CN107872752B - 声学特性校正方法、声学特性校正装置 - Google Patents

声学特性校正方法、声学特性校正装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种声学特性校正方法、声学特性校正装置及FFT回路。根据本发明的声学特性校正方法，能够提高检查状况的再现性、降低声学特性校正上的噪音影响以及在减轻FFT运算处理的负担中至少在任一侧面上要优于现有技术。从语音输出装置(10)输出频率特性是已知的基准声学信号并将其输入车辆检查装置(2)的语音输入装置(20)中。在对被输入至语音输入装置(20)的输入信号进行A/D转换后，执行FFT运算处理，从而检测出语音输入装置(20)的频率响应特性。通过比较语音输入装置(20)的频率响应特性与基准声学信号的频率特性来确定各频率的补正因子。基于补正因子校正语音输入装置(20)的频率响应特性。

Description

声学特性校正方法、声学特性校正装置
技术领域
本发明涉及对具有声学检查功能的装置的声学特性进行校正的方法和装置、以及FFT回路。
背景技术
在例如搭载了数百个以上的ECU(电子控制装置)的车辆的最终检查工序中，为了判别或诊断各ECU以及与所述ECU电性连接的各仪器的功能的正常或异常，会利用到车辆检查装置(LET(Line End Tester))。
由于车辆检查装置上搭载有用于检查车辆的各声学仪器所发出的声响的正常性的扩音器(microphone)，使用事先测定了声学特性的基准音来确认其声学特性或灵敏度特性。具体来讲，基准音被输入到扩音器中，测定其敏感度，并测定该测定值相对扩音器敏感度的基准值(用噪音计测定的音源的声学特性)的偏离值，从而进行扩音器的偏置值(offset)或敏感度的调整(例如，参照专利文献1至2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2000-121684号公报
专利文献2：日本特开平9-210865号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，根据以往的校正方法,要求使用小型音源实施再现性良好的校正。另外，还要求在工厂内噪音下也能够简单地进行校正。而且，在使用车辆检查装置进行声学检查时，需要收束到特定音进行检查。在执行FFT处理时，公知在降低回路规模方面只要进行反复处理就能够缩小规模，但相反在记忆部之间发生交互和循环次数增加而导致处理速度下降的问题。
因此，本发明目的在于提供一种能够提高检查状况的再现性、降低声学特性校正上的噪音影响以及在减轻FFT运算处理的负担中至少在任一侧面上要优于现有技术的声学特性校正所相关的技术。
用于解决课题的方式
本发明的声学特性校正方法的特征在于，从语音输出装置输出频率特性是已知的基准声学信号并将其输入声学检查装置的语音输入装置中，在对被输入至所述语音输入装置的输入信号进行A/D转换后，通过执行FFT运算处理，检测出所述语音输入装置的频率响应特性，并通过比较所述语音输入装置的频率响应特性与所述基准声学信号的频率特性，确定各频率的补正因子，基于所述补正因子校正所述语音输入装置的频率响应特性。
在本发明的声学特性校正方法中，优选：使用器件将所述语音输出装置和所述语音输入装置之间的相对位置及朝向进行固定后，从所述语音输出装置输出所述基准声学信号，所述器件被固定在所述声学检查装置的框体，并且用于固定所述语音输出装置。
在本发明的声学特性校正方法中，优选：以避开用于声学检查的输入界面和输出界面所设置的部位的方式将所述器件固定到所述声学检查装置的框体上，所述输入界面和所述输出界面设置在所述声学检查装置的框体上。
在本发明的声学特性校正方法中，优选：使用所述器件对所述语音输出装置及所述语音输入装置的相对位置及朝向进行固定，其中，所述器件使所述语音输出装置配置在作为贯穿孔的窗部上。
在本发明的声学特性校正方法中，优选：使用所述器件将所述语音输出装置及所述语音输入装置的相对位置及朝向进行固定，其中，所述器件上至少所述语音输出装置的固定部位由透明材料构成。
在本发明的声学特性校正方法中，优选：所述语音输出装置的振动要素与所述语音输入装置的振动检测要素的间隔是对所述语音输入装置的频率特性进行定义的最大频率的声学信号的半波长以下，并且，对所述语音输出装置和所述语音输入装置的相对位置及朝向进行固定，使得所述语音输出装置的振动要素与所述语音输入装置的振动检测要素相向。
在本发明的声学特性校正方法中，优选：从所述语音输出装置输出相位之间具有指定关系的多个校正声波信号ψsx，相应地检测出被输入至所述语音输入装置中的多个声学信号ψ0x，通过对所述多个声学信号ψ0x执行规定的复数计算，除去所述多个声学信号ψ0x中含有的存在于所述声学检查装置的环境下的杂波信号ψn，由此检测出所述语音输入装置的频率响应特性。
在本发明的声学特性校正方法中，优选：从所述语音输出装置分别输出第1校正声波信号ψs1和第2校正声波信号ψs2,相应地检测出被输入至所述语音输入装置中的第1声学信号ψ01和第2声学信号ψ02，对所述第1声学信号ψ01和所述第2声学信号ψ02执行作为所述规定的复数计算的减法运算，由此检测出所述语音输出装置的频率响应特性|ψ01－ψ02|，其中，所述第1校正声波信号ψs1和第2校正声波信号ψs2具有相位不同这一所述指定关系。
在本发明的声学特性校正方法中，优选：从所述语音输出装置分别输出第1校正声波信号ψs1和第2校正声波信号ψs2,相应地检测出被输入至所述语音输入装置中的第1声学信号ψ01和第2声学信号ψ02，其中，所述第1校正声波信号ψs1和第2校正声波信号ψs2具有相位相同这一所述指定关系且振幅不同,对所述第1声学信号ψ01和所述第2声学信号ψ02执行作为所述规定的复数计算的减法运算，由此检测出所述语音输入装置的频率响应特性|ψ01－ψ02|。
在本发明的声学特性校正方法中，优选是一种用于进行傅里叶变换FFT(DFT) 的蝶形运算回路，比较实像区的输出结果和镜像区的输出结果在奈奎斯特轴(Nyquist axis)反转后的结果中、能量值转换后的结果是相同的组合到频率点(bins)为止的回路构成，并通过削减在由多个阶段构成的蝶形运算回路中能够删除较接近初始阶段的运算的组合，来实现降低蝶形运算回路的回路规模。
发明的效果
根据本发明的声学特性校正方法，通过使用器件能够实现提高检查状况的再现性。通过对输出相位上具有指定关系的多个校正声波信号时被检测出的多个声学信号执行规定的复数计算，能够实现降低声学特性校正时的噪音影响。通过采用经改良后的蝶形运算，能够实现FFT回路的处理负担的减轻。
附图说明
图1是关于声学控制装置以及车辆检查装置的构成的示意图。
图2A是关于车辆检查装置以及装备的构成的示意图。
图2B是关于装备安装到车辆检查装置上的形态的示意图。
图2C是关于声音输出装置及声音输入装置的配置形态的示意图。
图3A是关于作为本发明一实施例的声学特性校正方法的示意图。
图3B是关于作为本发明另一实施例的声学特性校正方法的示意图。
图4A是关于声学信号的复数计算例的示意图。
图4B是关于声学信号的复数计算例的示意图。
图5A是关于基准声学信号的时间变化形态的第一例的示意图。
图5B是关于基准声学信号的时间变化形态的第二例的示意图。
图6是关于经改良后的蝶形运算处理的第一实施例的示意图。
图7是关于经改良后的蝶形运算处理的第二实施例的示意图。
图8是运算处理量的对比示意图。
具体实施方式
(声学特性校正所涉及的构成)。
图1中所示的声学控制装置1用于校正车辆检查装置2的声学特性。声学控制装置1具备语音输出装置10、信号分离要素11、第1信号记忆部121、第2信号记忆部122、信号运算要素14和补正值运算要素18。要素11、要素14及要素18分别由执行软件以及与该软件对应的运算处理的处理器或处理器内核(硬件)构成。在声学控制装置1当中，要素10、要素11、要素121、要素122、要素14及要素18中的一部分要素或全部要素可以是车辆检查装置2的构成要素。
语音输出装置10由扬声器构成，通过使其振动板(振动要素)产生振动来输出声学信号。信号分离要素11将来自车辆检查装置2的输出信号分离成第1声学信号和第2声学信号。第1信号记忆部121记忆保存由信号分离要素11分离的第1声学信号。第2信号记忆部122记忆保存由信号分离要素11分离的第2声学信号。信号运算要素14对保存在第1信号记忆部121中的第1声学信号以及保存在第2信号记忆部122中的第2声学信号执行规定的复数计算。补正值运算要素18基于下述对比结果，计算出用于校正车辆检查装置2或其语音输入装置20的频率响应特性的补正因子。其中，上述对比结果是指：通过信号运算要素获得的复数计算结果与基准声学信号的同样的复数计算结果之间的对比结果。
车辆检查装置2用于与搭载在车辆上的多个ECU(电子控制装置)连接并基于与该多个ECU的通信结果判别或诊断该多个ECU的工作是正常还是异常。与搭载在车辆上的ECU电性连接的各仪器中包括：仪表报警器(meter alarm)、防盗报警器、声学扬声器、停车蜂鸣器、智能蜂鸣器、接近通报装置等声学仪器。车辆检查装置2 构成用于判定这些声学仪器的各个仪器发出的声响是正常或异常的声学检查装置。
车辆检查装置2具备语音输入装置20、增幅器(amplifier)21、A/D转换器22、 FFT运算要素24。FFT运算要素24由执行软件以及与该软件对应的运算处理的处理器或处理器内核、以及专用回路(硬件)构成。
语音输入装置20由扩音器(microphone)构成。振动膜(diaphragm)(振动检测要素)对应声波产生振动，由此输入或检测出声学信号。被输入到语音输入装置20 的声学信号被增幅器21增幅，该增幅信号通过A/D转换器22模拟信号被转换成数据信号。FFT运算要素24通过对该数据信号执行FFT运算处理、具体是指本发明涉及的经改良后的蝶形运算(butterfly computation)处理(参照图6及图7)，抽取各频率中的声学信号。
如图2A所示，车辆检查装置2具备大致立方体的框体200(壳体)，在框体200 的前表面上侧设置有显示器201,。并且，在框体200的前表面下侧设置有多个操作按钮202。在框体200的前表面的显示器201和多个操作按钮202之间形成有与语音输入装置20连通的开口204。多个操作按钮202分别构成输入界面。由检查操作者操作上述多个操作按钮202，输入用于检查ECU的功能或工作形态的指令。操作按钮 202中的一部分按钮即为用于检查声响的操作按钮。显示器201构成对显示ECU的检查结果进行显示的输出界面。
如图2A所示的器件4用于固定声学控制装置1的语音输出装置10和车辆检查装置2的语音输入装置20之间的相对位置及朝向。器件4具备呈大致矩形板状的第 1基体41、大致T字型的第2基体42和三个爪部44。第2基体42具有大致矩形板状的横梁部和大致矩形板状的纵梁部，该横梁部沿横向延伸；该纵梁部从该横梁部的中央部向下方延伸。上述三个爪部分别从第2基体42的横梁部的两端部和纵梁部的下端部以向后方垂直弯折地延伸。
第1基体41以在第2基体42的横梁部的中央部前后(厚度方向)叠合的方式被粘合或接合在上述中央部。至少第1基体41及第2基体42是由PET等透明树脂或透明材料构成。在第1基体41上设置有沿厚度方向贯穿的大致圆形的窗部410。在第2基体42的横梁部的中央部上设置沿厚度方向贯穿且比窗部410径小的窗部420。
三个爪部44分别抵接在框体200的左侧面、右侧面及下侧面，从而将器件4固定到框体200上。另外，在器件4和框体200的抵接面上采用未图示的海绵件(sponge) 或氨酯等缓冲件来提高密封性，从而降低外部的声音从空隙进入而产生的影响。这时，如图2B所示，操作按钮202中的一部分按钮从第2基体42的纵梁部的两侧露出，该一部分按钮202中包括用于声学检查的操作按钮202。
此外，如图2C所示，器件4的窗部410及窗部420与车辆检查装置2的框体200 的开口204相匹配。语音输出装置10以下述方式配置在第1基体41的窗部410上：语音输出装置10的振动板与语音输入装置20的振动检测要素相向，且配置的间隔d 形成为作为校正对象范围的最大频率的声波的半波长λmin/2以下。语音输出装置 10配置为与环状的垫圈部件(packing)412抵接。其中，该垫圈部件412配置成与第1基体41的窗部410的内侧面以及第2基体42的前表面抵接。语音输出装置10 利用粘合剂或热塑性树脂被固定在第1基体41上。
(声学特性校正方法)
首先，在将语音输出装置10配置并固定到器件4的第1基体41的窗部410上后，如图2B及图2C所示，器件4被固定到车辆检查装置2的框体200上。
在车辆检查装置2上，判定语音输入装置20是否为ON(图3A/STEP202)。当该判定结果是肯定时(图3A/STEP202···YES)，车辆检查装置2向声学控制装置1 输出语音输出ON指令(图3A/STEP204)。
与此对应，在声学控制装置1中，从语音输出装置10持续输出频率特性是已知的基准声学信号(图3A/STEP102)。在本实施例中，具有位相差180°这一指定关系的第1校正信号ψs1和第2校正信号ψs2分别在第1期间以及与第1期间不同的第2 期间交替切换而作为基准声学信号被输出(参照图4A及图5A)。另外，第1校正信号ψs1和第2校正信号ψs2的位相差可以不是180°,而是其他的数值(例如，45°或 90°等)。
也可以是在相位相同这一指定关系下但振幅不同的第1校正信号ψs1和第2校正信号ψs2分别在第1期间以及与第1期间不同的第2期间作为基准声学信号被输出(参照图4B及图5B)。
在车辆检查装置2中，判定是否经过了规定时间(图3A/STEP206)。当该判定结果是否时(图3A/STEP206···NO)，持续地被输入到语音输入装置20内的声学信号被增幅并进行A/D转换后，作为数据信号被保存在未记述在图中的存储装置中。
另一方面，当该判定结果是肯定时(图3A/STEP206···YES)，车辆检查装置2 向声学控制装置1输出语音输出OFF指令(图3A/STEP208)。在声学控制装置1中，与此对应地停止从语音输出装置10输出基准声学信号(图3A/STEP104)。
然后，在车辆检查装置2中，对未记述在图中的存储装置中所保存的声学信号执行FFT运算。由此，检测出语音输入装置20的频率响应特性(例如，各频率的声学信号的强度)(图3A/STEP210)。
语音输入装置20的频率特性从车辆检查装置2被发送给声学控制装置1，第1 期间和第2期间上的各自的表示频率特性的第1声学信号ψ01和第2声学信号ψ02被分离后，分别被保存在记忆部121、记忆部122中(图3A/STEP106)。对第1声学信号ψ01和第2声学信号ψ02执行作为规定的复数计算的减法处理(图3A/STEP108(参照图4A))。该计算结果|ψ01－ψ02|与第1校正信号ψs1和第2校正信号ψs2的差值|ψs1－ψs2|进行对比，并基于该对比结果确定补正因子(图3A/STEP110)。
该补正因子从声学控制装置1被发送给车辆检查装置2，并被反映到由增幅器21执行增幅时的增幅率。由此，校正车辆检查装置2或其语音输入装置20的频率响应特性(图3A/STEP212)。
此外，也可以代替图3A所示的流程图而按照图3B所示的流程图来校正声学特性。图3B中所示的流程图中STEP210的处理在STEP206的处理之前执行这一点与图3A中所示的流程图不同。车辆检查装置2向声学控制装置1输出语音输出ON指令(图3B/STEP204)。然后，执行FFT处理(图3B/STEP210)。在此基础上，在车辆检查装置2中，判定是否经过了规定时间(图3B/STEP206)。当该判定结果是否定时(图3B/STEP206···NO)，执行FFT处理(图3B/STEP210)。
由此，持续地被输入语音输入装置20的声学信号被增幅并被进行A/D转换，且并行依次执行FFT处理。因此，语音输出OFF指令(图3B/STEP208)被输出时，能够获得语音输入装置20的频率响应特性(例如，各频率的声学信号的强度)的FFT 处理结果。
(改良后的蝶形运算)
在FFT运算处理中(参照图3A/STEP210及图3B/STEP210)，执行经改良后的蝶形运算。在用于执行FFT运算处理(DFT)的蝶形运算中，获得以奈奎斯特频率(Nyquistfrequency)fs/2为边界的实像区部分和镜像区部分。
实像区部分与镜像区部分的信号差在于虚数信号(Q输出)的符号反转，因而在换算成能量值时则获得以奈奎斯特频率fs/2为界左右对称的结果。因此，折返镜像区部分的运算结果的频率点(bins)，能够置换实像区部分的结果的频率点。也即，通过削减等价的频率点的其中一方就能够降低FFT运算处理(DFT)的运算量。
在具体的削减过程中，比较等价的输出的频率点时，其中一方的频率点中，在构成蝶形运算的运算块(block)内的运算基础(calculation base)中包含旋转运算，而在另一方的频率点中，在构成蝶形运算的运算块内的运算基础中不包含旋转运算的构成。因此，通过削减包含运算量多的旋转运算的蝶形运算部分来降低运算负担，能够削减FFT运算处理(DFT)的计算量(扰码(scrambler)(位反转处理)后获得的结果与通常算法下的FFT运算处理(DFT)相同)。
图6中示出了适用于radix 2FFT的经改良后的蝶形运算处理的构成。
另外，在图7中，在图6的蝶形运算回路(FFT回路)的一部分回路中导入直接转换(direct conversion)回路,事先移位一个频率点的信号，能够获得相同的效果。
在图8中示出了现有技术中和本发明中各自的蝶形运算处理负担。在将不利用镜像的标准的蝶形运算中复数加法/减法运算的次数以及旋转运算次数分别设定为“1”时，在利用了镜像并用加减法运算构成最终段的经改良后的蝶形运算中的复数加法/减法运算的次数是“0.60”，旋转运算次数是“0.45”。因而，可以看出本发明的蝶形运算的运算处理负担得到了减轻。

Claims (14)

1.一种声学特性校正方法，其特征在于：
从语音输出装置输出频率特性是已知的基准声学信号并将其输入声学检查装置的语音输入装置中，
在对被输入至所述语音输入装置的输入信号进行A/D转换后，通过执行FFT运算处理，检测出所述语音输入装置的频率响应特性，
并通过比较所述语音输入装置的频率响应特性与所述基准声学信号的频率特性，确定各频率的补正因子，基于所述补正因子校正所述语音输入装置的频率响应特性，
从所述语音输出装置输出相位之间具有指定关系的多个校正声波信号ψsx，相应地检测出被输入至所述语音输入装置中的多个声学信号ψ0x，
通过对所述多个声学信号ψ0x执行规定的复数计算，除去所述多个声学信号ψ0x中含有的存在于所述声学检查装置的环境下的杂波信号ψn，由此检测出所述语音输入装置的频率响应特性。
2.根据权利要求1所述的声学特性校正方法，其特征在于：
使用器件将所述语音输出装置和所述语音输入装置之间的相对位置及朝向进行固定后，从所述语音输出装置输出所述基准声学信号，所述器件被固定在所述声学检查装置的框体，并且用于固定所述语音输出装置。
3.根据权利要求2所述的声学特性校正方法，其特征在于：
以避开用于声学检查的输入界面和输出界面所设置的部位的方式将所述器件固定到所述声学检查装置的框体上，所述输入界面和所述输出界面设置在所述声学检查装置的框体上。
4.根据权利要求2所述的声学特性校正方法，其特征在于：
使用所述器件对所述语音输出装置及所述语音输入装置的相对位置及朝向进行固定，其中，所述器件使所述语音输出装置配置在作为贯穿孔的窗部上。
5.根据权利要求2所述的声学特性校正方法，其特征在于：
使用所述器件对所述语音输出装置及所述语音输入装置的相对位置及朝向进行固定，其中，所述器件上至少所述语音输出装置的固定部位由透明材料构成。
6.根据权利要求2所述的声学特性校正方法，其特征在于：
所述语音输出装置的振动要素与所述语音输入装置的振动检测要素的间隔是对所述语音输入装置的频率特性进行定义的最大频率的声学信号的半波长以下，并且，对所述语音输出装置和所述语音输入装置的相对位置及朝向进行固定，使得所述语音输出装置的振动要素与所述语音输入装置的振动检测要素相向。
7.根据权利要求1所述的声学特性校正方法，其特征在于：
从所述语音输出装置分别输出第1校正声波信号ψs1和第2校正声波信号ψs2,对应于多个校正声波信号ψsx检测出被输入至所述语音输入装置中的第1声学信号ψ01和第2声学信号ψ02，
对所述第1声学信号ψ01和所述第2声学信号ψ02执行作为所述规定的复数计算的减法运算，由此检测出所述语音输入装置的频率响应特性|ψ01－ψ02|，其中，所述第1校正声波信号ψs1和所述第2校正声波信号ψs2具有相位不同这一所述指定关系。
8.根据权利要求1所述的声学特性校正方法，其特征在于：
从所述语音输出装置分别输出第1校正声波信号ψs1和第2校正声波信号ψs2,相应地检测出被输入至所述语音输入装置中的第1声学信号ψ01和第2声学信号ψ02，其中，所述第1校正声波信号ψs1和第2校正声波信号ψs2具有相位相同这一所述指定关系且振幅不同，
对所述第1声学信号ψ01和所述第2声学信号ψo2执行作为所述规定的复数计算的减法运算，由此检测出所述语音输入装置的频率响应特性|ψ01－ψ02|。
9.一种声学特性校正装置，其特征在于：
该声学特性校正装置具备语音输出装置、校正器，
所述语音输出装置输出频率特性是已知的、用于被输入到声学检查装置的语音输入装置中的基准声学信号，
所述校正器在对作为被输入至所述语音输入装置的输入信号的所述基准声学信号进行A/D转换后，通过执行FFT运算处理，比较由所述声学检查装置的检测器检测出的所述语音输入装置的频率响应特性与所述基准声学信号的频率特性，来确定各频率的补正因子，基于所述补正因子校正所述语音输入装置的频率响应特性，
从所述语音输出装置输出相位之间具有指定关系的多个校正声波信号ψsx，所述声学检查装置相应地检测出被输入至所述语音输入装置中的多个声学信号ψ0x，
所述声学检查装置的检测器通过对所述多个声学信号ψ0x执行规定的复数计算，除去所述多个声学信号ψ0x中含有的存在于所述声学检查装置的环境下的杂波信号ψn，由此检测出所述语音输入装置的频率响应特性。
10.根据权利要求9所述的声学特性校正装置，其特征在于：
进一步具备器件，该器件被固定在所述声学检查装置的框体上，并且，该器件用于固定所述语音输出装置。
11.根据权利要求10所述的声学特性校正装置，其特征在于：
所述器件构成为：以避开用于声学检查的输入界面和输出界面所设置的部位的方式将所述器件固定到所述声学检查装置的框体上，所述输入界面和所述输出界面设置在所述声学检查装置的框体上。
12.根据权利要求10所述的声学特性校正装置，其特征在于：
所述器件构成为：所述语音输出装置配置在作为贯穿孔的窗部上。
13.根据权利要求10所述的声学特性校正装置，其特征在于：
所述器件上至少所述语音输出装置的固定部位由透明材料构成。
14.根据权利要求10所述的声学特性校正装置，其特征在于：
所述器件构成为：所述语音输出装置的振动要素与所述语音输入装置的振动检测要素的间隔是对所述语音输入装置的频率特性进行定义的最大频率的声学信号的半波长以下，并且，对所述语音输出装置和所述语音输入装置的相对位置及朝向进行固定，使得所述语音输出装置的振动要素与所述语音输入装置的振动检测要素相向。
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