CN112822624A - 一种基于fft的线性阵列扬声器检测方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于FFT的线性阵列扬声器检测方法，包括主机和多个从机，从机连接扬声器，扬声器上有数字麦克风，将从机的数量定义为待检测台数N；若N大于0，主机向从机发送广播命令，广播命令包括扬声器检测命令和待检测ID；若待检测ID与从机ID相同，则从机输出白噪声到扬声器，数字麦克风采集扬声器的声音，数字麦克风输出音频信号给从机，将音频信号经快速傅里叶变换，若幅频响应有缺失即表示从机对应的扬声器有异常，将收到的异常对应的从机ID从广播命令中删除，检测下一从机；重复直至检测出所有异常的扬声器。本发明全自动化的对所有线性阵列音箱的扬声器做检测，快速输出结果，方便又快捷，问题点一目了然。

Description

一种基于FFT的线性阵列扬声器检测方法及系统
技术领域
本发明涉及音频技术领域，具体涉及一种基于FFT的线性阵列扬声器检测方法及系统。
背景技术
在工程应用中，线性阵列音箱每隔一段时间会检测扬声器是否损坏，若有损坏需及时更换。传统的线性阵列音箱的扬声器是否损坏的检测方案为人为的通过耳朵去感知扬声器播放的声音，从而判定有没有扬声器损坏，由于线性阵列音箱一般为多只串联起来，在播放声音的时候人耳很难辨别是哪一只扬声器没有发出声音，即使通过软件控制输入音源的方式一次只打开一只扬声器，再通过人耳辨别的方式可以判定当前扬声器的好坏，也是非常的费时费力。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是线性阵列音箱由多只扬声器串联在一起，凭人耳难道判断单个扬声器的好坏，依次打开单个扬声器又费时费力，本发明的目的在于提供一种基于FFT的线性阵列扬声器检测方法及系统，解决了自动检测线性阵列扬声器的损坏问题。
本发明通过下述技术方案实现：
一种基于FFT的线性阵列扬声器检测方法，包括主机和多个从机，每个从机均连接有一个扬声器，所述扬声器上设置有数字麦克风，所述主机连接所述多个从机，所述检测方法包括以下步骤：步骤S1：获取所述多个从机的ID和数量，将所述多个从机的数量定义为待检测台数N；步骤S2：判断所述待检测台数N，若N大于0，所述主机向所述多个从机发送广播命令，所述广播命令包括待检测ID；步骤S3：所述从机收到所述广播命令，若待检测ID与所述从机ID相同，则所述从机输出白噪声到扬声器，数字麦克风采集扬声器的声音，数字麦克风输出音频信号给所述从机，将所述音频信号经快速傅里叶变换，得到数字信号的幅频响应，若所述幅频响应有缺失即表示所述从机对应的扬声器有异常，并将所述异常反馈给所述主机；步骤S4：所述主机将收到的所述异常和所述异常对应的从机ID存储到输出结果表中，并将所述异常对应的从机ID从所述广播命令中删除，同时，定义N＝N-1；步骤S5：重复步骤S2-S5。
现有技术中线性阵列音箱中扬声器是否发生异常，通常采用人耳去识别，既不方便又难以准确分辨，而且还需要检测人员本身具有较敏感的听力判断。本发明设置主机与从机的方式，从机采集各个扬声器的声音，依次判断，通过主机统一管理和判断，实现了线阵音箱中扬声器的自动检测。可以做到全自动化的对所有线性阵列音箱的扬声器做检测，并且可以快速输出结果，方便又快捷，扬声器异常点可以一目了然的展现。对于已经组装好的线阵音响，或者已经在使用的线阵音响，尤其适用。
进一步的，所述步骤S2中，若N为0，则所述主机输出所述输出结果表。
进一步的，所述步骤S3中，若待检测ID与所述从机ID不相同，则所述从机不做任何处理。
进一步的，判断所述幅频响应有缺失的具体方法为：将所述数字信号的幅频响应与正常扬声器声音的正常幅频响应相比较，若所述幅频响应超出所述正常幅频响应的±15％，则表示所述幅频响应有缺失。在扬声器出厂时，由厂家提供正常扬声器声音的正常幅频响应。
进一步的，所述主机为MCU。
本发明的另一种实现方式，一种基于FFT的线性阵列扬声器检测系统，包括依次设置的多个扬声器、多个麦克风和多个控制器和主控制器，所述多个扬声器和多个麦克风一一对应设置，所述多个麦克风和多个控制器一一对应连接，所述多个控制器均连接所述主控制器；所述麦克风，用于采集所述扬声器发出的音频信号，并将所述音频信号传输给所述控制器；所述主控制器，用于向所述多个控制器发送广播命令，并遍历所述多个扬声器，收集所述多个扬声器的所有异常；所述控制器，用于根据所述广播命令向所述扬声器输出白噪声，并根据所述音频信号判断所述扬声器是否有异常，并将所述异常反馈给所述主控制器。
进一步的，所述麦克风与所述控制器通过IIS总线连接。
进一步的，所述主控制器与所述多个控制器通过有线网络或无线网络连接。
进一步的，判断所述扬声器是否有异常的具体方法为：向所述扬声器和正常扬声器均输入白噪声，将所述扬声器发出的声音信号与正常扬声器发出的声音信号均进行快速傅里叶变换，得到声音信号的幅频响应，将所述数字信号的幅频响应与正常扬声器声音的正常幅频响应相比较，若所述幅频响应超出所述正常幅频响应的±15％，则表示所述扬声器是异常。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
使用本发明方法或系统，可以做到全自动化的对所有线性阵列音箱的扬声器做检测，并且可以快速输出结果，方便又快捷，问题点可以一目了然。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明的结构框图；
图2为本发明的方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例
本实施例是一种基于FFT的线性阵列扬声器检测系统，如图1所示，包括音箱1、音箱2、音箱3、音箱N组成一组线性阵列音箱，每一只音箱内有各自的控制器，同时还有一个数字麦克风用于检测扬声器的声音，数字麦克风与控制器之间使用IIS数字音频通信协议，线性阵列音箱外部有一个主控制器，主控制器与各个音箱之间通过RS485总线或者以太网连接，主控制器同时连接着结果输出端，用于输出检测的结果。
本实施例的系统实现的方法，如图2所示，当用户需要检测线性阵列音箱的所有扬声器好坏的时候，首先，主控制器(以下简称为主机，可以是MCU)通过RS485总线或者以太网发出一条广播命令，得到所有从控制器(以下简称为从机)的本机ID和数量，然后判断待检测的从机数量是否大于0，如果不大于0则表示检测结束，主机通过结果输出端输出一个表格，包含所有扬声器是否正常发声的状态，如果大于0，则主机通过RS485总线或者以太网广播一条带有从机ID的扬声器检测命令，从机收到该命令后首先提取出命令中的ID与本机ID比较，如果不相等则不作处理，如果相等，则从机输出白噪声到扬声器，然后通过数字麦克风输出音频信号到从机，从机收到数字麦克风的数字信号后，利用FFT快速傅里叶变换得到数字信号的幅频响应，由于白噪声的幅频响应是全频段的，此时只需要判断变换后的幅频响应中哪个频段有没有缺失即可判定哪只扬声器不正常发声，从机分析完成后返回结果给主机，主机收到从机的分析结果后，将该结果存储在输出结果表中，然后将待检测从机数量减1，继续判断剩余待检测从机数量是否大于0，再重复之前的步骤。
通过搭建图1所示的平台，可以做到全自动化的对所有线性阵列音箱的扬声器做检测，并且可以通过表格的方式快速输出结果，方便又快捷，问题点可以一目了然。
本实施例所采用的方法具有新颖性，独特性，且是以前没有人使用过的方法，通过数字麦克风采集音频的方式将扬声器的音频采集回来，再通过FFT傅里叶变换得到相应的频谱图，分析频谱中有没有缺失的频段从而判定扬声器是否可正常发声。
采用全频的白噪声，基于快速傅里叶变换(fastFouriertransform，缩写为fft)。直接用fft得到由白噪声激励后的线阵扬声器的频谱数据，然后根据该扬声器的分频点将相应的频率范围内的幅度值相加求和，再取平均，得到单个频率的幅度值，再与正常扬声器的单个频点的幅度值作比较，超出正常范围的±15％则视为扬声器异常。
本实施例的比较样本为扬声器的单个频点的幅频响应也就是幅值。
主要用于已经组装好的线阵音响，或者已经在使用的线阵音响，用于检测扬声器在自己的频段内总体的发声均值是否达到正常标准。
数字麦克风采集到音频信号，通过i2s总线将信号发送给从机，从机进入录音模式，从机定义5个缓存空间，每个缓存空间存储1024个点的录音数据，定义5个缓存空间的目的是计算FFT结果后好取均值，避免一些误差导致结果判断错误；5个缓存空间都收到数据后，开始进行FFT变换；设定FFT点数为1024将5个缓存空间中的一个缓存空间中的1024个点的录音数据作为参数传递给FFT函数，采用基4的FFT浮点算法计算得到各个频率点的复数值，把运算结果取模(取模运算)得到幅值，对5个缓存空间的录音数据分别处理后，得到5个缓存空间的FFT结果(幅值)，将5个缓存空间的FFT结果求和再取平均，得到一个平均的FFT结果(幅值)。
将设定的低频范围内(如20Hz–300Hz)的所有频点的幅度相加取平均，得到低频的平均幅值；
将设定的中频范围内(如500Hz–2000Hz)的所有频点的幅度相加取平均，得到中频的平均幅值
将设定的高频范围内(如5000Hz–8000Hz)的所有频点的幅度相加取平均，得到高频的平均幅值。
将得到的低、中、高的平均幅值与正常扬声器的单一频点的平均幅值作比较，超出正常范围的±15％则视为扬声器异常。(出厂前会测试一组正常扬声器的单一频点的平均幅值)
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于FFT的线性阵列扬声器检测方法，其特征在于，包括主机和多个从机，每个从机均连接有一个扬声器，所述扬声器上设置有数字麦克风，所述主机连接所述多个从机，所述检测方法包括以下步骤：
步骤S1：获取所述多个从机的ID和数量，将所述多个从机的数量定义为待检测台数N；
步骤S2：判断所述待检测台数N，若N大于0，所述主机向所述多个从机发送广播命令，所述广播命令包括待检测ID；
步骤S3：所述从机收到所述广播命令，若待检测ID与所述从机ID相同，则所述从机输出白噪声到扬声器，数字麦克风采集扬声器的声音，数字麦克风输出音频信号给所述从机，将所述音频信号经快速傅里叶变换，得到数字信号的幅频响应，若所述幅频响应有缺失即表示所述从机对应的扬声器有异常，并将所述异常反馈给所述主机；
步骤S4：所述主机将收到的所述异常和所述异常对应的从机ID存储到输出结果表中，并将所述异常对应的从机ID从所述广播命令中删除，同时，定义N＝N-1；
步骤S5：重复步骤S2-S5。
2.根据权利要求1所述基于FFT的线性阵列扬声器检测方法，其特征在于，所述步骤S2中，若N为0，则所述主机输出所述输出结果表。
3.根据权利要求1所述基于FFT的线性阵列扬声器检测方法，其特征在于，所述步骤S3中，若待检测ID与所述从机ID不相同，则所述从机不做任何处理。
4.根据权利要求1所述基于FFT的线性阵列扬声器检测方法，其特征在于，判断所述幅频响应有缺失的具体方法为：将所述数字信号的幅频响应与正常扬声器声音的正常幅频响应相比较，若所述幅频响应超出所述正常幅频响应的±15％，则表示所述幅频响应有缺失。
5.根据权利要求1所述基于FFT的线性阵列扬声器检测方法，其特征在于，所述主机为MCU。
6.一种基于FFT的线性阵列扬声器检测系统，其特征在于，包括依次设置的多个扬声器、多个麦克风和多个控制器和主控制器，所述多个扬声器和多个麦克风一一对应设置，所述多个麦克风和多个控制器一一对应连接，所述多个控制器均连接所述主控制器；
所述麦克风，用于采集所述扬声器发出的音频信号，并将所述音频信号传输给所述控制器；
所述主控制器，用于向所述多个控制器发送广播命令，并遍历所述多个扬声器，收集所述多个扬声器的所有异常；
所述控制器，用于根据所述广播命令向所述扬声器输出白噪声，并根据所述音频信号判断所述扬声器是否有异常，并将所述异常反馈给所述主控制器。
7.根据权利要求6所述基于FFT的线性阵列扬声器检测系统，其特征在于，所述麦克风与所述控制器通过IIS总线连接。
8.根据权利要求6所述基于FFT的线性阵列扬声器检测系统，其特征在于，所述主控制器与所述多个控制器通过有线网络或无线网络连接。
9.根据权利要求6所述基于FFT的线性阵列扬声器检测系统，其特征在于，判断所述扬声器是否有异常的具体方法为：向所述扬声器和正常扬声器均输入白噪声，将所述扬声器发出的声音信号与正常扬声器发出的声音信号均进行快速傅里叶变换，得到声音信号的幅频响应，将所述数字信号的幅频响应与正常扬声器声音的正常幅频响应相比较，若所述幅频响应超出所述正常幅频响应的±15％，则表示所述扬声器是异常。
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