CN113068111B - 一种麦克风及麦克风校准方法、系统 - Google Patents
一种麦克风及麦克风校准方法、系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种麦克风及麦克风校准方法、系统,该方法包括校准设备根据参考激励信号信息与系统误差值生成测试激励信号,放音设备接收测试激励信号,将测试激励信号转换为声音信号,待校准麦克风拾取所述声音信号,并根据保存的初始滤波系数对声音信号进行处理后输出响应数据,校准设备接收响应数据,并根据设定误差值、参考频响数据和响应数据,对所述待校准麦克风输出的响应数据对应的频响数据进行校准确定当前校准系数,根据当前校准系数和初始滤波系数确定校准后的滤波系数,将校准后的滤波系数发送给待校准麦克风,待校准麦克风接收并保存所述校准后的滤波系数。本发明提高了麦克风输出频响特性一致性以及校准效率。
Description
技术领域
本发明涉及麦克风领域,具体涉及一种麦克风及麦克风校准方法、系统。
背景技术
麦克风通常包括声电换能器(咪头)、运算放大器、模数转换器和处理器(例如DSP)等,由于声电换能器和包括运算放大器在内的模拟电路本身存在误差,导致同一个型号的不同麦克风产品的频率响应都存在差异。目前而言,由于工艺的限制,典型麦克风厂家生产的声电换能器的灵敏度在±3dB范围左右,即同一个型号的不同声电换能器个体产生的信号存在很大的差异,进而导致麦克风的频率响应差异较大,影响了麦克风输出音频信号的一致性。
现有技术中,多采用人工的方式对麦克风的频率响应特性进行校准,这种方法校准精度不高,一致性较差,且校准成本较高。
发明内容
基于上述现状,本发明的主要目的在于提供一种麦克风及麦克风校准方法、系统,以解决现有技术中麦克风输出频响一致性差和人工校准效率低的问题。
本发明第一方面提供一种麦克风校准方法,包括如下步骤:
校准设备根据参考激励信号信息与系统误差值生成测试激励信号,将所述测试激励信号发送给放音设备;
所述放音设备接收所述测试激励信号,将所述测试激励信号转换为声音信号,并向待校准麦克风发出所述声音信号;
所述待校准麦克风拾取所述声音信号并进行处理获得数字信号,根据保存的初始滤波系数对所述数字信号进行处理后输出响应数据;
所述校准设备接收所述响应数据,并根据设定误差值、参考频响数据和响应数据,对所述待校准麦克风输出的响应数据对应的频响数据进行校准,在第一设定条件下,若校准后的频响数据与所述参考频响数据之间的误差不大于所述设定误差值,则将所述校准后的频响数据对应的校准系数确定为当前校准系数,并获取所述待校准麦克风中保存的所述初始滤波系数,根据所述当前校准系数和初始滤波系数确定校准后的滤波系数,将所述校准后的滤波系数发送给所述待校准麦克风;
所述待校准麦克风接收并保存所述校准后的滤波系数。
优选地,所述方法还包括如下步骤:
所述校准设备将所述测试激励信号发送给所述放音设备之前还发送对齐信号;
所述放音设备将所述对齐信号转换为声音信号;
所述待校准麦克风拾取所述对齐信号转换来的声音信号并进行处理,输出对齐信号对应的响应数据;
所述校准设备接收所述对齐信号对应的响应数据,并根据所述对齐信号的响应数据计算频响数据,根据所述对齐信号的频响数据对齐所述参考频响数据和所述待校准麦克风输出的响应数据对应的频响数据。
优选地,所述根据所述当前校准系数和初始滤波系数确定校准后的滤波系数具体为:
对所述当前校准系数和所述初始滤波系数进行卷积运算得到所述校准后的滤波系数。
优选地,在满足第二设定条件时,若校准后的频响数据与参考频响数据之间的误差大于所述设定误差值,则校准设备发出提示信息,提示本次校准失败。
优选地,其特征在于,所述方法还包括如下步骤:
对提示校准失败的待校准麦克风,重新进行校准,在校准次数小于设定的校准次数时,
若校准后的频响数据与参考频响数据的误差不大于所述设定误差值,则将所述校准后的频响数据对应的校准系数确定为当前校准系数,并获取所述待校准麦克风的初始滤波系数,根据所述当前校准系数和所述初始滤波系数确定校准后的滤波系数,将所述校准后的滤波系数发送给所述待校准麦克风,所述待校准麦克风保存所述校准后的滤波系数;
若校准后的频响数据与参考频响数据的误差大于所述设定误差值,则继续校准,直至达到所述设定的校准次数时,若校准后的频响数据与参考频响数据的误差仍大于所述设定误差值,则校准设备发出提示所述待校准麦克风不符合要求的信息。
本发明第二方面提供一种麦克风校准方法,包括如下步骤:
校准设备根据参考激励信号信息与系统误差值生成测试激励信号,将所述测试激励信号发送给放音设备;
所述放音设备接收所述测试激励信号,将所述测试激励信号转换为声音信号,并向待校准麦克风发出所述声音信号;
所述待校准麦克风拾取所述声音信号并进行处理获得数字信号,并根据保存的初始滤波系数对所述数字信号进行处理后输出响应数据给所述校准设备;
所述校准设备接收所述响应数据,并根据设定误差值、参考频响数据和响应数据,对所述待校准麦克风输出的响应数据对应的频响数据进行校准,在第一设定条件下,若校准后的频响数据与所述参考频响数据之间的误差不大于所述设定误差值,则将所述校准后的频响数据对应的校准系数确定为当前校准系数,并将所述当前校准系数发送给所述待校准麦克风;
所述待校准麦克风接收所述当前校准系数,根据所述当前校准系数和初始滤波系数确定校准后的滤波系数,并保存所述校准后的滤波系数。
优选地,所述根据所述当前校准系数和初始滤波系数确定校准后的滤波系数具体为:
对所述当前校准系数和所述初始滤波系数进行卷积运算得到所述校准后的滤波系数。
优选地,所述方法还包括如下步骤:
所述校准设备将所述测试激励信号发送给所述放音设备之前还发送对齐信号;
所述放音设备将所述对齐信号转换为声音信号;
所述待校准麦克风拾取所述对齐信号转换来的声音信号并进行处理,输出对齐信号对应的响应数据;
所述校准设备接收所述对齐信号对应的响应数据,并根据所述对齐信号的响应数据计算频响数据,根据所述对齐信号的频响数据对齐所述参考频响数据和所述麦克风输出的响应数据对应的频响数据。
本发明第三方面提供一种麦克风校准系统,包括校准设备和放音设备,所述校准设备中保存有参考激励信号信息、参考频响数据、系统误差值和设定误差值,其中,
所述校准设备用于根据参考激励信号信息与系统误差值生成测试激励信号,将所述测试激励信号发送给所述放音设备;
所述放音设备用于接收所述测试激励信号,将所述测试激励信号转换为声音信号,并向待校准麦克风发出所述声音信号;
所述待校准麦克风用于拾取所述声音信号并进行处理获得数字信号,根据保存的初始滤波系数对所述数字信号进行处理后输出响应数据;
所述校准设备还用于接收所述待校准麦克风输出的响应数据,并根据所述设定误差值、参考频响数据和响应数据,对所述待校准麦克风输出的响应数据对应的频响数据进行校准,在第一设定条件下,若校准后的频响数据与所述参考频响数据之间的误差不大于所述设定误差值,则将所述校准后的频响数据对应的校准系数确定为当前校准系数,并获取所述待校准麦克风保存的初始滤波系数,根据所述当前校准系数和初始滤波系数确定校准后的滤波系数,将所述校准后的滤波系数发送给所述待校准麦克风;
所述待校准麦克风接收并保存所述校准后的滤波系数。
优选地,所述根据所述当前校准系数和初始滤波系数确定校准后的滤波系数具体为:
对所述当前校准系数和初始滤波系数进行卷积运算得到所述校准后的滤波系数。
本发明第四方面提供一种麦克风校准系统,包括校准设备和放音设备,所述校准设备中保存有参考激励信号信息、参考频响数据、系统误差值和设定误差值,其中,
所述校准设备用于根据参考激励信号信息与系统误差值生成测试激励信号,将所述测试激励信号发送给所述放音设备;
所述放音设备用于接收所述测试激励信号,将所述测试激励信号转换为声音信号,并向待校准麦克风发出所述声音信号;
所述待校准麦克风用于拾取所述声音信号,并进行处理获得数字信号,根据保存的初始滤波系数对所述数字信号进行处理后输出响应数据;
所述校准设备还用于接收所述待校准麦克风输出的响应数据,并根据所述设定误差值、参考频响数据和响应数据,对所述待校准麦克风输出的响应数据对应的频响数据进行校准,在第一设定条件下,若校准后的频响数据与所述参考频响数据之间的误差不大于所述设定误差值,则将所述校准后的频响数据对应的校准系数确定为当前校准系数,并将所述当前校准系数发送给所述待校准麦克风;
所述待校准麦克风接收所述当前校准系数,根据所述当前校准系数和初始滤波系数确定校准后的滤波系数,并保存所述校准后的滤波系数。
优选地,所述根据所述当前校准系数和初始滤波系数确定校准后的滤波系数具体为:
对所述当前校准系数和初始滤波系数进行卷积运算得到所述校准后的滤波系数。
本发明第五方面提供一种麦克风,至少包括声电换能器、模数转换器、处理器、存储器、第一接口和第二接口,所述存储器中保存有初始滤波系数,所述声电换能器用于拾取放音设备发出的声音信号,所述模数转换器用于对所述声电环能器的输出信号进行处理获得数字信号,所述处理器用于根据所述初始滤波系数对所述数字信号进行处理获得响应数据,所述第一接口用于输出所述响应数据,所述第二接口用于接收校准后的滤波系数,所述存储器用于保存所述校准后的滤波系数,其中,当所述麦克风再次拾取所述声音信号时,根据所述校准后的滤波系数对所述数字信号进行处理输出的响应数据对应的频响数据与设定的参考频响数据的误差值在设定的误差范围内。
本发明第六方面提供一种麦克风,至少包括声电换能器、模数转换器、处理器、存储器、第一接口和第二接口,所述存储器中保存有初始滤波系数,所述声电换能器用于拾取放音设备发出的声音信号,所述模数转换器用于对所述声电换能器的输出信号进行处理获得数字信号,所述处理器用于根据所述初始滤波系数对所述数字信号进行处理获得响应数据,所述第一接口用于输出所述响应数据,所述第二接口用于接收当前校准系数,所述处理器用于根据所述当前校准系数和所述初始滤波系数计算获得校准后的滤波系数,所述存储器还用于保存所述校准后的滤波系数,其中,当所述麦克风再次拾取所述声音信号时,根据所述校准后的滤波系数对所述数字信号进行处理输出的响应数据对应的频响数据与设定的参考频响数据的误差值在设定的误差范围。
本发明的有益效果:通过根据参考激励信号和系统误差值生成测试激励信号,将测试激励信号发送给放音设备,放音设备根据接收的测试激励信号发出声音信号,待校准麦克风拾取声音信号输出响应数据,校准设备根据待校准麦克风输出的响应数据对麦克风的输出频响数据进行校准并获得当前校准系数,根据当前校准系数和麦克风中保存的校准系数计算校准后的滤波系数,并将校准后的滤波系数发送给待校准麦克风保存。该麦克风校准系统提高了麦克风输出频响的一致性,提高了麦克风校准的准确度,实现了麦克风的自动校准,节约了成本,提高了麦克风的生产效率。
本发明的其他有益效果,将在具体实施方式中通过具体技术特征和技术方案的介绍来阐述,本领域技术人员通过这些技术特征和技术方案的介绍,应能理解所述技术特征和技术方案带来的有益技术效果。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述,本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚,在附图中:
图1为本发明的一种麦克风校准系统的结构示意图;
图2是本发明的一种麦克风校准系统的系统误差信号测试的部分结构图;
图3是本发明的一种麦克风校准系统的系统误差信号测试的部分结构图;
图4是本发明的一种麦克风校准系统的将参考频响数据与麦克风输出的响应数据对应的频响数据进行对齐的示意图;
图5是本发明的一种麦克风校准方法的流程示意图;
图6是本发明的一种麦克风校准方法的LMS算法框图;
图7是本发明一种麦克风校准方法的另一流程示意图。
具体实施方式
以下参照附图对本发明的优选实施方式进行描述。
本发明实施例一提供一种麦克风校准系统,如图1所示,该校准系统包括放音设备100(例如人工嘴)和校准设备300(例如计算机、智能终端等),用于对待校准麦克风200进行校准,该待校准麦克风200可以是USB麦克风。待校准麦克风200至少包括声电换能器(咪头)、模数转换器、处理器(例如DSP)、存储器和接口模块,其中,接口模块包括第一接口和第二接口,第一接口用于待校准麦克风200向校准设备300传输音频信号,第二接口用于校准设备300向待校准麦克风200传输校准系数或滤波系数,存储器可以集成在处理器中。
具体地,第一接口可以是USB接口,第二接口为光纤接口、AUX接口、USB接口、UART接口、SPI接口中的一种。需要说明的是,第一接口和第二接口可以是同一接口,例如采用同一个USB接口既用于传输音频信号又用于传输校准系数或滤波系数。
校准时,校准设备300和放音设备100通过线材连接,待校准麦克风200和校准设备300电连接,放音设备100和待校准麦克风200设置在隔音箱内,并且待校准麦克风200可拆卸安装在固定装置上,校准设备300可以设置在隔音箱里面或外面。
校准设备300中保存有参考激励信号信息、参考频响数据、系统误差值和设定误差值。在对待校准麦克风200进行校准时,校准设备300根据参考激励信号信息与系统误差值生成测试激励信号,将该测试激励信号发送给放音设备100,放音设备100接收测试激励信号,将测试激励信号转换为声音信号,并向待校准麦克风200发出该声音信号。如图1所示,待校准麦克风200拾取该声音信号并将其转换为模拟电信号,放大器放大该信号后,模数转换器将放大器输出的信号转换为数字信号,待校准麦克风的处理器根据保存的初始滤波系数对接收的数字信号进行处理,输出响应数据给该校准设备300,该校准设备300接收该响应数据,并根据设定误差值、参考频响数据和响应数据,对麦克风输出的响应数据对应的频响数据进行校准,在第一设定条件下,若校准后的频响数据与该参考频响数据之间的误差不大于设定误差值,则将该校准后的频响数据对应的校准系数确定为当前校准系数,并获取该待校准麦克风200中保存的初始滤波系数,根据当前校准系数和初始滤波系数确定校准后的滤波系数,将该校准后的滤波系数发送给待校准麦克风200,该待校准麦克风200接收并保存该校准后的滤波系数。在满足第二设定条件时,若校准后的频响数据与参考频响数据的误差值大于设定误差值,则校准设备300发出提示信息,提示本次校准失败。
需要说明的是,该第一设定条件可以是校准系数更新次数小于设定的更新次数或者是校准时间小于设定的校准时间,该第二设定条件对应为校准系数更新次数等于设定的更新次数,或者是校准时间等于设定的校准时间。
具体而言,设定误差值为预先设定的参考频响数据与校准后的频响数据之间的差值,该差值可根据具体需求确定。
具体而言,参考频响数据为在标准麦克风或签样麦克风处于待校准麦克风校准时所处的测试环境中,并且放音设备与标准麦克风(某只签样麦克风)的咪头的距离等于待校准麦克风校准时放音设备与待校准麦克风的咪头的距离时,校准设备输出参考激励信号,放音设备接收该参考激励信号并发出声音,标准麦克风或签样麦克风拾取该声音信号并进行处理输出的响应数据对应的频响数据。
具体而言,参考激励信号可以是一系列不同频率信号的集合,该不同频率包含了在标准麦克风的频响特性范围内的所有频率,以便完整测试出校准系统在这些频率点上的频率响应。在一些实施例中,参考激励信号信息是数字激励信号,校准设备300在参考数字激励信号上叠加系统误差值得到测试数字激励信号,将测试数字激励信号转换为模拟激励信号,并将模拟激励信号通过线缆发送给放音设备100。其中,校准设备300中存储参考数字激励信号和系统误差值a,测试数字激励信号可以表示如下:
在一具体实施方式中,可以参照图2、图3所示的方式获得系统误差值a。如图2所示,将标准麦克风和放音设备设置在隔音箱中,隔音箱中的环境为标准测试环境,即温度为25度,湿度50%,其中放音设备与标准麦克风的咪头之间的距离与校准待校准麦克风时放音设备与待校准麦克风的咪头之间的距离相同,校准设备输出参考激励信号,放音设备接收参考激励信号并发出声音,此时标准麦克风拾取声音信号s,并对拾取的声音信号进行处理,输出响应数据St。如图3所示,将标准麦克风和放音设备设置在隔音箱中,其中隔音箱的环境与待校准麦克风校准时隔音箱中的环境相同,并使得在该环境下放音设备与标准麦克风的咪头之间的距离与校准待校准麦克风时放音设备与待校准麦克风的咪头之间的距离相同。校准设备发送参考激励信号,标准麦克风拾取声音信号sa,标准麦克风输出响应数据Sta。由此可计算得到系统误差值:
通过在参考激励信号的基础之上叠加系统误差值a,可以使得在相同的测试环境下利用该校准系统进行校准时,待校准麦克风拾取到的声音信号是相同的,消除了校准系统误差对校准精度的影响,从而提高了待校准麦克风校准的精度。
具体而言,当校准设备300接收到待校准麦克风200输出的响应数据后,根据初始的校准系数和响应数据计算频响数据,并计算该频响数据和参考频响数据的第一差值,根据该第一差值更新校准系数,根据更新后的校准系数和接收的响应数据计算校准后的频响数据,并计算校准后的频响数据与参考频响数据之间的第二差值,根据第二差值继续更新校准系数,并根据再次更新后的校准系数和响应数据计算校准后的频响数据,计算校准后的频响数据和参考频响数据之间的第三差值,并根据第三差值更新校准系数,如此继续,在设定的条件下,若校准后的频响数据与参考频响数据的误差值小于设定的误差值,则将该校准后的频响数据对应的校准系数确定为当前校准系数。
需要说明的是,计算获得当前校准系数可以采用常见的自适应算法,例如LMS算法、RLS算法等。以下以LMS算法为例,说明计算获得当前校准系数的过程。设dT为LMS算法的参考信号(在本实施例中为参考频响数据,其为时域响应序列),X=(xT,xT-1,...,xT-p+1)为输入信号(在本实施例中为待校准麦克风输出的响应数据),W=(w0,w1,...,wp-1)为校准滤波器系数(即校准系数),p为滤波器的阶数(大于1的整数),YT表示输入信号在滤波器下的输出响应(即待校准麦克风输出的响应数据对应的频响数据),eT为LMS算法的参考信号与滤波器输出响应之间的差值(即误差值),LMS算法的框图如图6所示,其原理可以由如下公式表示:
YT = W’X(T)=X’(T)W;
eT=dT-YT;
W(T+1)=W(T)+2ueTX(T) ;
其中,W’和X’分别表示对W和X 的行列转置,例如,如果W是行,W’则表示变换为对应的列,如果W是列,W’则表示变换为对应的行,W(T+1)为T+1时刻的滤波器系数,W(T)为T时刻的滤波器系数,u为步长,另外设置好最大计算次数以及设定误差值e。通过上述公式,可以计算得到当前的校准系数。具体而言,首先,校准设备300通过待校准麦克风200输出的响应数据与初始的校准系数计算待校准麦克风200输出的响应数据,并计算该响应数据对应的频响数据与参考频响数据dT之间的误差eT,若误差eT大于设定的误差值,则对LMS算法滤波器的抽头权系数进行更新,并根据更新后的抽头权系数计算校准后的频响数据,直至校准后的频响数据与参考频响数据的差值小于设定误差值,则退出校准迭代。将计算获得的校准后的频响数据对应的W确定为当前校准系数,获取待校准麦克风中计算获得响应数据X对应的初始滤波系数,计算当前校准系数和待校准麦克风中保存的初始滤波系数的卷积获得校准后的滤波系数。
待校准麦克风200接收并保存该校准后的滤波系数。当麦克风再次使用时,该待校准麦克风200拾取该声音信号,并对声音信号进行处理输出数字信号,根据保存的校准后的滤波系数对数字信号进行处理后输出的响应数据对应的频响数据,与参考频响数据之间的误差值小于设定的误差值。
在一具体实施方式中,为了对提示校准失败的待校准麦克风200进行再次校准,在满足第二设定条件时,若校准后的频响数据与参考频响数据的误差不大于设定误差值,则将校准后的频响数据对应的校准系数确定为当前校准系数,并获取待校准麦克风的初始滤波系数,根据当前校准系数和初始滤波系数确定校准后的滤波系数,将校准后的滤波系数发送给待校准麦克风,待校准麦克风保存校准后的滤波系数;若校准后的频响数据与参考频响数据的误差大于设定误差值,则继续校准,直至达到设定的校准次数时,若校准后的频响数据与参考频响数据的误差仍大于设定误差值,则发出提示待校准麦克风不符合要求的信息。该设定的校准次数可以是3次。
需要说明的是,为了实现麦克风的校准,校准设备300将测试激励信号发送给放音设备之前还发送对齐信号。校准设备300将存储的数字对齐信号转换为模拟对齐信号,并将模拟对齐信号发送给放音设备100,放音设备100将对齐信号转换为声音信号,待校准麦克风200拾取声音信号,并对声音信号进行处理,输出对齐信号的响应数据给校准设备300,校准设备300接收对齐信号的响应数据,计算对齐信号的响应数据对应的频响数据,并根据对齐信号的频响数据对齐参考频响数据和麦克风输出的响应数据对应的频响数据。
其中,模拟对齐信号与模拟测试激励信号的频率不同和/或幅度不同,例如,模拟对齐信号是频率为1KHz的指定幅度的正弦信号,而模拟激励信号则不会为1KHZ的单一信号。
具体地,如图4所示,h为校准设备300发送的对齐信号,其起始时间为0时刻,结束时间为t1时刻,测试激励信号的起始时间为t2时刻,结束时间为t3时刻。放音设备根据对齐信号和测试激励信号发出声音信号,待校准麦克风拾取声音信号后输出对应的响应数据为h1(对齐信号对应的响应数据)和(测试激励信号对应的响应数据),根据响应数据计算对应的频响数据,由于h1对应的频响数据与对应的频响数据有显著的区别,因而将频响数据显著变化的起始时间确定为对应的频响数据的起始时间,由于t1和t2之间的时间间隔差已知,因而根据对应的频响数据的起始时间和该时间间隔差可以确定h1对应的频响数据的结束时间,根据h1对应的频响数据的结束时间和t1可确定h1对应的频响数据的起始时间,该起始时间为第一时间差,将h1对应的频响数据与对应的频响数据分别移动该第一时间差,使得h1对应的频响数据的起始时间与对齐信号的起始时间相同,对应的频响数据的起始时间与测试激励信号的起始时间对齐。
图4中h2和为获得参考频响数据时,标准麦克风拾取声音后输出的响应数据,其中,h2为拾取对齐信号转换来的声音信号输出的响应数据,为拾取参考激励信号转换来的声音输出的响应数据,计算标准麦克风输出的响应数据对应的频响数据,由于h2对应的频响数据和对应的频响数据有显著变化,将该显著变化对应的时间确定为对应的频响数据的起始时间(即参考频响数据的起始时间),根据该起始时间以及t1和t2之间的时间间隔差可以确定h2对应的频响数据的结束时间,根据结束时间和t1可以确定h2对应的频响数据的起始时间,将该起始时间确定为第二时间差,将h2对应的频响数据的起始时间和参考频响数据的起始时间分别移动该第二时间差,使得h2对应的频响数据的起始时间与对齐信号的起始时间相同,参考频响数据的起始时间与参考激励信号的起始时间相同。通过上述方式实现了待校准麦克风输出的响应数据对应的频响数据与参考频响数据的对齐。
本发明实施例的麦克风校准系统,通过根据参考激励信号和系统误差值生成测试激励信号,将测试激励信号发送给放音设备,放音设备根据接收的测试激励信号发出声音信号,待校准麦克风拾取声音信号输出响应数据,校准设备根据设定误差值、参考频响数据以及响应数据对麦克风进行校准并获得当前校准系数,根据当前校准系数和麦克风中保存的滤波系数计算校准后的滤波系数,并将校准后的滤波系数发送给待校准麦克风保存,使得再次使用时,待校准麦克风输出的响应数据对应的频响数据与参考频响数据之间的差值小于设定误差值。该麦克风校准系统提高了麦克风输出频响特性的一致性,提高了麦克风校准的准确度,实现了麦克风的自动校准,节约了成本,提高了麦克风的生产效率。
基于本发明实施例一,本发明实施例二提供一种麦克风,该麦克风至少包括声电换能器(咪头)、模数转换器、处理器、存储器、第一接口和第二接口,该存储器中保存有初始滤波系数,该声电换能器用于拾取放音设备发出的声音信号,该模数转换器用于对声电环能器的输出信号进行处理获得数字信号,该处理器用于根据初始滤波系数对数字信号进行处理获得响应数据,该第一接口用于输出所述响应数据,该第二接口用于接收校准后的滤波系数,所述存储器还用于保存所述校准后的滤波系数。
在一具体实施方式中,该麦克风为USB麦克风,该麦克风还包括运算放大器,该运算放大器的输入端与声电换能器连接,输出端与处理器的输入端连接。
在一具体实施方式中,该模数转换器的输入端与放大器的输出端连接,模数转换器的输出端与DSP处理器连接。需要说明的是,该模数转换器也可以集成在DSP处理器中。
本发明实施例的麦克风,通过接收并保存校准设备300发送的校准后的滤波系数,在再次使用拾取到声音信号时对其进行处理输出数字信号,并根据保存的校准后的滤波系数对数字信号进行处理输出的响应数据对应的频响数据与参考频响数据的误差在设定的范围内,提高了输出频响特性的一致性。
基于本发明实施例一,本发明实施例三提供一种麦克风校准方法,如图5所示,该方法包括如下步骤。
S11、所述校准设备根据参考激励信号信息与系统误差值生成测试激励信号,将所述测试激励信号发送给所述放音设备。
在一些实施例中,参考激励信号信息是数字激励信号,校准设备300在参考数字激励信号上叠加系统误差值得到数字激励信号,将数字激励信号转换为模拟激励信号,并将模拟激励信号通过线缆发送给放音设备100。其中,校准设备300中存储参考数字激励信号和系统误差值a,数字激励信号可以表示如下:
通过在参考激励信号的基础之上叠加系统误差值生成测试激励信号,保证了在相同的测试环境中每一待校准麦克风拾取的声音信号相同,消除了校准系统误差对待校准麦克风的影响,提高了校准的准确性。
参考激励信号可以是一系列不同频率信号的集合,该不同频率包含了在标准麦克风400的频响特性范围内所有频率,以便完整测试出校准系统在这些频率点上的频率响应。
S12、所述放音设备接收所述测试激励信号,将所述测试激励信号转换为声音信号,并向待校准麦克风发出所述声音信号。
具体地,放音设备100将模拟激励信号转换为声音信号b。
S13、所述待校准麦克风拾取所述声音信号,对所述声音信号进行处理获得数字信号,并根据保存的初始滤波系数对所述数字信号进行处理后输出响应数据。
具体地,待校准麦克风的声电换能器拾取声音信号c将其转换成电信号,模拟放大电路对该信号进行放大,模数转换器将放大后的信号转换成数字信号,待校准麦克风的处理器根据初始滤波系数对数字信号进行处理输出响应数据,并将响应数据发送给校准设备300。
S14、所述校准设备接收待校准麦克风输出的响应数据,根据设定误差值、参考频响数据和响应数据,对所述待校准麦克风输出的响应数据对应的频响数据进行校准,在第一设定条件下,若校准后的频响数据与所述参考频响数据之间的误差不大于所述设定误差值,则将所述校准后的频响数据对应的校准系数确定为当前校准系数,并获取所述待校准麦克风中保存的初始滤波系数,根据所述当前校准系数和所述初始滤波系数确定校准后的滤波系数,将所述校准后的滤波系数发送给所述待校准麦克风。
当校准设备300接收到待校准麦克风200输出的响应数据后,根据初始的校准系数计算频响数据,并计算该频响数据和参考频响数据的第一差值,根据该第一差值更新校准系数,根据更新后的校准系数和接收的响应数据计算校准后的频响数据,并计算校准后的频响数据与参考频响数据之间的第二差值,根据第二差值继续更新校准系数,并根据再次更新后的校准系数和响应数据计算校准后的频响数据,计算校准后的频响数据和参考频响数据之间的第三差值,并根据第三差值更新校准系数,如此继续,在设定的条件下,若校准后的频响数据与参考频响数据的误差值小于设定的误差值,则将该校准后的频响数据对应的校准系数确定为当前校准系数,并获取待校准麦克风保存的初始滤波系数,对当前校准系数和初始滤波系数进行卷积运算,获得校准后的滤波系数。当满足第二设定条件时,若校准后的频响数据与参考频响数据之间的差值大于设定误差值,则校准设备发出提示信息,提示本次校准失败。
需要说明的是,计算获得当前校准系数可以采用常见的自适应算法,例如LMS算法、RLS算法等。以下以LMS算法为例,说明计算获得当前校准系数的过程。LMS算法的结构框图如图6所示,设dT为LMS算法的参考信号(在本实施例中为参考频响数据,其为时域响应序列),X=(xT,xT-1,...,xT-p+1)为输入信号(在本实施例中为待校准麦克风输出的响应数据),W=(w0,w1,...,wp-1)为校准滤波器系数(即校准系数),p为滤波器的阶数(大于1的整数),YT表示输入信号在滤波器下的输出响应(即待校准麦克风输出的响应数据对应的频响数据),eT为LMS算法的参考信号与滤波器输出响应之间的差值(即误差值),LMS算法的框图如图6所示,其原理可以由如下公式表示:
YT = W’X(T)=X’(T)W;
eT=dT-YT;
W(T+1)=W(T)+2ueTX(T) ;
其中,W’和X’分别表示对W和X 的行列转置,例如,如果W是行,W’则表示变换为对应的列,如果W是列,W’则表示变换为对应的行;W(T+1)为T+1时刻的滤波器系数,W(T)为T时刻的滤波器系数,u为步长,另外设置好最大计算次数以及设定误差值e。通过上述公式,可以计算得到当前的校准系数。具体而言,首先,校准设备300通过麦克风输出的响应数据与初始的校准系数计算麦克风输出的频响数据,并计算该频响数据与参考频响数据dT之间的误差eT,若误差eT大于设定误差值,则对LMS算法滤波器的抽头权系数进行更新,并根据更新后的抽头权系数计算校准后的频响数据,直至校准后的频响数据与参考频响数据的差值小于设定的误差值,则退出校准迭代。将计算获得的校准后的频响数据对应的W确定为当前校准系数。
S15、所述待校准麦克风接收并保存所述校准后的滤波系数。
待校准麦克风200接收并保存该校准后的滤波系数。当再次测试或者使用时,该待校准麦克风200根据保存的校准后的滤波系数对拾取的声音信号进行处理后输出的响应数据对应的频响数据,与参考频响数据之间的误差值小于设定的误差值。
在一具体实施方式中,为了对提示校准失败的麦克风进行再次校准,在校准次数小于设定的校准次数时,若校准后的频响数据与参考频响数据的误差不大于设定误差值,则将校准后的频响数据对应的校准系数确定为当前校准系数,并获取待校准麦克风的初始滤波系数,根据当前校准系数和初始滤波系数确定校准后的滤波系数,将校准后的滤波系数发送给待校准麦克风,待校准麦克风保存校准后的滤波系数;若校准后的频响数据与参考频响数据的误差大于设定误差值,则继续校准,直至达到设定的校准次数时,若校准后的频响数据与参考频响数据的误差仍大于设定误差值,则发出提示待校准麦克风不符合要求的信息。
需要说明的是,为了实现麦克风的校准,校准设备300将测试激励信号发送给放音设备之前还发送对齐信号。校准设备300将存储的数字对齐信号转换为模拟对齐信号,并将模拟对齐信号发送给放音设备100,放音设备100将对齐信号转换为声音信号,待校准麦克风200拾取声音信号,并对声音信号进行处理,输出对齐信号的响应数据给校准设备,校准设备300接收对齐信号的响应数据,计算对齐信号的响应数据对应的频响数据,并根据对齐信号的频响数据对齐参考频响数据和麦克风输出的频响数据。
其中,模拟对齐信号与模拟测试激励信号的频率不同和/或幅度不同,例如,模拟对齐信号是频率为1KHz的指定幅度的正弦信号,而模拟激励信号则不会为1KHZ的单一信号。
具体地,如图4所示,h为校准设备300发送的对齐信号,其起始时间为0时刻,结束时间为t1时刻,测试激励信号的起始时间为t2时刻,结束时间为t3时刻。放音设备根据对齐信号和测试激励信号发出声音信号,待校准麦克风拾取声音信号后输出对应的响应数据为h1(对齐信号对应的响应数据)和(测试激励信号对应的响应数据),根据响应数据计算对应的频响数据,由于h1对应的频响数据与对应的频响数据有显著的区别,因而将频响数据显著变化的起始时间确定为对应的频响数据的起始时间,由于t1和t2之间的时间间隔差已知,因而根据对应的频响数据的起始时间和该时间间隔差可以确定h1对应的频响数据的结束时间,根据h1对应的频响数据的结束时间和t1可确定h1对应的频响数据的起始时间,该起始时间为第一时间差,将h1对应的频响数据与对应的频响数据分别移动该第一时间差,使得h1对应的频响数据的起始时间与对齐信号的起始时间相同,对应的频响数据的起始时间与测试激励信号的起始时间对齐。
图4中h2和为获得参考频响数据时,标准麦克风拾取声音后输出的响应数据,其中,h2为拾取对齐信号转换来的声音信号输出的响应数据,为拾取参考激励信号转换来的声音输出的响应数据,计算标准麦克风输出的响应数据对应的频响数据,由于h2对应的频响数据和对应的频响数据有显著变化,将该显著变化对应的时间确定为对应的频响数据的起始时间(即参考频响数据的起始时间),根据该起始时间以及t1和t2之间的时间间隔差可以确定h2对应的频响数据的结束时间,根据结束时间和t1可以确定h2对应的频响数据的起始时间,将该起始时间确定为第二时间差,将h2对应的频响数据的起始时间和参考频响数据的起始时间分别移动该第二时间差,使得h2对应的频响数据的起始时间与对齐信号的起始时间相同,参考频响数据的起始时间与参考激励信号的起始时间相同。通过上述方式实现了待校准麦克风输出的响应数据对应的频响数据与参考频响数据的对齐。
本发明实施例四提供一种麦克风校准系统,包括校准设备和放音设备,校准设备中保存有参考激励信号信息、参考频响数据、系统误差值和设定误差值,该校准设备用于根据参考激励信号信息与系统误差值生成测试激励信号,并将该测试激励信号发送给放音设备,该放音设备用于接收测试激励信号,将测试激励信号转换为声音信号,并向待校准麦克风发出声音信号,待校准麦克风拾取所述声音信号,对所述声音信号进行处理获得数字信号,并根据保存的初始滤波系数对所述数字信号进行处理后输出响应数据给所述校准设备,该校准设备还用于接收待校准麦克风输出的响应数据,根据设定误差值、参考频响数据和响应数据,对待校准麦克风输出的响应数据对应的频响数据进行校准,在设定的条件下,若校准后的频响数据与参考频响数据之间的误差不大于设定误差值,则将校准后的频响数据对应的校准系数确定为当前校准系数,并将该当前校准系数发送给待校准麦克风;该待校准麦克风接收当前校准系数,根据当前校准系数和初始滤波系数确定校准后的滤波系数,并保存所述校准后的滤波系数。
本实施例与实施例一的区别在于,校准设备300获得当前校准系数后,将当前校准系数发送给待校准麦克风200,待校准麦克风200根据接收的当前校准系数和保存的初始滤波系数计算获得校准后的滤波系数,并保存校准后的滤波系数。
本发明实施例五提供一种麦克风,该麦克风至少包括咪头、模数转换器、处理器、存储器、第一接口和第二接口,所述存储器中保存有初始滤波系数,所述咪头用于拾取放音设备发出的声音信号并转换成模拟信号,所述模数转换器用于对所述模拟信号进行处理转换成数字信号,所述处理器用于根据该初始滤波系数对数字信号进行处理获得响应数据,所述第一接口用于输出所述响应数据,所述第二接口用于接收当前校准系数,所述处理器用于根据所述当前校准系数和所述滤波器系数计算获得校准后的滤波系数,所述存储器还用于保存所述校准后的滤波系数。
其中,当前校准系数和校准后的滤波系数的计算方法在前述实施方式中已详细描述,因而在此不再赘述。
当再次测试或者使用时,麦克风拾取声音信号并进行处理输出数字信号,根据保存的校准后的滤波系数对数字信号进行处理,输出的响应数据对应的频响数据与参考频响数据之间的误差值小于设定的误差值。
基于本发明实施例四,本发明实施例六提供一种麦克风校准方法,如图7所示,该方法包括如下步骤。
S21、所述校准设备根据参考激励信号信息与系统误差值生成测试激励信号,将所述测试激励信号发送给所述放音设备。
S22、所述放音设备接收所述测试激励信号,将所述测试激励信号转换为声音信号,并向待校准麦克风发出所述声音信号。
S23、所述待校准麦克风拾取所述声音信号并进行处理获得数字信号,根据保存的初始滤波系数对所述数字信号进行处理后输出响应数据给所述校准设备。
S24、所述校准设备接收所述响应数据,并根据设定误差值、参考频响数据和响应数据,对所述待校准麦克风输出的响应数据对应的频响数据进行校准,在第一设定条件下,若校准后的频响数据与所述参考频响数据之间的误差不大于所述设定误差值,则将所述校准后的频响数据对应的校准系数确定为当前校准系数,并将所述当前校准系数发送给所述待校准麦克风。
需要说明的是,步骤S21-S24的具体实施与前述的S11-S14的实现相同,因而在此不再赘述。
S25、所述待校准麦克风接收所述当前校准系数,根据所述当前校准系数和初始滤波系数确定校准后的滤波系数,并保存所述校准后的滤波系数。
具体地,待校准麦克风接收校准设备输出的当前校准系数,并计算当前校准系数和保存的初始滤波系数的卷积,该卷积为校准后的滤波系数。当再次测试或者使用时,该待校准麦克风200拾取声音信号,并进行处理输出数字信号,根据保存的校准后的滤波系数对该数字信号进行处理后输出的响应数据对应的频响数据,与参考频响数据之间的误差值小于设定的误差值。
本领域的技术人员能够理解的是,在不冲突的前提下,上述各优选方案可以自由地组合、叠加。
应当理解,上述的实施方式仅是示例性的,而非限制性的,在不偏离本发明的基本原理的情况下,本领域的技术人员可以针对上述细节做出的各种明显的或等同的修改或替换,都将包含于本发明的权利要求范围内。
Claims (14)
1.一种麦克风校准方法,其特征在于,包括如下步骤:
校准设备根据参考激励信号信息与系统误差值生成测试激励信号,将所述测试激励信号发送给放音设备;
所述放音设备接收所述测试激励信号,将所述测试激励信号转换为声音信号,并向待校准麦克风发出所述声音信号;
所述待校准麦克风拾取所述声音信号并进行处理获得数字信号,根据保存的初始滤波系数对所述数字信号进行处理后输出响应数据;
所述校准设备接收所述响应数据,并根据设定误差值、参考频响数据和响应数据,对所述待校准麦克风输出的响应数据对应的频响数据进行校准,在第一设定条件下,若校准后的频响数据与所述参考频响数据之间的误差不大于所述设定误差值,则将所述校准后的频响数据对应的校准系数确定为当前校准系数,并获取所述待校准麦克风中保存的所述初始滤波系数,根据所述当前校准系数和初始滤波系数确定校准后的滤波系数,将所述校准后的滤波系数发送给所述待校准麦克风;
所述待校准麦克风接收并保存所述校准后的滤波系数。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述方法还包括如下步骤:
所述校准设备将所述测试激励信号发送给放音设备之前还发送对齐信号;
所述放音设备将所述对齐信号转换为声音信号;
所述待校准麦克风拾取所述对齐信号转换来的声音信号并进行处理,输出所述对齐信号对应的响应数据;
所述校准设备接收所述对齐信号对应的响应数据,并根据所述对齐信号的响应数据计算频响数据,根据所述对齐信号的频响数据对齐所述参考频响数据和所述待校准麦克风输出的响应数据对应的频响数据。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述根据所述当前校准系数和初始滤波系数确定校准后的滤波系数具体为:
对所述当前校准系数和所述初始滤波系数进行卷积运算得到所述校准后的滤波系数。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,
在满足第二设定条件时,若校准后的频响数据与参考频响数据之间的误差大于所述设定误差值,则校准设备发出提示信息,提示本次校准失败。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述方法还包括如下步骤:
对提示校准失败的待校准麦克风,重新进行校准,在校准次数小于设定的校准次数时,
若校准后的频响数据与参考频响数据的误差不大于所述设定误差值,则将所述校准后的频响数据对应的校准系数确定为当前校准系数,并获取所述待校准麦克风的初始滤波系数,根据所述当前校准系数和所述初始滤波系数确定校准后的滤波系数,将所述校准后的滤波系数发送给所述待校准麦克风,所述待校准麦克风保存所述校准后的滤波系数;
若校准后的频响数据与参考频响数据的误差大于所述设定误差值,则继续校准,直至达到所述设定的校准次数时,若校准后的频响数据与参考频响数据的误差仍大于所述设定误差值,则校准设备输出所述待校准麦克风不符合要求的提示信息。
6.一种麦克风校准方法,其特征在于,包括如下步骤:
校准设备根据参考激励信号信息与系统误差值生成测试激励信号,将所述测试激励信号发送给放音设备;
所述放音设备接收所述测试激励信号,将所述测试激励信号转换为声音信号,并向待校准麦克风发出所述声音信号;
所述待校准麦克风拾取所述声音信号并进行处理获得数字信号,根据保存的初始滤波系数对所述数字信号进行处理后输出响应数据给所述校准设备;
所述校准设备接收所述响应数据,并根据设定误差值、参考频响数据和响应数据,对所述待校准麦克风输出的响应数据对应的频响数据进行校准,在第一设定条件下,若校准后的频响数据与所述参考频响数据之间的误差不大于所述设定误差值,则将所述校准后的频响数据对应的校准系数确定为当前校准系数,并将所述当前校准系数发送给所述待校准麦克风;
所述待校准麦克风接收所述当前校准系数,根据所述当前校准系数和初始滤波系数确定校准后的滤波系数,保存所述校准后的滤波系数。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,所述根据所述当前校准系数和初始滤波系数确定校准后的滤波系数具体为:
对所述当前校准系数和所述初始滤波系数进行卷积运算得到所述校准后的滤波系数。
8.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,所述方法还包括如下步骤:
所述校准设备将所述测试激励信号发送给放音设备之前还发送对齐信号;
所述放音设备将所述对齐信号转换为声音信号;
所述待校准麦克风拾取所述对齐信号转换来的声音信号并进行处理,输出所述对齐信号对应的响应数据;
所述校准设备接收所述对齐信号对应的响应数据,并根据所述对齐信号的响应数据计算频响数据,根据所述对齐信号的频响数据对齐所述参考频响数据和所述待校准麦克风输出的响应数据对应的频响数据。
9.一种麦克风校准系统,其特征在于,包括校准设备和放音设备,所述校准设备中保存有参考激励信号信息、参考频响数据、系统误差值和设定误差值,其中,
所述校准设备用于根据所述参考激励信号信息与系统误差值生成测试激励信号,将所述测试激励信号发送给所述放音设备;
所述放音设备用于接收所述测试激励信号,将所述测试激励信号转换为声音信号,并向待校准麦克风发出所述声音信号;
所述待校准麦克风用于拾取所述声音信号并进行处理获得数字信号,根据保存的初始滤波系数对所述数字信号进行处理后输出响应数据;
所述校准设备还用于接收所述待校准麦克风输出的响应数据,并根据所述设定误差值、参考频响数据和响应数据,对所述待校准麦克风输出的响应数据对应的频响数据进行校准,在第一设定条件下,若校准后的频响数据与所述参考频响数据之间的误差不大于所述设定误差值,则将所述校准后的频响数据对应的校准系数确定为当前校准系数,并获取所述待校准麦克风保存的初始滤波系数,根据所述当前校准系数和初始滤波系数确定校准后的滤波系数,将所述校准后的滤波系数发送给所述待校准麦克风;
所述待校准麦克风接收并保存所述校准后的滤波系数。
10.根据权利要求9所述的麦克风校准系统,其特征在于,所述根据所述当前校准系数和初始滤波系数确定校准后的滤波系数具体为:
对所述当前校准系数和初始滤波系数进行卷积运算得到所述校准后的滤波系数。
11.一种麦克风校准系统,其特征在于,包括校准设备和放音设备,所述校准设备中保存有参考激励信号信息、参考频响数据、系统误差值和设定误差值,其中,
所述校准设备用于根据参考激励信号信息与系统误差值生成测试激励信号,将所述测试激励信号发送给所述放音设备;
所述放音设备用于接收所述测试激励信号,将所述测试激励信号转换为声音信号,并向待校准麦克风发出所述声音信号;
所述待校准麦克风用于拾取所述声音信号并进行处理获得数字信号,根据保存的初始滤波系数对所述数字信号进行处理后输出响应数据;
所述校准设备还用于接收所述待校准麦克风输出的响应数据,并根据所述设定误差值、参考频响数据和响应数据,对所述待校准麦克风输出的响应数据对应的频响数据进行校准,在第一设定条件下,若校准后的频响数据与所述参考频响数据之间的误差不大于所述设定误差值,则将所述校准后的频响数据对应的校准系数确定为当前校准系数,并将所述当前校准系数发送给所述待校准麦克风;
所述待校准麦克风接收所述当前校准系数,根据所述当前校准系数和初始滤波系数确定校准后的滤波系数,保存所述校准后的滤波系数。
12.根据权利要求11所述的麦克风校准系统,其特征在于,所述根据所述当前校准系数和初始滤波系数确定校准后的滤波系数具体为:
对所述当前校准系数和初始滤波系数进行卷积运算得到所述校准后的滤波系数。
13.一种麦克风,其特征在于,至少包括声电换能器、模数转换器、处理器、存储器、第一接口和第二接口,所述存储器中保存有初始滤波系数,所述声电换能器用于拾取放音设备发出的声音信号并输出模拟信号,所述模数转换器用于对所述声电换能器输出的模拟信号进行处理获得数字信号,所述处理器用于根据所述初始滤波系数对所述数字信号进行处理获得响应数据,所述第一接口用于输出所述响应数据,所述第二接口用于接收校准后的滤波系数,所述存储器用于保存所述校准后的滤波系数,其中,当所述麦克风再次拾取所述声音信号时,根据所述校准后的滤波系数对数字信号进行处理输出的响应数据对应的频响数据与参考频响数据的误差值在设定误差范围内。
14.一种麦克风,其特征在于,至少包括声电换能器、模数转换器、处理器、存储器、第一接口和第二接口,所述存储器中保存有初始滤波系数,所述声电换能器用于拾取放音设备发出的声音信号并输出模拟信号,所述模数转换器用于对所述声电换能器输出的模拟信号进行处理获得数字信号,所述处理器用于根据所述初始滤波系数对所述数字信号进行处理获得响应数据,所述第一接口用于输出所述响应数据,所述第二接口用于接收当前校准系数,所述处理器用于根据所述当前校准系数和所述初始滤波系数计算获得校准后的滤波系数,所述存储器还用于保存所述校准后的滤波系数,其中,当所述麦克风再次拾取所述声音信号时,根据所述校准后的滤波系数对数字信号进行处理输出的响应数据对应的频响数据与参考频响数据的误差值在设定误差范围内。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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