CN206498520U - 一种用于非线性音频系统的音质可听化评估装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可用于非线性音频系统的音质可听化评估装置。包括非线性参数辨识电路、用于提供音频测试信号的信号发生器2、一维Volterra滤波电路以及监听音箱；所述非线性参数辨识电路包括：信号发生器1；非线性音频系统驱动模块；非线性音频系统音质采集模块；脉冲序列生成电路；延时选择电路；其中，所述一维Volterra滤波电路的输入端通过选择开关分别连接至所述非线性参数辨识电路的输出端、所述信号发生器2的输出端以根据所述非线性参数辨识电路获取的非线性参数对所述音频测试信号进行滤波；所述一维Volterra滤波电路的输出端连接至所述监听音箱的输入端以驱动所述监听音箱。

Description

一种用于非线性音频系统的音质可听化评估装置

技术领域

本发明涉及音频系统评估领域，特别涉及一种用于非线性音频系统的音质可听化评估装置。

背景技术

目前在音频系统研发中，系统的音质可听化是一个重要的性能指标。例如，在房间声学设计中，可以构造不同的房间大小、声学材料分布等参数，建立声传输模型，并通过主观音质评价对不同的设计方案进行修改或者确定。或者在乐器的研制过程中，可以通过仿真建立发声模型，并基于此通过主观音质评价确定乐器是否合格或者改进的方向。

但是目前可听化评估装置中，往往仅仅考虑被评估的音频系统是处于线性工作状态，而并没有考虑到系统的非线性失真。而在实际工程中，系统往往是处于非线性状态。例如在房间声学中，扬声器等声学换能器需要较高的驱动电压，此时就会不可避免产生非线性失真；在风琴等乐器设计中，往往发出的是和弦，不仅仅是一个基频音，而且还带有谐频信号，并且呈现一定的分布规律，导致了每个乐器带有自身独特的音色。这种情况下，仅仅考虑线性系统构建的可听化评估就不再适用，需要考虑系统的非线性特性。

发明内容

针对上述问题，本实用新型提供一种适用于非线性音频系统的音质可听化评估装置。

为达到上述目的，本实用新型采用技术方案为：

一种用于非线性音频系统的音质可听化评估装置，包括非线性参数辨识电路、用于提供音频测试信号的信号发生器2、一维Volterra滤波电路以及监听音箱；

所述非线性参数辨识电路包括：

信号发生器1，用于生成具有设定的起始频率、截止频率以及扫频信号长度的连续对数扫频信号以及该扫频信号的逆信号；

非线性音频系统驱动模块，具有连接至所述信号发生器1输出端的输入端和用于连接非线性音频系统的输出端，用于根据获取的扫频信号驱动非线性音频系统；

非线性音频系统音质采集模块，用于采集非线性音频系统的声学输出并转换为数字信号；

脉冲序列生成电路，其输入端分别连接所述信号发生器1的输出端和所述非线性音频系统音质采集模块的输出端，用于根据获取的逆信号和数字信号生成包含各阶谐波的脉冲序列；

延时选择电路，其输入端连接所述脉冲序列生成电路的输出端，用于截取各阶谐波对应的脉冲序列；

其中，所述一维Volterra滤波电路的输入端通过选择开关分别连接至所述非线性参数辨识电路的输出端、所述信号发生器2的输出端以根据所述非线性参数辨识电路获取的非线性参数对所述音频测试信号进行滤波；所述一维Volterra滤波电路的输出端连接至所述监听音箱的输入端以驱动所述监听音箱。

优选地，所述非线性音频系统驱动模块包括：

数字模拟转换器，其输入端连接所述信号发生器1以将扫频信号转换为模拟信号；

功率放大器，其输入端连接所述数字模拟转换器的输出端；

模拟信号输出端口，用于连接所述功率放大器的输出端和非线性音频系统的输入。

优选地，非线性音频系统音质采集模块包括：

传感器，用于采集非线性音频系统的声学输出并将其转换为电信号；

电流放大器，其输入端连接所述传感器的输出端以将获取的电信号进行放大；

模拟数字转换器，其输入端连接所述电流放大器的输出端以将所述声学输出电信号转变为数字信号。

优选地，所述非线性参数辨识电路还包括：

参数存贮器，其输入端连接所述延时选择电路的输出端，且所述参数存贮器的输出端通过所述选择开关连接所述一维Volterra滤波电路的输入端。

优选地，所述参数存贮器为Flash芯片。

优选地，所述脉冲序列生成电路包括：

两个FFT变换电路，两个所述FFT变换电路分别通过输入端口连接所述信号发生器1的输出端和所述非线性音频系统音质采集模块的输出端；

乘法器，其输入端连接两个所述FFT变换电路的输出端；

IFFT变换电路，其输入端连接所述乘法器的输出端并具有连接至所述延时选择电路的输出端口。

优选地，所述延时选择电路包括：

输入端口，其与所述脉冲序列生成电路的输出端连接；

n对延时电路，所述多对延时电路的每个延时电路分别连接所述输入端口，n为正整数；

对应所述n对延时电路的n个减法器，且每个减法器的输入分别连接对应一对延时电路的两个输出端；

对应所述n个减法器的n个输出接口，每个输出接口连接对应的减法器的输入端。

优选地，所述一维Volterra滤波电路具有一个输入端口、分别与所述输入端口连接的n路通道；

第1路通道包括输入端连接所述输入端口的滤波器1、连接所述滤波器1输出端的输出端口1；

第i路通道包括依次连接的i-1个乘法器、滤波器i以及输出端口i，2≤i≤n，每个乘法器均具有两个输入端和一个输出端，除第1路通道外，每路通道的第一个乘法器的两个输入端连接所述输入端口、最后一个乘法器的输出端连接对应的输出端口、其它的乘法器的一个输入端和前一个乘法器的输出端连接且另一个输入端和所述输入端口连接。

更优选地，该可听化评估装置还包括参数调整电路，所述参数调整电路包括n路通道，每路通道分别包括依次连接的输入端口、增益电路以及延时电路，每路通道的输入端口分别和所述一维Volterra滤波电路的输出端口对应连接；

所述参数调整电路还包括加法器、和所述加法器的输出端连接的输出端口，所述加法器的输入端分别和各路通道的延时电路的输出端连接。

进一步地，该可听化评估装置还包括连接所述参数调整电路的输出端口和所述监听音箱的数字模拟转换器。

本实用新型采用以上方案，改进了现有的非线性系统的音质可听化评估装置存在的相位失真等问题，适用于对非线性音频系统进行音质可听话评估，且评估结果更接近非线性音频系统真实音质。

附图说明

图1是本实用新型的音质可听化评估装置的示意图；

图2是本实用新型的脉冲序列生成电路的示意图；

图3是本实用新型的延时选择电路的示意图；

图4为本实用新型的一维Volterra滤波电路的示意图；

图5为本实用新型的参数调整电路的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的较佳实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域的技术人员理解。

参照附图1所示，一种非线性音频系统音质的可听化评估装置，包括非线性参数辨识电路、用于提供音频测试信号的信号发生器2、一维Volterra滤波电路以及监听音箱。其中，一维Volterra滤波电路的输入端通过选择开关分别连接至非线性参数辨识电路的输出端、所述信号发生器2的输出端以根据所述非线性参数辨识电路获取的非线性参数对音频测试信号进行滤波；一维Volterra滤波电路的输出端连接至监听音箱的输入端以驱动所述监听音箱。

非线性参数辨识电路包括：

信号发生器1，用于生成具有设定的起始频率、截止频率以及扫频信号长度的连续对数扫频信号以保证测量所需带宽的信号失真响应，馈给数字模拟转换器；同时生成该扫频信号的逆信号，馈给脉冲序列生成电路；如，设置扫频信号的参数为：扫频起始频率22Hz，终止频率20kHz，采样率为40kHz，选择扫频信号长度为；

非线性音频系统驱动模块，具有连接至所述信号发生器1输出端的输入端和用于连接非线性音频系统的输出端，用于根据获取的扫频信号驱动非线性音频系统；

非线性音频系统音质采集模块，用于采集非线性音频系统的声学输出并转换为数字信号；

脉冲序列生成电路，其输入端分别连接所述信号发生器1的输出端和所述非线性音频系统音质采集模块的输出端，用于根据获取的逆信号和数字信号生成包含各阶谐波的脉冲序列；

延时选择电路，其输入端连接所述脉冲序列生成电路的输出端，用于截取各阶谐波对应的脉冲序列。

具体地，非线性音频系统驱动模块包括：

数字模拟转换器，其输入端连接所述信号发生器1以将扫频信号转换为模拟信号；

功率放大器，其输入端连接所述数字模拟转换器的输出端，用于对模拟信号进行电压电流放大以驱动被测系统；

模拟信号输出端口，用于连接所述功率放大器的输出端和非线性音频系统的输入，流过的是电压信号。

非线性音频系统音质采集模块包括：

传感器，用于采集非线性音频系统的声学输出并将其转为电信号，本实施例中选用型号为B&K 4189音频声麦克风，频带为16Hz-20kHz，性能稳定，频响曲线平坦；

电流放大器，其输入端连接所述麦克风的输出端以将获取的声学输出电信号进行放大，进行恒流方法，匹配麦克风和后端电路；

模拟数字转换器，其输入端连接所述电流放大器的输出端以将所述声学输出电信号转变为数字信号。

参见附图2所示，脉冲序列生成电路包括：

两个FFT变换电路，两个所述FFT变换电路分别通过输入端口连接所述信号发生器1的输出端以获取逆信号和所述非线性音频系统音质采集模块的输出端以获取对应声学输出的数字信号；

乘法器，其输入端连接两个所述FFT变换电路的输出端，乘法器为现有技术中已知并通用，参见专利US5754459A等；

IFFT变换电路，其输入端连接所述乘法器的输出端并具有连接至所述延时选择电路的输出端口。

其中，FFT电路和IFFT为现有技术中已知并通用的电路。FFT电路是将离散数组信号从时域变换到频域，参见专利CN201886472U、专利申请CN103176949A等；IFFT电路是将频域数组信号变换到时域，参见专利CN201886472U、专利申请CN103176949A等。

参见附图3所示，延时选择电路包括：

输入端口，其与所述脉冲序列生成电路的输出端连接；

n对延时电路，所述多对延时电路的每个延时电路分别连接所述输入端口，n为正整数并对应谐波的阶数；

对应所述n对延时电路的n个减法器，且每个减法器的输入分别连接对应一对延时电路的两个输出端；

对应所述n个减法器的n个输出接口，每个输出接口连接对应的减法器的输入端。

其中，延时电路为现有技术中已知并通用，参见专利US3287608A等。

非线性参数辨识电路还包括：

参数存贮器，其输入端连接所述延时选择电路的输出端以将分割得到的脉冲响应数组（即，上述非线性参数）进行存贮，且参数存贮器的输出端通过选择开关连接所述一维Volterra滤波电路的输入端。参数存贮器为Flash芯片。

信号发生器2采用多段音乐信号等作为音频测试信号，用于听音评价。

选择开关可以切换到两种状态，其一是选择非线性参数辨识电路，此时通过该开关，连接参数存贮器和一维Volterra滤波器电路，将脉冲响应数组分配给一维Volterra滤波器的各滤波器；其二是选择信号发生器2，通过该开关，信号发生器2和一维Volterra滤波器电路，将信号发生器2产生的音频测试信号进行非线性滤波，用作听音评价。

监听音箱选用高保真监听级有源音箱，保证失真小，频带宽，播放经过一维Volterra滤波器和参数调整电路处理后的音效，通过主观听音评价系统输出音质的优良，分别对音质、带宽、立体感、空间感、层次感、失真和异常音以及力度、真实度等多方面进行评价。

参见附图4所示，一维Volterra滤波电路具有一个输入端口、分别与所述输入端口连接的n路通道，n即为滤波器的级数，即考虑滤波器的非线性失真最高为n次谐波失真。第1路通道包括输入端连接所述输入端口的滤波器1、连接所述滤波器1输出端的输出端口1；第i路通道包括依次连接的i-1个乘法器、滤波器i以及输出端口i，2≤i≤n，每个乘法器均具有两个输入端和一个输出端，除第1路通道外，每路通道的第一个乘法器的两个输入端连接所述输入端口、最后一个乘法器的输出端连接对应的输出端口、其它的乘法器的一个输入端和前一个乘法器的输出端连接且另一个输入端和所述输入端口连接。该电路有n个滤波器，构成滤波器组，对每一个通道进行相位和幅度的滤波，滤波器结构可参考专利CN201860303U、专利申请CN1165434A等。

该可听化评估装置还包括参数调整电路，调整各阶核函数的幅频特性和相频特性，并结合主观听音，评判系统音质不舒服原因，找出造成这一原因的谐波成分，进而确定该非线性系统的改进目标，可以通过物理手段或者数字信号处理的手段对该非线性系统进行调整，以达到目标系统；同样可以调整各阶核函数的权重分布，并结合主观音质评价，进一步优化非线性系统的参数。如果参数调整电路的增益全部调整为1，延时全部调整为0，那么可以忽略该电路的作用，就相当于一维Volterra滤波器电路的信号直接经过数模转换后馈给监听音箱。

参见附图5所示，所述参数调整电路包括n路通道，每路通道分别包括依次连接的输入端口、增益电路以及延时电路，每路通道的输入端口分别和所述一维Volterra滤波电路的输出端口对应连接。所述参数调整电路还包括加法器、和所述加法器的输出端连接的输出端口，所述加法器的输入端分别和各路通道的延时电路的输出端连接。该电路具有n个输入端口和1个输出端口，分为n路通道；每一路通道中增益电路用来控制该通道的幅度大小，延时电路用来控制该通道的群延时和相位特性；n路通道经过增益和延时调整后，进行求和，并通过输出端口输出。其中，增益电路、延时电路分别为现有技术中已知并通用，分别参见专利CN101102097A、专利US3287608A等。

该可听化评估装置还包括连接参数调整电路的输出端口和监听音箱的数字模拟转换器。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，是一种优选的实施例，其目的在于熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限定本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型的精神实质所作的等效变换或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于非线性音频系统的音质可听化评估装置，其特征在于，包括非线性参数辨识电路、用于提供音频测试信号的信号发生器2、一维Volterra滤波电路以及监听音箱；

所述非线性参数辨识电路包括：

信号发生器1，用于生成具有设定的起始频率、截止频率以及扫频信号长度的连续对数扫频信号以及该扫频信号的逆信号；

非线性音频系统驱动模块，具有连接至所述信号发生器1输出端的输入端和用于连接非线性音频系统的输出端；

非线性音频系统音质采集模块，用于采集非线性音频系统的声学输出并转换为数字信号；

脉冲序列生成电路，其输入端分别连接所述信号发生器1的输出端和所述非线性音频系统音质采集模块的输出端，用于根据获取的逆信号和数字信号生成包含各阶谐波的脉冲序列；

延时选择电路，其输入端连接所述脉冲序列生成电路的输出端，用于截取各阶谐波对应的脉冲序列；

其中，所述一维Volterra滤波电路的输入端通过选择开关分别连接至所述非线性参数辨识电路的输出端、所述信号发生器2的输出端以根据所述非线性参数辨识电路获取的非线性参数对所述音频测试信号进行滤波；所述一维Volterra滤波电路的输出端连接至所述监听音箱的输入端以驱动所述监听音箱；

所述非线性音频系统驱动模块包括：

数字模拟转换器，其输入端连接所述信号发生器1以将扫频信号转换为模拟信号；

功率放大器，其输入端连接所述数字模拟转换器的输出端；

模拟信号输出端口，用于连接所述功率放大器的输出端和非线性音频系统的输入。

2.根据权利要求1所述的音质可听化评估装置，其特征在于，非线性音频系统音质采集模块包括：

传感器，用于采集非线性音频系统的声学输出并将其转换为电信号；

电流放大器，其输入端连接所述传感器的输出端以将获取的电信号进行放大；

模拟数字转换器，其输入端连接所述电流放大器的输出端以将所述声学输出电信号转变为数字信号。

3.根据权利要求1所述的音质可听化评估装置，其特征在于，所述非线性参数辨识电路还包括：

参数存贮器，其输入端连接所述延时选择电路的输出端，且所述参数存贮器的输出端通过所述选择开关连接所述一维Volterra滤波电路的输入端。

4.根据权利要求3所述的音质可听化评估装置，其特征在于，所述参数存贮器为Flash芯片。

5.根据权利要求1所述的音质可听化评估装置，其特征在于，所述脉冲序列生成电路包括：

两个FFT变换电路，两个所述FFT变换电路分别通过输入端口连接所述信号发生器1的输出端和所述非线性音频系统音质采集模块的输出端；

乘法器，其输入端连接两个所述FFT变换电路的输出端；

IFFT变换电路，其输入端连接所述乘法器的输出端并具有连接至所述延时选择电路的输出端口。

6.根据权利要求1所述的音质可听化评估装置，其特征在于，所述延时选择电路包括：

输入端口，其与所述脉冲序列生成电路的输出端连接；

n对延时电路，所述多对延时电路的每个延时电路分别连接所述输入端口，n为正整数；

对应所述n对延时电路的n个减法器，且每个减法器的输入分别连接对应一对延时电路的两个输出端；

对应所述n个减法器的n个输出接口，每个输出接口连接对应的减法器的输入端。

7.根据权利要求1所述的音质可听化评估装置，其特征在于，所述一维Volterra滤波电路具有一个输入端口、分别与所述输入端口连接的n路通道；

第1路通道包括输入端连接所述输入端口的滤波器1、连接所述滤波器1输出端的输出端口1；

第i路通道包括依次连接的i-1个乘法器、滤波器i以及输出端口i，2≤i≤n，每个乘法器均具有两个输入端和一个输出端，除第1路通道外，每路通道的第一个乘法器的两个输入端连接所述输入端口、最后一个乘法器的输出端连接对应的输出端口、其它的乘法器的一个输入端和前一个乘法器的输出端连接且另一个输入端和所述输入端口连接。

8.根据权利要求7所述的音质可听化评估装置，其特征在于，该可听化评估装置还包括参数调整电路，所述参数调整电路包括n路通道，每路通道分别包括依次连接的输入端口、增益电路以及延时电路，每路通道的输入端口分别和所述一维Volterra滤波电路的输出端口对应连接；

所述参数调整电路还包括加法器、和所述加法器的输出端连接的输出端口，所述加法器的输入端分别和各路通道的延时电路的输出端连接。

9.根据权利要求8所述的音质可听化评估装置，其特征在于，该可听化评估装置还包括连接所述参数调整电路的输出端口和所述监听音箱的数字模拟转换器。