CN109362016B - 音频播放设备及其测试方法和测试装置 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了一种音频播放设备及其测试方法和测试装置。其中,音频播放设备的测试装置包括:信号输出装置、模数转换器以及信号分析器;信号输出装置用于将数字音频激励信号输入至音频播放设备中,由音频播放设备的扬声器进行播放;模数转换器用于对音频播放设备的麦克风拾取的声音信号进行模数转换,以得到数字音频响应信号;信号分析器用于根据数字音频激励信号和数字音频响应信号,分析得到音频播放设备的扬声器‑麦克风声学回路的频率响应参数,和/或总谐波失真参数,和/或非相干失真参数。

Description

音频播放设备及其测试方法和测试装置
技术领域
本发明涉及声学技术领域,尤其涉及一种音频播放设备及其测试方法和测试装置。
背景技术
音频播放设备(例如智能音箱)是一种能够进行电声转换的设备。为了保证音频播放设备的整体性能得到保障,以及按照预期性能工作,通常需要对音频播放设备的声学性能进行严格测试。
对于同时具有扬声器和麦克风的音频播放设备,现有的声学测试常常是对扬声器、麦克风分别使用两套独立的测试设备和测试流程进行测试。
但是,音频播放设备在实际应用场景下,其中的扬声器和麦克风有可能同时工作,现有的对音频系统中扬声器、麦克风进行独立测试不能满足当今音频播放设备的声学性能评估需求。
非相干性失真(non-coherent distortion,NCD):通常情况下,声学系统在正常的工作条件下大体上可以认为是一个线性系统,系统的输入信号与输出信号之间的相干性很强;但是某些情况下,例如当扬声器的工作电流、电压接近上限,或者扬声器腔体漏气,或者一些结构零部件未固定好而跟随扬声器产生振动,系统会表现出非线性特征,系统的输入信号和输出信号相干性会减小,即非相干性变大,以非相干性数值来描述的系统失真称为非相关性失真。
多频信号(multitone):只有一个频率的音频信号称为单频信号或纯音(puretone);由多个不同频率的单频信号混合而成的信号称为多频信号,为了得到较大的平均幅度与峰值幅度(即均峰比),其中的每个单频通常使用随机相位作为初始相位。
声学回声消除(acoustic echo cancellation,AEC):声学系统中的扬声器产生声音,此声音经空气等媒介传播后被声学系统的麦克风拾取到,这部分声音称为声学回声,它通常会和麦克风拾取到的来自其它声源的声音混合在一起。通过对麦克风的混叠信号进行处理,剔除声学回声而同时尽量减少损失来自其它声源的声信息的技术为声学回声消除。
发明内容
本公开的目的在于提供一种音频播放设备的测试方案,能够同时对音频播放设备的扬声器和麦克风进行声学性能进行测试。
根据本公开的第一方面,提供了一种音频播放设备的测试装置,包括信号输出装置、模数转换器以及信号分析器;
所述信号输出装置用于将数字音频激励信号输入至所述音频播放设备中,由所述音频播放设备的扬声器进行播放;
所述模数转换器用于对所述音频播放设备的麦克风拾取的声音信号进行模数转换,以得到数字音频响应信号;
所述信号分析器用于根据所述数字音频激励信号和所述数字音频响应信号,分析得到所述音频播放设备的扬声器-麦克风声学回路的频率响应参数,和/或总谐波失真参数,和/或非相干失真参数。
可选的,所述信号分析器根据所述数字音频激励信号和所述数字音频响应信号,分析得到所述音频播放设备的扬声器-麦克风声学回路的频率响应参数,包括:
基于所述数字音频激励信号生成有限冲激响应数字逆滤波器,以通过所述有限冲激响应数字逆滤波器对所述数字音频响应信号进行滤波,得到所述音频播放设备的扬声器-麦克风声学回路的冲激响应;
分离所述冲激响应的线性部分和谐波失真部分;
对所述线性部分进行傅里叶变换,得到所述音频播放设备的频率响应参数,所述频率响应参数包括幅度-频率响应参数和/或相位-频率响应参数。
可选的,所述信号分析器根据所述数字音频激励信号和所述数字音频响应信号,分析得到所述音频播放设备的扬声器-麦克风声学回路的总谐波失真参数,包括:
基于所述数字音频激励信号生成有限冲激响应数字逆滤波器,以通过所述有限冲激响应数字逆滤波器对所述数字音频响应信号进行滤波,得到所述音频播放设备的扬声器-麦克风声学回路的冲激响应;
分离所述冲激响应的线性部分和谐波失真部分;
对所述谐波失真部分进行傅里叶变换,以得到谐波失真成分;计算所述谐波失真成分中的多个高次谐波的累计功率与所述线性部分的基频功率的比值,以得到所述音频播放设备的扬声器-麦克风声学回路的总谐波失真参数。
可选的,所述信号分析器根据所述数字音频激励信号和所述数字音频响应信号,分析得到所述音频播放设备的扬声器-麦克风声学回路的非相干失真参数,包括:
对所述数字音频激励信号以及所述数字音频响应信号分别进行快速傅里叶变换,以计算所述数字音频激励信号的自功率谱、所述数字音频响应信号的自功率谱、以及所述数字音频激励信号与所述数字音频响应信号的互功率谱;
根据所述数字音频激励信号的自功率谱、所述数字音频响应信号的自功率谱、所述互功率谱,计算所述音频播放设备的扬声器-麦克风声学回路的非相干失真参数。
可选的,所述由所述音频播放设备的扬声器播放所述数字音频激励信号,包括:
所述音频播放设备对所述数字音频激励信号进行数模转换得到模拟音频激励信号,对所述模拟音频激励信号进行放大处理后输入至所述扬声器进行播放;
所述模数转换器用于对经过放大处理的所述模拟音频激励信号进行模数转换,或对未经过放大处理的所述模拟音频激励信号进行模数转换,以得到与所述数字音频激励信号对应的数字音频参考信号;
所述信号分析器根据所述数字音频激励信号和所述数字音频响应信号,分析得到所述音频播放设备的扬声器-麦克风声学回路的非相干失真参数,包括:所述信号分析器根据所述数字音频参考信号和所述数字音频响应信号,分析得到所述音频播放设备的扬声器-麦克风声学回路的非相干失真参数。
可选的,所述信号分析器根据所述数字音频参考信号和所述数字音频响应信号,分析得到所述音频播放设备的扬声器-麦克风声学回路的非相干失真参数,包括:
对所述数字音频参考信号以及所述数字音频响应信号分别进行快速傅里叶变换,以计算所述数字参考音频信号的自功率谱、所述数字音频响应信号的自功率谱、以及所述数字参考信号与所述数字音频响应信号的互功率谱;
根据所述数字音频参考信号的自功率谱、所述数字音频响应信号的自功率谱、所述互功率谱,计算所述音频播放设备的扬声器-麦克风声学回路的非相干失真参数。
可选的,所述数字音频激励信号为扫频信号或者噪声信号。
可选的,所述数字音频激励信号为扫频信号。
可选的,所述扫频信号为频率按指数增长或下降的扫频信号。
可选的,所述数字音频激励信号为多频信号或噪声信号。
可选的,所述数字音频激励信号是由预设频段内等间隔的多个不同频率的信号组成的多频信号。
可选的,所述信号输出装置包括用于生成所述数字音频激励信号的信号发生器。
可选的,所述测试装置还包括显示器,所述显示器用于呈现所述信号分析器的分析得到的所述音频播放设备的扬声器-麦克风声学回路的频率响应参数,和/或总谐波失真参数,和/或非相干失真参数。
根据本公开的第二方面,提供了一种音频播放设备,包括上述第一方面的任一项所述音频播放设备的测试装置。
可选的,所述音频播放设备为智能音箱。
根据本公开的第三方面,提供了一种音频播放设备的测试方法,包括:
获取数字音频激励信号;
将所述数字音频激励信号输入至所述音频播放设备中,由所述音频播放设备中扬声器进行播放;
对所述音频播放设备中的麦克风拾取的声音信号进行模数转换,以得到数字音频响应信号;
根据所述数字音频激励信号和所述数字音频响应信号,分析得到所述音频播放设备的扬声器-麦克风声学回路的频率响应参数,和/或总谐波失真参数,和/或非相干失真参数。
可选的,所述根据所述数字音频激励信号和所述数字音频响应信号,分析得到所述音频播放设备的扬声器-麦克风声学回路的频率响应参数,包括:
基于所述数字音频激励信号生成有限冲激响应数字逆滤波器,以通过所述有限冲激响应数字逆滤波器对所述数字音频响应信号进行滤波,得到所述音频播放设备的扬声器-麦克风声学回路的冲激响应;
分离所述冲激响应的线性部分和谐波失真部分;
对所述线性部分进行傅里叶变换,得到所述音频播放设备的频率响应参数,所述频率响应参数包括幅度-频率响应参数和/或相位-频率响应参数。
可选的,所述根据所述数字音频激励信号和所述数字音频响应信号,分析得到所述音频播放设备的扬声器-麦克风声学回路的总谐波失真参数,包括:
基于所述数字音频激励信号生成有限冲激响应数字逆滤波器,以通过所述有限冲激响应数字逆滤波器对所述数字音频响应信号进行滤波,得到所述音频播放设备的扬声器-麦克风声学回路的冲激响应;
分离所述冲激响应的线性部分和谐波失真部分;
对所述谐波失真部分进行傅里叶变换,以得到谐波失真成分;计算所述谐波失真成分中的多个高次谐波的累计功率与所述线性部分的基频功率的比值,以得到所述音频播放设备的扬声器-麦克风声学回路的总谐波失真参数。
可选的,根据所述数字音频激励信号和所述数字音频响应信号,分析得到所述音频播放设备的扬声器-麦克风声学回路的非相干失真参数,包括:
对所述数字音频激励信号以及所述数字音频响应信号分别进行快速傅里叶变换,以计算所述数字音频激励信号的自功率谱、所述数字音频响应信号的自功率谱、以及所述数字音频激励信号与所述数字音频响应信号的互功率谱;
根据所述数字音频激励信号的自功率谱、所述数字音频响应信号的自功率谱、所述互功率谱,计算所述音频播放设备的扬声器-麦克风声学回路的非相干失真参数。
可选的,由所述音频播放设备的扬声器播放所述数字音频激励信号,包括:
所述音频播放设备对所述数字音频激励信号进行数模转换得到模拟音频激励信号,对所述模拟音频激励信号进行放大处理后输入至所述扬声器进行播放;
所述对所述音频播放设备中的麦克风拾取的声音信号进行模数转换,以得到数字音频响应信号,包括:
对经过放大处理的所述模拟音频激励信号进行模数转换,或对未经过放大处理的所述模拟音频激励信号进行模数转换,以得到与所述数字音频激励信号对应的数字音频参考信号;
所述根据所述数字音频激励信号和所述数字音频响应信号,分析得到所述音频播放设备的扬声器-麦克风声学回路的非相干失真参数,包括:根据所述数字音频参考信号和所述数字音频响应信号,分析得到所述音频播放设备的扬声器-麦克风声学回路的非相干失真参数。
可选的,所述根据所述数字音频参考信号和所述数字音频响应信号,分析得到所述音频播放设备的扬声器-麦克风声学回路的非相干失真参数,包括:
对所述数字音频参考信号以及所述数字音频响应信号分别进行快速傅里叶变换,以计算所述数字参考音频信号的自功率谱、所述数字音频响应信号的自功率谱、以及所述数字参考信号与所述数字音频响应信号的互功率谱;
根据所述数字音频参考信号的自功率谱、所述数字音频响应信号的自功率谱、所述互功率谱,计算所述音频播放设备的扬声器-麦克风声学回路的非相干失真参数。
可选的,所述数字音频激励信号为扫频信号或者噪声信号。
可选的,所述数字音频激励信号为扫频信号。
可选的,所述扫频信号为频率按指数增长或下降的扫频信号。
可选的,所述数字音频激励信号为多频信号或噪声信号。
可选的,所述数字音频激励信号是由预设频段内等间隔的多个不同频率的信号组成的多频信号。
可选的,所述方法还包括:显示分析得到的所述音频播放设备的扬声器-麦克风声学回路的频率响应参数,和/或总谐波失真参数,和/或非相干失真参数。
本公开实施例的音频播放设备的测试装置和方法,能够同时对音频播放设备的扬声器和麦克风进行声学性能进行测试,满足当今音频播放设备的声学性能评估需求。
为使本公开的上述目的、特征和优点能更明显易懂,下文特举较佳实施例,并配合所附附图,作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。应当理解,以下附图仅示出了本发明的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定。对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1示出了本公开的一种实施例提供的测试装置与音频播放设备的连接结构示意图;
图2示出了本公开的一种实施例提供的测试示意图;
图3示出了本公开的一种实施例提供的幅度-频率响应参数与标准幅度-频率响应参数的示意图;
图4示出了本公开的一种实施例提供的总谐波失真参数与标准总谐波失真参数的示意图;
图5示出了本公开的一种实施例提供的非相关性失真参数与标准非相关性失真参数的示意图;
图6示出了本公开的一种实施例提供的音频播放设备的测试方法的流程示意图。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。应注意到:除非另外具体说明,否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的,决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论,但在适当情况下,所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有例子中,任何具体值应被解释为仅仅是示例性的,而不是作为限制。因此,示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
参考图1所示,说明本公开的一个实施例的测试装置与音频播放设备。
音频播放设备200包括:数模转换器201、功率放大器202、扬声器203、麦克风204以及语音识别模块205。
需要说明的是,上述的音频播放设备200可以为现有的设备,例如,音频播放设备200为现有的智能音响。基于此,本公开对音频播放设备200包含的器件以及工作原理等不再赘述。
测试装置100包括信号输出装置101、模数转换器102、信号分析器103,具体的:
信号输出装置101用于将数字音频激励信号输入至音频播放设备200中,由音频播放设备200的扬声器203进行播放。
在一种示例中,上述的数字音频激励信号可以为线性扫频信号、指数扫频信号、多频信号、粉红噪声或白噪声等。可选的,上述的信号输出装置101包括用于生成数字音频激励信号的信号发生器。可选的,上述的信号发生器还可以是事先已经编译好的声学信号生成程序,该程序预先存储在音频播放设备200的测试装置100的存储介质中。可选的,测试装置100的存储器中可以预先存储有一种或者多种数字音频信号,信号输出装置101只需加载该存储介质中的数字音频信号即可。
在一种示例中,信号输出装置101可以输出一种类型的数字音频激励信号,例如,仅输出噪声信号。对应的,信号输出装置101还可以分别输出多种类型的数字音频激励信号,例如,可以输出噪声信号,还可以输出多频信号等。当信号输出装置101可输出多种类型的数字音频激励信号时,信号输出装置101可接收用户输入指令,进行具体数字音频激励信号的输出。例如,用户输入控制信号输出装置101输出线性扫频信号的指令。
模数转换器102用于对音频播放设备200的麦克风204拾取的声音信号进行模数转换,以得到数字音频响应信号。
信号分析器203用于根据数字音频激励信号和数字音频响应信号,分析得到音频播放设备200的扬声器-麦克风声学回路的频率响应参数,和/或总谐波失真参数,和/或非相干失真参数。
具体的,测试装置100输出信号分析器103的分析结果:音频播放设备200的扬声器-麦克风声学回路的频率响应参数,和/或总谐波失真参数,和/或非相干失真参数。可选的,测试装置100可以以语音播放的形式输出信号分析器103的分析结果。可选的,测试装置100还可以以文字或者图片形式显示信号分析器103的分析结果。也就是说,测试装置100还可以包括显示器,该显示器用于呈现信号分析器103的分析结果。
在一种实施例中,上述的信号分析器103还可以将分析结果与对应的阈值范围进行比较,将比较结果作为分析结果,以表示音频播放设备200的扬声器-麦克风声学回路的声学指标是否达标。
本公开的实施例的音频播放设备的测试装置,能够同时对音频播放设备的扬声器和麦克风进行声学性能进行测试,满足当前音频播放设备的声学性能评估需求。
基于对上述信号分析器103的说明可知,信号分析器103可分析得到声学参数包括:音频播放设备200的扬声器-麦克风声学回路的频率响应参数,和/或总谐波失真参数,和/或非相干失真参数。以下将对信号分析器103得到的声学参数进行具体说明:
需要说明的是,为了保证对音频播放设备200的声学参数准确测试,参考图2所示,将音频播放设备200放置于消声箱或消声室300里,音频播放设备200摆放位置在反射面板301上,由机械夹持结构302固定来保证位置一致,音频播放设备200摆放角度可以依据参考标记对正。
实施例1:测试音频播放设备200的扬声器-麦克风声学回路的频率响应参数,包括以下步骤:
S11、信号分析器103基于数字音频激励信号生成有限冲激响应数字逆滤波器,以通过有限冲激响应数字逆滤波器对数字音频响应信号进行滤波,得到音频播放设备200的扬声器-麦克风声学回路的冲激响应。
具体的,信号分析器103对数字音频激励信号在时域上进行反转,对反转后的数字音频激励信号的幅度按照指数衰减,从而生成有限冲激响应数字逆滤波器。利用有限冲激响应数字逆滤波器对数字音频响应信号进行滤波,从而得到音频播放设备200的扬声器-麦克风声学回路的冲激响应。具体滤波操作可以为:利用有限冲激响应数字逆滤波器在时域上对数字音频激励信号进行卷积运算,以实现滤波操作。或者是对有限冲激响应数字逆滤波器进行傅里叶变换,将有限冲激响应数字逆滤波器变换到频域。同时将响应信号分成多帧,将每帧数字音频响应信号变换到频域。将变换到频域的有限冲激响应数字逆滤波器与变换到频域的每帧数字音频响应信号的频谱相乘,以实现滤波操作。
S12、信号分析器103分离冲激响应的线性部分和谐波失真部分。
S13、信号分析器103对线性部分进行傅里叶变换,得到音频播放设备200的频率响应参数,频率响应参数包括幅度-频率响应参数和/或相位-频率响应参数。
可选的,在本实施例中,信号输出装置101输出的数字音频激励信号可以是噪声信号。使用噪声信号作为数字音频激励信号时,信号分析器103只需对上述的线性部分进行傅里叶变换即可得到音频播放设备200的频率响应参数,这样可降低信号分析器103的分析难度。
在一种示例中,上述的噪声信号可以例如是白噪声、粉噪声或者窄带噪声等。
需要说明的是,为了保证音频播放设备200的麦克风204拾取的声音信号的信噪比足够高,当信号输出装置101输出的数字音频激励信号为噪声信号时,需要对测试环境进行严格隔噪处理,以使音频播放设备200所处环境的噪声不超过一定值,例如不超过50dBA。
可选的,信号输出装置101输出的数字音频激励信号可以是扫频信号。由于扫频信号的信噪比高,因而在使用扫频信号作为数字音频激励信号,来测试音频播放设备200的频率响应参数时,可降低对测试环境的要求。
在一种示例中,扫频信号可以为线性增长或下降的扫频信号,或者其他形式的扫频信号。
在另一种示例中,扫频信号还可以为按指数增长或降低的扫频信号。一方面,由于按指数增长或降低的扫频信号的时长只需要几秒,甚至短到一秒、半秒,信号分析器103便可得到音频播放设备200的声学参数。另一方面,扫频信号为频率按指数增长或下降的扫频信号时,信号分析器103得到的冲激响应的线性部分与谐波失真部分有很强的规律性,这样有利于信号分析器103准确的分离出冲激响应的线性部分和谐波失真部分。基于此,为了快速且准确的得到音频播放设备200的频率响应参数,可控制信号输出装置101输出频率按指数增长或者下降的扫频信号。
在一种示例中,频率按指数增长的扫频信号可以为:时长为1s,频率范围为20Hz至20kHz,且各频率幅度相等的扫频信号。
在一种实施例中,如图3所示,将信号分析器103分析得到的幅度-频率响应参数与标准幅度-频率响应参数的上下限进行比较,若分析得到的幅度-频率响应参数均在标准的幅度-频率响应参数上下限范围内,则表示被测试的音频播放设备200的幅度-频率响应参数正常。反之,则表示被测试的音频播放设备200的幅度-频率响应参数异常。
由于总谐波失真是反映音频播放设备200非线性特性的重要指标,通常作为音频播放设备200在声学方面性能是否达标的参考之一,因此,有必要测试音频播放设备200的总谐波失真。具体测试方法参见下述实施例2。
实施例2:测试音频播放设备200的扬声器-麦克风声学回路的总谐波失真参数,包括以下步骤:
S21、信号分析器103基于数字音频激励信号生成有限冲激响应数字逆滤波器,以通过有限冲激响应数字逆滤波器对数字音频响应信号进行滤波,得到音频播放设备的扬声器-麦克风声学回路的冲激响应。
需要说明的是,上述S21与实施例1中的S11的说明相同,这里不再赘述。
S22、信号分析器103分离冲激响应的线性部分和谐波失真部分。
S23、信号分析器103对谐波失真部分进行傅里叶变换,以得到谐波失真成分;计算谐波失真成分中的多个高次谐波的累计功率与线性部分的基频功率的比值,以得到音频播放设备200的扬声器-麦克风声学回路的总谐波失真参数。
可选的,在本实施例中,信号输出装置101输出的数字音频激励信号可以是扫频信号,进一步的可以是按指数增长或降低的扫频信号。需要说明的是,此处对信号输出装置101输出信号的说明,与上述实施例1中信号输出装置101输出的数字音频激励信号是扫频信号,或进一步是按指数增长或降低的扫频信号的说明相同,在此不再赘述。
在实现上述S23时,信号分析器103首先计算得到的谐波失真成分中高次谐波的累计功率A,例如,计算谐波失真成分中第2次至第6次谐波的累计功率;其次计算线性部分中与第2次至第6次谐波频率对应基频的功率B;最后计算A/B,将A/B作为音频播放设备200的扬声器-麦克风声学回路的总谐波失真参数。
在一种实施例中,如图4所示,将信号分析器103分析得到的总谐波失真参数与标准总谐波失真参数的上限进行比较,若分析得到的总谐波失真参数均小于标准总谐波失真参数上限,则表示被测试的音频播放设备200的总谐波失真参数正常。反之,则表示被测试的音频播放设备200的总谐波失真参数异常。
由于音频播放设备的扬声器-麦克风声学回路的非相干失真参数的大小会影响声学回声消除AEC的功能,具体的,当非相干失真参数越小,声学回声消除的越彻底,即声学回声残余量越小。因此,非相干失真参数为音频播放设备声学性能的直接指标,直接影响着音频播放设备的语音交互性能。基于此,本申请提供了下述测试音频播放设备200的扬声器-麦克风声学回路的非相干失真参数的实施例3。
实施例3:测试音频播放设备200的扬声器-麦克风声学回路的非相干失真参数,包括以下步骤:
S31、信号分析器103对数字音频激励信号以及数字音频响应信号分别进行快速傅里叶变换,以计算数字音频激励信号的自功率谱、数字音频响应信号的自功率谱、以及数字音频激励信号与数字音频响应信号的互功率谱。
在实现上述S31时,可通过下述公式计算数字音频激励信号的自功率谱GXX(w):
Figure BDA0001803833410000121
其中,GXX(w)表示数字音频激励信号经过快速傅里叶变换后在各频率点上的能量分布;X(w)表示数字音频激励信号经过快速傅里叶变换后得到的傅里叶频谱;
Figure BDA0001803833410000131
表示数字音频激励信号经过快速傅里叶变换后得到的傅里叶共轭频谱。
对应的,通过下述公式计算数字音频响应信号的自功率谱GYY(w):
Figure BDA0001803833410000132
其中,GYY(w)表示数字音频响应信号经过快速傅里叶变换后在各频率点上的能量分布;Y(w)表示数字音频响应信号经过快速傅里叶变换后的得到的傅里叶频谱;
Figure BDA0001803833410000133
表示数字音频响应信号经过快速傅里叶变换后得到的傅里叶共轭频谱。
通过下述公式计算数字音频激励信号与数字音频响应信号的互功率谱GXY(w):
Figure BDA0001803833410000134
其中,GXY(w)表示数字音频激励信号与数字音频响应信号分别经过快速傅里叶变换后在各频点上能量分布一致性。上述公式中的
Figure BDA0001803833410000135
与Y(w)与上述说明相同,这里不再赘述。
S32、信号分析器103根据数字音频激励信号的自功率谱、数字音频响应信号的自功率谱、互功率谱,计算音频播放设备200的扬声器-麦克风声学回路的非相干失真参数。
具体的,在计算音频播放设备200的扬声器-麦克风声学回路的非相干失真参数过程中,首先根据GXX(w)、GYY(w)以及GXY(w)计算音频播放设备200的扬声器-麦克风声学回路的相干失真参数γ(w),具体通过下述公式计算:
Figure BDA0001803833410000136
其次,根据上述的相干失真参数γ(w)非相关失真参数η(w),具体通过下述公式实现:
Figure BDA0001803833410000137
其中,∑GYY(w)表示的是数字音频响应信号经过快速傅里叶变换后得到的傅里叶频谱中各频率点的累计能量,即数字音频响应信号的总功率。
进一步的,可以根据上述的非相干失真参数η(w)计算得到音频播放设备200的扬声器-麦克风声学回路的总非相干失真,具体通过下述公式实现:
Figure BDA0001803833410000141
可选的,由于可预先获知音频播放设备200中扬声器203以及其周围结构体容易发生非相干失真的频段,因此,为了信号分析器103能够从音频播放设备200的音频响应信号中更准确的分析得到非相干失真,上述的数字音频激励信号通常选用在上述容易发生非相干失真的频段范围内的噪声或者多频信号。
在一种示例中,为了保证音频播放设备200的麦克风204拾取的声音信号的信噪比足够高,当数字音频激励信号为噪声信号时,需要对测试环境进行严格隔噪处理,以使音频播放设备200所处环境的噪声不超过一定值,例如不超过50dBA。
此外,上述的多频信号可以为各种形式的多频信号,例如,在一定频段范围内的随机多个频率组成的信号。可选的,多频信号还可以为由预设频段内等间隔的多个不同频率的信号组成的多频信号。在一种示例中,多频信号为以1/12倍频为间隔的频率成分包括176Hz,187Hz,198Hz,210Hz,222Hz,235Hz,250Hz,264Hz,280Hz,297Hz,314Hz,333Hz,353Hz,374Hz,396Hz,420Hz,445Hz,471Hz的一组信号。
在实际应用中,可根据用户需求计算音频播放设备200中不同节点处对应的非相干失真参数。在一种实施例中,可以计算音频播放设备200接收到的信号输出装置101输入的数字音频激励信号对应的非相干失真参数。例如上述实施例3所示。
在另一种实施例中,可以计算经过音频播放设备200的数模转换器201,但未经过音频播放设备的功率放大器202放大的数字音频激励信号对应的非相关失真参数,或者可以计算经过音频播放设备200的数模转换器201,且经过音频播放设备200的功率放大器202放大的数字音频激励信号对应的非相关失真参数。基于此,由音频播放设备200的扬声器203播放数字音频激励信号,包括:
音频播放设备200对数字音频激励信号进行数模转换得到模拟音频激励信号,对模拟音频激励信号进行放大处理后输入至扬声器203进行播放。
模数转换器102用于对经过放大处理的模拟音频激励信号进行模数转换,或对未经过放大处理的模拟音频激励信号进行模数转换,以得到与数字音频激励信号对应的数字音频参考信号。
信号分析器103根据数字音频激励信号和数字音频响应信号,分析得到音频播放设备200的扬声器-麦克风声学回路的非相干失真参数,包括:信号分析器103根据数字音频参考信号和数字音频响应信号,分析得到音频播放设备200的扬声器-麦克风声学回路的非相干失真参数。
基于上述内容,可选的,信号分析器103根据数字音频参考信号和数字音频响应信号,分析得到音频播放设备200的扬声器-麦克风声学回路的非相干失真参数,包括:
S41、对数字音频参考信号以及数字音频响应信号分别进行快速傅里叶变换,以计算数字参考音频信号的自功率谱、数字音频响应信号的自功率谱、以及数字参考信号与数字音频响应信号的互功率谱。
S42、根据数字音频参考信号的自功率谱、数字音频响应信号的自功率谱、互功率谱,计算音频播放设备200的扬声器-麦克风声学回路的非相干失真参数。
需要说明的是,上述S41和S42的实现方式与上述S31和S32的具体实现方式类似,具体的,仅需将上述S31和S32的数字音频激励信号替换为S41和S42中的数字音频参考信号即可。这里不再赘述。
在一种实施例中,如图4所示,将信号分析器103分析得到的非相干失真参数与标准非相干失真参数的上限进行比较,若分析得到的非相干失真参数均小于标准非相干失真参数上限,则表示被测试的音频播放设备200的非相干失真参数正常。反之,则表示被测试的音频播放设备200的非相干失真参数异常。
本公开的一个实施例提供了一种音频播放设备,包括上述的任一种音频播放设备的测试装置。可选的,音频播放设备为智能音箱。
参考图6所示,说明本公开的一个实施例的音频播放设备的测试方法。该方法包括如下步骤:
S101、获取数字音频激励信号。
S102、将数字音频激励信号输入至音频播放设备中,由音频播放设备中扬声器进行播放。
S103、对音频播放设备中的麦克风拾取的声音信号进行模数转换,以得到数字音频响应信号。
S104、根据数字音频激励信号和数字音频响应信号,分析得到音频播放设备的扬声器-麦克风声学回路的频率响应参数,和/或总谐波失真参数,和/或非相干失真参数。
可选的,上述S104具体包括:
基于数字音频激励信号生成有限冲激响应数字逆滤波器,以通过有限冲激响应数字逆滤波器对数字音频响应信号进行滤波,得到音频播放设备的扬声器-麦克风声学回路的冲激响应;
分离冲激响应的线性部分和谐波失真部分;
对线性部分进行傅里叶变换,得到音频播放设备的频率响应参数,频率响应参数包括幅度-频率响应参数和/或相位-频率响应参数。
可选的,上述S104具体包括:
基于数字音频激励信号生成有限冲激响应数字逆滤波器,以通过有限冲激响应数字逆滤波器对数字音频响应信号进行滤波,得到音频播放设备的扬声器-麦克风声学回路的冲激响应;
分离冲激响应的线性部分和谐波失真部分;
对谐波失真部分进行傅里叶变换,以得到谐波失真成分;计算谐波失真成分中的多个高次谐波的累计功率与线性部分的基频功率的比值,以得到音频播放设备的扬声器-麦克风声学回路的总谐波失真参数。
可选的,上述S104具体,包括:
对数字音频激励信号以及数字音频响应信号分别进行快速傅里叶变换,以计算数字音频激励信号的自功率谱、数字音频响应信号的自功率谱、以及数字音频激励信号与数字音频响应信号的互功率谱;
根据数字音频激励信号的自功率谱、数字音频响应信号的自功率谱、互功率谱,计算音频播放设备的扬声器-麦克风声学回路的非相干失真参数。
可选的,由音频播放设备的扬声器播放数字音频激励信号,包括:
音频播放设备对数字音频激励信号进行数模转换得到模拟音频激励信号,对模拟音频激励信号进行放大处理后输入至扬声器进行播放;
对音频播放设备中的麦克风拾取的声音信号进行模数转换,以得到数字音频响应信号,包括:
对经过放大处理的模拟音频激励信号进行模数转换,或对未经过放大处理的模拟音频激励信号进行模数转换,以得到与数字音频激励信号对应的数字音频参考信号;
基于上述内容,上述S104具体包括:根据数字音频参考信号和数字音频响应信号,分析得到音频播放设备的扬声器-麦克风声学回路的非相干失真参数。
可选的,上述根据数字音频参考信号和数字音频响应信号,分析得到音频播放设备的扬声器-麦克风声学回路的非相干失真参数,包括:
对数字音频参考信号以及数字音频响应信号分别进行快速傅里叶变换,以计算数字参考音频信号的自功率谱、数字音频响应信号的自功率谱、以及数字参考信号与数字音频响应信号的互功率谱;
根据数字音频参考信号的自功率谱、数字音频响应信号的自功率谱、互功率谱,计算音频播放设备的扬声器-麦克风声学回路的非相干失真参数。
可选的,数字音频激励信号为扫频信号或者噪声信号。
可选的,数字音频激励信号为扫频信号。
可选的,扫频信号为频率按指数增长或下降的扫频信号。
可选的,数字音频激励信号为多频信号或噪声信号。
可选的,数字音频激励信号是由预设频段内等间隔的多个不同频率的信号组成的多频信号。
可选的,方法还包括:显示分析得到的音频播放设备的扬声器-麦克风声学回路的频率响应参数,和/或总谐波失真参数,和/或非相干失真参数。
需要说明的是,上述音频播放设备的测试方法与上述测试装置相对应,因此,对上述音频播放设备的测试方法的说明与上述对测试装置的说明相同,在此不再赘述。
需要说明的是,本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。但本领域技术人员应当清楚的是,上述各实施例可以根据需要单独使用或者相互结合使用。另外,对于装置实施例而言,由于其是与方法实施例相对应,所以描述得比较简单,相关之处参见方法实施例的对应部分的说明即可。以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的,其中作为分离部件说明的模块可以是或者也可是不是物理上分开的。
另外,附图中的流程图和框图显示了根据本公开的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上,流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分,所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意,在有些作为替换的实现中,方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如,两个连续的方框实际上可以基本并行地执行,它们有时也可以按相反的顺序执行,这依所涉及的功能而定。也要注意的是,框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合,可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现,或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
本公开实施例所提供的计算机程序产品,包括存储了程序代码的计算机可读存储介质,所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法,具体实现可参见方法实施例,在此不再赘述。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到,为描述的方便和简洁,上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程,可以参考前述方法实施例中的对应过程,在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中,应该理解到,所揭露的系统、装置和方法,可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,例如,所述单元的划分,仅仅为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,又例如,多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统,或一些特征可以忽略,或不执行。另一点,所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口,装置或单元的间接耦合或通信连接,可以是电性,机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外,在本公开各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解,本公开的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在一个存储介质中,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机,服务器,或者网络设备等)执行本公开各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括:U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM,Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM,Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
需要说明的是,在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本公开的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本公开的保护范围之内。应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
虽然已经通过例子对本公开的一些特定实施例进行了详细说明,但是本领域的技术人员应该理解,以上例子仅是为了进行说明,而不是为了限制本公开的范围。本领域的技术人员应该理解,可在不脱离本公开的范围的情况下,对以上实施例进行修改。本公开的范围由所附权利要求来限定。

Claims (26)

1.一种音频播放设备的测试装置,包括信号输出装置、模数转换器以及信号分析器;
所述信号输出装置用于将数字音频激励信号输入至所述音频播放设备中,由所述音频播放设备的扬声器进行播放;
所述模数转换器用于对所述音频播放设备的麦克风拾取的声音信号进行模数转换,以得到数字音频响应信号;
所述信号分析器用于根据所述数字音频激励信号和所述数字音频响应信号,分析得到所述音频播放设备的扬声器-麦克风声学回路的频率响应参数、总谐波失真参数和非相干失真参数。
2.根据权利要求1所述的测试装置,所述信号分析器根据所述数字音频激励信号和所述数字音频响应信号,分析得到所述音频播放设备的扬声器-麦克风声学回路的频率响应参数,包括:
基于所述数字音频激励信号生成有限冲激响应数字逆滤波器,以通过所述有限冲激响应数字逆滤波器对所述数字音频响应信号进行滤波,得到所述音频播放设备的扬声器-麦克风声学回路的冲激响应;
分离所述冲激响应的线性部分和谐波失真部分;
对所述线性部分进行傅里叶变换,得到所述音频播放设备的频率响应参数,所述频率响应参数包括幅度-频率响应参数和/或相位-频率响应参数。
3.根据权利要求1所述的测试装置,所述信号分析器根据所述数字音频激励信号和所述数字音频响应信号,分析得到所述音频播放设备的扬声器-麦克风声学回路的总谐波失真参数,包括:
基于所述数字音频激励信号生成有限冲激响应数字逆滤波器,以通过所述有限冲激响应数字逆滤波器对所述数字音频响应信号进行滤波,得到所述音频播放设备的扬声器-麦克风声学回路的冲激响应;
分离所述冲激响应的线性部分和谐波失真部分;
对所述谐波失真部分进行傅里叶变换,以得到谐波失真成分;计算所述谐波失真成分中的多个高次谐波的累计功率与所述线性部分的基频功率的比值,以得到所述音频播放设备的扬声器-麦克风声学回路的总谐波失真参数。
4.根据权利要求1所述的测试装置,所述信号分析器根据所述数字音频激励信号和所述数字音频响应信号,分析得到所述音频播放设备的扬声器-麦克风声学回路的非相干失真参数,包括:
对所述数字音频激励信号以及所述数字音频响应信号分别进行快速傅里叶变换,以计算所述数字音频激励信号的自功率谱、所述数字音频响应信号的自功率谱、以及所述数字音频激励信号与
所述数字音频响应信号的互功率谱;
根据所述数字音频激励信号的自功率谱、所述数字音频响应信号的自功率谱、所述互功率谱,计算所述音频播放设备的扬声器-麦克风声学回路的非相干失真参数。
5.根据权利要求1所述的测试装置,所述由所述音频播放设备的扬声器播放所述数字音频激励信号,包括:
所述音频播放设备对所述数字音频激励信号进行数模转换得到模拟音频激励信号,对所述模拟音频激励信号进行放大处理后输入至所述扬声器进行播放;
所述模数转换器用于对经过放大处理的所述模拟音频激励信号进行模数转换,或对未经过放大处理的所述模拟音频激励信号进行模数转换,以得到与所述数字音频激励信号对应的数字音频参考信号;
所述信号分析器根据所述数字音频激励信号和所述数字音频响应信号,分析得到所述音频播放设备的扬声器-麦克风声学回路的非相干失真参数,包括:所述信号分析器根据所述数字音频参考信号和所述数字音频响应信号,分析得到所述音频播放设备的扬声器-麦克风声学回路的非相干失真参数。
6.根据权利要求5所述的测试装置,其特征在于,所述信号分析器根据所述数字音频参考信号和所述数字音频响应信号,分析得到所述音频播放设备的扬声器-麦克风声学回路的非相干失真参数,包括:
对所述数字音频参考信号以及所述数字音频响应信号分别进行快速傅里叶变换,以计算所述数字音频参考信号的自功率谱、所述数字音频响应信号的自功率谱、以及所述数字音频参考信号与所述数字音频响应信号的互功率谱;
根据所述数字音频参考信号的自功率谱、所述数字音频响应信号的自功率谱、所述互功率谱,计算所述音频播放设备的扬声器-麦克风声学回路的非相干失真参数。
7.根据权利要求2所述的测试装置,所述数字音频激励信号为扫频信号或者噪声信号。
8.根据权利要求3所述的测试装置,所述数字音频激励信号为扫频信号。
9.根据权利要求7或8所述的测试装置,所述扫频信号为频率按指数增长或下降的扫频信号。
10.根据权利要求4-6任一项所述的测试装置,所述数字音频激励信号为多频信号或噪声信号。
11.根据权利要求4-6任一项所述的测试装置,所述数字音频激励信号是由预设频段内等间隔的多个不同频率的信号组成的多频信号。
12.根据权利要求1所述的测试装置,所述信号输出装置包括用于生成所述数字音频激励信号的信号发生器。
13.根据权利要求1所述的测试装置,所述测试装置还包括显示器,所述显示器用于呈现所述信号分析器的分析得到的所述音频播放设备的扬声器-麦克风声学回路的频率响应参数、总谐波失真参数和非相干失真参数。
14.一种音频播放设备,所述音频播放设备包括如权利要求1-13任一项所述的测试装置。
15.根据权利要求14所述的音频播放设备,所述音频播放设备为智能音箱。
16.一种音频播放设备的测试方法,包括:
获取数字音频激励信号;
将所述数字音频激励信号输入至所述音频播放设备中,由所述音频播放设备中扬声器进行播放;
对所述音频播放设备中的麦克风拾取的声音信号进行模数转换,以得到数字音频响应信号;
根据所述数字音频激励信号和所述数字音频响应信号,分析得到所述音频播放设备的扬声器-麦克风声学回路的频率响应参数、总谐波失真参数和非相干失真参数。
17.根据权利要求16所述的方法,所述根据所述数字音频激励信号和所述数字音频响应信号,分析得到所述音频播放设备的扬声器-麦克风声学回路的频率响应参数,包括:
基于所述数字音频激励信号生成有限冲激响应数字逆滤波器,以通过所述有限冲激响应数字逆滤波器对所述数字音频响应信号进行滤波,得到所述音频播放设备的扬声器-麦克风声学回路的冲激响应;
分离所述冲激响应的线性部分和谐波失真部分;
对所述线性部分进行傅里叶变换,得到所述音频播放设备的频率响应参数,所述频率响应参数包括幅度-频率响应参数和/或相位-频率响应参数。
18.根据权利要求16所述的方法,所述根据所述数字音频激励信号和所述数字音频响应信号,分析得到所述音频播放设备的扬声器-麦克风声学回路的总谐波失真参数,包括:
基于所述数字音频激励信号生成有限冲激响应数字逆滤波器,以通过所述有限冲激响应数字逆滤波器对所述数字音频响应信号进行滤波,得到所述音频播放设备的扬声器-麦克风声学回路的冲激响应;
分离所述冲激响应的线性部分和谐波失真部分;
对所述谐波失真部分进行傅里叶变换,以得到谐波失真成分;计算所述谐波失真成分中的多个高次谐波的累计功率与所述线性部分的基频功率的比值,以得到所述音频播放设备的扬声器-麦克风声学回路的总谐波失真参数。
19.根据权利要求16所述的方法,根据所述数字音频激励信号和所述数字音频响应信号,分析得到所述音频播放设备的扬声器-麦克风声学回路的非相干失真参数,包括:
对所述数字音频激励信号以及所述数字音频响应信号分别进行快速傅里叶变换,以计算所述数字音频激励信号的自功率谱、所述数字音频响应信号的自功率谱、以及所述数字音频激励信号与所述数字音频响应信号的互功率谱;
根据所述数字音频激励信号的自功率谱、所述数字音频响应信号的自功率谱、所述互功率谱,计算所述音频播放设备的扬声器-麦克风声学回路的非相干失真参数。
20.根据权利要求16所述的方法,由所述音频播放设备的扬声器播放所述数字音频激励信号,包括:
所述音频播放设备对所述数字音频激励信号进行数模转换得到模拟音频激励信号,对所述模拟音频激励信号进行放大处理后输入至所述扬声器进行播放;
所述对所述音频播放设备中的麦克风拾取的声音信号进行模数转换,以得到数字音频响应信号,包括:
对经过放大处理的所述模拟音频激励信号进行模数转换,或对未经过放大处理的所述模拟音频激励信号进行模数转换,以得到与所述数字音频激励信号对应的数字音频参考信号;
所述根据所述数字音频激励信号和所述数字音频响应信号,分析得到所述音频播放设备的扬声器-麦克风声学回路的非相干失真参数,包括:根据所述数字音频参考信号和所述数字音频响应信号,分析得到所述音频播放设备的扬声器-麦克风声学回路的非相干失真参数。
21.根据权利要求20所述的方法,所述根据所述数字音频参考信号和所述数字音频响应信号,分析得到所述音频播放设备的扬声器-麦克风声学回路的非相干失真参数,包括:
对所述数字音频参考信号以及所述数字音频响应信号分别进行快速傅里叶变换,以计算所述数字音频参考信号的自功率谱、所述数字音频响应信号的自功率谱、以及所述数字音频参考信号与所述数字音频响应信号的互功率谱;
根据所述数字音频参考信号的自功率谱、所述数字音频响应信号的自功率谱、所述互功率谱,计算所述音频播放设备的扬声器-麦克风声学回路的非相干失真参数。
22.根据权利要求17所述的方法,所述数字音频激励信号为扫频信号或者噪声信号。
23.根据权利要求18所述的方法,所述数字音频激励信号为扫频信号。
24.根据权利要求22或23所述的方法,所述扫频信号为频率按指数增长或下降的扫频信号。
25.根据权利要求19至21任一项所述的方法,所述数字音频激励信号为多频信号或噪声信号。
26.根据权利要求19至21任一项所述的方法,所述数字音频激励信号是由预设频段内等间隔的多个不同频率的信号组成的多频信号。
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