CN113923577B - 声学响应测量系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了声学响应测量系统及方法，其中系统包括TWS耳机、人工耳模块及采集板；TWS耳机包括ADC和DAC，ADC用于采集环境中的声音信号，DAC用于播放TWS耳机的音频数据；TWS耳机的两个触点与采集板以飞线的方式连接，TWS耳机ADC采集的环境中的声音信号和DAC播放的音频数据通过数字音频接口以有线的方式传输给采集板；人工耳模块用于将人耳听到的声音信号转换为电信号；采集板包括ADC，与人工耳模块连接，用于采集人工耳数据；采集板包括时钟恢复电路，用于将从TWS耳机接收到的数据中恢复出时钟信号供采集板的ADC使用。本发明实施例能够解决无线测量方式TWS耳机内部的ADC/DAC与采集板ADC延时无法精确得到和有线测量方式拆壳引线改变了耳机内部的声学特性的问题。
Description
技术领域
本发明涉及声学响应测量领域，特别涉及一种声学响应测量系统及方法。
背景技术
主动降噪一般分为前馈主动降噪(Feedforward ANC)，反馈主动降噪(FeedbackANC)和混合式主动降噪(Hybrid ANC)，每种主动降噪又可以分为自适应主动降噪和非自适应主动降噪。对于非自适应的前馈主动降噪来说，就是通过外部MIC采集环境中的噪声，采集到的环境噪声经过前馈滤波器后产生幅度相同相位相反的信号再通过耳机的喇叭播放出来，喇叭播放出来的声波与环境中的噪声相抵消，从而实现降噪的效果。设计前馈滤波器需要测量两个声学响应，即主路径声学响应测量和次路径声学响应测量。主路径声学响应是噪声源到人耳的声学传递方程，次路径声学响应是耳机喇叭到人耳的声学传递方程。主路径的声学响应的测量需要将TWS耳机戴到人工耳上，外部的音箱放在固定的位置播放一段激励信号，TWS耳机上的MIC和人工耳同时将激励信号录制下来。次路径的声学响应的测量也需要将TWS耳机戴到人工耳上，耳机播放一段激励信号，人工耳把激励信号采集下来。现有的测量方案主要分为无线测量和有线测量。无线测量方案是TWS耳机将MIC采集到的数据或者DAC播放的数据通过蓝牙以无线的方式传输给采集板，人工耳通过有线方式接到采集板的ADC上。有线测量需要先将TWS耳机拆开将喇叭和MIC的信号线引出后再组装好，引出MIC信号线和人工耳的信号线接到采集板的ADC上，引出的喇叭信号线接到采集板的DAC上。采集板可以同时采集人工耳和TWS耳机MIC的信号。
主动降噪的声学响应的测量的关键在于延时的精准控制，即需要TWS耳机内部的ADC/DAC与采集板上的ADC的相对延时要已知。采用无线测量方式TWS耳机内部的ADC/DAC与采集板的ADC使用的是不同的时钟源，无法做到完全的同步，相对延时无法精确得到。
有线方式需要将组装好的TWS耳机壳打开，需要引出喇叭信号线、MIC的信号线、MIC的电源线和地线，引线多同时也改变了耳机内部的声学特性从而影响到测量的准确性。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种声学响应测量系统，能够解决无线测量方式TWS耳机内部的ADC/DAC与采集板ADC延时无法精确得到和有线测量方式拆壳引线改变了耳机内部的声学特性的问题。
本发明还提出一种声学响应测量方法。
根据本发明的第一方面实施例的声学响应测量系统，包括TWS耳机、人工耳模块及采集板；所述TWS耳机包括ADC和DAC，ADC用于采集环境中的声音信号，DAC用于播放TWS耳机的音频数据；所述TWS耳机的两个触点与所述采集板以飞线的方式连接，TWS耳机ADC采集到的环境中声音信号和DAC播放的音频数据通过数字音频接口以有线的方式传输给所述采集板；所述人工耳模块与人耳具有相似的声学阻抗，内置电容式传声器，用于将人耳听到的声音信号转换为电信号；所述采集板包括ADC，与所述人工耳模块连接，用于采集人工耳数据；所述采集板包括时钟恢复电路，用于将从所述TWS耳机接收到的数据中恢复出时钟信号供所述采集板的ADC使用。
根据本发明实施例的声学响应测量系统，至少具有如下有益效果：现有的无线测量方案TWS耳机ADC/DAC与采集板的ADC的延时无法精确得到，有线测量方案拆壳引线改变了耳机内部的声学特性。两种方案都无法对主路径声学响应和次路径声学响应进行精准的测量，从而影响主动降噪的降噪效果。本发明实施例的声学响应测量系统采用音频信号使用数字音频接口协议从充电引脚引出，采集板恢复出数字音频接口时钟方案解决了TWS耳机ADC/DAC与采集板的ADC时钟同步问题，使用充电引脚没有破坏耳机的内部结构也解决了有线测量方案拆壳影响耳机内部声学特性的问题。
根据本发明的一些实施例，所述TWS耳机还包括：麦克风、喇叭和数字音频发送单元，所述麦克风与所述TWS耳机的ADC连接；所述喇叭与所述TWS耳机的DAC连接；所述数字音频发送单元的数据源来自TWS耳机的ADC和DAC，用于将ADC采集的数据和DAC播放的数据通过数字音频接口传输至所述采集板。
根据本发明的一些实施例，所述人工耳模块包括人工耳和人工耳电源，所述人工耳外形为人耳的形状，所述TWS耳机可以戴在所述人工耳上；所述人工耳电源与所述人工耳连接；所述人工耳的电容式传声器输出和所述采集板的ADC连接。
根据本发明的一些实施例，所述采集板还包括：数字音频接收单元和USB；所述数字音频接收单元用于接收所述TWS耳机通过数字音频接口传输的数据；所述USB用于与外部计算机连接并将所述数字音频接收单元接收的数据和所述采集板的ADC采集的数据传输至所述外部计算机。
根据本发明的一些实施例，所述数字音频接口采用SPDIF协议，SPDIF协议采用相位调制编码，所述相位调制编码为将时钟信号和数据混合在一起的编码方式。
根据本发明的一些实施例，所述TWS耳机的两个触点为5V充电引脚和GND引脚，所述5V充电引脚在进入声学响应模式时配置为数字音频发送模式。
根据本发明的第二方面实施例的声学响应测量方法，用于本发明的第一方面实施例的声学响应测量系统，包括以下步骤：TWS耳机进行声学响应测试步骤：TWS耳机初始化进入声学响应测试模式，将充电引脚配置为数字音频输出模式；根据声学响应的测试模式，使能TWS耳机的ADC或DAC；配置数字音频输出的数据源，并使能数字音频发送单元；采集板进行声学响应测试步骤：采集板初始化后使能数字音频接收单元，等待数字音频接收单元接收到TWS耳机传输的数字音频信号；时钟恢复电路从接收到的数字音频信号中恢复出时钟信号后，使能采集板的ADC和USB，将采集板的ADC采样数据和数据音频接收单元接收到的数据通过USB接口传输给计算机。
根据本发明实施例的声学响应测量方法，至少具有如下有益效果：本发明实施例的声学响应测量方法采用音频信号使用数字音频接口协议从充电引脚引出，采集板恢复出数字音频接口时钟方案解决了TWS耳机ADC/DAC与采集板的ADC时钟同步问题。
根据本发明的一些实施例，所述根据声学响应的测试模式，使能TWS耳机的ADC或DAC包括：若声学响应测试模式为主路径响应测量，则使能TWS耳机的ADC；若声学响应测试模式为次路径响应测量，则使能TWS耳机的DAC。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明实施例的系统的模块示意框图。
图2为本发明另一实施例的系统的模块示意框图。
图3为本发明实施例的系统进行前馈主路径声学响应测量示意图。
图4为本发明实施例的系统进行前馈主路径声学响应测量示意图。
图5为本发明实施例的方法的流程示意图。
图6为本发明另一实施例的方法的流程示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个及两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
ANC(Active Noise Cancellation):主动降噪，通过主动降噪系统产生与环境噪声幅度相等相位相反的声波来抵消环境中的噪音，从而实现降噪效果。
ADC(Analog to Digital Converter):模数转换器，是指将连续变化的模拟信号转换为离散的数字信号。
DAC(Digital to Analog Converter):数模转换器，是指将离散的数字信号转换为连续变化的模拟信号。
SPDIF(Sony/Philips Digital Interface):Sony、Philips数字音频接口简称。
SPDIF TX(Sony/Philips Digital Interface Transmit)Sony、Philips数字音频发送。
SPDIF RX(Sony/Philips Digital Interface Receive)Sony、Philips数字音频接收。
TWS(True Wireless Stereo):真无线立体声。
MIC(Microphone):麦克风，传声器。
PC(Personal Computer):个人计算机。
V(Voltage)：电压，电势差。
GND(Ground):地，零电势点。
USB(Universal Serial Bus):通用串行总线。
FS(Frequency of sample):采样率。
参照图1，本发明实施例的声学响应测量系统，包括TWS耳机、人工耳模块及采集板；TWS耳机包括ADC和DAC，用于采集外部音箱的激励信号或TWS耳机播放的音频数据；TWS耳机的两个触点与采集板以飞线的方式连接，ADC采集的数据和DAC播放的数据通过数字音频接口以有线的方式传输给采集板；人工耳模块与人耳具有相似的声学阻抗，人工耳模块内置电容式传声器，用于将人耳听到的声音信号转换为电信号；采集板包括ADC，与人工耳模块连接，用于采集人工耳数据；采集板包括时钟恢复电路，用于将从TWS耳机接收到的数据中恢复出时钟信号供采集板的ADC使用。
在一些实施例中，本发明实施例的TWS耳机还包括：麦克风、喇叭和数字音频发送单元，麦克风与TWS耳机的ADC连接；喇叭与TWS耳机的DAC连接；数字音频发送单元的数据源来自TWS耳机的ADC和DAC，用于将ADC采集的数据和DAC播放的数据通过数字音频接口传输至所述采集板。
在一些实施例中，本发明实施例的人工耳模块包括人工耳和人工耳电源；人工耳外形为人耳的形状，TWS耳机可以戴在人工耳上；人工耳电源与所述人工耳连接；人工耳的电容式传声器输出和所述采集板的ADC连接。
在一些实施例中，本发明实施例的采集板还包括：数字音频接收单元和USB；数字音频接收单元用于接收TWS耳机通过数字音频接口传输的数据；USB用于与外部计算机连接并将所述数字音频接收单元接收的数据和所述采集板的ADC采集的数据传输至所述外部计算机。
在一些实施例中，数字音频接口采用SPDIF协议，SPDIF协议采用相位调制编码，所述相位调制编码为将时钟信号和数据混合在一起的编码方式。
在一些实施例中，TWS耳机的两个触点为5V充电引脚和GND引脚，5V充电引脚在进入声学响应模式时配置为数字音频发送模式。
参照图2，本发明另一实施例的声学响应测量系统。本实施例利用TWS耳机的5V充电触点将耳机内部ADC采集的MIC数据和DAC播放的数据通过SPDIF数字音频接口以有线的方式传输给采集板。SPDIF接口采用相位调制编码，是一种将时钟信号和数据混合在一起的编码方式，可以使用一根信号线传输音频数据且可以从数据信号中恢复出时钟信号。采集板上的时钟恢复电路从SPDIF信号恢复出TWS耳机的ADC/DAC使用的时钟供采集板上的ADC使用，从而实现TWS耳机的ADC/DAC时钟与采集板上ADC时钟完全同步。本实施例使用SPDIF接口传输音频数据解决了有线测量需要拆壳引线的问题，使用时钟恢复电路的方案解决无线测量方式的时钟同步问题。本实施例中，TWS耳机声学响应测试时需要通过飞线的方式将耳机的两个触点(5V和GND)连接到采集板上，这种飞线没有破坏TWS耳机的内部声学特性，不影响TWS耳机声学响应测量的准确性。TWS耳机使用的芯片需要支持ADC和DAC的数据通过SPDIF接口从5V的充电引脚放出。SPDIF接口与ADC/DAC需要使用相同的时钟源。TWS耳机默认情况下5V的充电引脚保持原有的充电功能，当进入声学响应测试模式时软件将5V的充电引脚配置为SPDIF TX模式。采集板使用的芯片具有从SPDIF信号中恢复出时钟的功能且ADC的时钟源可选择从SPDIF信号恢复的时钟。
本发明实施例可以应用于主动降噪耳机，测控设备等。
参照图3，本发明实施例进行前馈主路径声学响应测量时，PC播放激励信号到外部的扬声器，TWS耳机的ADC以FS的采样率采集数据，采集到的数据通过SPDIF接口以FS的采样率传输到采集板。采集板上的SPDIF时钟恢复电路恢复出64*FS的时钟信号，采集板上的ADC使用从SPDIF恢复出的64*FS时钟。采集板上的ADC采集到的人工耳数据和SPDIF RX接收到的TWS耳机ADC采集到的环境噪声数据通过USB接口传输给PC。TWS耳机的ADC与采集板的ADC使用相同的时钟源，可以实现TWS耳机的ADC与采集板的ADC之间无延时，满足前馈声学响应测试对延时的要求。
参照图4，本发明实施例进行前馈次路径声学响应测量时，TWS耳机的DAC以FS测采样率播放激励数据，激励数据通过SPDIF接口以FS采样率传输到采集板。采集板上的SPDIF时钟恢复电路恢复出64*FS的时钟信号，采集板上的ADC使用从SPDIF恢复出的64*FS时钟。采集板上的ADC采集到的人工耳数据与SPDIF RX接收到的TWS耳机DAC播放的激励信号通过USB接口传输给PC。TWS耳机的DAC与采集板的ADC使用相同的时钟源，可以实现TWS耳机的DAC与采集板的ADC之间无延时，满足前馈声学相应对延时的要求。
参照图5，主动降噪声学响应测量分为TWS耳机板和采集板两部分，这两部分的操作流程没有先后顺序之分。本发明实施例的声学响应测量包括：TWS耳机进行声学响应测试步骤：TWS耳机初始化进入声学响应测试模式，将充电引脚配置为数字音频输出模式；根据声学响应的测试模式，使能TWS耳机的ADC或DAC；配置数字音频输出的数据源，并使能数字音频发送单元；采集板进行声学响应测试步骤：采集板初始化后使能数字音频接收单元，等待数字音频接收单元接收到TWS耳机传输的数字音频信号；时钟恢复电路从接收到的数字音频信号中恢复出时钟信号后，使能采集板的ADC和USB，将采集板的ADC采样数据和数据音频接收单元接收到的数据通过USB接口传输给计算机。
在一些实施例中，根据声学响应的测试模式，使能TWS耳机的ADC或DAC包括：若声学响应测试模式为主路径响应测量，则使能TWS耳机的ADC；若声学响应测试模式为次路径响应测量，则使能TWS耳机的DAC。
参照图6，本发明另一实施例的声学响应测量方法包括：TWS耳机完成初始化后进入声学响应测试模式，将5V的充电引脚配置为SPDIF TX输出模式。软件根据声学响应的测试模式使能ADC或者DAC，同时配置SPDIF TX输出的数据源，使能SPDIF TX，5V的充电引脚即可输出SPDIF信号。采集板完成初始化后使能SPDIF RX，等待SPDIF RX接收到TWS耳机传输的SPDIF信号。时钟恢复电路输出64*FS的时钟后使能采集板的ADC和USB，将ADC采样数据和SPDIF RX接收到的数据通过USB接口传输给PC。算法工程师通过采集到的数据来设计前馈滤波器的参数。
本发明不仅适用于前馈降噪的声学响应测量，反馈降噪和需要提前测量次路径响应的自适应降噪也可使用。本发明不限制于具体的TWS耳机主动降噪声学响应的测量系统，只要是采用了该方案，都在发明保护范围内。
应当认识到，本发明实施例中的方法步骤可以由计算机硬件、硬件和软件的组合、或者通过存储在非暂时性计算机可读存储器中的计算机指令来实现或实施。所述方法可以使用标准编程技术。每个程序可以以高级过程或面向对象的编程语言来实现以与计算机系统通信。然而，若需要，该程序可以以汇编或机器语言实现。在任何情况下，该语言可以是编译或解释的语言。此外，为此目的该程序能够在编程的专用集成电路上运行。
此外，可按任何合适的顺序来执行本文描述的过程的操作，除非本文另外指示或以其他方式明显地与上下文矛盾。本文描述的过程(或变型和/或其组合)可在配置有可执行指令的一个或多个计算机系统的控制下执行，并且可作为共同地在一个或多个微处理器上执行的代码(例如，可执行指令、一个或多个计算机程序或一个或多个应用)、由硬件或其组合来实现。所述计算机程序包括可由一个或多个微处理器执行的多个指令。
进一步，所述方法可以在可操作地连接至合适的任何类型的计算平台中实现，包括但不限于个人电脑、迷你计算机、主框架、工作站、网络或分布式计算环境、单独的或集成的计算机平台、或者与带电粒子工具或其它成像装置通信等等。本发明的各方面可以以存储在非暂时性存储介质或设备上的机器可读代码来实现，无论是可移动的还是集成至计算平台，如硬盘、光学读取和/或写入存储介质、RAM、ROM等，使得其可由可编程计算机读取，当存储介质或设备由计算机读取时可用于配置和操作计算机以执行在此所描述的过程。此外，机器可读代码，或其部分可以通过有线或无线网络传输。当此类媒体包括结合微处理器或其他数据处理器实现上文所述步骤的指令或程序时，本文所述的发明包括这些和其他不同类型的非暂时性计算机可读存储介质。当根据本发明所述的方法和技术编程时，本发明还包括计算机本身。
计算机程序能够应用于输入数据以执行本文所述的功能，从而转换输入数据以生成存储至非易失性存储器的输出数据。输出信息还可以应用于一个或多个输出设备如显示器。在本发明优选的实施例中，转换的数据表示物理和有形的对象，包括显示器上产生的物理和有形对象的特定视觉描绘。
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (8)
1.一种声学响应测量系统，其特征在于，包括TWS耳机、人工耳模块及采集板；
所述TWS耳机包括ADC和DAC，ADC用于采集环境中的声音信号，DAC用于播放TWS耳机的音频数据；
所述TWS耳机的两个充电触点与所述采集板以飞线的方式连接，TWS耳机ADC采集的声音信号和DAC播放的音频数据通过数字音频接口以有线的方式传输给所述采集板；
所述人工耳模块与人耳具有相似的声学阻抗，内置电容式传声器，用于将人耳听到的声音信号转换为电信号；
所述采集板包括ADC，与所述人工耳模块连接，用于采集人工耳佩戴TWS耳机时的声音信号；
所述采集板包括时钟恢复电路，用于将从所述TWS耳机接收到的数据中恢复出时钟信号供所述采集板的ADC使用。
2.根据权利要求1所述的声学响应测量系统，其特征在于，所述TWS耳机还包括：麦克风、喇叭和数字音频发送单元，
所述麦克风与所述TWS耳机的ADC连接；
所述喇叭与所述TWS耳机的DAC连接；
所述数字音频发送单元的数据源来自TWS耳机的ADC和DAC，用于将ADC采集的环境中声音信号和DAC播放的数据通过数字音频接口传输至所述采集板。
3.根据权利要求1所述的声学响应测量系统，其特征在于，所述人工耳模块包括人工耳和人工耳电源；
所述人工耳外形为人耳的形状，所述TWS耳机可以戴在所述人工耳上；
所述人工耳电源与所述人工耳连接；
所述人工耳的电容式传声器输出和所述采集板的ADC连接。
4.根据权利要求1所述的声学响应测量系统，其特征在于，所述采集板还包括：数字音频接收单元和USB；
所述数字音频接收单元用于接收所述TWS耳机通过数字音频接口传输的数据；
所述USB用于与外部计算机连接并将所述数字音频接收单元接收的数据和所述采集板的ADC采集的数据传输至所述外部计算机。
5.根据权利要求1所述的声学响应测量系统，其特征在于，所述数字音频接口采用SPDIF协议，SPDIF协议采用相位调制编码，所述相位调制编码为将时钟信号和数据混合在一起的编码方式。
6.根据权利要求1所述的声学响应测量系统，其特征在于，所述TWS耳机的两个触点为5V充电引脚和GND引脚，所述5V充电引脚在进入声学响应模式时配置为数字音频发送模式。
7.一种声学响应测量方法，用于权利要求1至6任一项所述的声学响应测量系统，其特征在于，包括以下步骤：
TWS耳机进行声学响应测试步骤：
TWS耳机初始化进入声学响应测试模式，将充电引脚配置为数字音频输出模式；
根据声学响应的测试模式，使能TWS耳机的ADC或DAC；
配置数字音频输出的数据源，并使能数字音频发送单元；
采集板进行声学响应测试步骤：
采集板初始化后使能数字音频接收单元，等待数字音频接收单元接收到TWS耳机传输的数字音频信号；
时钟恢复电路从接收到的数字音频信号中恢复出时钟信号后，使能采集板的ADC和USB，将采集板的ADC采样数据和数据音频接收单元接收到的数据通过USB接口传输给计算机。
8.根据权利要求7所述的声学响应测量方法，其特征在于，所述根据声学响应的测试模式，使能TWS耳机的ADC或DAC包括：
若声学响应测试模式为主路径响应测量，则使能TWS耳机的ADC；
若声学响应测试模式为次路径响应测量，则使能TWS耳机的DAC。
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