CN112995882A

CN112995882A - 一种智能设备音频开环测试方法

Info

Publication number: CN112995882A
Application number: CN202110509038.1A
Authority: CN
Inventors: 曹祖杨; 罗洋; 包君康; 周航
Original assignee: Cry Sound Co ltd
Current assignee: Hangzhou Crysound Electronics Co Ltd
Priority date: 2021-05-11
Filing date: 2021-05-11
Publication date: 2021-06-18
Anticipated expiration: 2041-05-11
Also published as: CN112995882B

Abstract

本发明提供了一种智能设备音频开环测试方法，包括：提供先后包含低频信号和高频信号的双频触发信号，并与扫频信号整合成测试音频信号，其中，双频触发信号与扫频信号之间设置有一段静音时间；被测设备的麦克风录取测试音频信号，并将录取后的测试音频信号作为第一声信号，用于测试麦克风的音频性能；被测设备接收测试音频信号，并经由被测设备的扬声器播放测试音频信号，所述播放的测试音频信号作为第二声信号，用于测试扬声器的音频性能；识别出第一声信号或第二声信号中的双频触发信号，并以双频触发信号的低频信号和高频信号的交点作为音频开环测试的检测起始点，并根据双频触发信号的持续时间以及静音时间截取出扫频信号做频谱分析。

Description

一种智能设备音频开环测试方法

技术领域

本发明涉及音频测试方法，尤其涉及一种开放式音频测试方法。

背景技术

在传统闭环方式测试方法中，测试仪器发出测试测试信号，经过驱动电路-仿真嘴/扬声器-麦克风/传声器-信号采集电路，最后进行分析。信号从发生到分析几乎是实时的。但是对于服务器连接的（云）设备（例如智能扬声器）或仅回放的设备（例如CD或DVD播放器或个人音频播放器），或者长距离接收的广播信号或分站信号是不可能的。

因此，亟需一种能够在网络延时情况下仍然实现音频测试精准度的方法。

发明内容

为了克服现有技术中的问题，本发明提供了一种智能设备音频开环测试方法，所述方法包括：

提供并设置双频触发信号，所述双频触发信号先后包含低频信号和高频信号，所述设置双频触发信号包括设置低频信号的频率、所述高频信号与所述低频信号之间的频率倍数、所述双频触发信号的持续时间以及幅值大小；

将所述双频触发信号与扫频信号整合成测试音频信号，其中，所述双频触发信号与所述扫频信号之间设置有一段静音时间；

被测设备的麦克风录取所述测试音频信号，并将录取后的测试音频信号作为第一声信号，用于测试所述麦克风的音频性能；

所述被测设备接收所述测试音频信号，并经由所述被测设备的扬声器播放所述测试音频信号，所述播放的测试音频信号作为第二声信号，用于测试所述扬声器的音频性能；

识别出所述第一声信号或所述第二声信号中的双频触发信号，并以所述双频触发信号的低频信号和高频信号的交点作为音频开环测试的检测起始点，并根据所述双频触发信号的持续时间以及所述静音时间截取出所述扫频信号做频谱分析。

在一个实施例中，所述识别出所述第一声信号或所述第二声信号中的双频触发信号包括以下步骤：

a. 使用窗函数截取时长为T的区间采集到的所述第一声信号或第二声信号；

b. 对该区间的所述第一声信号或第二声信号做FFT运算，得到最大幅值v，该最大幅值v所对应的频率为f；

c. 将窗函数向右移动时长t_x，重复步骤b;

d. 分别绘制最大幅值v与时间t的曲线v（t）、频率f与时间t的曲线f（t）；

e. 将v（t）与

做卷积，得到卷积

，再将卷积

与v（t）合成复数信号V(t)；将f（t）与

做卷积，得到卷积

，再将卷积

与

合成复数信号F(t)；

即：

f. 根据V(t)和F(t)，确定实际低频信号的强度V1，实际低频信号的持续时间t1，实际低频信号的频率f1，以及实际高频信号的强度V2，实际高频信号的持续时间t2，实际高频信号的频率f2；

g. 计算所述实际高频信号与所述实际低频信号之间的实际频率倍数f2/f1，计算t1与t2的和；

h. 当t1与t2的和与设置的双频触发信号的持续时间的误差在第一预设值内，且当所述实际频率倍数与所述设置的频率倍数之间的误差在第二预设值内，且当所述实际低频信号的频率与设置的低频信号的频率之间的误差在第三预设值内，且当所述实际高频信号的强度V2与设置的触发信号强度大小的误差在第四预设值内，则判定所述实际低频信号与所述实际高频信号所构成的总信号为所述双频触发信号。

对第一声信号或第二声信号按公式（1）进行多次转换，其中，每次转换采集N个数据点，每做完一次转换，向右平移m个数据点后再重复按公式（1）进行转换，直至完成对完整的第一声信号或完整的第二声信号进行转换：

　　公式（1）

其中，X（k）为采集到的第一声信号或第二声信号的频域幅值，x（n）为采集到的第一声信号或第二声信号的时域幅值，N为每次按公式（1）进行转换计算的总数据点数，n表示第n个数据点，k为n映射到频域上的值；

计算X（k）最大值所对应的k，此时k记为K；

构造函数f，f的表达式为

，其中Fs为采样频率；

以f作为纵坐标，时间t为横坐标，绘制频率f关于时间t的曲线图f（t）；

将f（t）与

做卷积，得到卷积

，再将卷积

与

合成复数信号h(t)，即

；

，其中，h(t)为双频触发信号频率相对于时间的函数；

根据h(t)确定实际低频信号的频率及其持续的时间和实际高频信号的频率及其持续的时间；

计算所述实际高频信号与所述实际低频信号之间的实际频率倍数，计算所述实际低频信号对应的持续时间以及所述实际高频信号对应的持续时间的和；

当所述和与设置的双频触发信号的持续时间的误差在第一预设值内，且当所述实际频率倍数与所述设置的频率倍数之间的误差在第二预设值内，且当所述实际低频信号的频率与设置的低频信号的频率之间的误差在第三预设值内，则判定所述实际低频信号与所述实际高频信号所构成的总信号为所述双频触发信号。

在一个实施例中，还包括判断是否添加唤醒语音信号，如果被测设备需要进行语音唤醒，则在测试被测设备时，在测试音频信号中添加唤醒语音信号并设置所述唤醒语音信号与双频触发信号的时间间隔，以唤醒休眠中的被测设备。

在一个实施例中，所述提供并设置双频触发信号的步骤以及识别出所述第一声信号或所述第二声信号中的双频触发信号的步骤由一位于计算机平台内的测试音频信号配置及分析模块执行，所述计算机平台与所述被测设备之间的信号通过无线方式传输。

在一个实施例中，所述设置双频触发信号还包括设置触发次数，所述扫频信号设置为多次，此时所述测试音频信号由多个双频触发信号和多个扫频信号组成。

在一个实施例中，所述设置双频触发信号还包括设置等待双频触发信号时间，如果在所述等待触发时间内没有识别到所述双频触发信号，则重复等待双频触发信号；如果等待双频触发信号时间结束还是没有触发，则测试失败。

在一个实施例中，所述双频触发信号的持续时间设置为20ms-1s。

在一个实施例中，所述静音时间设置为最小为20ms，最大为2s。

在一个实施例中，所述低频信号的最低频率500Hz，最大频率为5kHz。

本发明的智能设备音频开环测试方法可以使用在高延迟信号环路或不能构成信号环路的测试场景中，在分析时知道激励特性的测量（例如高精度步进扫频和倍频程扫频的测量），同时保证在不同的测试环境（环境干扰）的情况下进行精准的触发来告知分析仪音频测试分析开始。此外，在触发信号设置时可以根据测试环境和测试要求，对触发信号进行调整，使得在不同的测试场景触发精准，提高了测试质量和效率。

附图说明

本发明的以上发明内容以及下面的具体实施方式在结合附图阅读时会得到更好的理解。需要说明的是，附图仅作为所请求保护的发明的示例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的元素。

图1示出根据本发明一实施例的音频测试系统；

图2示出根据本发明一实施例的智能设备音频开环测试方法；

图3示出根据本发明一实施例的设置双频触发信号流程图；

图4示出根据本发明一实施例的被测设备及通道选择；

图5示出根据本发明一实施例的双频触发信号识别过程。

图6A示出根据本发明一实施例的V(t)曲线图；

图6B示出根据本发明一实施例的F(t)曲线图。

具体实施方式

以下在具体实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何本领域技术人员了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所揭露的说明书、权利要求及附图，本领域技术人员可轻易地理解本发明相关的目的及优点。

图1示出根据本发明一实施例的音频测试系统。所述音频测试系统包括：测试音频信号配置及分析模块1、音频测试仪2、标准测量传声器4、被测设备5、仿真嘴6。

测试音频信号配置及分析模块1用于对测试音频信号（下文又称为“测试音频文件”）进行配置，并对被测设备反馈回来的声信号进行识别和分析。其中，测试音频信号包括双频触发信号以及扫频信号。可选地，该测试音频信号还可以包括唤醒语音信号。

音频测试仪2用于根据测试音频信号配置及分析模块1的设置，生成测试音频信号。

标准测量传声器4用于在测试被测设备的扬声器音频性能时录制扬声器发出的声信号并传输至测试音频信号配置及分析模块1。

仿真嘴6用于在测试被测设备的麦克风音频性能时向麦克风输出音频测试仪生成的测试音频信号。

所述音频测试仪2与所述被测设备5通过网络连接。在一个实施例中，所述音频测试仪2基于TCPIP协议的WIFI与所述被测设备5连接。

所述测试音频信号配置及分析模块1与所述音频测试仪2连接。在一个实施例中，测试音频信号配置及分析模块1可以是一分析软件，设置于一计算机平台中，并由计算机平台执行。所述计算机平台通过TCPIP协议与无现网络连接器8连接。

在一个实施例中，被测设备5可以是智能游戏手柄（如图1所示）、手机、无线智能音响、家庭监控摄像头、户外网络扩音器等。

在一个实施例中，所述音频测试系统还包括固定被测设备和标准测量传声器以及仿真嘴的治具7。

图2示出根据本发明一实施例的智能设备音频开环测试方法。该方法包括以下步骤：

步骤201：测试音频信号配置及分析模块1提供并设置双频触发信号，所述双频触发信号先后包含低频信号和高频信号。

步骤202：测试音频信号配置及分析模块1将所述双频触发信号与扫频信号整合成测试音频信号，其中，所述双频触发信号与所述扫频信号之间设置有一段静音时间。

在一个实施例中，如果存在唤醒语音，则将所述唤醒语音、双频触发信号、扫频信号整合成测试音频信号（又称测试音频文件）。

步骤203：被测设备（智能设备）的麦克风录取所述测试音频信号，并将录取后的测试音频信号作为第一声信号，用于测试所述麦克风的音频性能；

步骤204：所述被测设备接收所述测试音频信号，并经由所述被测设备的扬声器播放所述测试音频信号，所述播放的测试音频信号作为第二声信号，用于测试所述扬声器的音频性能；

步骤205：测试音频信号配置及分析模块1识别出所述第一声信号或所述第二声信号中的双频触发信号，并以所述双频触发信号的低频和高频的交点作为音频开环测试的检测起始点，并根据所述双频触发信号的持续时间以及所述静音时间截取出所述扫频信号做频谱分析。

在一个实施例中，所述高频信号的频率与所述低频信号的频率是倍数关系，该倍数称为频率倍数。

在一个实施例中，本发明的智能设备音频开环测试方法还包括判断是否添加唤醒语音信号（图3的步骤301）。如果被测设备需要进行语音唤醒，则在测试被测设备时，需要在测试音频文件中添加唤醒语音信号（即导入语音文件并设置时间），以唤醒休眠中的被测设备（例如：百度智能音响，发出语音“小度，小度”将其唤醒），再进行下一步音频测试。导入的语音文件：就是存储唤醒的语音文件（如“小度，小度”wav文件）。设置时间指的是唤醒语音信号与双频触发信号的时间间隔，此时间记为时间A。

在一个实施例中，测试被测设备的麦克风的音频性能包括如下方式：音频测试仪通过仿真嘴输出测试音频信号（若需要语音唤醒操作，仿真嘴先播放唤醒语音，测试设备语音唤醒功能。播放双频触发信号，再播放扫频信号），被测设备麦克风录取测试音频信号。将录制的第一声信号通过WIFI通信协议传输到测试音频信号配置及分析模块（例如分析软件）中，通过本发明的双频触发信号识别算法识别出可能的双频触发信号，将计算得到的频率信息与设置双频触发信号时的频率、频率倍数、持续时间以及信号强度做对比，从而判定是否是真正的双频触发信号，并以双频触发信号低频和高频交点作为原点，对应设置的时间参数（例如双频触发信号持续时间、静音时间等），取出扫频信号，将该信号做频谱分析，生成被测设备麦克风FR、THD、Phase、SNR等曲线。

在一个实施例中，测试被测设备扬声器音频性能包括如下方式：测试音频信号配置及分析模块1（例如测试软件）对应参数生成测试音频文件，通过WIFI将该测试音频文件发送到被测设备中，被测设备播放该测试音频，标准测量传声器录制该测试音频，并将录制得到的音频信号作为第二声信号传输到测试音频信号配置及分析模块（例如分析软件）中，通过本发明的双频触发信号识别算法识别出可能的双频触发信号，将计算得到的频率信息与设置双频触发信号时的频率、频率倍数、持续时间以及信号强度做对比，从而判定是否是真正的双频触发信号，并以双频触发信号低频和高频交点作为原点，对应设置的时间参数（例如双频触发信号持续时间、静音时间等），取出扫频信号，将该信号做频谱分析，生成被测设备麦克风FR、THD、Phase、SNR等曲线。

图3示出根据本发明一实施例的设置双频触发信号流程图。该设置包括以下步骤。

步骤302和303：设置所述低频信号的频率以及频率倍数。其中，可根据环境干扰信号的频率大小调节频率倍数。例如，该频率倍数可以是1～n中的任意整数。在噪声微弱的环境中进行音频测试时，可以将频率倍数设置为较低，将双频触发信号的强度调整至明显与环境干扰信号区分开的大小，以该方法进行抗干扰。在噪声较大的环境中测试时，容易被非触发信号的信号干扰，采用具有两段不同频率信号作为触发信号在分析时可以避免非触发信号的干扰，降低对测试环境的要求。

步骤304：设置双频触发信号强度大小。其中，双频触发信号强度大小指的是双频触发信号的振幅大小，双频触发信号中的高频和低频两部分具有相同的强度大小。当使用频率倍数较小的信号作为双频触发信号时，可以通过设置触发信号强度大小的方式与环境干扰信号做区分。双频触发信号强度与环境干扰信号的幅值差值越大，双频触发信号越容易被检测到。

步骤305：设置双频触发信号的持续时间。持续时间包括两部分时间段组成：低频信号的持续时间t1和高频信号的持续时间t2。双频触发信号的持续时间越长触发越准确，不容易出现无法触发的情况。若要求测试时间尽量缩短，可以适当减小触发信号持续时间。

在一个实施例中，该持续时间可以设置为20ms-1s。

步骤306：设置双频触发信号与扫频信号之间的静音时间。该静音时间指的是触发信号与扫频信号之间的静音持续时间。防止由于电路不能立即静音，而导致采集到的触发信号对音频测试信号造成影响。

在一个实施例中，该静音时间最小为20ms，最大为2s。

步骤307：设置等待双频触发信号时间。例如，当测试可以形成信号传输（从计算机平台中的测试音频信号配置及分析模块传送）-转换（喇叭将电信号转换成声信号）-转换（麦克风将声信号转换成电信号）-传输（信号传输回计算机平台）的回路时，在传输过程很可能出现时间延迟，可以设置等待一次触发的时间。如果在等待触发时间内没有识别到双频触发信号，则重复等待双频触发信号。等待双频触发信号时间结束还是没有触发，则测试失败。

步骤308：设置触发和扫频次数。整个测试可以由多个双频触发信号和多个扫频信号组成。此处设置的次数即双频触发信号和扫频信号的组合个数，当有被测设备几分钟内的工作稳定性时，可以设置多次测试，多次分析。

图4示出根据本发明一实施例的被测设备及通道选择。

被测设备有多种连接方式。在一个实施例中，被测设备连接方式选择包括： WIFI、蓝牙、基于TCPIP协议的服务器。

判断被测设备是否连接成功：被测设备连接断开，自动回到连接方式选择，重新连接设备。

当需要对被测设备的麦克风进行音频测试时，输入方式选择待测设备即可（连接方式&设备名称），输出方式选择仿真嘴输出。

当需要对被测设备的扬声器进行音频测试时，输出方式选择待测设备即可（连接方式&设备名称），输入方式选择音频测试仪的输入通道输入。

图5示出根据本发明一实施例的双频触发信号识别过程。双频触发信号识别过程包括识别双频触发信号频率、识别双频触发信号频率倍数以及识别双频触发信号强度阈值。

识别双频触发信号频率：将采集到的第一声信号或第二声信号做双频触发信号识别（下文会详述），当识别出双频触发信号频率后，进行下一步判断；否则判定为触发失败，重新开始触发。

识别双频触发信号频率倍数：识别到触发信号频率与设置的双频触发信号时的频率一致（或在一定误差范围内），再分析触发信号的低频部分与高频部分的频率大小关系是否满足原始设置的双频触发信号的频率倍数关系（例如在一定误差范围内），再进行最后判断；否则判定为触发失败，重新开始触发。

判断双频触发信号的强度大小：当识别到双频触发信号频率，同时触发信号频率倍数满足设置时大小关系后，需要该触发信号强度高于一预先设定的信号强度阈值，才能确定识别到双频触发信号，再对后面的测试信号做分析，以保证测试的准确性；否则触发失败，重新开始触发。

识别触发信号的低频时长以及识别触发信号高频时长：识别触发信号时长可以与环境中有着与触发信号相同频率的噪声信号区别开来（该噪声信号时间与触发信号持续时间不同），识别触发信号持续时间可以增加触发信号识别的准确率。

当双频触发信号被识别到之后，以触发信号的低频和高频分界点作为时间原点即时间0。根据设置参数时的触发信号持续时间和触发信号与扫频信号静音时间，取得扫频信号，并做频谱分析。

在一个实施例中，双频触发信号识别方法如下（参考图6A和图6B）：

1).使用窗函数截取时长为T（例如：采样频率为48KHz时，T取20ms时对应960个数据）的区间采集到的音频信号；

2).将该区间音频信号做FFT运算，得到最大幅值（记为v）所对应的频率（记为f）。

3).将窗函数向右移动时长t_x（例如，采样频率为48KHz时，t_x取2ms时对应96个数据），重复步骤2)。

4).分别做最大幅值v与时间t、频率f与时间t的曲线分别记为v（t）、f（t）。

5).分别将v（t）、f（t）与

做卷积，再分别合成复数函数。

6).通过上述计算，可以得到触发信号特征，如图6A和图6B所示，实际低频信号的强度V1，实际低频信号的持续时间t1，实际低频信号的频率f1，以及实际高频信号的强度V2，实际高频信号的持续时间t2，实际高频信号的频率f2；

7).计算所述实际高频信号与所述实际低频信号之间的实际频率倍数f2/f1，计算t1与t2的和；

8).当t1与t2的和与设置的双频触发信号的持续时间的误差在第一预设值内，且当所述实际频率倍数与所述设置的频率倍数之间的误差在第二预设值内，且当所述实际低频信号的频率与设置的低频信号的频率之间的误差在第三预设值内，且当所述实际高频信号的强度V2与设置的触发信号强度大小的误差在第四预设值内，则判定所述实际低频信号与所述实际高频信号所构成的总信号为所述双频触发信号。

在又一个实施例中，双频触发信号识别方法如下：

1).对采集到的第一声信号或第二声信号按公式（1）进行多次转换，其中，每次转换采集N个数据点，每做完一次转换，向右平移m个数据点后再重复按公式（1）进行转换，直至完成对完整的第一声信号或完整的第二声信号进行转换：

　　公式（1）

其中，X（k）为第一声信号或第二声信号的频域幅值，x（n）为采集到的第一声信号或第二声信号的时域幅值，N为每次按公式（1）进行转换计算的总数据点数，n表示第n个数据点，k为n映射到频域上的值；

2).计算X（k）最大值所对应的k，此时k记为K；

3).构造函数f，f的表达式为

；其中，每一次按公式（1）的转换对应不同的K；

4).以f作为纵坐标（频率），时间t（单位ms）为横坐标，绘制频率f关于时间t的曲线图，该曲线图以f（t）表示；

5).将f（t）与

做卷积

，再将卷积

与

合成复数信号h(t)；

即

；

；

其中，h(t)为双频触发信号频率相对于时间的函数，根据h(t)可得到两个频率段，即实际低频信号F1，实际高频信号F2。实际频率倍数可以通过计算F2/F1获得。此外，还可以从h(t)得到实际低频信号F1的持续时间t1以及实际高频信号F2的持续时间t2，计算两者之和。

6).当t1与t2的和与预先设置的双频触发信号的持续时间的误差在第一预设值内，且当所述实际频率倍数与预先设置的频率倍数之间的误差在第二预设值内，且当所述实际低频信号的频率与预先设置的低频信号的频率之间的误差在第三预设值内，则判定所述实际低频信号与所述实际高频信号所构成的总信号为所述双频触发信号。

本发明的智能设备音频开环测试方法适用于云端服务器连接的智能设备（如游戏手柄，无线智能音响）。双频触发信号采用高低频组合方式，在设备生产车间有着多种产生设备发出与触发信号频率一样的声音频率，避免单一频率触发信号带来误识别的情况，提高触发信号识别精度。同时，根据不同测试环境，对触发信号的两种不同频率，以及触发信号强度进行调整，使得触发信号与测试环境中可能带来误识别触发的声音区别开来。

此外，本发明的智能设备音频开环测试方法有多个输入输出可配置，可以同时测试4个智能设备的电声性能，大大提高了测试效率。当一次测试4台设备时，可以建立4台设备对应的测试序列，测试序列中选择不同的测试设备，设置好参数、输入输出通道后就可以开始测试了，4台设备同时测试，提高了测试效率。

这里采用的术语和表述方式只是用于描述，本发明并不应局限于这些术语和表述。使用这些术语和表述并不意味着排除任何示意和描述(或其中部分)的等效特征，应认识到可能存在的各种修改也应包含在权利要求范围内。其他修改、变化和替换也可能存在。相应的，权利要求应视为覆盖所有这些等效物。

同样，需要指出的是，虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可做出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。