CN112929809A - 一种主动降噪耳机校验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种主动降噪耳机校验方法，包括以下步骤：检测频率响应、统计指标、设计评判策略、性能判定、补偿失真和调整音乐均衡器。通过该校检方案可以对主动降噪耳机进行性能校检，在主动降噪耳机生产完成后可以对硬件元器件和生产过程对耳机产生的误差和离散性进行校检，并且在校检结束后可逐一对主动降噪耳机进行降噪性能的测试和对相关参数进行调整，不达标的产品，需通过设计好的算法调整左右声道的后馈麦克和前馈麦克的增益，以此来达到最佳的降噪效果，通过设置音乐补偿滤波器可以对FB ANC造成的音乐信号失真进行补偿，另外通过设置的音乐均衡器调整方法可实现对达标后的主动降噪耳机进行音乐均衡器调整，提升主动降噪耳机的声音质量。
Description
技术领域
本发明属于耳机校检技术领域，具体涉及一种主动降噪耳机校验方法。
背景技术
耳机是一对转换单元，它接受来自媒体播放器或接收器所发出的电讯号，利用贴近耳朵的扬声器将其转化成可以听到的音波。耳机一般是与媒体播放器可分离的，利用一个插头连接。好处是在不影响旁人的情况下，可独自聆听音响；亦可隔开周围环境的声响，对在录音室、酒吧、旅途、运动等在嘈杂环境下使用的人很有帮助。耳机原是给电话和无线电上使用的，但随着可携式电子装置的盛行，耳机多用于手机、随身听、收音机、可携式电玩和数位音讯播放器等。
耳机在生产完毕后需要对耳机进行性能进行校检，传统的主动降噪耳机依靠前馈麦克风和后馈麦克风分别采集噪声信号和error信号，因此前馈麦克和后馈麦克的增益以及music补偿filter的增益等参数是否合适会直接影响主动降噪的效果，但由于硬件元器件和生产过程的离散性和误差，在主动降噪耳机生产完成后，需要逐一对其进行降噪性能的测试和相关参数调整。因此，需要一个科学合理的校验方法。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种主动降噪耳机校验方法，解决了的由于硬件元器件和生产过程的离散性和误差，在主动降噪耳机生产完成后，需要逐一对其进行降噪性能的测试和相关参数调整问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种主动降噪耳机校验方法，包括以下步骤：
S1：检测频率响应：将耳机正确佩戴于人工耳上，由监听喇叭播放若干组扫频信号，测试ANC功能关闭时的频率响应，即被动降噪曲线，然后测试ANC功能开启时的频率响应。
S2：统计指标：分别统计出左右声道的测试指标。
S3：设计评判策略：事先设计一套评判策略，将各个测试指标与阈值的差值划分为若干个区段，每个区段对应一个系数和偏移量，评判策略的输入是测试指标与阈值的差值，输出为评分。
S4：性能判定：对于每项测试指标，首先计算它与阈值的差值，然后按评判策略找到差值所属范围对应的系数和偏移量，将差值乘以系数后加偏移量，得出此项指标的得分，再根据最后所有指标的总分判断被测耳机ANC性能是否合格。
S5：补偿失真：由于FB ANC的传递函数会同时作用于音乐信号和来自FF ANC的反相噪声信号，其中FB ANC为前馈主动降噪，FF ANC为后馈主动降噪，因此会造成音乐信号的失真，因此，需要音乐补偿滤波器来补偿FB ANC造成的音乐信号失真。
S6：调整音乐均衡器：在ANC功能校验达标后的产品，进一步调整音乐均衡器。
优选的，所述S1检测频率响应步骤中若左右声道被动降噪曲线存在明显差异，则说明耳机未能正确佩戴于人工耳上，应检查佩戴情况。
优选的，所述S1检测频率响应步骤中测得ANC功能开启时的频率响应数值记为ANCon，测得ANC功能关闭时的频率响应数值记为ANCoff，将测得ANC 功能开启时的频率响应数值减去测得ANC功能关闭时的频率响应数值即为ANC 降噪曲线，具体公式为：ANC＝ANCon-ANCoff。
优选的，所述S2统计指标步骤中的测试指标包括降噪平均值、降噪最大值和降噪频宽。
优选的，所述降噪平均值具体是ANC降噪曲线的平均值，所述降噪最大值具体是ANC降噪曲线最低点，所述降噪频宽具体是ANC降噪曲线小于0dB 的部分的宽度。
优选的，所述S3设计评判策略步骤中的评判策略的公式为：score＝ax+b，其中，score为该项指标得分，x为该项测试指标与阈值的差值，a为系数，b 为偏移量。
优选的，所述S4性能判定步骤中判定性能不达标的产品，需通过设计好的算法调整左右声道的后馈麦克和前馈麦克的增益，以此来达到最佳的降噪效果，且该算法的调整原理是，首先从-12dB到+6dB的范围中等间距取若干个后馈麦克增益值，按评判策略计算每个麦克风增益值对应的得分，用这些点拟合出一条曲线，自变量为后馈麦克增益，因变量为FB ANC性能得分，找到该函数的最大值对应的麦克风增益值，即为所求，然后按同样步骤计算前馈麦克增益最佳值，此外，如果自动调节后的效果仍不满意，也可以手动调节前馈麦克、后馈麦克的增益，ANC校验工具软件会通过主机通讯接口实时将软件端的参数修改烧录至耳机中。
优选的，所述FB ANC的传递函数为：
FBfilter 是前馈滤波器频率响应，Drv2FBMic是耳机扬声器到后馈麦克的频率响应，因此Music补偿滤波器的传递函数应为：HMcon(w)＝1+FBfilter×Drv2FBMic，在完成后馈麦克和前馈麦克的增益调整后，应调整此滤波器的增益至最佳效果。
优选的，所述S6调整音乐均衡器步骤中的调整方法为，用让待测耳机播放一段扫频信号，用人工耳录音，求得待测耳机的频率响应，记为H1(w)，目标频响记为H2(w)，则音乐均衡器滤波器的理想传递函数应为 H(w)＝H2(w)/H1(w)，通过频响曲线拟合算法求得所需的参数均衡滤波器的中心频率fc、增益、Q值，再由音乐均衡器调节软件计算相应的滤波器系数烧录至耳机中，频响曲线拟合算法的原理为，将音乐均衡器的理想传递函数划分为6个频段，在每个频段选出面积最大的峰，求出其中心频率和振幅，然后在某个范围内遍历Q值，通过绝对值损失函数评估每个Q值所得出的参数均衡滤波器的频率响应曲线与目标峰的拟合效果，采用效果最佳的Q值。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、通过该校检方案可以对主动降噪耳机进行性能校检，在主动降噪耳机生产完成后可以对硬件元器件和生产过程对耳机产生的误差和离散性进行校检，校检结果准确，校检速度快，并且在校检结束后可逐一对主动降噪耳机进行降噪性能的测试和相关参数调整，从而提升主动降噪耳机的生产达标率，提升主动降噪耳机的生产质量。
2、通过对校检不达标的主动降噪耳机进行算法调整可以达到最佳降噪效果，不达标的产品，需通过设计好的算法调整左右声道的后馈麦克和前馈麦克的增益，以此来达到最佳的降噪效果，如果自动调节后的效果仍不满意，也可以手动调节前馈麦克、后馈麦克的增益，ANC校验工具软件会通过主机通讯接口实时将软件端的参数修改烧录至耳机中，从而实现对不达标的主动降噪耳机进行修复，使其达到最佳的降噪效果。
3、通过设置音乐补偿滤波器可以对FB ANC造成的音乐信号失真进行补偿，对主动降噪耳机进行修复，另外通过设置的音乐均衡器调整方法可实现对达标后的主动降噪耳机进行音乐均衡器调整，提升主动降噪耳机的的生产达标率，提升主动降噪耳机的生产质量。
附图说明
图1为本发明的流程框图示意图；
图2为本发明的算法流程结构示意图；
图3为本发明的ANC开关频谱曲线示意图；
图4为本发明的ANC降噪曲线示意图；
图5为本发明的调整降噪曲线示意图；
图6为本发明的补偿失真原理框图示意图；
图7为本发明的音乐均衡器调整曲线示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-7，本发明提供一种技术方案：一种主动降噪耳机校验方法，包括以下步骤：
S1：检测频率响应：将耳机正确佩戴于人工耳上，由监听喇叭播放若干组扫频信号，测试ANC功能关闭时的频率响应，即被动降噪曲线，然后测试 ANC功能开启时的频率响应。
S2：统计指标：分别统计出左右声道的测试指标。
S3：设计评判策略：事先设计一套评判策略，将各个测试指标与阈值的差值划分为若干个区段，每个区段对应一个系数和偏移量，评判策略的输入是测试指标与阈值的差值，输出为评分。
S4：性能判定：对于每项测试指标，首先计算它与阈值的差值，然后按评判策略找到差值所属范围对应的系数和偏移量，将差值乘以系数后加偏移量，得出此项指标的得分，再根据最后所有指标的总分判断被测耳机ANC性能是否合格。
S5：补偿失真：由于FB ANC的传递函数会同时作用于音乐信号和来自FF ANC的反相噪声信号，其中FB ANC为前馈主动降噪，FF ANC为后馈主动降噪，因此会造成音乐信号的失真。因此，需要音乐补偿滤波器来补偿FB ANC造成的音乐信号失真。
S6：调整音乐均衡器：在ANC功能校验达标后的产品，进一步调整音乐均衡器。
具体的，S1检测频率响应步骤中若左右声道被动降噪曲线存在明显差异，则说明耳机未能正确佩戴于人工耳上，应检查佩戴情况。
本实施例中，可以更好的对耳机进行检测频率响应。
具体的，S1检测频率响应步骤中测得ANC功能开启时的频率响应数值记为ANCon，测得ANC功能关闭时的频率响应数值记为ANCoff，将测得ANC功能开启时的频率响应数值减去测得ANC功能关闭时的频率响应数值即为ANC 降噪曲线，具体公式为：ANC＝ANCon-ANCoff。
本实施例中，可根据公式计算出降噪曲线的数据点，便于绘制曲线图，从而可以使校检数据更加清楚的展示。
具体的，S2统计指标步骤中的测试指标包括降噪平均值、降噪最大值和降噪频宽。
本实施例中，可以通过统计降噪平均值、降噪最大值和降噪频宽和三个数值，可以对耳机进行全方位校检。
具体的，降噪平均值具体是ANC降噪曲线的平均值，降噪最大值具体是 ANC降噪曲线最低点，降噪频宽具体是ANC降噪曲线小于0dB的部分的宽度。
本实施例中，通过统计降噪平均值、降噪最大值和降噪频宽和三个数值，可以对耳机进行全方位校检。
具体的，S3设计评判策略步骤中的评判策略的公式为：score＝ax+b，其中，score为该项指标得分，x为该项测试指标与阈值的差值，a为系数，b 为偏移量。
本实施例中，可以通过公式对计算出耳机的整体性能数据，方便对耳机的性能是否达标进行评判。
具体的，S4性能判定步骤中判定性能不达标的产品，需通过设计好的算法调整左右声道的后馈麦克和前馈麦克的增益，以此来达到最佳的降噪效果，且该算法的调整原理是，首先从-12dB到+6dB的范围中等间距取若干个后馈麦克增益值，按评判策略计算每个麦克风增益值对应的得分，用这些点拟合出一条曲线，自变量为后馈麦克增益，因变量为FBANC性能得分，找到该函数的最大值对应的麦克风增益值，即为所求，然后按同样步骤计算前馈麦克增益最佳值，此外，如果自动调节后的效果仍不满意，也可以手动调节前馈麦克、后馈麦克的增益，ANC校验工具软件会通过主机通讯接口实时将软件端的参数修改烧录至耳机中。
本实施例中，通过设计好的算法调整左右声道的后馈麦克和前馈麦克的增益，以此来达到最佳的降噪效果。
具体的，FB ANC的传递函数为：
FBfilter是前馈滤波器频率响应，Drv2FBMic是耳机扬声器到后馈麦克的频率响应，因此 Music补偿滤波器的传递函数应为：HMcon(w)＝1+FBfilter×Drv2FBMic，在完成后馈麦克和前馈麦克的增益调整后，应调整此滤波器的增益至最佳效果。
本实施例中，通过设计好的算法调整左右声道的后馈麦克和前馈麦克的增益，以此来达到最佳的降噪效果，并通过音乐补偿滤波器来补偿FB ANC造成的音乐信号失真。
具体的，S6调整音乐均衡器步骤中的调整方法为，用让待测耳机播放一段扫频信号，用人工耳录音，求得待测耳机的频率响应，记为H1(w)，目标频响记为H2(w)，则音乐均衡器滤波器的理想传递函数应为 H(w)＝H2(w)/H1(w)，通过频响曲线拟合算法求得所需的参数均衡滤波器的中心频率fc、增益、Q值，再由音乐均衡器调节软件计算相应的滤波器系数烧录至耳机中，频响曲线拟合算法的原理为，将音乐均衡器的理想传递函数划分为6个频段，在每个频段选出面积最大的峰，求出其中心频率和振幅，然后在某个范围内遍历Q值，通过绝对值损失函数评估每个Q值所得出的参数均衡滤波器的频率响应曲线与目标峰的拟合效果，采用效果最佳的Q值。
本实施例中，通过音乐均衡器滤波器对达标的耳机进行音乐均衡器检测，从而实现对耳机进行全方位检测。
本发明的工作原理及使用流程：首先检测频率响应，将耳机正确佩戴于人工耳上，由监听喇叭播放若干组扫频信号，测试ANC功能关闭时的频率响应，即被动降噪曲线，然后测试ANC功能开启时的频率响应，若左右声道被动降噪曲线存在明显差异，则说明耳机未能正确佩戴于人工耳上，应检查佩戴情况，测得ANC功能开启时的频率响应数值记为ANCon，测得ANC功能关闭时的频率响应数值记为ANCoff，将测得ANC功能开启时的频率响应数值减去测得ANC功能关闭时的频率响应数值即为ANC降噪曲线，具体公式为： ANC＝ANCon-ANCoff，然后统计指标，分别统计出左右声道的测试指标，测试指标包括降噪平均值、降噪最大值和降噪频宽，降噪平均值具体是ANC降噪曲线的平均值，降噪最大值具体是ANC降噪曲线最低点，降噪频宽具体是ANC 降噪曲线小于0dB的部分的宽度，之后设计评判策略，事先设计一套评判策略，将各个测试指标与阈值的差值划分为若干个区段，每个区段对应一个系数和偏移量，评判策略的输入是测试指标与阈值的差值，输出为评分，评判策略的公式为：score＝ax+b，其中，score为该项指标得分，x为该项测试指标与阈值的差值，a为系数，b为偏移量，然后进行性能判定，对于每项测试指标，首先计算它与阈值的差值，然后按评判策略找到差值所属范围对应的系数和偏移量，将差值乘以系数后加偏移量，得出此项指标的得分，再根据最后所有指标的总分判断被测耳机ANC性能是否合格，判定性能不达标的产品，需通过设计好的算法调整左右声道的后馈麦克和前馈麦克的增益，以此来达到最佳的降噪效果，且该算法的调整原理是，首先从-12dB到+6dB的范围中等间距取若干个后馈麦克增益值，按评判策略计算每个麦克风增益值对应的得分，用这些点拟合出一条曲线，自变量为后馈麦克增益，因变量为FB ANC 性能得分，找到该函数的最大值对应的麦克风增益值，即为所求，然后按同样步骤计算前馈麦克增益最佳值，此外，如果自动调节后的效果仍不满意，也可以手动调节前馈麦克、后馈麦克的增益，ANC校验工具软件会通过主机通讯接口实时将软件端的参数修改烧录至耳机中，其中FB ANC的传递函数为：
因此Music补偿滤波器的传递函数应如下式所示： HMcon(w)＝1+FBfilter×Drv2FBMic，在完成后馈麦克和前馈麦克的增益调整后，应调整此滤波器的增益至最佳效果，然后补偿失真，由于FB ANC的传递函数会同时作用于音乐信号和来自FF ANC的反相噪声信号，因此会造成音乐信号的失真，因此，需要音乐补偿滤波器来补偿FB ANC造成的音乐信号失真，之后调整音乐均衡器，在ANC功能校验达标后的产品，进一步调整音乐均衡器，调整方法为，用让待测耳机播放一段扫频信号，用人工耳录音，求得待测耳机的频率响应，记为H1(w)，目标频响记为H2(w)，则音乐均衡器滤波器的理想传递函数应为H(w)＝H2(w)/H1(w)，通过频响曲线拟合算法求得所需的参数均衡滤波器的中心频率fc、增益、Q值，再由音乐均衡器调节软件计算相应的滤波器系数烧录至耳机中，频响曲线拟合算法的原理为，将音乐均衡器的理想传递函数划分为6个频段，在每个频段选出面积最大的峰，求出其中心频率和振幅，然后在某个范围内遍历Q值，通过绝对值损失函数评估每个Q值所得出的参数均衡滤波器的频率响应曲线与目标峰的拟合效果，采用效果最佳的Q值，从而完成对耳机进行校检。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种主动降噪耳机校验方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：检测频率响应：将耳机正确佩戴于人工耳上，由监听喇叭播放若干组扫频信号，测试ANC功能关闭时的频率响应，即被动降噪曲线，然后测试ANC功能开启时的频率响应；
S2：统计指标：分别统计出左右声道的测试指标；
S3：设计评判策略：事先设计一套评判策略，将各个测试指标与阈值的差值划分为若干个区段，每个区段对应一个系数和偏移量，评判策略的输入是测试指标与阈值的差值，输出为评分；
S4：性能判定：对于每项测试指标，首先计算它与阈值的差值，然后按评判策略找到差值所属范围对应的系数和偏移量，将差值乘以系数后加偏移量，得出此项指标的得分，再根据最后所有指标的总分判断被测耳机ANC性能是否合格；
S5：补偿失真：由于FB ANC的传递函数会同时作用于音乐信号和来自FF ANC的反相噪声信号，其中FB ANC为前馈主动降噪，FF ANC为后馈主动降噪，因此会造成音乐信号的失真，因此，需要音乐补偿滤波器来补偿FB ANC造成的音乐信号失真；
S6：调整音乐均衡器：在ANC功能校验达标后的产品，进一步调整音乐均衡器。
2.根据权利要求1所述的一种主动降噪耳机校验方法，其特征在于：所述S1检测频率响应步骤中若左右声道被动降噪曲线存在明显差异，则说明耳机未能正确佩戴于人工耳上，应检查佩戴情况。
3.根据权利要求1所述的一种主动降噪耳机校验方法，其特征在于：所述S1检测频率响应步骤中测得ANC功能开启时的频率响应数值记为ANCon，测得ANC功能关闭时的频率响应数值记为ANCoff，将测得ANC功能开启时的频率响应数值减去测得ANC功能关闭时的频率响应数值即为ANC降噪曲线，具体公式为：ANC＝ANCon-ANCoff。
4.根据权利要求1所述的一种主动降噪耳机校验方法，其特征在于：所述S2统计指标步骤中的测试指标包括降噪平均值、降噪最大值和降噪频宽。
5.根据权利要求1所述的一种主动降噪耳机校验方法，其特征在于：所述降噪平均值具体是ANC降噪曲线的平均值，所述降噪最大值具体是ANC降噪曲线最低点，所述降噪频宽具体是ANC降噪曲线小于0dB的部分的宽度。
6.根据权利要求1所述的一种主动降噪耳机校验方法，其特征在于：所述S3设计评判策略步骤中的评判策略的公式为：score＝ax+b，其中，score为该项指标得分，x为该项测试指标与阈值的差值，a为系数，b为偏移量。
7.根据权利要求1所述的一种主动降噪耳机校验方法，其特征在于：所述S4性能判定步骤中判定性能不达标的产品，需通过设计好的算法调整左右声道的后馈麦克和前馈麦克的增益，以此来达到最佳的降噪效果，且该算法的调整原理是，首先从-12dB到+6dB的范围中等间距取若干个后馈麦克增益值，按评判策略计算每个麦克风增益值对应的得分，用这些点拟合出一条曲线，自变量为后馈麦克增益，因变量为FB ANC性能得分，找到该函数的最大值对应的麦克风增益值，即为所求，然后按同样步骤计算前馈麦克增益最佳值，此外，如果自动调节后的效果仍不满意，也可以手动调节前馈麦克、后馈麦克的增益，ANC校验工具软件会通过主机通讯接口实时将软件端的参数修改烧录至耳机中。
8.根据权利要求7所述的一种主动降噪耳机校验方法，其特征在于：所述FB ANC的传递函数为：
FBfilter是前馈滤波器频率响应，Drv2FBMic是耳机扬声器到后馈麦克的频率响应，因此Music补偿滤波器的传递函数应为：HMcon(w)＝1+FBfilter×Drv2FBMic,在完成后馈麦克和前馈麦克的增益调整后，应调整此滤波器的增益至最佳效果。
9.根据权利要求1所述的一种主动降噪耳机校验方法，其特征在于：所述S6调整音乐均衡器步骤中的调整方法为，用让待测耳机播放一段扫频信号，用人工耳录音，求得待测耳机的频率响应，记为H1(w)，目标频响记为H2(w)，则音乐均衡器滤波器的理想传递函数应为H(w)＝H2(w)/H1(w)，通过频响曲线拟合算法求得所需的参数均衡滤波器的中心频率fc、增益、Q值，再由音乐均衡器调节软件计算相应的滤波器系数烧录至耳机中，频响曲线拟合算法的原理为，将音乐均衡器的理想传递函数划分为6个频段，在每个频段选出面积最大的峰，求出其中心频率和振幅，然后在某个范围内遍历Q值，通过绝对值损失函数评估每个Q值所得出的参数均衡滤波器的频率响应曲线与目标峰的拟合效果，采用效果最佳的Q值。
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