CN106101970B - 一种面向声频定向系统性能的测试装置及其方法 - Google Patents
一种面向声频定向系统性能的测试装置及其方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106101970B CN106101970B CN201610537861.2A CN201610537861A CN106101970B CN 106101970 B CN106101970 B CN 106101970B CN 201610537861 A CN201610537861 A CN 201610537861A CN 106101970 B CN106101970 B CN 106101970B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- oscillograph
- test
- processing circuit
- signal processing
- signal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000012360 testing method Methods 0.000 title claims abstract description 52
- 238000000034 method Methods 0.000 title abstract description 18
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 47
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims abstract description 28
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims abstract description 28
- 230000005236 sound signal Effects 0.000 claims abstract description 15
- 230000004044 response Effects 0.000 claims abstract description 8
- 238000010998 test method Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000000872 buffer Substances 0.000 claims description 9
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims description 6
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims 1
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 2
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000010358 mechanical oscillation Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R29/00—Monitoring arrangements; Testing arrangements
- H04R29/001—Monitoring arrangements; Testing arrangements for loudspeakers
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Otolaryngology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Amplifiers (AREA)
Abstract
本发明涉及一种测试装置及其方法，一种面向声频定向系统性能的测试装置及其方法。其中，测试装置包括发射端和接收端，发射端又包括音频信号发生器、载波发生电路、第1信号处理电路、功率放大电路、超声波换能器及第1示波器，接收端又包括拾音器、第2信号处理电路及第2示波器。测试方法包括以下步骤：(1)连接第1、2示波器，(2)调整第1、2示波器，(3)调整测试距离，(4)进行数据测试，(5)整理测试数据。本发明电路设计简单，方便安装，可以准确测试声频定向系统频率响应及谐波失真等基本性能参数，测试数据真实可靠。另外，本发明的通用性和扩展性较强，可应用于多种不同的声频定向系统的测试，可用于验证声频定向系统信号预处理方法的性能及可行性。
Description
技术领域
本发明涉及一种测试装置及其方法，更具体地说，涉及一种面向声频定向系统性能的测试装置及其方法。
背景技术
在日常生活中，大部分扬声器的声音传播都是发散的，声波会以球面波的方式向外传播，因此声音不具备明显的指向性，当多个声源同时存在时就势必会产生互相干扰的情况。随着社会不断的进步，人们的需求也在不断增长，很多场合需要具有指向性的声源。如博物馆、超市、展会等场合，不同商品或展品的音频介绍会混杂在一起造成场面喧嚣混乱，若能够使用具有定向性的声源，使只有商品或展品附近可以听到其音频介绍，将会极大提高人们的体验；而大功率的定向声源也可用作机场驱鸟、警用驱散人群等用途。
20世纪60年代初被提出的声学参量阵理论为解决这一问题提供了新的思路。这一理论利用了介质的非线性解调作用，即两束不同频率的声波在非线性介质中传播会产生他们的和频及差频信号的现象，首先将可听声音信号通过一定的方法加载在超声波载波上，利用超声波换能器将调制后的信号发射出去，在空气中即可还原出原可听声音信号。由于超声波波长为毫米级，声源直径很容易超过其波长，所以超声波在空气中传播具有较好的指向性，因此由超声波解调出的可听信号也具有相同的指向性。基于这一理论设计的扬声器不仅可以定向传声，还具有体积小、重量轻等优点，其工作时不会产生剧烈的机械振动，周围有GSM通信时也不会像传统扬声器一样受到干扰。
国内现阶段在信号预处理算法研究方面有较为深入的研究，但是在系统测试方面存在一定的问题，导致现有的国内文献中，还没有可以准确测试出可靠实验数据的方法，这与他们的电路设计和测试方法都有一定的关系。在电路设计方面，现有文献中所使用的末级功率放大器多为D类功放并添加负载匹配电路的设计方案，虽然这种方法效率较高，但是其信号保真度以及频率响应曲线均不够理想，易造成较严重的谐波失真以及频率响应波动；在系统测试方法方面，现有文献中，测试过程中只对非线性解调出的低频可听信号做了测试，完全忽略了原声波即超声波部分，一旦接收信号中超声波成分幅值超过了拾音器幅值响应上限，就将引入额外的谐波失真。由于以上原因，现有的国内文献的实际系统测试数据中，还没有完全真实可靠的数据，所以需要一种能够准确测试声频定向系统性能的装置及方法。
发明内容
为了克服已有技术存在的问题，本发明目的是提供一种面向声频定向系统性能的测试装置及其方法。该测试装置可以有效测试系统参数，得到真实可靠的实验数据，可用于验证声频定向系统信号预处理方法的实际性能和可行性。
为了实现上述发明目的，解决已有技术中所存在的问题，本发明采取的技术方案是：一种面向声频定向系统性能的测试装置，包括发射端和接收端，其中：所述发射端包括音频信号发生器、载波发生电路、第1信号处理电路、功率放大电路、超声波换能器及第1示波器，所述接收端包括拾音器、第2信号处理电路及第2示波器，所述音频信号发生器输出端与第1信号处理电路的一个输入端相连，所述载波发生电路输出端与第1信号处理电路的另一个输入端相连，所述第1信号处理电路输出端与功率放大电路输入端相连，功率放大电路的一个输出端与超声波换能器输入端相连，功率放大电路的另一个输出端与第1示波器输入端相连；所述拾音器输出端与第2信号处理电路输入端相连，第2信号处理电路输出端与第2示波器输入端相连。
所述功率放大电路包括第1、2运算放大器、第1、2反馈电路及第1、2缓冲器，其中：所述第1、2运算放大器输出端分别与第1、2缓冲器输入端相连，所述第1、2反馈电路两端分别与第1、2运算放大器输入端及第1、2缓冲器输出端相连。
所述一种面向声频定向系统性能的测试装置的测试方法，包括以下步骤：
步骤1、连接第1、2示波器，将第1示波器两通道的两个探头信号端分别与功率放大电路的差分输出接口连接，两个探头地线端均与装置电源地连接，将第2示波器CH1与第2信号处理电路输出端连接。
步骤2、调整第1、2示波器，将第1示波器的MATH通道计算方式设置为CH1-CH2，并使MATH通道波形、CH1通道波形和CH2通道波形同时显示于第1示波器的显示器中，将第2示波器的MATH通道计算方式选择FFT，将显示调整至可观测调制信号及其谐波频谱。
步骤3、调整测试距离，将接收端中的拾音器放置于超声波换能器的中轴线上，距离超声波换能器平面0.8-1.2m，调整发射端信号，使发射端功率放大电路输出达到最大，观察第2示波器的测试波形，若第2示波器的波形产生截止失真时，则加大超声波换能器与接收端拾音器之间的距离，直到第2示波器的波形不失真为止，并记录当前距离，在之后的整个测试过程中，超声波换能器与接收端拾音器之间的距离均要大于或等于当前距离。
步骤4、进行数据测试，用户根据自身需求调整音频信号发生器、第1信号处理电路参数及超声波换能器角度，分别记录第2示波器所测量的调制信号幅值及其各次谐波幅值，整个测试期间同步观测第1示波器的信号波形，对出现失真的情况进行额外记录。
步骤5、整理测试数据，根据测试数据绘制系统频率响应及谐波失真测试结果图，并分析系统性能。
本发明有益效果是：一种面向声频定向系统性能的测试装置，包括发射端和接收端，其中：所述发射端包括音频信号发生器、载波发生电路、第1信号处理电路、功率放大电路、超声波换能器及第1示波器，所述接收端包括拾音器、第2信号处理电路及第2示波器，所述音频信号发生器输出端与第1信号处理电路的一个输入端相连，所述载波发生电路输出端与第1信号处理电路的另一个输入端相连，所述第1信号处理电路输出端与功率放大电路输入端相连，功率放大电路的一个输出端与超声波换能器输入端相连，功率放大电路的另一个输出端与第1示波器输入端相连；所述拾音器输出端与第2信号处理电路输入端相连，第2信号处理电路输出端与第2示波器输入端相连。与已有技术相比，本发明电路设计简单，方便安装，可以准确测试声频定向系统频率响应及谐波失真等基本性能参数，测试数据真实可靠。另外，本发明的通用性和扩展性较强，可应用于多种不同的声频定向系统的测试，可用于验证声频定向系统信号预处理方法的性能及可行性。
附图说明
图1是本发明测试装置总体框图。
图2是本发明发射端功率放大电路框图。
图3是本发明测试方法步骤流程图。
图4是本发明发射端电源管理电路图。
图5是本发明发射端载波发生电路图。
图6是本发明发射端功率放大电路图。
图7是本发明接收端第2信号处理电路图。
图8是本发明接收端电源管理电路图。
图9是本发明一实施例发射端第1信号处理电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1、2所示，一种面向声频定向系统性能的测试装置，包括发射端和接收端，其中：所述发射端包括音频信号发生器、载波发生电路、第1信号处理电路、功率放大电路、超声波换能器及第1示波器，所述接收端包括拾音器、第2信号处理电路及第2示波器，所述音频信号发生器输出端与第1信号处理电路的一个输入端相连，所述载波发生电路输出端与第1信号处理电路的另一个输入端相连，所述第1信号处理电路输出端与功率放大电路输入端相连，功率放大电路的一个输出端与超声波换能器输入端相连，功率放大电路的另一个输出端与第1示波器输入端相连；所述拾音器输出端与第2信号处理电路输入端相连，第2信号处理电路输出端与第2示波器输入端相连。所述功率放大电路包括第1、2运算放大器、第1、2反馈电路及第1、2缓冲器，其中：所述第1、2运算放大器输出端分别与第1、2缓冲器输入端相连，所述第1、2反馈电路两端分别与第1、2运算放大器输入端及第1、2缓冲器输出端相连。
如图3所示，一种面向声频定向系统性能的测试装置的测试方法，包括以下步骤：
步骤1、连接第1、2示波器，将第1示波器两通道的两个探头信号端分别与功率放大电路的差分输出接口连接，两个探头地线端均与装置电源地连接，将第2示波器CH1与第2信号处理电路输出端连接。
步骤2、调整第1、2示波器，将第1示波器的MATH通道计算方式设置为CH1-CH2，并使MATH通道波形、CH1通道波形和CH2通道波形同时显示于第1示波器的显示器中，将第2示波器的MATH通道计算方式选择FFT，将显示调整至可观测调制信号及其谐波频谱。
步骤3、调整测试距离，将接收端中的拾音器放置于超声波换能器的中轴线上，距离超声波换能器平面0.8-1.2m，调整发射端信号，使发射端功率放大电路输出达到最大，观察第2示波器的测试波形，若第2示波器的波形产生截止失真时，则加大超声波换能器与接收端拾音器之间的距离，直到第2示波器的波形不失真为止，并记录当前距离，在之后的整个测试过程中，超声波换能器与接收端拾音器之间的距离均要大于或等于当前距离。
步骤4、进行数据测试，用户根据自身需求调整音频信号发生器、第1信号处理电路参数及超声波换能器角度，分别记录第2示波器所测量的调制信号幅值及其各次谐波幅值，整个测试期间同步观测第1示波器的信号波形，对出现失真的情况进行额外记录，具体包括以下子步骤：
(a)由音频信号发生器向第1信号处理电路输入30mV峰峰值，1KHz的正弦信号，由载波发生电路向第1信号处理电路输入100mV峰峰值，40KHz的正弦信号，此时，第1信号处理电路输出将是一个调制度为0.3的调幅波信号。
(b)使用第2示波器CH1通道测量接收测试板输出信号，Math通道计算方式选择FFT，中心频率为25KHz，频率范围为50KHz。
(c)调整第2示波器秒格至1ms/格，关闭Math通道显示，观察接收信号时域图并记录。
(d)调整第2示波器秒格至20ms/格，关闭CH1通道显示，观察接收信号频域图并记录。
(e)修改第2示波器Math通道中心频率为5KHz，频率范围为10KHz，单位为dBV，更改音频信号发生器输出信号频率，依次向第1信号处理电路输入500Hz到4KHz的正弦信号，步进500Hz，峰峰值不变，记录各个频点主频及二次谐波幅值。
(f)由音频信号发生器向第1信号处理电路输入50mV峰峰值，1KHz的正弦信号，由载波发生电路向第1信号处理电路输入100mV峰峰值，40KHz的正弦信号，此时，第1信号处理电路输出将是一个调制度为0.5的调幅波信号，并重复子步骤(a)至(e)。
(g)由音频信号发生器向第1信号处理电路输入70mV峰峰值，1KHz的正弦信号，由载波发生电路向第1信号处理电路输入100mV峰峰值，40KHz的正弦信号，此时，第1信号处理电路输出将是一个调制度为0.7的调幅波信号，并重复子步骤(a)至(e)。
步骤5、整理测试数据，根据测试数据绘制系统频率响应及谐波失真测试结果图，并分析系统性能。
Claims (1)
1.一种面向声频定向系统性能的测试装置的测试方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1、连接第1、2示波器，将第1示波器两通道的两个探头信号端分别与功率放大电路的差分输出接口连接，两个探头地线端均与装置电源地连接，将第2示波器CH1与第2信号处理电路输出端连接；
步骤2、调整第1、2示波器，将第1示波器的MATH通道计算方式设置为CH1-CH2，并使MATH通道波形、CH1通道波形和CH2通道波形同时显示于第1示波器的显示器中，将第2示波器的MATH通道计算方式选择FFT，将显示调整至可观测调制信号及其谐波频谱；
步骤3、调整测试距离，将接收端中的拾音器放置于超声波换能器的中轴线上，距离超声波换能器平面0.8-1.2m，调整发射端信号，使发射端功率放大电路输出达到最大，观察第2示波器的测试波形，若第2示波器的波形产生截止失真时，则加大超声波换能器与接收端拾音器之间的距离，直到第2示波器的波形不失真为止，并记录当前距离，在之后的整个测试过程中，超声波换能器与接收端拾音器之间的距离均要大于或等于当前距离；
步骤4、进行数据测试，用户根据自身需求调整音频信号发生器、第1信号处理电路参数及超声波换能器角度，分别记录第2示波器所测量的调制信号幅值及其各次谐波幅值，整个测试期间同步观测第1示波器的信号波形，对出现失真的情况进行额外记录；
步骤5、整理测试数据，根据测试数据绘制系统频率响应及谐波失真测试结果图，并分析系统性能；
测试装置，包括发射端和接收端，其中：所述发射端包括音频信号发生器、载波发生电路、第1信号处理电路、功率放大电路、超声波换能器及第1示波器，所述接收端包括拾音器、第2信号处理电路及第2示波器，所述音频信号发生器输出端与第1信号处理电路的一个输入端相连，所述载波发生电路输出端与第1信号处理电路的另一个输入端相连，所述第1信号处理电路输出端与功率放大电路输入端相连，功率放大电路的一个输出端与超声波换能器输入端相连，功率放大电路的另一个输出端与第1示波器输入端相连；所述拾音器输出端与第2信号处理电路输入端相连，第2信号处理电路输出端与第2示波器输入端相连；
功率放大电路，包括第1、2运算放大器、第1、2反馈电路及第1、2缓冲器，其中：所述第1、2运算放大器输出端分别与第1、2缓冲器输入端相连，所述第1、2反馈电路两端分别与第1、2运算放大器输入端及第1、2缓冲器输出端相连。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610537861.2A CN106101970B (zh) | 2016-07-09 | 2016-07-09 | 一种面向声频定向系统性能的测试装置及其方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610537861.2A CN106101970B (zh) | 2016-07-09 | 2016-07-09 | 一种面向声频定向系统性能的测试装置及其方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN106101970A CN106101970A (zh) | 2016-11-09 |
| CN106101970B true CN106101970B (zh) | 2018-12-21 |
Family
ID=57212606
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201610537861.2A Expired - Fee Related CN106101970B (zh) | 2016-07-09 | 2016-07-09 | 一种面向声频定向系统性能的测试装置及其方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN106101970B (zh) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107843871B (zh) * | 2017-11-06 | 2020-07-24 | 南京地平线机器人技术有限公司 | 声源定向方法、装置和电子设备 |
| CN108981131B (zh) * | 2018-06-06 | 2020-07-03 | 珠海格力电器股份有限公司 | 一种减小空调遥控过程中扬声器噪声的方法 |
| CN109239718A (zh) * | 2018-09-14 | 2019-01-18 | 深圳市顺禾电器科技有限公司 | 一种可学习型超声雷达测距方法、装置及系统 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09101198A (ja) * | 1995-10-06 | 1997-04-15 | Hitachi Building Syst Co Ltd | 音声検出装置の動作試験装置 |
| JP4096958B2 (ja) * | 2005-06-06 | 2008-06-04 | ヤマハ株式会社 | スピーカアレイ装置 |
| CN103905185A (zh) * | 2014-04-14 | 2014-07-02 | 山西大学 | 一种适用于连续变量量子密钥分发的脉冲发生器 |
-
2016
- 2016-07-09 CN CN201610537861.2A patent/CN106101970B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09101198A (ja) * | 1995-10-06 | 1997-04-15 | Hitachi Building Syst Co Ltd | 音声検出装置の動作試験装置 |
| JP4096958B2 (ja) * | 2005-06-06 | 2008-06-04 | ヤマハ株式会社 | スピーカアレイ装置 |
| CN103905185A (zh) * | 2014-04-14 | 2014-07-02 | 山西大学 | 一种适用于连续变量量子密钥分发的脉冲发生器 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 微型声频定向换能器电学特性分析与驱动电路设计;张莹;《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技II辑》;20110430(第2011年第4期);第C028-58页 * |
| 超声调制声频定向传播性能研究;孙健;《压电与声光》;20100430;第32卷(第2期);第184-186页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN106101970A (zh) | 2016-11-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Keele Jr | Low-frequency loudspeaker assessment by nearfield sound-pressure measurement | |
| CN101600144B (zh) | 采用连续对数扫频信号获得电声产品多个参数的方法及系统 | |
| CN106101970B (zh) | 一种面向声频定向系统性能的测试装置及其方法 | |
| Antweiler et al. | Perfect-sweep NLMS for time-variant acoustic system identification | |
| Struck et al. | Simulated free field measurements | |
| CN109068251A (zh) | 一种智能助听器的自动均衡方法及系统 | |
| Brooks et al. | Investigation into the feasibility of using a parametric array control source in an active noise control system | |
| CN104581532A (zh) | 一种音频处理系统及处理方法 | |
| Hedberg et al. | A self-silenced sound beam | |
| Xiang et al. | Acoustics for Engineers | |
| CN107231597A (zh) | 扬声器谐波失真值的测试方法及系统 | |
| Ortiz et al. | Point source loudspeaker design: Advances on the inverse horn approach | |
| Druyvesteyn et al. | A new sound intensity probe comparison with the pair of pressure microphones intensity probe | |
| Harwood | Loudspeaker Distortion with Low-Frequency Signals | |
| Mikulka et al. | Parametric array as a source of audible signal | |
| CN107277730B (zh) | 用于电声换能器的音质测试系统 | |
| KR101413085B1 (ko) | 리시버 시험 장치 및 방법 | |
| Boullosa et al. | An airborne parametric array | |
| Minami et al. | Individual difference of ultrasonic transducers for parametric array loudspeaker | |
| Wang et al. | Defining the parameters of truncated square-rooting DSB for parametric loudspeaker | |
| CN117278925A (zh) | 一种激光多普勒扬声器测试系统、方法、装置及介质 | |
| Lu et al. | A modified electro-acoustical reciprocity method for measuring low-frequency sound source in arbitrary surroundings | |
| Gauthier et al. | Beamforming Regularization, Scaling Matrices, and Inverse Problems for Sound Field Extrapolation and Characterization: Part II–Experiments | |
| Wu et al. | Effects on the performance of parametric loudspeaker caused by nonideal ultrasound transducer | |
| Zhao et al. | Ultrasound-Based Directional Sound System via Double Sideband Amplitude Modulation |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20181221 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |