CN108718438B - 一种电声产品检测系统的响应信号时间起点的判断方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电声产品参数检测技术领域，具体涉及一种电声产品检测系统的响应信号时间起点的判断方法，对响应信号加窗处理，并查找加窗处理结果达到最大值时对应的矩形窗移动次数，从而获得电流响应信号和声响应信号的时间起点。本发明通过软件滑动窗处理实现电声产品响应信号时间起点判断，可准确得到时间起点，精度可根据实际情况调整滑动步长进行选择，适用于电声产品生产线使用；且本发明对电声产品的电流响应信号和声响应信号时间起点判断采用同一种方法，若忽略声传播时延，可仅计算电流响应时间起点，简化了软件处理流程，本发明计算简单、实用、有效、易实现，且不会显著增加系统运算量和存储量。

Description

一种电声产品检测系统的响应信号时间起点的判断方法

技术领域

本发明涉及电声产品参数检测技术领域，具体涉及一种电声产品检测系统的响应信号时间起点的判断方法。

背景技术

扬声器、传声器、麦克风、咪头等电声产品的参数检测是产品研发、生产、品质控制等环节不可或缺的技术保障。通过参数检测，可使研发人员了解设计缺点，使品质控制发现生产过程问题，调整生产环节。

现有电声产品的参数检测手段均是发送测试信号激励受话器，通过受话器的电流响应和声响应测试产品参数(齐娜，孟子厚.声频声学测量技术原理[M].北京：国防工业出版社，2008.7)。在此过程中，如何判断响应信号时间起点、准确快速高效的捕获响应信号是参数检测的基础，直接影响到检测性能和实用效果。值得注意的是，硬件检测电路和软件处理均存在短暂响应时延，使得发送和接收同时动作难以实现；同时受话器等电声器件本质上属于非线性换能系统，对激励信号同样存在响应时延，且随着激励频率不同时延也有所不同。这些都影响了响应信号捕获的准确性。

已有的电声产品检测系统的响应信号时间起点判断方法，通常是在发送正式测试信号之前添加单频等约定信号(郭庆，杨东奇，徐翠锋.扬声器电声参数自动测试系统的设计[J].科学技术与工程，2015，15(34)：56-62)，或是使用硬件电路触发响应信号采集(祁宇明，许增朴，王红星，胡立祥.扬声器激励与响应信号同步采集的一种设计方法[J].机械设计与制造，2010(6)：185-187)。添加单频等约定信号实现时间起点判断，增加了测试的时间和计算开销，降低了测试效率；同时扬声器等电声器件本质是非线性换能系统，对频率信号存在时滞响应，且信号频率不同引起的时滞也不相同，根据单频信号并不能够准确判断响应信号起始时间。使用硬件电路触发信号采集增加了测试硬件的复杂度，引入了触发电路和采集电路的响应延时，时间起点判断精度不能保证。可见，现有时间起点判断方法不能够保证准确捕获响应信号，必须采用恰当的处理方法判断响应信号的时间起点。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种电声产品检测系统的响应信号时间起点的判断方法，具体技术方案如下：

一种电声产品检测系统的响应信号时间起点的判断方法包括以下步骤：

(1)发送数字激励信号s(n)激励受话器，设数字激励信号s(n)的采样率为f_s，持续时间为T，总点数为N；

(2)采用取样电阻R获得电流响应信号，采用送话器接收声响应信号；

对通过取样电阻获得的电流响应信号和送话器接收到的声响应信号以采样率为f_s做同步采集，得到长度为M的电流响应信号c(n)和声响应信号r(n)；

(3)将电流响应信号c(n)加长度为N点的滑动矩形窗

将声响应信号r(n)加长度为N点的滑动矩形窗

其中w_ci(n)和w_ri(n)偶对称于原点，i为滑动次数(i＝0,1,2…)，k为电流响应信号c(n)对应矩形窗滑动步进长度，m为声响应信号r(n)对应矩形窗滑动步进长度；

(4)将

和

分别与本地保存的数字激励信号s(n)逐点相乘并求和得y_ci、y_ri，求和可表示为：

y_ci＝c(i*k)s(0)+c(i*k+1)s(1)+…+c(i*k+N-1)s(N-1)；

y_ri＝r(i*m)s(0)+r(i*m+1)s(1)+…+r(i*m+N-1)s(N-1)；

(5)判断滑动矩形窗下降沿位置，若(i+1)*k+N-1≤M则转到步骤(3)继续对电流响应信号c(n)进行滑动处理，直至(i+1)*k+N-1＞M；

若(i+1)*m+N-1≤M则转到步骤(3)继续对声响应信号r(n)进行滑动处理直至(i+1)*m+N-1＞M；

(6)查找y_ci和y_ri达到最大值时对应的矩形窗移动次数a和b，则电流响应信号c(n)的时间起点t_c和声响应信号r(n)的时间起点t_r为：

t_c＝a*k；

t_r＝b*m。

进一步，所述步骤(2)中的同步采集是在数字激励信号s(n)开始发送前开始同步采集，在数字激励信号s(n)停止发送后停止同步采集。

本发明的有益效果为：

(1)时间起点判断所需的数字激励信号与电声产品性能参数测试信号可共用，不需增加额外硬件和测试时间开销；

(2)通过软件滑动窗处理实现电声产品响应信号时间起点判断，可准确得到时间起点，且精度可根据实际情况调整滑动步长进行选择，适用于电声产品生产线使用；

(3)对电声产品的电流响应信号和声响应信号时间起点判断采用同一种方法，若忽略声传播时延，可仅计算电流响应时间起点，简化了软件处理流程；

(4)本发明所述时间起点判断方法计算简单、实用、有效，不会显著增加系统运算量和存储量，工程易实现。

附图说明

图1为本发明的步骤流程图；

图2为本发明的实施例中发送数字激励信号以及采集响应信号的原理框图；

图3为发送数字激励信号s(n)时域图；

图4为采集到的电流响应信号c(n)时域图；

图5为采集到的声响应信号r(n)时域图；

图6为电流响应信号与发送信号的滑动处理求和结果y_ci示意图；

图7为声响应信号与发送信号的滑动处理求和结果y_ri示意图；

图8为时间起点判断后获得的电流响应信号；

图9为时间起点判断后获得的声响应信号；

图10为根据捕获的响应信号测量得到的扬声器频响曲线、总谐波失真曲线、相位曲线、阻抗曲线。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明：

如图1所示，一种电声产品检测系统的响应信号时间起点的判断方法包括以下步骤：

(1)发送数字激励信号s(n)激励受话器，设数字激励信号s(n)的采样率为f_s，持续时间为T，总点数为N；数字激励信号与电声产品性能参数测试信号共用，具体可采用正弦信号、白噪声信号、脉冲信号、线性正弦扫频信号、对数正弦扫频信号、指数正弦扫频信号、最长序列伪随机噪声中的一种。上述7种信号是电声测试国家标准(如：国家标准GB/T12060.5-2011等)和现有电声产品测试系统(齐娜，孟子厚.声频声学测量技术原理[M].北京：国防工业出版社，2008.7)常用的性能参数测试信号。本申请所用的数字激励信号与电声产品性能参数测试信号可共用，不需增加额外硬件和测试时间开销。

在本实施例中，数字激励信号s(n)采用对数正弦扫频信号，可表达为：

其中U为信号幅度，f₁为扫频起始频率，f₂为扫频终止频率，扫频速度

f_s为信号采样频率，N为信号的总点数。

将数字激励信号s(n)经过功率放大器放大后送至受话器，如图2所示，取样电阻R与受话器串联。取f_s为192000Hz，f₁为20Hz，f₂为20000Hz，U为0.089V，N为19200，即信号时长为0.1s，发送数字激励信号s(n)的时域图如图3所示。

(2)采用取样电阻R获得电流响应信号，采用送话器接收声响应信号；

对通过取样电阻R获得的电流响应信号和送话器接收到的声响应信号以采样率为f_s通过采集设备做同步采集，得到长度为M的电流响应信号c(n)和声响应信号r(n)。

取样电阻R的电阻值影响采集到的电流响应信号的幅度，若取样电阻R太小，则影响电流响应信号c(n)的采集，而因为受话器不是一个纯阻抗元件，取样电阻R与受话器串联，若取样电阻取值过大则会影响受话器的输出功率。因此在本实施例中，选择取样电阻R为0.25欧姆，常用受话器的阻抗范围4-32欧姆，在本实施例中的测试中，受话器的电阻值为4欧姆，由于受话器的电阻值是取样电阻R的电阻值的15倍以上，所以可将取样电阻R等效为短路，不影响受话器的功率输出和测试结果。

同步采集是在数字激励信号s(n)开始发送前开始同步采集，在数字激励信号s(n)停止发送后停止同步采集，如此可得到完整的电流响应信号c(n)和声响应信号r(n)。采集到的电流响应信号c(n)和声响应信号r(n)分别如图4和图5所示。从图4和图5可以看出，由于取样电阻R较小，所以电流响应信号c(n)的幅度微弱；声响应信号r(n)失真较大，且随着频率不同失真明显不同。同时电流响应信号c(n)和声响应信号r(n)在有用信号前均存在一段空白，如若不去寻找响应信号时间起点而直接采用此信号测量电声器件参数，势必会对测量性能造成影响。

(3)将电流响应信号c(n)加长度为N＝19200点的滑动矩形窗

将声响应信号r(n)加长度为N点的滑动矩形窗

其中w_ci(n)和w_ri(n)偶对称于原点，i为滑动次数(i＝0,1,2…)，k为电流响应信号c(n)对应矩形窗滑动步进长度，m为声响应信号r(n)对应矩形窗滑动步进长度；矩形窗滑动步进长度越小，时间起点判断精度越高，随之计算量也相应增加；可根据实际应用情况选择矩形窗滑动步进长度，若追求时间起点判断精度且计算能力足够，可取步进长度为1个采样点。另，w_ci(n)和w_ri(n)的滑动步进长度k和m可以相同。

(4)将

和

分别与本地保存的数字激励信号s(n)逐点相乘并求和得y_ci、y_ri，求和可表示为：

y_ci＝c(i*k)s(0)+c(i*k+1)s(1)+…+c(i*k+N-1)s(N-1)； (2)

y_ri＝r(i*m)s(0)+r(i*m+1)s(1)+…+r(i*m+N-1)s(N-1)； (3)

其中，

表示加矩形窗后的电流响应信号；

表示加矩形窗后的声响应信号；

取滑动步进长度k和m均为1个点，滑动处理后，y_ci、y_ri求和结果如图6和图7所示。其中，y_ci为矩形窗第i次滑动后加窗电流响应信号与本地保存的数字激励信号逐点相乘后求和的结果；y_ri为矩形窗第i次滑动后加窗声响应信号与本地保存的数字激励信号逐点相乘后求和的结果。

(5)判断滑动矩形窗下降沿位置，若(i+1)*k+N-1≤M则转到步骤(3)继续对电流响应信号c(n)进行滑动处理，直至(i+1)*k+N-1＞M；

若(i+1)*m+N-1≤M则转到步骤(3)继续对声响应信号r(n)进行滑动处理直至(i+1)*m+N-1＞M。

(6)查找y_ci和y_ri达到最大值时对应的矩形窗移动次数a和b，则电流响应信号c(n)的时间起点t_c和声响应信号r(n)的时间起点t_r为：

t_c＝a*k； (4)

t_r＝b*m； (5)

查找y_ci最大值对应滑动次数a＝3851，y_ri最大值对应滑动次数b＝3905，根据公式(4)和公式(5)计算得到电流响应信号c(n)的时间起点t_c＝3851，声响应信号r(n)的时间起点t_r＝3905。可以发现，计算得到的电流响应信号c(n)和声响应信号r(n)的起点不同，这是因为声响应信号r(n)存在声波传播延时，同时电声器件属于非线性换能系统，存在系统响应延时。实际应用若可忽略送话器到受话器之间的声音传播延时，则可只计算电流响应信号c(n)时间起点，并将电流响应信号c(n)的时间起点作为声响应信号r(n)的时间起点。

从起点处截取长度为N＝19200点的信号，得到捕获后的电流响应信号c(n)和声响应信号r(n)分别如图8和图9所示。从图中可以看出按照本方法可以很准确的判断电流响应信号和声响应信号的时间起点。

图10为根据捕获的电流响应信号和声响应信号测量得到的扬声器频率响应曲线、总谐波失真曲线、相位曲线、阻抗曲线。从图中看出，采用本发明提供的判断电流响应信号和声响应信号的时间起点的方法，对扬声器的性能参数测试可以得到很准确的测试结果。

本发明不局限于以上所述的具体实施方式，以上所述仅为本发明的较佳实施案例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种电声产品检测系统的响应信号时间起点的判断方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)发送数字激励信号s(n)激励受话器，设数字激励信号s(n)的采样率为f_s，持续时间为T，总点数为N；

(2)采用取样电阻R获得电流响应信号，采用送话器接收声响应信号；

对通过取样电阻获得的电流响应信号和送话器接收到的声响应信号以采样率为f_s做同步采集，得到长度为M的电流响应信号c(n)和声响应信号r(n)；所述同步采集是在数字激励信号s(n)开始发送前开始同步采集，在数字激励信号s(n)停止发送后停止同步采集；

(3)将电流响应信号c(n)加长度为N点的滑动矩形窗

将声响应信号r(n)加长度为N点的滑动矩形窗

其中w_ci(n)和w_ri(n)偶对称于原点，i为滑动次数, i＝0,1,2…，k为电流响应信号c(n)对应矩形窗滑动步进长度，m为声响应信号r(n)对应矩形窗滑动步进长度；

(4)将

和

分别与本地保存的数字激励信号s(n)逐点相乘并求和得y_ci、y_ri，求和可表示为：

y_ci＝c(i*k)s(0)+c(i*k+1)s(1)+…+c(i*k+N-1)s(N-1)；

y_ri＝r(i*m)s(0)+r(i*m+1)s(1)+…+r(i*m+N-1)s(N-1)；

(5)判断滑动矩形窗下降沿位置，若(i+1)*k+N-1≤M则转到步骤(3)继续对电流响应信号c(n)进行滑动处理，直至(i+1)*k+N-1＞M；

若(i+1)*m+N-1≤M则转到步骤(3)继续对声响应信号r(n)进行滑动处理直至(i+1)*m+N-1＞M；

(6)查找y_ci和y_ri达到最大值时对应的矩形窗移动次数a和b，则电流响应信号c(n)的时间起点t_c和声响应信号r(n)的时间起点t_r为：

t_c＝a*k；

t_r＝b*m。

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