CN114783463B - 基于脉冲响应降噪的厅堂客观音质参量测量方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于脉冲响应降噪的厅堂客观音质参量测量方法及系统，涉及建筑声学测量技术领域。通过对等幅值扫频信号进行加权，使扫频信号幅值在头部逐渐增大，在尾部逐渐减小，避免了扫频信号幅值突变引起的负载过大和附加脉冲，得到无尾部脉冲干扰、精度更高的脉冲响应；通过对能量脉冲响应信号进行截断处理，避免了头部及尾部以噪声为主的能量脉冲响应信号对计算精度的干扰，提高了测量结果的准确度；通过对能量脉冲响应信号进行降噪和截断能量补偿处理，避免了信号中的噪声影响客观音质参量的计算精度，从而使处理后的能量脉冲响应信号在背景噪声比较大的情况下具有良好的信噪比，减小测量误差，提高客观音质参量测量结果的准确度。
Description
技术领域
本发明涉及建筑声学测量技术领域，特别是涉及一种基于脉冲响应降噪的厅堂客观音质参量测量方法及系统。
背景技术
厅堂客观音质参量的作用是描述厅堂音质。厅堂客观音质参量的测量结果是音乐厅、剧院、会议厅、体育馆等各类厅堂音质验收工作的的重要依据。所有的客观音质参量都可以从室内脉冲响应中得到，因此准确测量脉冲响应是测量客观音质参量的关键技术。
目前国内的音质参量测量设备所应用的脉冲响应基本上都是采用各种数字信号技术，有效改善了信噪比。但是在背景噪声较大，或者厅堂容积较大的条件下，所获得的脉冲响应信号仍然难以达到规范所规定的信噪比要求，给音质参量的现场测量带来较大的误差，有时可能导致测试失败。因此提高信号的信噪比对于精确测量厅堂的客观音质参量是十分必要的。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于脉冲响应降噪的厅堂客观音质参量测量方法及系统，以解决在背景噪声比较大的情况下，厅堂客观音质参量的测量结果误差较大的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种基于脉冲响应降噪的厅堂客观音质参量测量方法，所述方法包括：
对等幅值扫频信号进行加权，生成加权扫频信号；
基于所述加权扫频信号生成扫频声信号，并将所述扫频声信号发送到被测房间内部；
采集被测房间内部测声点处的声信号并转换为对应的声压信号；
基于所述声压信号生成对应的能量脉冲响应信号，并对所述能量脉冲响应信号进行截断和降噪处理；
对截断和降噪处理后的能量脉冲响应信号进行截断能量补偿处理后生成施罗德倒积分对数曲线，并根据所述施罗德倒积分对数曲线及截断能量补偿处理后的能量脉冲响应信号计算被测房间的客观音质参量。
可选地，所述对等幅值扫频信号进行加权，生成加权扫频信号，具体包括：
根据v(t)＝v0sin[2π(f0+kt)t]生成等幅值扫频信号；其中，v(t)为等幅值扫频信号；t为等幅值扫频信号的扫频时间，且0≤t≤T0；T0为等幅值扫频信号的总时长；v0为等幅值扫频信号的幅值；f0为等幅值扫频信号的起始频率；k为等幅值扫频信号的频率增长率；
对所述等幅值扫频信号进行加权，生成加权扫频信号，加权公式为：
其中，vweight(t)为加权扫频信号；v(t)为等幅值扫频信号；ω为正弦或余弦加权函数的角频率，且f0为等幅值扫频信号的起始频率。
可选地，所述基于所述声压信号生成对应的能量脉冲响应信号，并对所述能量脉冲响应信号进行截断和降噪处理，具体包括：
根据所述声压信号生成声压脉冲响应信号；
对所述声压脉冲响应信号进行1倍频带或1/3倍频带滤波，计算得到滤波后的声压脉冲响应信号；
根据滤波后的声压脉冲响应信号生成能量脉冲响应信号；
对所述能量脉冲响应信号进行截断处理；
对截断处理后的能量脉冲响应信号进行降噪处理，并将降噪处理后的能量脉冲响应信号作为截断和降噪处理后的能量脉冲响应信号。
可选地，所述对截断和降噪处理后的能量脉冲响应信号进行截断能量补偿处理后生成施罗德倒积分对数曲线，具体公式为：
其中，E(t)为施罗德倒积分对数曲线；t0为能量脉冲响应信号的头部截断时刻；t1为能量脉冲响应信号的尾部截断时刻；EIRdenoise(τ)为τ时刻对应的截断和降噪处理后的能量脉冲响应信号幅值；EIRdenoise(t)为t时刻对应的截断和降噪处理后的能量脉冲响应信号幅值；C为用于补偿能量脉冲响应信号截断所损失的信号能量的补偿能量。
可选地，所述补偿能量的计算公式为：
其中，C为补偿能量；t0为能量脉冲响应信号的头部截断时刻；t1为能量脉冲响应信号的尾部截断时刻；e为自然对数的底数；δ为利用截断和降噪处理后的能量脉冲响应信号的对数曲线上-5dB至-15dB之间的数据拟合得到的直线的衰减斜率；E0为截断和降噪处理后的能量脉冲响应信号从t0时刻到无穷远时刻之间的能量累计值；EIRdenoise(t)为t时刻对应的截断和降噪处理后的能量脉冲响应信号幅值。
可选地，所述根据所述施罗德倒积分对数曲线及截断能量补偿处理后的能量脉冲响应信号计算被测房间的客观音质参量，具体包括：
根据计算混响时间T15；
根据计算混响时间T20；
根据计算混响时间T30；
根据EDT＝6(T-10dB-T0dB)计算早期衰变时间EDT；
根据计算明晰度因子C80；
根据计算清晰度因子D50；
其中，及T-20dB分别为利用所述施罗德倒积分对数曲线E(t)上-5dB至-20dB之间的数据拟合得到的直线上-5dB及-20dB对应的时刻；/>及T-25dB分别为利用所述施罗德倒积分对数曲线E(t)上-5dB至-25dB之间的数据拟合得到的直线上-5dB及-25dB对应的时刻；/>及T-35dB分别为利用所述施罗德倒积分对数曲线E(t)上-5dB至-35dB之间的数据拟合得到的直线上-5dB及-35dB对应的时刻；T0dB及T-10dB分别为利用所述施罗德倒积分对数曲线E(t)上0dB至-10dB之间的数据拟合得到的直线上0dB及-10dB对应的时刻；EIRdenoise(t)为t时刻对应的截断和降噪处理后的能量脉冲响应信号幅值；t0为能量脉冲响应信号的头部截断时刻；t1为能量脉冲响应信号的尾部截断时刻；C为用于补偿能量脉冲响应信号截断所损失的信号能量的补偿能量；
所述客观音质参量包括混响时间T15、T20和T30，早期衰变时间EDT，明晰度因子C80和清晰度因子D50。
本发明还提供一种基于脉冲响应降噪的厅堂客观音质参量测量系统，所述系统包括：
信号生成模块，用于对等幅值扫频信号进行加权，生成加权扫频信号；
信号发射模块，与所述信号生成模块连接，且放入被测房间内部，用于基于所述加权扫频信号生成扫频声信号，并将所述扫频声信号发送到被测房间内部；
信号采集模块，设置在被测房间内部的测声点处，用于采集被测房间内部测声点处的声信号并转换为对应的声压信号；
信号处理模块，与所述信号采集模块连接，用于基于所述声压信号生成对应的能量脉冲响应信号，并对所述能量脉冲响应信号进行截断和降噪处理；
客观音质参量计算模块，与所述信号处理模块连接，用于对截断和降噪处理后的能量脉冲响应信号进行截断能量补偿处理后生成施罗德倒积分对数曲线，并根据所述施罗德倒积分对数曲线及截断能量补偿处理后的能量脉冲响应信号计算被测房间的客观音质参量。
可选地，所述信号发射模块包括：
数模转换卡，与所述信号生成模块连接，用于将所述加权扫频信号转换为对应的声压模拟信号；
功放设备，与所述数模转换卡连接，用于对所述声压模拟信号进行放大处理；
音箱，与所述功放设备连接，且放入被测房间内部，用于在放大后的声压模拟信号的激励下生成扫频声信号，并将所述扫频声信号发送到被测房间内部。
可选地，所述信号采集模块包括：
传声器，设置在被测房间内部的测声点处，用于采集被测房间内部测声点处的声信号，并将所述声信号转换为对应的电压信号；
前置放大器，与所述传声器连接，用于对所述电压信号进行放大处理；
模数转换卡，分别与所述前置放大器及所述信号处理模块连接，用于将放大处理后的电压信号转换为对应的数字信号，并将所述数字信号作为声压信号。
可选地，所述系统还包括：
存储及报表生成模块，与所述客观音质参量计算模块连接，用于存储采集得到的被测房间测点处的声压信号和计算得到的被测房间的客观音质参量，并自动生成报表。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供一种基于脉冲响应降噪的厅堂客观音质参量测量方法及系统，通过对等幅值扫频信号进行加权，使扫频信号的幅值在头部逐渐增大，在尾部逐渐减小，避免了扫频信号幅值突变引起的负载过大和附加脉冲，有助于系统的安全、稳定运行，避免信号结束时的附加脉冲干扰，从而提高采集到的声信号的信噪比，降低测量误差，进而增强脉冲响应的精度；通过对能量脉冲响应信号进行截断处理，避免了头部及尾部以噪声为主的能量脉冲响应信号对计算精度的干扰，提高了测量结果的准确度；通过对能量脉冲响应信号进行降噪和截断能量补偿处理，避免了信号中的噪声影响客观音质参量的计算精度，从而使在背景噪声比较大的情况下，保证处理后的能量脉冲响应信号具有良好的信噪比，有利于减小测量误差，提高客观音质参量测量结果的准确度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的厅堂客观音质参量测量方法的流程图；
图2为本发明提供的厅堂客观音质参量测量系统的结构图；
图3为本发明提供的厅堂客观音质参量测量系统的信号生成模块的结构图；
图4为本发明提供的厅堂客观音质参量测量系统的信号处理模块的结构图；
图5为本发明提供的厅堂客观音质参量测量系统的客观音质参量计算模块的结构图。
符号说明：
信号生成模块—1，扫频信号生成子模块—11，扫频信号加权子模块—12，信号发射模块—2，信号采集模块—3，信号处理模块—4，声压脉冲响应生成子模块—41，信号滤波子模块—42，能量脉冲响应生成子模块—43，信号截断子模块—44，信号降噪子模块—45，客观音质参量计算模块—5，能量脉冲响应截断补偿子模块—51，施罗德倒积分对数曲线生成子模块—52，客观音质参量计算子模块—53，存储及报表生成模块—6，显示模块—7，实时测量模块—8，离线分析模块—9。
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。
本发明的目的是提供一种基于脉冲响应降噪的厅堂客观音质参量测量方法及系统，以解决在背景噪声比较大的情况下，厅堂客观音质参量的测量结果误差较大的问题。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
本发明提供一种基于脉冲响应降噪的厅堂客观音质参量测量方法，图1为本发明提供的厅堂客观音质参量测量方法的流程图，如图1所示，所述方法包括：
步骤S1：对等幅值扫频信号进行加权，生成加权扫频信号。
步骤S2：基于所述加权扫频信号生成扫频声信号，并将所述扫频声信号发送到被测房间内部。
步骤S3：采集被测房间内部测声点处的声信号并转换为对应的声压信号。
步骤S4：基于所述声压信号生成对应的能量脉冲响应信号，并对所述能量脉冲响应信号进行截断和降噪处理。
步骤S5：对截断和降噪处理后的能量脉冲响应信号进行截断能量补偿处理后生成施罗德倒积分对数曲线，并根据所述施罗德倒积分对数曲线及截断能量补偿处理后的能量脉冲响应信号计算被测房间的客观音质参量。
下面对上述各步骤进行详细论述：
步骤S1：对等幅值扫频信号进行加权，生成加权扫频信号，具体包括：
步骤S11：根据v(t)＝v0sin[2π(f0+kt)t]生成等幅值扫频信号；其中，v(t)为等幅值扫频信号；t为等幅值扫频信号的扫频时间，单位为s，且0≤t≤T0；T0为等幅值扫频信号的总时长(由于后续对等幅值扫频信号进行加权未改变其总时长，因此所述加权扫频信号的总时长同为T0，将T0统称为扫频信号的总时长)，单位为s，且约为预估混响时间的5倍以上；v0为等幅值扫频信号的幅值，单位为V；f0为等幅值扫频信号的起始频率，单位为Hz；k为等幅值扫频信号的频率增长率，单位为Hz/s。
步骤S12：对所述等幅值扫频信号进行加权，生成加权扫频信号，加权公式为：
其中，vweight(t)为加权扫频信号；v(t)为等幅值扫频信号；ω为正弦或余弦加权函数的角频率，单位为rad/s，且f0为等幅值扫频信号的起始频率，单位为Hz。
具体地，v(t)head-weight＝v(t)sinωt，表示扫频信号头部采用正弦函数加权，信号幅值逐渐增大，具体表现为：由0逐渐增大至v0；表示扫频信号尾部采用余弦函数加权，信号幅值逐渐减小，具体表现为：由v0逐渐减小至0。
在本实施例中，通过对等幅值扫频信号的头部(即时)和尾部(即时)进行加权，使信号幅值在头部逐渐增大，在尾部逐渐减小，避免幅值突变引起的负载过大和附加脉冲，从而能够保证测量系统安全、平稳运行，在信号结束时不产生附加脉冲干扰，所获得的脉冲响应信号精度更高，进而能够减小测量结果的误差，提高测量精度。
步骤S4：基于所述声压信号生成对应的能量脉冲响应信号，并对所述能量脉冲响应信号进行截断和降噪处理，具体包括：
步骤S41：根据所述声压信号生成声压脉冲响应信号，具体采用扫频信号相关法，使在测声点处采集声信号并转换得到的声压信号p0(t)与发出的加权扫频信号vweight(t)相关，具体公式为：
其中，PIR(t)为声压脉冲响应信号，总时长为2T0，即声压脉冲响应信号的时间t的取值范围为0≤t≤2T0，T0为扫频信号的总时长；vweight(t)为加权扫频信号；p0(t)为在被测房间内部测声点处采集声信号并转换得到的声压信号。
步骤S42：对所述声压脉冲响应信号进行1倍频带或1/3倍频带滤波，计算得到滤波后的声压脉冲响应信号。通过选择对声压脉冲响应信号进行不同倍频带滤波，使后续能够根据不同倍频带滤波后的声压脉冲响应信号计算不同倍频带对应的客观音质参量。
步骤S43：根据滤波后的声压脉冲响应信号生成能量脉冲响应信号，具体公式为：
EIR(t)＝PIR(t)^2；
其中，EIR(t)为能量脉冲响应信号；PIR(t)为声压脉冲响应信号；采用上述公式可以根据1倍频带或1/3倍频带滤波后的声压脉冲响应信号计算得到对应倍频带的能量脉冲响应信号。
步骤S44：对所述能量脉冲响应信号进行截断处理，具体为：对测声点处能量脉冲响应信号的头部和尾部进行截断，避免头部和尾部以噪声能量为主的能量脉冲响应信号影响客观音质参量的计算精度。
其中，头部能量脉冲响应信号截断的原则是：搜索头部直达声的峰值，向早于峰值时刻的方向搜索，将比该峰值声压级小20dB的位置所对应的时间点t0作为能量脉冲响应的头部截断时刻(即起始时刻)，将之前的数据全部置为零；尾部能量脉冲响应信号截断的原则是：利用能量脉冲响应信号EIR(t)的对数曲线上头部峰值至下降15dB之间的数据拟合得到第一直线，利用EIR(t)的对数曲线尾部0.2T0到1.8T0之间的平直噪声段数据拟合得到第二直线，将第一直线和第二直线交叉的时间点t1作为尾部截断时刻，将之后的数据全部置为零。
EIR(t)的对数曲线采用公式CurveEIR(t)＝log10EIR(t)生成，其中CurveEIR(t)为能量脉冲响应信号EIR(t)的对数曲线，EIR(t)为能量脉冲响应信号。
步骤S45：对截断处理后的能量脉冲响应信号进行降噪处理，并将降噪处理后的能量脉冲响应信号作为截断和降噪处理后的能量脉冲响应信号。假定噪声为稳态噪声，降噪处理的具体公式为：
EIRdenoise(t)＝EIR(t)-Wnoise；
其中，EIRdenoise(t)为降噪处理后的能量脉冲响应信号；EIR(t)为能量脉冲响应信号；Wnoise为噪声的平均声功率，是利用声压脉冲响应信号PIR(t)的后部噪声段计算得到的；PIR(t)为声压脉冲响应信号，表示t时刻对应的声压脉冲响应信号幅值；T0为扫频信号的总时长。
步骤S5中，对截断和降噪处理后的能量脉冲响应信号进行截断能量补偿处理后生成施罗德倒积分对数曲线(即用于计算混响时间参量的稳态声压级中断衰减曲线)，具体公式为：
其中，E(t)为施罗德倒积分对数曲线；t0为能量脉冲响应信号的头部截断时刻；t1为能量脉冲响应信号的尾部截断时刻；EIRdenoise(τ)为τ时刻对应的截断和降噪处理后的能量脉冲响应信号幅值；EIRdenoise(t)为t时刻对应的截断和降噪处理后的能量脉冲响应信号幅值；C为用于补偿能量脉冲响应信号截断所损失的信号能量的补偿能量。
具体地，所述补偿能量的计算公式为：
其中，C为补偿能量；t0为能量脉冲响应信号的头部截断时刻；t1为能量脉冲响应信号的尾部截断时刻；e为自然对数的底数；δ为利用截断和降噪处理后的能量脉冲响应信号EIRdenoise(t)的对数曲线上-5dB至-15dB之间的数据拟合得到的直线的衰减斜率；E0为截断和降噪处理后的能量脉冲响应信号从t0时刻到无穷远时刻之间的能量累计值；EIRdenoise(t)为t时刻对应的截断和降噪处理后的能量脉冲响应信号幅值。
EIRdenoise(t)的对数曲线采用公式CurveEIR-denoise(t)＝log10 EIRdenoise(t)生成，其中，CurveEIR-denoise(t)为截断和降噪处理后的能量脉冲响应信号EIRdenoise(t)的对数曲线，EIRdenoise(t)为截断和降噪处理后的能量脉冲响应信号。
在本实施例中，生成施罗德倒积分对数曲线时，通过考虑能量脉冲响应截断造成的能量损失，补偿还原截断所扣除的信号能量，进一步提高了抗噪性和测量精度。
步骤S5中，根据所述施罗德倒积分对数曲线及截断能量补偿处理后的能量脉冲响应信号计算被测房间的客观音质参量，具体包括：
根据计算混响时间T15。
根据计算混响时间T20。
根据计算混响时间T30。
根据EDT＝6(T-10dB-T0dB)计算早期衰变时间EDT。
根据计算明晰度因子C80。
根据计算清晰度因子D50。
其中，及T-20dB分别为利用所述施罗德倒积分对数曲线E(t)上-5dB至-20dB之间的数据拟合得到的直线上-5dB及-20dB对应的时刻；/>及T-25dB分别为利用所述施罗德倒积分对数曲线E(t)上-5dB至-25dB之间的数据拟合得到的直线上-5dB及-25dB对应的时刻；/>及T-35dB分别为利用所述施罗德倒积分对数曲线E(t)上-5dB至-35dB之间的数据拟合得到的直线上-5dB及-35dB对应的时刻；T0dB及T-10dB分别为利用所述施罗德倒积分对数曲线E(t)上0dB至-10dB之间的数据拟合得到的直线上0dB及-10dB对应的时刻；EIRdenoise(t)为t时刻对应的截断和降噪处理后的能量脉冲响应信号幅值；t0为能量脉冲响应信号的头部截断时刻；t1为能量脉冲响应信号的尾部截断时刻；C为用于补偿能量脉冲响应信号截断所损失的信号能量的补偿能量。所述客观音质参量包括混响时间T15、T20和T30，早期衰变时间EDT，明晰度因子C80和清晰度因子D50。基于不同倍频带滤波后的声压脉冲响应信号对应的能量脉冲响应信号生成施罗德倒积分对数曲线并计算客观音质参量，可以得到不同频带对应的客观音质参量。
本发明采用加权扫频信号相关法获得声压脉冲响应，利用噪声平均声功率扣除能量脉冲响应信号内的噪声能量，利用截断避免能量脉冲响应头部和尾部以噪声为主的信号对计算精度的干扰，利用补偿还原截断所扣除的信号能量，具有抗噪性强、精度高、速度快、信噪比大、可重复性强的优点，在近似稳态噪声的条件下，现场可在信噪比低于15dB的条件下，准确、快速测量各类客观音质参量，为厅堂音质的鉴定及验收提供优良的测量系统和可靠的测量结果。
实施例2
本发明还提供一种基于脉冲响应降噪的厅堂客观音质参量测量系统，图2为本发明提供的厅堂客观音质参量测量系统的结构图，如图2所示，所述系统包括：
信号生成模块1，用于对等幅值扫频信号进行加权，生成加权扫频信号。
信号发射模块2，与所述信号生成模块1连接，且放入被测房间内部，用于基于所述加权扫频信号生成扫频声信号，并将所述扫频声信号发送到被测房间内部。
信号采集模块3，设置在被测房间内部的测声点处，用于采集被测房间内部测声点处的声信号并转换为对应的声压信号。
信号处理模块4，与所述信号采集模块3连接，用于基于所述声压信号生成对应的能量脉冲响应信号，并对所述能量脉冲响应信号进行截断和降噪处理。
客观音质参量计算模块5，与所述信号处理模块4连接，用于对截断和降噪处理后的能量脉冲响应信号进行截断能量补偿处理后生成施罗德倒积分对数曲线，并根据所述施罗德倒积分对数曲线及截断能量补偿处理后的能量脉冲响应信号计算被测房间的客观音质参量。
下面对上述各模块进行详细论述：
图3为信号生成模块1的结构图，如图3所示，所述信号生成模块1包括：扫频信号生成子模块11和扫频信号加权子模块12。具体地，所述扫频信号生成子模块11，用于生成等幅值扫频信号。所述扫频信号加权子模块12，用于对等幅值扫频信号的头部和尾部进行加权，使信号幅值在头部逐渐增大，在尾部逐渐减小，避免幅值突变引起的负载过大和附加脉冲。所述等幅值扫频信号及所述加权扫频信号的具体设置参见实施例1。
优选地，所述信号发射模块2包括：数模转换卡、功放设备和音箱。所述数模转换卡与所述信号生成模块1连接，所述功放设备与所述数模转换卡连接，所述音箱与所述功放设备连接，且放入被测房间内部。数模转换卡、功放设备及音箱协同工作，所述数模转换卡用于将所述加权扫频信号转换为对应的声压模拟信号并馈入到功放设备；所述功放设备用于将声压模拟信号放大并馈入到音箱内；所述音箱用于在放大后的声压模拟信号的激励下发出扫频声信号，并将所述扫频声信号发送到被测房间内部。具体地，所述数模转换卡用于将所述加权扫频信号由数字形式转换为对应的模拟形式，以作为声压模拟信号。所述音箱用于在放大后的声压模拟信号的激励下发出模拟形式的扫频声信号。
优选地，所述信号采集模块3包括：传声器、前置放大器和模数转换卡。所述传声器设置在被测房间内部的测声点处，所述前置放大器与所述传声器连接；所述模数转换卡分别与所述前置放大器及所述信号处理模块4连接。模数转换卡、前置放大器及传声器协同工作，所述传声器用于采集被测房间内部测声点处的声信号，并将所述声信号转换为对应的电压信号后馈入前置放大器；所述前置放大器用于将电压信号放大并馈入模数转换卡；所述模数转换卡用于将放大后的电压信号(为模拟信号)转化为数字信号，并将所述数字信号作为声压信号。具体地，所述模数转换卡用于将放大后的模拟形式的电压信号转化为对应的数字形式，以作为声压信号。
图4为信号处理模块4的结构图，如图4所示，所述信号处理模块4包括：
声压脉冲响应生成子模块41，用于根据所述声压信号生成声压脉冲响应信号。
信号滤波子模块42，用于对所述声压脉冲响应信号进行1倍频带或1/3倍频带滤波，计算得到滤波后的声压脉冲响应信号。
能量脉冲响应生成子模块43，用于根据滤波后的声压脉冲响应信号生成能量脉冲响应信号。
信号截断子模块44，用于对所述能量脉冲响应信号进行截断处理。
信号降噪子模块45，用于对截断处理后的能量脉冲响应信号进行降噪处理，并将降噪处理后的能量脉冲响应信号作为截断和降噪处理后的能量脉冲响应信号。
图5为客观音质参量计算模块5的结构图，如图5所示，所述客观音质参量计算模块5包括：
能量脉冲响应截断补偿子模块51，用于计算补偿能量，以对截断和降噪处理后的能量脉冲响应信号进行截断能量补偿处理；所述补偿能量为用于补偿能量脉冲响应信号截断所损失的信号能量的能量。
施罗德倒积分对数曲线生成子模块52，用于结合所述补偿能量，并根据截断能量补偿处理后的能量脉冲响应信号生成施罗德倒积分对数曲线；所述施罗德倒积分对数曲线即用于计算混响时间参量的稳态声压级中断衰减曲线。
客观音质参量计算子模块53，用于根据所述施罗德倒积分对数曲线及截断能量补偿处理后的能量脉冲响应信号计算被测房间的客观音质参量。
所述信号处理模块4及所述客观音质参量计算模块的具体设置参见实施例1，在此不作赘述。
进一步地，所述系统还包括：存储及报表生成模块6、显示模块7、实时测量模块8和离线分析模块9。
具体地，所述存储及报表生成模块6，与所述客观音质参量计算模块5连接，用于存储采集得到的被测房间测点处的声压信号和计算得到的被测房间的客观音质参量，并自动生成报表；采集得到的被测房间测点处的声压信号通过所述信号处理模块4传送给所述客观音质参量计算模块5。此外，存储及报表生成模块6进一步包括音质参量报表编辑面板。在音质参量报表编辑面板可以输入：测试报告标题、委托单位、项目负责、联系电话、通信地址、邮政编码、测试单位、测试者、测试时间、项目简介等内容。
所述实时测量模块8，与所述客观音质参量计算模块5连接，用于进行现场测量，对所述信号处理模块4及所述客观音质参量计算模块5进行参数设置，控制信号处理模块4及所述客观音质参量计算模块5实时进行信号处理及客观音质参量的计算；设置的参数通过所述客观音质参量计算模块5传送给所述信号处理模块4。具体地，所述实时测量模块8控制信号处理模块4及客观音质参量计算模块5进行实时数据处理及客观音质参量计算时，选择信号采集通道、信号输出通道，并输入如下参数：发射信号(即加权扫频信号)时长T0、信号幅值v0、扫频信号起始频率f0、扫频信号频率增长率k以及数模转换卡的采样频率。客观音质参量包括混响时间T15、T20和T30，早期衰变时间EDT，明晰度因子C80和清晰度因子D50，测量时可分别选择执行或不执行，若选择执行，则对相应客观音质参量进行计算，若选择不执行，则不计算该客观音质参量。计算各类客观音质参量时可分别选择1倍频程或1/3倍频程处理数据，当选择1倍频程处理数据时，则对所述声压脉冲响应信号进行1倍频带滤波，计算得到1倍频带声压脉冲响应信号并进行后续处理；当选择1/3倍频程处理数据时，则对所述声压脉冲响应信号进行1/3倍频带滤波，计算得到1/3倍频带声压脉冲响应信号并进行后续处理。
所述离线分析模块9，与所述客观音质参量计算模块5连接，用于进行离线分析，对所述信号处理模块4及所述客观音质参量计算模块5进行参数设置，控制信号处理模块4调用所述存储及报表生成模块6存储的测点处声压信号进行处理，以进行后续客观音质参量的计算；离线分析模块9控制信号处理模块4进行离线分析时需要导入已被存储在存储及报表生成模块6的声压脉冲响应信号文件；调用控制信号通过所述音质参量计算模块5传送给所述信号处理模块4。
所述显示模块7，与所述客观音质参量计算模块5连接，用于显示信号发射模块2所设置的参数，显示信号采集模块3所采集得到的测点处声压信号，显示通过信号处理模块4及客观音质参量计算模块5计算得出的各项客观音质参量，以及显示自动生成的报表。其中，显示模块7包括信号发射模块2的参数设置面板，脉冲响应曲线面板，RT60(即包括混响时间T15、T20和T30)曲线面板，EDT曲线面板，以及客观音质参量RT60/EDT/C80/D50数据总表面板。脉冲响应曲线面板显示采集的声压信号图和脉冲响应图；RT60曲线面板显示1倍频程声压级衰减曲线及其相应的拟合曲线时，中心频率分别为63Hz、125Hz、250Hz、500Hz、1000Hz、2000Hz、4000Hz及8000Hz，显示1/3倍频程声压级衰减曲线及其相应的拟合曲线时，中心频率分别为63Hz、80Hz、100Hz、125Hz、160Hz、200Hz、250Hz、315Hz、400Hz、500Hz、630Hz、800Hz、1000Hz、1250Hz、1600Hz、2000Hz、2500Hz、3150Hz、4000Hz、5000Hz、6300Hz及8000Hz；数据总表面板显示客观音质参量RT60/EDT/C80/D50在1倍频程或1/3倍频程的数据计算结果。
本发明提供的基于脉冲响应降噪的厅堂客观音质参量测量系统测量过程自动化，数据采集、降噪、处理分析一体化，抗噪性强，速度快，精度高，重复性好，可现场生成报告，可有效用于客观音质参量的现场实时测量。
与现有技术相比，本发明提供的基于脉冲响应降噪的厅堂客观音质参量测量方法及系统具有以下优势：
1、通过对等幅值扫频信号进行加权，使加权扫频信号的幅值在头部逐渐增大，在尾部逐渐减小，避免了扫频信号幅值突变引起的负载过大和附加脉冲，有助于使测试系统安全、稳定运行，得到无尾部脉冲干扰的脉冲响应，降低测量误差。加权信号自相关所生成的脉冲更加尖锐，与声压信号互相关得到的脉冲响应更加精确，提高了测量精度。
2、通过对能量脉冲响应信号进行截断处理，避免了头部及尾部以噪声为主的能量脉冲响应信号对计算精度的干扰，提高了测量结果的准确度。
3、通过对能量脉冲响应信号进行降噪处理，避免了信号中的噪声影响客观音质参量的计算精度。
4、在生成施罗德倒积分对数曲线时，通过考虑能量脉冲响应截断造成的能量损失，补偿还原截断所扣除的信号能量，避免了由于能量脉冲响应信号截断所产生的测量误差，进一步提高了抗噪性和测量精度。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (8)
1.一种基于脉冲响应降噪的厅堂客观音质参量测量方法，其特征在于，所述方法包括：
对等幅值扫频信号进行加权，生成加权扫频信号；所述加权扫频信号的幅值在头部逐渐增大，在尾部逐渐减小；
基于所述加权扫频信号生成扫频声信号，并将所述扫频声信号发送到被测房间内部；
采集被测房间内部测声点处的声信号并转换为对应的声压信号；
基于所述声压信号生成对应的能量脉冲响应信号，并对所述能量脉冲响应信号进行截断和降噪处理；对所述能量脉冲响应信号进行截断处理，具体为：对测声点处能量脉冲响应信号的头部和尾部进行截断；头部能量脉冲响应信号截断的原则是：搜索头部直达声的峰值，向早于峰值时刻的方向搜索，将比该峰值声压级小20dB的位置所对应的时间点t0作为能量脉冲响应的头部截断时刻，将之前的数据全部置为零；尾部能量脉冲响应信号截断的原则是：利用能量脉冲响应信号EIR(t)的对数曲线上头部峰值至下降15dB之间的数据拟合得到第一直线，利用EIR(t)的对数曲线上尾部0.2T0到1.8T0之间的平直噪声段数据拟合得到第二直线，将第一直线和第二直线交叉的时间点t1作为尾部截断时刻，将之后的数据全部置为零；
对截断和降噪处理后的能量脉冲响应信号进行截断能量补偿处理后生成施罗德倒积分对数曲线，并根据所述施罗德倒积分对数曲线及截断能量补偿处理后的能量脉冲响应信号计算被测房间的客观音质参量；对截断和降噪处理后的能量脉冲响应信号进行截断能量补偿处理后生成施罗德倒积分对数曲线，具体公式为：
其中，E(t)为施罗德倒积分对数曲线；t0为能量脉冲响应信号的头部截断时刻；t1为能量脉冲响应信号的尾部截断时刻；EIRdenoise(τ)为τ时刻对应的截断和降噪处理后的能量脉冲响应信号幅值；EIRdenoise(t)为t时刻对应的截断和降噪处理后的能量脉冲响应信号幅值；C为用于补偿能量脉冲响应信号截断所损失的信号能量的补偿能量；e为自然对数的底数；δ为利用截断和降噪处理后的能量脉冲响应信号的对数曲线上-5dB至-15dB之间的数据拟合得到的直线的衰减斜率；E0为截断和降噪处理后的能量脉冲响应信号从t0时刻到无穷远时刻之间的能量累计值。
2.根据权利要求1所述的基于脉冲响应降噪的厅堂客观音质参量测量方法，其特征在于，所述对等幅值扫频信号进行加权，生成加权扫频信号，具体包括：
根据v(t)＝v0sin[2π(f0+kt)t]生成等幅值扫频信号；其中，v(t)为等幅值扫频信号；t为等幅值扫频信号的扫频时间，且0≤t≤T0；T0为等幅值扫频信号的总时长；v0为等幅值扫频信号的幅值；f0为等幅值扫频信号的起始频率；k为等幅值扫频信号的频率增长率；
对所述等幅值扫频信号进行加权，生成加权扫频信号，加权公式为：
其中，vweight(t)为加权扫频信号；v(t)为等幅值扫频信号；ω为正弦或余弦加权函数的角频率，且f0为等幅值扫频信号的起始频率。
3.根据权利要求1所述的基于脉冲响应降噪的厅堂客观音质参量测量方法，其特征在于，所述基于所述声压信号生成对应的能量脉冲响应信号，并对所述能量脉冲响应信号进行截断和降噪处理，具体包括：
根据所述声压信号生成声压脉冲响应信号；
对所述声压脉冲响应信号进行1倍频带或1/3倍频带滤波，计算得到滤波后的声压脉冲响应信号；
根据滤波后的声压脉冲响应信号生成能量脉冲响应信号；
对所述能量脉冲响应信号进行截断处理；
对截断处理后的能量脉冲响应信号进行降噪处理，并将降噪处理后的能量脉冲响应信号作为截断和降噪处理后的能量脉冲响应信号。
4.根据权利要求1所述的基于脉冲响应降噪的厅堂客观音质参量测量方法，其特征在于，所述根据所述施罗德倒积分对数曲线及截断能量补偿处理后的能量脉冲响应信号计算被测房间的客观音质参量，具体包括：
根据计算混响时间T15；
根据计算混响时间T20；
根据计算混响时间T30；
根据EDT＝6(T-10dB-T0dB)计算早期衰变时间EDT；
根据计算明晰度因子C80；
根据计算清晰度因子D50；
其中，及T-20dB分别为利用所述施罗德倒积分对数曲线E(t)上-5dB至-20dB之间的数据拟合得到的直线上-5dB及-20dB对应的时刻；/>及T-25dB分别为利用所述施罗德倒积分对数曲线E(t)上-5dB至-25dB之间的数据拟合得到的直线上-5dB及-25dB对应的时刻；及T-35dB分别为利用所述施罗德倒积分对数曲线E(t)上-5dB至-35dB之间的数据拟合得到的直线上-5dB及-35dB对应的时刻；T0dB及T-10dB分别为利用所述施罗德倒积分对数曲线E(t)上0dB至-10dB之间的数据拟合得到的直线上0dB及-10dB对应的时刻；EIRdenoise(t)为t时刻对应的截断和降噪处理后的能量脉冲响应信号幅值；t0为能量脉冲响应信号的头部截断时刻；t1为能量脉冲响应信号的尾部截断时刻；C为用于补偿能量脉冲响应信号截断所损失的信号能量的补偿能量；
所述客观音质参量包括混响时间T15、T20和T30，早期衰变时间EDT，明晰度因子C80和清晰度因子D50。
5.一种基于脉冲响应降噪的厅堂客观音质参量测量系统，其特征在于，所述系统包括：
信号生成模块，用于对等幅值扫频信号进行加权，生成加权扫频信号；所述加权扫频信号的幅值在头部逐渐增大，在尾部逐渐减小；
信号发射模块，与所述信号生成模块连接，且放入被测房间内部，用于基于所述加权扫频信号生成扫频声信号，并将所述扫频声信号发送到被测房间内部；
信号采集模块，设置在被测房间内部的测声点处，用于采集被测房间内部测声点处的声信号并转换为对应的声压信号；
信号处理模块，与所述信号采集模块连接，用于基于所述声压信号生成对应的能量脉冲响应信号，并对所述能量脉冲响应信号进行截断和降噪处理；对所述能量脉冲响应信号进行截断处理，具体为：对测声点处能量脉冲响应信号的头部和尾部进行截断；头部能量脉冲响应信号截断的原则是：搜索头部直达声的峰值，向早于峰值时刻的方向搜索，将比该峰值声压级小20dB的位置所对应的时间点t0作为能量脉冲响应的头部截断时刻，将之前的数据全部置为零；尾部能量脉冲响应信号截断的原则是：利用能量脉冲响应信号EIR(t)的对数曲线上头部峰值至下降15dB之间的数据拟合得到第一直线，利用EIR(t)的对数曲线上尾部0.2T0到1.8T0之间的平直噪声段数据拟合得到第二直线，将第一直线和第二直线交叉的时间点t1作为尾部截断时刻，将之后的数据全部置为零；
客观音质参量计算模块，与所述信号处理模块连接，用于对截断和降噪处理后的能量脉冲响应信号进行截断能量补偿处理后生成施罗德倒积分对数曲线，并根据所述施罗德倒积分对数曲线及截断能量补偿处理后的能量脉冲响应信号计算被测房间的客观音质参量；对截断和降噪处理后的能量脉冲响应信号进行截断能量补偿处理后生成施罗德倒积分对数曲线，具体公式为：
其中，E(t)为施罗德倒积分对数曲线；t0为能量脉冲响应信号的头部截断时刻；t1为能量脉冲响应信号的尾部截断时刻；EIRdenoise(τ)为τ时刻对应的截断和降噪处理后的能量脉冲响应信号幅值；EIRdenoise(t)为t时刻对应的截断和降噪处理后的能量脉冲响应信号幅值；C为用于补偿能量脉冲响应信号截断所损失的信号能量的补偿能量；e为自然对数的底数；δ为利用截断和降噪处理后的能量脉冲响应信号的对数曲线上-5dB至-15dB之间的数据拟合得到的直线的衰减斜率；E0为截断和降噪处理后的能量脉冲响应信号从t0时刻到无穷远时刻之间的能量累计值。
6.根据权利要求5所述的基于脉冲响应降噪的厅堂客观音质参量测量系统，其特征在于，所述信号发射模块包括：
数模转换卡，与所述信号生成模块连接，用于将所述加权扫频信号转换为对应的声压模拟信号；
功放设备，与所述数模转换卡连接，用于对所述声压模拟信号进行放大处理；
音箱，与所述功放设备连接，且放入被测房间内部，用于在放大后的声压模拟信号的激励下生成扫频声信号，并将所述扫频声信号发送到被测房间内部。
7.根据权利要求5所述的基于脉冲响应降噪的厅堂客观音质参量测量系统，其特征在于，所述信号采集模块包括：
传声器，设置在被测房间内部的测声点处，用于采集被测房间内部测声点处的声信号，并将所述声信号转换为对应的电压信号；
前置放大器，与所述传声器连接，用于对所述电压信号进行放大处理；
模数转换卡，分别与所述前置放大器及所述信号处理模块连接，用于将放大处理后的电压信号转换为对应的数字信号，并将所述数字信号作为声压信号。
8.根据权利要求5所述的基于脉冲响应降噪的厅堂客观音质参量测量系统，其特征在于，所述系统还包括：
存储及报表生成模块，与所述客观音质参量计算模块连接，用于存储采集得到的被测房间测点处的声压信号和计算得到的被测房间的客观音质参量，并自动生成报表。
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| GR01 | Patent grant | ||
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