CN1708185B - 在非消声室环境下测试扬声器频率响应的方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在非消声室环境下测试扬声器频率响应的方法及其装置，其中在非消声室环境下测试扬声器频率响应的方法包括：(1)根据需要确定扬声器和标准麦克风之间的距离，并使扬声器的声中心到标准麦克风的连线与长杆平行；(2)馈给扬声器噪声，得到扬声器到麦克风的传递函数；(3)旋转可伸缩长杆，按照步骤(2)的方法得到扬声器到麦克风的传递函数；(4)重复进行步骤(3)得到不同的传递函数；(5)根据多次得到的传递函数，根据推导出的公式计算得到扬声器的幅度响应，这种测试方法不需要在专门的消声室环境下进行且操作简便；本发明的装置包括支架、长杆和轴承，长杆可以通过轴承旋转，结构简单，操作简便。

Description

在非消声室环境下测试扬声器频率响应的方法及其装置

一、技术领域

本发明涉及一种测试扬声器频率响应的方法及其装置，尤其涉及一种可在非消声室环境下准确测试扬声器频率响应的方法及其装置。

二、背景技术

扬声器是一种电声换能器，它通过物理效应把电能转换为声能。扬声器性能的好坏主要是通过一些电声参数来评定的，而扬声器频率响应是其中的一项重要指标，它反映了扬声器对不同频率的声波的辐射能力。根据国家标准GB9396-88，扬声器频率响应必须是在自由场里测得的。消声室不仅可以很好地隔绝外部噪声，而且可以吸收全部入射声，从而造成了一个近似的没有反射的自由声场，因而在消声室环境下测量扬声器频率响应被认为是一种公认的测量方法。但是，建造消声室成本非常高，对于生产厂家及相关实验室来说，建造消声室需花费大量财力；另外，扬声器生产线上的在线测试也要求最好能不使用消声室，因此如何在普通房间测量扬声器频率响应的方法就变得很重要，目前还没有关于在非消声室环境下测试扬声器频率响应的方法及相关装置。

三、发明内容

1、发明目的：本发明的目的之一是提供一种能在非消声室环境下测试扬声器频率响应的方法，另一个目的是提供一种能在非消声室环境下测试扬声器频率响应的装置。

2、发明内容：为了达到上述的发明目的，本发明的在非消声室环境下测试扬声器频率响应的方法包括下列步骤：

(1)将扬声器和标准麦克风分别固定在可伸缩长杆的两端，根据需要确定扬声器和标准麦克风之间的距离，并使扬声器的声中心到标准麦克风的连线与长杆平行，扬声器和标准麦克风之间的距离即为可伸缩长杆的长度，根据国家标准GB9396-88确定扬声器和标准麦克风之间的距离；

(2)馈给扬声器噪声，其值为x₁(1)x₁(2)x₁(3)......x₁(n)，并记录下此时对应的标准麦克风的接收信号值y₁(1)y₁(2)y₁(3)......y₁(n)，然后采用MLS技术可以得到扬声器到麦克风的传递函数h₁(n)，其中n表示第n个采样点；

(3)旋转可伸缩长杆，使扬声器和标准麦克风处于与步骤(1)中不同的空间位置，按照步骤(2)的方法得到此时的扬声器到麦克风的传递函数h₂(n)；

(4)重复进行步骤(3)得到扬声器和标准麦克风处以不同空间位置时的传递函数h_i(n)，其中，i表示测量次数；

(5)根据i次得到的传递函数h_i(n)，根据公式：

$\left|H\left(\mathrm{j\ω}\right)\right|=\sqrt{\frac{2}{n(n-1)}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=i+1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{z_i{z}_j}\left(\mathrm{\ω}\right)}$

其中扬声器的相位响应取i次测量得到的扬声器冲激响应h₁(n)，h₂(n)…，h_i(n)的平均值；上式中，z_i为方差为1的白噪声v(n)通过冲激响应为h_i(n)滤波器的响应，z_j为方差为1的白噪声v(n)通过冲激响应为h_j(n)滤波器的响应，其中，j＝i+1，为z_i和z_j的互功率谱。

在步骤(5)中，公式

$\left|H\left(\mathrm{j\ω}\right)\right|=\sqrt{\frac{2}{n(n-1)}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=i+1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{z_i{z}_j}\left(\mathrm{\ω}\right)}$ 根据以下方法推算得到：

假设在普通房间两次测得的扬声器传递函数为h₁(n)＝h(n)+h₁ ^r(n)和h₂(n)＝h(n)+h₂ ^r(n)，其中h(n)为直达声路径的传递函数，h₁ ^r(n)和h₂ ^r(n)为两次测量的反射声路径的传递函数。令：

$z_1\left(n\right)=h_1\left(n\right)*v\left(n\right)=h\left(n\right)*v\left(n\right)+h_1^r\left(n\right)*v\left(n\right)=z\left(n\right)+z_1^r\left(n\right)---\left(1\right)$

和

$z_2\left(n\right)=h_2\left(n\right)*v\left(n\right)=h\left(n\right)*v\left(n\right)+h_2^r\left(n\right)*v\left(n\right)=z\left(n\right)+z_2^r\left(n\right)---\left(2\right)$

其中v(n)为方差1的白噪声，“*”表示卷积，z(n)＝h(n)*v(n)，

和

则：

$R_{z_1{z}_2}\left(k\right)=E\left[z_1\left(n\right)z_2(n+k)\right]$ (3)

$=E[z\left(n\right)z(n+k)+z\left(n\right)z_2^r(n+k)+z_1^r\left(n\right)z(n+k)+z_1^r\left(n\right)z_2^r(n+k)]$

由于z(n)，z₁ ^r(n)，z₂ ^r(n)相关性很小，故

$E\left[z\left(n\right)z_2^r(n+k)\right]=E\left[z\left(n\right)\right]E\left[z_2^r(n+k)\right]=0$

$E\left[z_1^r\left(n\right)z(n+k)\right]=E\left[z_1^r\left(n\right)\right]E\left[z(n+k)\right]=0---\left(4\right)$

$E\left[z_1^r\left(n\right)z_2^r(n+k)\right]=E\left[z_1^r\left(n\right)\right]E\left[z_2^r(n+k)\right]=0$

代入式(3)得：

$R_{z_1{z}_2}\left(k\right)=E\left[z\left(n\right)z(n+k)\right]=R_z\left(k\right)---\left(5\right)$

对其作傅立叶变化得到互功率谱：

$P_{z_1{z}_2}\left(\mathrm{\ω}\right)=P_{\mathrm{zz}}\left(\mathrm{\ω}\right)={\left|H\left(\mathrm{j\ω}\right)\right|}^2---\left(6\right)$

从上式可以看出只要准确估计出z₁(n)z₂(n)的互功率谱，就能得到扬声器的幅度响应|H(jω)|。

推广到在普通房间i次测得的扬声器冲激响应h₁(n)，扬声器的幅度响应

|H(jω)|可由下式得到：

$\left|H\left(\mathrm{j\ω}\right)\right|=\sqrt{\frac{2}{n(n-1)}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=i+1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{z_i{z}_j}\left(\mathrm{\ω}\right)}---\left(7\right)$

其中扬声器的相位响应取i次测量得到的扬声器冲激响应h₁(n)，h₂(n)…，h_i(n)的平均值；上式中，z_i为方差为1的白噪声v(n)通过冲激响应为h_i(n)滤波器的响应，z_j为方差为1的白噪声v(n)通过冲激响应为h_j(n)滤波器的响应，其中，j＝i+1，为z_i和z_j的互功率谱。

本发明的在非消声室环境下准确测试扬声器频率响应的装置包括支架、长杆和轴承，其中，长杆通过轴承固定在支架上，轴承使长杆能够绕其中心点进行水平和垂直旋转；长杆的两端设有支持器，一端用来固定扬声器，一端用来固定标准麦克风，在进行测试扬声器频率响应时，可旋转支架从而改变扬声器和标准麦克风的空间位置。

长杆为可伸缩长杆，可以通过调节长杆伸缩来使扬声器和标准麦克风的距离符合扬声器测量标准中所要求的距离。

3、有益效果：本发明的非消声室环境下准确测试扬声器频率响应的方法有以下优点：(1)不受现场条件的限制，可在非消声室环境下测试扬声器的频率响应；(2)测量精确，操作简便。

本发明的非消声室环境下准确测试扬声器频率响应的装置有以下优点：(1)成本低；(2)操作简便。

四、附图说明：

图1是本发明的测试扬声器频率响应的装置的结构示意图；

图2是消声室环境下测得的扬声器幅度响应示意图；

图3是使用本发明的方法测得的扬声器幅度响应示意图。

五、具体实施方式

实施例1：本实施例的非消声室环境下准确测试扬声器频率响应的方法包括下列步骤：

(1)将扬声器和标准麦克风分别固定在可伸缩长杆的两端，扬声器和标准麦克风之间的距离为2米，并使扬声器的声中心到标准麦克风的连线与杆平行；

(2)馈给扬声器噪声，其值为x₁(n)，并记录下此时标准麦克风的接收信号值y₁(n)；

(3)重复进行步骤(2)五次，得到五个扬声器噪声值x₁(n)和标准麦克风的接收信号值y₁(n)，计算两者互相关系可以得到扬声器到麦克风的传递函数h₁(n)，其中，n为5；

(4)旋转可伸缩长杆一定角度，使扬声器和标准麦克风处以与步骤(1)中不同的空间位置，按照步骤(2)和(3)的方法得到此时的扬声器到麦克风的传递函数；

(5)再旋转可伸缩长杆至另一角度，使扬声器和标准麦克风处以与步骤(1)和(2)中不同的空间位置，再进行步骤(2)和(3)，得到扬声器和标准麦克风此时的传递函数h_i(n)；

(6)重复进行步骤(5)三次，得到扬声器和标准麦克风处以不同空间位置时的传递函数h_i(n)；

(7)根据得到的h_i(n)计算得出到扬声器的频率响应。

在步骤(7)中，假设在普通房间两次测得的扬声器冲激响应为h₁(n)＝h(n)+h₁ ^r(n)和h₂(n)＝h(n)+h₂ ^r(n)，其中h(n)为直达声路径的传递函数，h₁ ^r(n)和h₂ ^r(n)为两次测量的反射声路径的传递函数。令：

$z_1\left(n\right)=h_1\left(n\right)*v\left(n\right)=h\left(n\right)*v\left(n\right)+h_1^r\left(n\right)*v\left(n\right)=z\left(n\right)+z_1^r\left(n\right)---\left(1\right)$

和

$z_2\left(n\right)=h_2\left(n\right)*v\left(n\right)=h\left(n\right)*v\left(n\right)+h_2^r\left(n\right)*v\left(n\right)=z\left(n\right)+z_2^r\left(n\right)---\left(2\right)$

其中v(n)为方差1的白噪声，“*”表示卷积，z(n)＝h(n)*v(n)，和则：

$R_{z_1{z}_2}\left(k\right)=E\left[z_1\left(n\right)z_2(n+k)\right]$ (3)

$=E[z\left(n\right)z(n+k)+z\left(n\right)z_2^r(n+k)+z_1^r\left(n\right)z(n+k)+z_1^r\left(n\right)z_2^r(n+k)]$

由于z(n)，z₁ ^r(n)，z₂ ^r(n)相关性很小，故

$E\left[z\left(n\right)z_2^r(n+k)\right]=E\left[z\left(n\right)\right]E\left[z_2^r(n+k)\right]=0$

$E\left[z_1^r\left(n\right)z(n+k)\right]=E\left[z_1^r\left(n\right)\right]E\left[z(n+k)\right]=0---\left(4\right)$

$E\left[z_1^r\left(n\right)z_2^r(n+k)\right]=E\left[z_1^r\left(n\right)\right]E\left[z_2^r(n+k)\right]=0$

代入式(3)得：

$R_{z_1{z}_2}\left(k\right)=E\left[z\left(n\right)z(n+k)\right]=R_z\left(k\right)---\left(5\right)$

对其作傅立叶变化得到互功率谱：

$P_{z_1{z}_2}\left(\mathrm{\ω}\right)=P_{\mathrm{zz}}\left(\mathrm{\ω}\right)={\left|H\left(\mathrm{j\ω}\right)\right|}^2---\left(6\right)$

从上式可以看出只要准确估计出z₁(n)z₂(n)的互功率谱，就能得到扬声器的幅度响应|H(jω)|。

推广到在普通房间i次测得的扬声器冲激响应h_i(n)，扬声器的幅度响应|H(jω)|可由下式得到：

$\left|H\left(\mathrm{j\ω}\right)\right|=\sqrt{\frac{2}{n(n-1)}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=i+1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{z_i{z}_j}\left(\mathrm{\ω}\right)}---\left(7\right)$

其中z_i为方差为1的白噪声v(n)通过冲激响应为h_i(n)滤波器的响应，z_j为方差为1的白噪声v(n)通过冲激响应为h_j(n)滤波器的响应，其中，i表示测量次数为3次，j＝i+1，为z_i和z_j的互功率谱。由图2和图3可以看出，测得扬声器的频率响应已经非常接近扬声器在消声室环境下测得的频率响应了。

实施例2：非消声室环境下准确测试扬声器频率响应的装置包括支架1、长杆2和轴承3，其中，长杆2为可伸缩长杆，通过轴承3固定在支架1上，轴承3使长杆2能够绕其中心点进行水平和垂直旋转；长杆2的两端设有支持器，一端用来固定扬声器，一端用来固定标准麦克风。

Claims (3)

1.一种在非消声室环境下测试扬声器频率响应的方法，其特征在于：该方法包括下列步骤：

(1)将扬声器和标准麦克风分别固定在可伸缩长杆的两端，根据需要确定扬声器和标准麦克风之间的距离，并使扬声器的声中心到标准麦克风的连线与长杆平行；

(2)馈给扬声器噪声，其值为x₁(1) x₁(2) x₁(3)......x₁(n)，并记录下此时对应的标准麦克风的接收信号值y₁(1)y₁(2)y₁(3)......y₁(n)，然后采用MLS技术可以得到扬声器到麦克风的传递函数h₁(n)，其中n表示第n个采样点；

(3)旋转可伸缩长杆，使扬声器和标准麦克风处于与步骤(1)中不同的空间位置，按照步骤(2)的方法得到此时的扬声器到麦克风的传递函数h₂(n)；

(4)重复进行步骤(3)得到扬声器和标准麦克风处以不同空间位置时的传递函数h_i(n)，其中，i表示测量次数；

(5)根据i次得到的扬声器冲激响应h₁(n)，h₂(n)…，h_i(n)，由下式得到扬声器的幅度响应|H(jω)|：

$\left|H\left(\mathrm{j\ω}\right)\right|=\sqrt{\frac{2}{n(n-1)}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=i+1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{z_i{z}_j}\left(\mathrm{\ω}\right)}$

其中扬声器的相位响应取i次测量得到的扬声器冲激响应h₁(n)，h₂(n)…，h_i(n)的平均值；上式中，z_i为方差为1的白噪声v(n)通过冲激响应为h_i(n)滤波器的响应，z_j为方差为1的白噪声v(n)通过冲激响应为h_j(n)滤波器的响应，其中，j＝i+1，为z_i和z_j的互功率谱。

2.一种使用如权利要求1所述的在非消声室环境下测试扬声器频率响应的方法的装置，其特征在于：该装置包括：支架(1)、长杆(2)和轴承(3)，其中，长杆(2)通过轴承(3)固定在支架(1)上，轴承(3)使长杆(2)能够绕长杆(2)中心点进行水平和垂直旋转；长杆(2)的两端设有支持器，一端用来固定扬声器，一端用来固定标准麦克风。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于：长杆(2)为可伸缩长杆。