CN108430024B - 一种降噪耳机的测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种降噪耳机的测量方法，包括两麦克风拾音耳机和用于测试的麦克风；所述麦克风（1）用于拾取耳机左喇叭发出的音频信号，所述麦克风（2）用于拾取耳机右喇叭发出的音频信号，所述麦克风（3）位于耳机的降噪空间以外。在不同条件下，测量出降噪前后耳机的频域响应的对比，可以测出物理隔离降噪和电路降噪。可以降低对测试环境的依赖，便于在生产线中使用测试，且能提高测试效率，并获得准确的测试结果。可以在不用隔绝环境声音直接测量耳机的降噪特性，增加测量的方便性和提高测试的效率，并且得出较为准备的测试结果。
Description
技术领域
本发明涉及声学技术领域，具体地,尤其涉及一种降噪耳机的测量方法。
背景技术
在进行降噪耳机的降噪性能测试时，通常使用的方法是在消音室搭建测试环境，用音箱播放噪声音频，并在降噪耳机内部放置拾音麦克风。测试时，先将耳机的降噪功能关闭，用声卡采集拾音麦克风的输出信号，使用信号处理算法，可以得到耳机内部拾音麦克风的噪声频域响应曲线F1。再将耳机的降噪功能打开，用声卡采集拾音麦克风的输出信号，使用信号处理算法，可以得到耳机内部拾音麦克风的噪声频域响应曲线F2。用F2/F1，即得到耳机的降噪特性曲线。
上述测试方法中， F1和F2的产生时间并不完全相同，使得F2/F1的计算结果往往不能真实反映耳机的降噪特性。举例说明如下：假设测试F1时，音箱是唯一的音源，测试系统不会收到额外的音频信号，这时F1真实反映了降噪功能关闭时耳机的噪声响应特性；但当测试F2时，测试环境中出现了额外的音频信号（记为△，该信号可能是外界干扰、实验人员发出的声音或周围物体搬动所发出的声响），这时F2的值变为F2×△，显然(F2×△)/F1不等于F2/F1，不能真实反映耳机的降噪特性。解决上述问题的通常做法是改善测试环境，即提高测试环境的消音特性、隔音特性并减小测试过程中的人为音频干扰。
显然，为准确测量耳机的降噪特性，使用常规的测试方法需要对测试环境进行较大的资金投入，用于建造消音室。另外，性能较好的消音室尺寸较大，不便于在耳机生产线上布置。
因此，亟需提供一种降噪耳机的测量方法，以解决现有技术的不足。
发明内容
为实现上述目的，本发明提供一种降噪耳机的测量方法，可以降低对测试环境的依赖，便于在生产线中使用，且能提高测试效率，并获得准确的测试结果。
本发明采用的技术方案如下：包括两麦克风拾音耳机和用于测试的麦克风；所述麦克风1用于拾取耳机左喇叭发出的音频信号，所述麦克风2用于拾取耳机右喇叭发出的音频信号，用于模拟人耳在耳机外罩中的听觉响应，所述麦克风3位于耳机的降噪空间以外。
测量方法包括以下步骤：
方法一：
1）麦克风校准：将测量装置暴露在噪声音源所处的声场中，用音箱播放噪声音频，用信号处理装置记录麦克风的频域响应曲线；即麦克风1的频域响应曲线为F1_01,麦克风2的频域响应曲线为F1_02,麦克风3的频域响应曲线为F1_03；
2）实时采样测试过程：打开耳机降噪功能，用音箱播放噪声音频，用信号处理装置记录麦克风的频域响应曲线，即麦克风1的频域响应曲线为F2_01,麦克风2的频域响应曲线为F2_02,麦克风3的频域响应曲线为F2_03；
3）当测试系统没有收到除音箱噪声音频以外的干扰时，
耳机左边的降噪特性可表示为：L= F2_01/F1_01 （1）
耳机右边的降噪特性可以表示为R= F2_02/F1_02 （2）
为叙述方便，假定关闭耳机降噪功能时，麦克风1和麦克风3的响应比例为：k1=F1_01/F1_03 （3）
麦克风2和麦克风3的响应比例为：k2=F1_02/F1_03 （4）
因麦克风3位于耳机降噪空间以外，不受耳机降噪功能关闭或打开的影响，有：F1_03=F2_03 （5）
进一步，将公式（3）、（5）代入（1）可得：L= F2_01/(k1×F2_03) (6)
将公式(4)、（5）代入（2）可得：R= F2_02/(k2×F2_03) (7)
进一步，由(6)和(7)可知，因k1和k2是不随测试时间变化的常量；故L和R的表达式只与降噪功能打开后的各麦克风响应特性有关；对比上述结果中的测量结果可真实反映出耳机的降噪特。
方法二：
1）校准麦克风3的频域响应；信号处理装置通过声卡播放测试音频时，完成两项任务：
对所播放的噪声音频进行频域分析，并通过音频文件分析该音频的频域响应曲线,记为F3_00；
对麦克风3拾取的经声卡返回至信号处理装置的信号进行频域分析，并记录该信号的频域响应曲线，记为F3_03；
信号处理装置计算k3=F3_03/F3_00 (8)
k3为麦克风3的校准参数，用于修正播放通道和拾音通道的非理想相应特性；
2）打开电路降噪功能，信号处理装置通过声卡播放测试音频，并记录麦克风1、麦克风2和麦克风3的频域响应曲线，分别记为F3_01、F3_02和F3_03a。
信号处理装置计算Lf=F3_01/(F3_03a/k3)和Rf= F3_02/(F3_03a/k3)。其中Lf和Rf代表了耳机的包含物理隔离降噪和电路降噪在内的全功能降噪特性。
本发明的有益效果为：提出一种新的降噪耳机测试方法，可以降低对测试环境的依赖，便于在生产线中使用，且能提高测试效率，并获得准确的测试结果。可以在不用隔绝环境声音直接测量耳机的降噪特性，增加测量的方便性和提高测试的效率，并且得出较为准备的测试结果。
附图说明
图1为降噪耳机的测量装置示意图；
图2为降噪耳机的测量方法一的流程图；
图3为降噪耳机的测量方法二的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的发明目的，技术方案及技术效果更加清楚明白，下面结合具体实施方式对本发明做进一步的说明。应理解，此处所描述的具体实施例，仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供的降噪耳机的测量方法，可以在不用隔绝环境声音直接测量耳机的降噪特性，增加测量的方便性和提高测试的效率，并且得出较为准备的测试结果。
降噪耳机的测量方法包括麦克风1和麦克风2拾音耳机、用于测试的麦克风3；所述麦克风1用于拾取耳机左喇叭发出的音频信号，所述麦克风2用于拾取耳机右喇叭发出的音频信号，用于模拟人耳在耳机外罩中的听觉响应，所述麦克风3位于耳机的降噪空间以外，并将其频域响应实时显示在显示屏5上。
实施第一种方法时，分以下步骤进行：
步骤1、麦克风的校准过程:将测量装置暴露在噪声源所处的声场中，用音箱7播放噪声音频，用信号处理装置6记录麦克风的频域响应曲线，麦克风1的频域响应曲线为F1_01,麦克风2的频域响应曲线为F1_02,麦克风3的频域响应曲线为F1_03；
步骤2、实时采样测试过程：打开耳机降噪功能，用音箱7播放噪声音频，用信号处理装置6记录麦克风的频域响应曲线，麦克风1的频域响应曲线为F2_01,麦克风2的频域响应曲线为F2_02,麦克风3的频域响应曲线为F2_03。
可见，当测试系统没有收到除音箱7噪声音频以外的干扰时，耳机左边的降噪特性可表示为：
L= F2_01/F1_01 （1）
耳机右边的降噪特性可以表示为：R= F2_02/F1_02 （2）
为叙述方便，假定关闭耳机降噪功能时，麦克风1和麦克风3的响应比例为：
k1=F1_01/F1_03 （3）
麦克风2和麦克风3的响应比例为：k2=F1_02/F1_03 （4）
因麦克风3位于耳机降噪空间以外，不受耳机降噪功能关闭或打开的影响，有：F1_03=F2_03 （5）
将公式（3）、（5）代入（1）可得：L= F2_01/(k1×F2_03) (6)
将公式(4)、（5）代入（2）可得： R= F2_02/(k2×F2_03) (7)
综上所述，可得，耳机的降噪特性=降噪后的响应/降噪前的响应
由于降噪前后响应都是在耳机壳内，所以测出耳机的物理降噪特性；麦克风3的作用是抵消环境变化。
实施第二种方法如下，分以下步骤：
步骤1：校准麦克风3的频域响应。信号处理装置6通过声卡播放测试音频时，完成两项任务：
对所播放的噪声音频进行频域分析，并通过音频文件分析,该音频的频域响应曲线，记为F3_00；
对麦克风3拾取的经声卡返回至信号处理装置6的信号进行频域分析，并记录该信号的频域响应曲线，记为F3_03。
信号处理装置6计算麦克风3的校准参数k3=F3_03/F3_00 (8)
麦克风3的校准参数用于修正播放通道和拾音通道的非理想特性；
步骤2：打开电路降噪功能，信号处理装置6通过声卡播放测试音频，并记录麦克风1、麦克风2和麦克风3的频域响应曲线，分别记为F3_01、F3_02和F3_03a。
信号处理装置6计算Lf=F3_01/(F3_03a/k3)和Rf= F3_02/(F3_03a/k3)。Lf和Rf代表了耳机的包含物理隔离降噪和电路降噪在内的全功能降噪特性。
综上所述可得，降噪特性=（降噪后的响应/麦克风03的响应）*麦克风3的校正参数
由于麦克风3没有放在耳机壳内，所以耳机壳提供的物理隔离降噪和电路隔离降噪没有被抵消；即可以测出物理隔离降噪和电路隔离降噪。所述物理隔离降噪是耳机外壳提供的，所述电路隔离降噪是指通过产生和噪声相反的的声波来抵消噪声。
结合实施例中的方法一和方法二，在实施方法1中，由(6)和(7)可知，因k1和k2是不随测试时间变化的常量，故L和R的表达式只与降噪功能打开后的各麦克风响应特性有关。这意味着只要按照实施方法1的步骤二的描述测试降噪开关打开后的麦克风频域响应曲线就可以计算得到耳机的降噪特性，简化了测试步骤，提高了测试效率。同时，因用于计算L、R的F2_01、F2_02、F2_03都是同是同时获取的，可以避免常规测试方法中，两次测量过程中测试环境中的额外音频信号对测试结果的影响，提高了测试的准确性。
实施方法2中，因麦克风3的响应特性经过了测试步骤1的校准，加上步骤2的测试过程中，麦克风1、麦克风2、麦克风3的信号是同时被声卡接收的，即使测试环境中存在额外的音频信号干扰，仍能保证测试结果的准确性。
本发明的降噪耳机的测试方法可以降低对测试环境的依赖，便于在生产线中使用测试，且能提高测试效率，并获得准确的测试结果。可以在不用隔绝环境声音直接测量耳机的降噪特性，增加测量的方便性和提高测试的效率，并且得出较为准备的测试结果。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其架构形式能够灵活多变，可以派生系列产品。只是做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。
Claims (2)
1.一种降噪耳机的测量方法，该测量方法应用于降噪耳机的测试系统，其特征在于，该测试系统包括两个位于耳机降噪空间内的音频信号的拾音麦克风1、麦克风2和用于拾取测试系统所在声场但位于耳机降噪空间之外的麦克风3；所述麦克风1用于拾取耳机左喇叭发出的音频信号，所述麦克风2用于拾取耳机右喇叭发出的音频信号，用于模拟人耳在耳机外罩中的听觉响应，所述麦克风3位于耳机的降噪空间以外；
测量方法包括以下步骤：
1），麦克风校准：关闭耳机的降噪功能，将测量装置暴露在噪声源所处的声场中，播放噪声音频，用信号处理装置(6)记录三个所述麦克风的频域响应曲线，其中，麦克风1的频域响应曲线为F1_01，麦克风2的频域响应曲线为F1_02，麦克风3的频域响应曲线为F1_03；
实时采样测试过程：打开耳机的电路降噪功能，将耳机罩在麦克风1和麦克风2外部，用音箱(7)播放噪声音频，用信号处理装置(6)记录三个所述麦克风的频域响应曲线，其中，麦克风1的频域响应曲线为F2_01， 麦克风2的频域响应曲线为F2_02， 麦克风3的频域响应曲线为F2_03，利用公式L= F2_01/(k1×F2_03) 和公式R= F2_02/(k2×F2_03)进行计算得到耳机的物理降噪特性；
其中，k1为麦克风1和麦克风3的响应比例，麦克风1和麦克风3的响应比例具体为：k1=F1_01/F1_03，k2为麦克风2和麦克风3的响应比例，麦克风2和麦克风3的响应比例具体为：k2=F1_02/F1_03；
2）校准所述麦克风3的频域响应；信号处理装置(6)通过声卡(4)播放测试音频时，对所播放的噪声音频进行频域分析，并通过音频文件分析该音频的频域响应曲线记为F3_00；对所述麦克风3拾取的经声卡返回至信号处理装置(6)的信号进行频域分析，并记录该信号的频域响应曲线记为F3_03；信号处理装置(6)计算用于修正播放通道和拾音通道的非理想响应特性的所述麦克风3的校准参数k3，其中，k3=F3_03/F3_00；
打开电路降噪功能，将耳机罩在麦克风1和麦克风2外部，信号处理装置(6)通过声卡(4)播放测试音频，并记录三个所述麦克风的频域响应曲线，其中，麦克风1的频域响应曲线为F3_01，麦克风2的频域响应曲线为F3_02， 麦克风3的频域响应曲线为F3_03a，利用记录数据计算得到耳机的物理降噪和电路降噪功能共同作用的降噪特性；
将上述记录结果整理或由信号处理装置通过公式Lf=F3_01/(F3_03a/k3)和Rf= F3_02/(F3_03a/k3)计算出左耳机的降噪特性和右耳机的降噪特性；
其中Lf和Rf代表了耳机的包含物理隔离降噪和电路降噪在内的全功能降噪特性。
2.根据权利要求1所述的降噪耳机的测量方法，其特征在于，该测试系统还包括显示屏（5）；由信号处理装置(6)计算出,左耳机的降噪特性和右耳机的降噪特性，并将其频域响应实时显示在显示屏（5）。
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