通测试环境是对噪声不作限制的测试环境。本发明技术方案实现了准确测试麦克风本底噪声的目的，并具有低成本、不受测试地点限制等优点。
Description
技术领域
本发明涉及麦克风测试技术领域，具体涉及一种测试麦克风本底噪声的方法和系统。
背景技术
随着消费类电子产品功能的增多，对电子产品中的麦克风的性能要求也越来越高。为了满足麦克风的本底噪声测试要求，现有的麦克风本底噪声测试方案，首先需要搭建合适的测试环境对待测麦克风进行测试，但是经常会因为电源、震动、高噪声等噪声源的限制，往往难以找到合适的测试地点，这就需要投入大量、高成本的测试设备，显著增加了测试成本。
发明内容
本发明提供了一种测试麦克风本底噪声的方法和系统，以解决现有的测试麦克风本底噪声方案存在的测试成本高的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
根据本发明的一个方面，提供了一种测试测试麦克风本底噪声的方法，该方法包括：
将选取的参考麦克风放置到标准测试环境下，采集参考麦克风的第一波形信号；
将待测麦克风和参考麦克风放置到相同的普通测试环境下，同时采集待测麦克风的波形信号以及参考麦克风的第二波形信号；
对比参考麦克风的第一波形信号和第二波形信号的差异，根据该差异计算生成自适应滤波器集合；
利用自适应滤波器集合对待测麦克风的波形信号进行处理，从而得到待测麦克风的本底噪声测试结果；
其中，标准测试环境是指比参考麦克风的本底噪声的最小标称值小特定分贝的测试环境；普通测试环境是指对噪声不作限制的测试环境。
可选地，利用自适应滤波器集合对待测麦克风的波形信号进行处理，从而得到待测麦克风的本底噪声测试结果包括：
利用自适应滤波器集合对待测麦克风的波形信号进行滤波处理，并计算滤波处理后的波形信号在A计权下的均方根值得到待测麦克风的本底噪声值，和/或计算滤波处理后的波形信号在A计权下的快速傅氏变换结果，得到待测麦克风的本底噪声频响曲线。
可选地，在将选取的参考麦克风放置到标准测试环境下之前，方法还包括：构建标准测试环境；
构建标准测试环境包括：
将参考麦克风放置到自由场测试环境下，测试得到参考麦克风在特定声压级下的灵敏度；
将参考麦克风放置到比参考麦克风的本底噪声的最小标称值小特定分贝的测试环境中，测试得到参考麦克风的本底噪声值；
根据灵敏度和本底噪声值计算参考麦克风的信噪比，将信噪比与参考麦克风的信噪比标称值相比较，如果该信噪比高于参考麦克风的信噪比标称值，则确定比参考麦克风的本底噪声的最小标称值小特定分贝的测试环境是标准测试环境。
可选地，待测麦克风为单体麦克风或者麦克风阵列。
可选地，采集的参考麦克风的第一波形信号和第二波形信号以及待测麦克风的波形信号的时间长度均为2秒钟。
与上述测试麦克风的本底噪声的方法相对应的，本发明还提供了一种测试麦克风本底噪声的系统，该系统包括：参考麦克风、待测麦克风以及测试结果计算单元；
参考麦克风，用于提供在标准测试环境下的第一波形信号以及在与待测麦克风相同的普通测试环境下同时采集的第二波形信号；
待测麦克风，用于提供与参考麦克风在相同的普通测试环境下同时采集的波形信号；
测试结果计算单元，用于对比参考麦克风的第一波形信号和第二波形信号的差异，根据该差异计算生成自适应滤波器集合；利用自适应滤波器集合对待测麦克风的波形信号进行处理，从而得到待测麦克风的本底噪声测试结果；
其中，标准测试环境是指比参考麦克风的本底噪声的最小标称值小特定分贝的测试环境；普通测试环境是指对噪声不作限制的测试环境。
可选地，测试结果计算单元具体用于，利用自适应滤波器集合对待测麦克风的波形信号进行滤波处理，并计算滤波处理后的波形信号在A计权下的均方根值得到待测麦克风的本底噪声值，和/或计算滤波处理后的波形信号在A计权下的快速傅氏变换结果，得到待测麦克风的本底噪声频响曲线。
可选地，标准测试环境采用如下方式确定：
将参考麦克风放置到自由场测试环境下，测试得到参考麦克风在特定声压级下的灵敏度；
将参考麦克风放置到比参考麦克风的本底噪声的最小标称值小特定分贝的测试环境中，测试得到参考麦克风的本底噪声值；
根据灵敏度和本底噪声值计算参考麦克风的信噪比，将信噪比与参考麦克风的信噪比标称值相比较，如果该信噪比高于参考麦克风的信噪比标称值，则确定比参考麦克风的本底噪声的最小标称值小特定分贝的测试环境是标准测试环境。
可选地，待测麦克风为单体麦克风或者麦克风阵列。
可选地，参考麦克风提供的第一波形信号和第二波形信号以及待测麦克风提供的波形信号的时间长度均为2秒钟。
本发明的有益效果是：利用参考麦克风在标准测试环境和普通测试环境下的波形信号的差异，计算生成自适应滤波器集合，再利用该自适应滤波器集合处理与参考麦克风在相同的普通测试环境下同时采集的待测麦克风的波形信号，从而能够将待测麦克风波形信号的客观环境噪声因素消除，测试得到待测麦克风的本底噪声。本发明不需要将待测麦克风放置到高成本的测试环境中，不受测试地点限制，降低了测试成本。而且本发明的测试过程简单、效率高。
附图说明
图1是本发明一个实施例的一种测试麦克风本底噪声的方法的流程图；
图2是本发明一个实施例的一种构建标准测试环境并采集参考麦克风的第一波形信号的示意图；
图3是本发明一个实施例的采集参考麦克风和待测麦克风波形信号的示意图；
图4是本发明一个实施例的利用图2和图3得到的参考麦克风的第一波形信号和第二波形信号生成自适应滤波器集合的示意图；
图5是本发明一个实施例的利用图4所示的自适应滤波器集合得到待测麦克风的本底噪声示意图；
图6是本发明一个实施例的一种测试麦克风本底噪声的测试系统的框图。
具体实施方式
本发明的核心思想是：选取参考麦克风，将选取的参考麦克风放到标准测试环境中测试得到参考麦克风的第一波形信号，再将参考麦克风和待测麦克风放置到相同的普通测试环境中，同时采集两个麦克风的波形信号得到参考麦克风的第二波形信号和待测麦克风的波形信号；由于参考麦克风和待测麦克风的测试环境相同，所以两者的波形信号可以看作是相同的。接着分析参考麦克风在标准测试环境下的第一波形信号和在普通测试环境下的第二波形信号之间的差异，找到该差异(该差异是普通测试环境中的环境噪声对麦克风的影响)，生成自适应滤波器集合，用自适应滤波器集合对待测麦克风的波形信号进行滤波，消除掉该差异从而得到待测麦克风的本底噪声。实现了不需要将待测麦克风放置到高成本的标准测试环境中测试，也能得到相当于在高成本的标准测试环境中的本底噪声测试效果，节约了测试成本。
图1是本发明一个实施例的一种测试麦克风本底噪声的方法的流程图；参见图1，该测试麦克风本底噪声的测试方法包括：
步骤S110，将选取的参考麦克风放置到标准测试环境下，采集参考麦克风的第一波形信号；
步骤S120，将待测麦克风和参考麦克风放置到相同的普通测试环境下，同时采集待测麦克风的波形信号以及参考麦克风的第二波形信号；
步骤S130，对比参考麦克风的第一波形信号和第二波形信号的差异，根据该差异计算生成自适应滤波器集合；
步骤S140，利用自适应滤波器集合对待测麦克风的波形信号进行处理，从而得到待测麦克风的本底噪声测试结果；
其中，标准测试环境是指比参考麦克风的本底噪声的最小标称值小特定分贝的测试环境；普通测试环境是指对噪声不作限制的测试环境。
经过图1所示的步骤，实现了对麦克风本底噪声的快速测试，该测试方法通过将待测麦克风所处的测试环境下的客观环境噪声抑制消除掉，达到准确测试麦克风本底噪声的目的。与现有技术相比成本低、不受测试地点限制。
图2是本发明一个实施例的一种构建标准测试环境并采集参考麦克风的第一波形信号的示意图；参见图2，在本发明的一个实施例中，在将选取的参考麦克风放置到标准测试环境下之前，方法还包括：构建标准测试环境；
构建标准测试环境包括：
将参考麦克风放置到自由场测试环境下，测试得到参考麦克风在特定声压级下的灵敏度；
将参考麦克风放置到比参考麦克风的本底噪声的最小标称值小特定分贝的测试环境中，测试得到参考麦克风的本底噪声值；
根据灵敏度和本底噪声值计算参考麦克风的信噪比，将信噪比与参考麦克风的信噪比标称值相比较，如果该信噪比高于参考麦克风的信噪比标称值，则确定比参考麦克风的本底噪声的最小标称值小特定分贝的测试环境是标准测试环境。
本实施例中，特定声压级为1KHz94dBSPL；标准测试环境是小于麦克风最小本底噪声标称值10dB的低噪声环境，在构建标准的测试环境后，再将选取的参考麦克风放置到标准测试环境下，在该低噪声环境(标准测试环境)下记录2s时间长度的波形，即第一波形信号；其中，采样频率可以设置为大于等于48KHz，波形不添加滤波器和A计权。
图3是本发明一个实施例的采集参考麦克风和待测麦克风波形信号的示意图；参见图3，步骤S120，具体是将待测麦克风和参考麦克风放置到相同的普通测试环境下，同时采集波形信号得到待测麦克风的波形信号以及参考麦克风的第二波形信号。
图4是本发明一个实施例的利用图2和图3得到的参考麦克风的第一波形信号和第二波形信号生成自适应滤波器集合的示意图；参见图4，步骤S140，包括：利用自适应滤波器集合对待测麦克风的波形信号进行滤波处理，并计算滤波处理后的波形信号在A计权下的均方根值得到待测麦克风的本底噪声值，和/或计算滤波处理后的波形信号在A计权下的快速傅氏变换结果，得到待测麦克风的本底噪声频响曲线。
考虑到麦克风在正常使用和测量时的条件不同，对测量值所加的人为修正，称为计权。如在测量噪声时，由于人耳对1～5kHz的灵敏度最高，对低频分量不敏感，从听觉上评价噪声大小时，必须对音频频谱的各部分进行计权，即在测量噪声时需要使它通过一个与听觉频率特性等效的滤波器，以反映人耳在3000Hz附近敏锐的灵敏度和60Hz时较差的灵敏度，这就是计权。由于人耳的频率响应随声音的响度而变，故对不同的响度或声压级的声音使用不同的计权曲线。目前，普遍采用计权曲线A，并用dBA表示这种A计权的测量值。
由于上述构建的比参考麦克风本底噪声的最小标称值小10dB的测试环境是经过确认的标准测试环境，因而在标准测试环境下获取的2s时间长度的波形信号(即第一波形信号)可以用来作为后续计算自适应滤波器集合的基础。本实施例中，考虑到麦克风本底噪声的测试效率和波形的稳定情况，采集参考麦克风的波形的时间长度是2秒钟，在本发明的其他实施例中，可以选择采集1秒或者3秒时间长度的波形，对此不做限制。
在采集到参考麦克风在标准测试环境下的第一波形信号后，将参考麦克风和待测麦克风放到相同的普通测试环境下，同时采集两麦克风的波形信号并保存为波形文件，即得到参考麦克风的第二波形信号和待测麦克风的波形信号；其中，普通测试环境是指对测试环境没有任何噪声要求。并且采集的两麦克风的波形信号时间长度也是2s，采样频率设置为48KHz或者96KHz。根据采集的参考麦克风的第一波形信号和第二波形信号的差异，计算生成信号自适应滤波器集合。其中，在比较该第一波形信号和第二波形信号的差异之前，使用快速傅立叶变换FFT算法将第一波形信号和第二波形信号变换到频域，分别得到第一波形信号和第二波形信号的频响曲线，将该两路频响曲线送入自适应滤波器，生成自适应滤波器集合。
图5是本发明一个实施例的利用图4所示的自适应滤波器集合得到待测麦克风的本底噪声示意图；参见图5，通过该自适应滤波器集合可以将因为测试环境等客观原因导致的测试干扰消除掉，避免了客观环境噪声对测试结果的影响。具体的使用计算生成的自适应滤波器集合对待测麦克风在普通测试环境下的波形信号进行滤波处理，将因为客观环境因素导致的干扰噪声消除掉，然后计算滤波处理后的信号在A计权下的均方根RMS值得到待测麦克风的本底噪声值。根据具体的使用需求还在计算待测麦克风的本底噪声值的同时计算滤波处理后的信号在A计权下快速傅立变换FFT处理结果，得到待测麦克风的本底噪声频响曲线。在本发明的一个实施例中，可以只计算滤波处理后的信号在A计权下的本底噪声频响曲线。具体计算待测麦克风的本底噪声的哪一结果形式根据具体的使用需要决定。
在本发明的一个实施例中，上述待测麦克风的类型可以是单体麦克风，也可以是麦克风阵列。
此外，根据本发明的这种测试待测麦克风本底噪声的方法完成对麦克风的本底噪声后，还可以进一步的用于对待测麦克风的谐波失真THD以及谐波失真加噪声THD+N测试。具体的如何根据得到的麦克风的本底噪声测试结果进一步处理得到THD测试结果和THD+N的测试结果是现有技术，在此不再赘述。
与上述测试麦克风本底噪声的方法相对应的，本发明还提供了一种本发明还提供了一种测试麦克风本底噪声的系统，图6是本发明一个实施例的一种测试麦克风本底噪声的测试系统的框图。参见图6，该系统600包括：参考麦克风610、待测麦克风620以及测试结果计算单元630；
参考麦克风610，用于提供在标准测试环境下的第一波形信号以及在与待测麦克风相同的普通测试环境下同时采集的第二波形信号；
待测麦克风620，用于提供与参考麦克风在相同的普通测试环境下同时采集的波形信号；
测试结果计算单元630，用于对比参考麦克风的第一波形信号和第二波形信号的差异，根据该差异计算生成自适应滤波器集合；利用自适应滤波器集合对待测麦克风的波形信号进行处理，从而得到待测麦克风的本底噪声测试结果；
其中，标准测试环境是指比参考麦克风的本底噪声的最小标称值小特定分贝的测试环境；普通测试环境是指对噪声不作限制的测试环境。
在本实施例中，测试结果计算单元630具体用于，利用自适应滤波器集合对待测麦克风的波形信号进行滤波处理，并计算滤波处理后的波形信号在A计权下的均方根值得到待测麦克风的本底噪声值，和/或计算滤波处理后的波形信号在A计权下的快速傅氏变换结果，得到待测麦克风的本底噪声频响曲线。
在本实施例中，标准测试环境采用如下方式确定：
将参考麦克风放置到自由场测试环境下，测试得到参考麦克风在特定声压级下的灵敏度；
将参考麦克风放置到比参考麦克风的本底噪声的最小标称值小特定分贝的测试环境中，测试得到参考麦克风的本底噪声值；
根据灵敏度和本底噪声值计算参考麦克风的信噪比，将信噪比与参考麦克风的信噪比标称值相比较，如果该信噪比高于参考麦克风的信噪比标称值，则确定比参考麦克风的本底噪声的最小标称值小特定分贝的测试环境是标准测试环境。
在本实施例中，待测麦克风为单体麦克风或者麦克风阵列。
在本实施例中，参考麦克风提供的第一波形信号和第二波形信号以及待测麦克风提供的波形信号的时间长度均为2秒钟。
需要说明的是，本发明实施例的这种测试麦克风本底噪声的系统是和前面的测试麦克风的本底噪声的方法相对应的，因而测试麦克风本底噪声的系统的工作过程具体参见前述测试麦克风的本底噪声的方法部分相应的说明，在此不再赘述。
综上所述，本发明的这种测试麦克风的本底噪声的方法和系统与现有技术相比，不需要花费较大的成本搭建测试环境以消除测试环境周围的客观噪声干扰，因而测试成本低，并且不受测试地点的限制。实现步骤简单，测试结果准确度高。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种测试麦克风本底噪声的方法，其特征在于，该方法包括：
将选取的参考麦克风放置到标准测试环境下，采集参考麦克风的第一波形信号；
将待测麦克风和所述参考麦克风放置到相同的普通测试环境下，同时采集待测麦克风的波形信号以及所述参考麦克风的第二波形信号；
对比所述参考麦克风的第一波形信号和第二波形信号的差异，根据该差异计算生成自适应滤波器集合；
利用所述自适应滤波器集合对所述待测麦克风的波形信号进行处理，从而得到所述待测麦克风的本底噪声测试结果；
其中，所述标准测试环境是指比所述参考麦克风的本底噪声的最小标称值小特定分贝的测试环境；所述普通测试环境是指对噪声不作限制的测试环境；
所述利用所述自适应滤波器集合对所述待测麦克风的波形信号进行处理，从而得到所述待测麦克风的本底噪声测试结果包括：
利用所述自适应滤波器集合对待测麦克风的波形信号进行滤波处理，并计算滤波处理后的波形信号在A计权下的均方根值得到待测麦克风的本底噪声值，和/或计算滤波处理后的波形信号在A计权下的快速傅氏变换结果，得到所述待测麦克风的本底噪声频响曲线。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在将选取的参考麦克风放置到标准测试环境下之前，所述方法还包括：构建标准测试环境；
所述构建标准测试环境包括：
将参考麦克风放置到自由场测试环境下，测试得到参考麦克风在特定声压级下的灵敏度；
将所述参考麦克风放置到比所述参考麦克风的本底噪声的最小标称值小特定分贝的测试环境中，测试得到参考麦克风的本底噪声值；
根据所述灵敏度和本底噪声值计算所述参考麦克风的信噪比，将所述信噪比与参考麦克风的信噪比标称值相比较，如果该信噪比高于参考麦克风的信噪比标称值，则确定比所述参考麦克风的本底噪声的最小标称值小特定分贝的测试环境是标准测试环境。
3.如权利要求1-2任一项所述的方法，其特征在于，所述待测麦克风为单体麦克风或者麦克风阵列。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采集的参考麦克风的第一波形信号和第二波形信号以及所述待测麦克风的波形信号的时间长度均为2秒钟。
5.一种测试麦克风本底噪声的系统，其特征在于，该系统包括：参考麦克风、待测麦克风以及测试结果计算单元；
所述参考麦克风，用于提供在标准测试环境下的第一波形信号以及在与待测麦克风相同的普通测试环境下同时采集的第二波形信号；
所述待测麦克风，用于提供与所述参考麦克风在相同的普通测试环境下同时采集的波形信号；
所述测试结果计算单元，用于对比所述参考麦克风的第一波形信号和第二波形信号的差异，根据该差异计算生成自适应滤波器集合；利用所述自适应滤波器集合对所述待测麦克风的波形信号进行处理，从而得到所述待测麦克风的本底噪声测试结果；
其中，所述标准测试环境是指比所述参考麦克风的本底噪声的最小标称值小特定分贝的测试环境；所述普通测试环境是指对噪声不作限制的测试环境；
所述测试结果计算单元具体用于，利用所述自适应滤波器集合对待测麦克风的波形信号进行滤波处理，并计算滤波处理后的波形信号在A计权下的均方根值得到待测麦克风的本底噪声值，和/或计算滤波处理后的波形信号在A计权下的快速傅氏变换结果，得到所述待测麦克风的本底噪声频响曲线。
6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述标准测试环境采用如下方式确定：
将参考麦克风放置到自由场测试环境下，测试得到参考麦克风在特定声压级下的灵敏度；
将所述参考麦克风放置到比所述参考麦克风的本底噪声的最小标称值小特定分贝的测试环境中，测试得到参考麦克风的本底噪声值；
根据所述灵敏度和本底噪声值计算所述参考麦克风的信噪比，将所述信噪比与参考麦克风的信噪比标称值相比较，如果该信噪比高于参考麦克风的信噪比标称值，则确定比所述参考麦克风的本底噪声的最小标称值小特定分贝的测试环境是标准测试环境。
7.如权利要求5-6任一项所述的系统，其特征在于，所述待测麦克风为单体麦克风或者麦克风阵列。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述参考麦克风提供的第一波形信号和第二波形信号以及所述待测麦克风提供的波形信号的时间长度均为2秒钟。
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