FR2702911A1 - Method and device for phonometric measurements - Google Patents
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Abstract
Description
PROCEDE ET DISPOSITIF DE MESURES PHONOMETRIQUES
La présente invention concerne les procédés et dispositifs de mesures phonométriques et elle trouve une application particulièrement importante dans la vérification des appareils de téléphonie, en ambiance industrielle.PHONOMETRIC MEASUREMENT METHOD AND DEVICE
The present invention relates to phonometric measurement methods and devices and it finds a particularly important application in the verification of telephony devices, in an industrial environment.
Classiquement, on utilise trois paramètres pour vérifier les appareils de prise de son ou de restitution du son et en particulier les appareils téléphoniques
- la réponse en fréquence, c'est-à-dire la courbe de variation d'une grandeur de sortie son ou signal électrique en fonction de la fréquence, à excitation donnée
- l'efficacité ou rendement
- la distorsion.Conventionally, three parameters are used to check the sound recording or sound reproduction devices and in particular telephone devices
- the frequency response, that is to say the curve of variation of a sound output quantity or electrical signal as a function of frequency, at given excitation
- efficiency or performance
- distortion.
Pour que l'appareil soit acceptable, les caractéristiques ci-dessus doivent rester à l'intérieur d'un gabarit déterminé autour de valeurs nominales. For the device to be acceptable, the above characteristics must remain within a template determined around nominal values.
A l'heure actuelle, les vérifications sont généralement effectuées en laboratoire, c'est-à-dire dans une ambiance protégée contre les bruits, sur des échantillons prélevés à un stade intermédiaire ou à l'issue de la chaîne de fabrication. Ces appareils permettent d'effectuer des mesures précises mais qui demandent beaucoup de temps lorsqu'on souhaite tracer une courbe de réponse à partir de nombreux points de mesure. Par ailleurs, il deviennent peu utilisables dans les ambiances industrielles où il est impossible d'éviter un niveau de bruit élevé. At present, verifications are generally carried out in the laboratory, that is to say in an environment protected against noise, on samples taken at an intermediate stage or at the end of the production line. These devices make it possible to carry out precise measurements but which require a lot of time when it is desired to draw a response curve from numerous measurement points. In addition, they become little usable in industrial atmospheres where it is impossible to avoid a high noise level.
La présente invention vise à fournir un procédé et un dispositif de phonométrie utilisable en ambiance industrielle, permettant de déterminer rapidement si un appareil tel qu'un terminal téléphonique a des caractéristiques restant dans un gabarit imposé, facilement adaptables à un nouveau produit. The present invention aims to provide a method and a device for phonometry usable in an industrial environment, making it possible to quickly determine whether an apparatus such as a telephone terminal has characteristics remaining within an imposed size, easily adaptable to a new product.
Dans ce but l'invention propose notamment un procédé de mesure des caractéristiques d'un appareil téléphonique, suivant lequel on applique à l'appareil un signal d'excitation mémorisé ayant une répartition d'énergie en fréquence suivant une loi multi-sinus, on numérise le signal de sortie de l'appareil, on soumet le signal numérisé à une transformée de Fourier rapide, on analyse le spectre du signal transformé et on le compare à celui du signal d'excitation mémorisé. To this end, the invention proposes in particular a method for measuring the characteristics of a telephone apparatus, according to which a memorized excitation signal having an energy distribution in frequency according to a multi-sine law is applied to the apparatus, digitize the output signal of the device, subject the digitized signal to a fast Fourier transform, analyze the spectrum of the transformed signal and compare it to that of the stored excitation signal.
Grâce à l'utilisation d'une excitationmulti-sinus, il est possible d'obtenir simultanément une mesure en plusieurs points de la courbe de réponse en fréquence, sans pour cela dégrader la mesure de façon excessive en cas de présence de bruit de fond. L'énergie d'excitation est en effet concentrée sous forme de quelques pics et le traitement ultérieur du signal peut éliminer dans une large mesure la contribution de bruit dans les zones du spectre entre les pics. On arrive donc à un compromis satisfaisant entre l'élimination du bruit, qui serait assurée de façon optimale par des mesures successives correspondant chacune à une fréquence pure d'excitation, et une excitation par un signal ayant une répartition d'énergie sur un spectre étendu, qui rendrait difficile la prise en compte du bruit ambiant. Thanks to the use of a multi-sine excitation, it is possible to simultaneously obtain a measurement at several points of the frequency response curve, without thereby degrading the measurement excessively in the presence of background noise. The excitation energy is in fact concentrated in the form of a few peaks and the subsequent processing of the signal can to a large extent eliminate the contribution of noise in the regions of the spectrum between the peaks. We therefore arrive at a satisfactory compromise between the elimination of noise, which would be optimally ensured by successive measurements each corresponding to a pure frequency of excitation, and an excitation by a signal having an energy distribution over a wide spectrum. , which would make it difficult to take ambient noise into account.
L'invention propose également un dispositif de mesure des caractéristiques d'un appareil téléphonique, comprenant un générateur d'un signal de test destiné à être appliqué à l'entrée de l'appareil, des moyens d'échantillonnage et de numérisation du signal de sortie de l'appareil et des moyens de traitement du signal numérisé fournissant la répartition spectrale en énergie du signal de sortie et de comparaison de ce signal avec le signal de test, caractérisé en ce que le générateur est du type fournissant un signal multi-sinus et en ce que les moyens de traitement comportent un transformateur de Fourier rapide donnant la répartition de la puissance de sortie en fréquence et permettant de comparer le spectre de sortie au spectre multi-sinus applique. The invention also provides a device for measuring the characteristics of a telephone device, comprising a generator of a test signal intended to be applied to the input of the device, means for sampling and digitizing the signal. output of the apparatus and means for processing the digitized signal providing the spectral energy distribution of the output signal and for comparing this signal with the test signal, characterized in that the generator is of the type providing a multi-sine signal and in that the processing means comprise a fast Fourier transformer giving the distribution of the output power in frequency and making it possible to compare the output spectrum with the applied multi-sine spectrum.
Un tel dispositif constitue un compromis entre les exigences apparemment contradictoires qu'implique une utilisation en milieu industriel et l'obligation de conserver les principes de mesure normalisée, autorisant la comparaison des résultats obtenus avec ceux d'appareils de laboratoire. Such a device constitutes a compromise between the apparently contradictory requirements implied by use in an industrial environment and the obligation to keep the principles of standardized measurement, allowing the comparison of the results obtained with those of laboratory devices.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode particulier de réalisation, donné à titre d'exemple non-limitatif. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels
- la figure 1 est un schéma fonctionnel, destiné à faire apparaître un principe de base mis en oeuvre par l'invention
- la figure 2 est un schéma synoptique montrant une réalisation particulière de dispositif ; et
- la figure 3 montre une séquence possible des opérations intervenant dans la mesure.The invention will be better understood on reading the following description of a particular embodiment, given by way of non-limiting example. The description refers to the accompanying drawings, in which
- Figure 1 is a block diagram, intended to show a basic principle implemented by the invention
- Figure 2 is a block diagram showing a particular embodiment of the device; and
- Figure 3 shows a possible sequence of operations involved in the measurement.
Comme on l'a indiqué plus haut, la recherche d'un procédé fournissant des résultats comparables avec ceux des appareils traditionnels, la répétition des mesures dans un milieu bruyant, la recherche d'une durée de test réduite et la possibilité d'étalonnage ont été atteintes en utilisant un procédé qui implique, comme indiqué sur la figure 1
- la génération d'un signal multi-sinus dans lequel la puissance P est répartie en fonction de la fréquence sous forme de la juxtaposition de pics sinusoidaux répartis en fonction de la plage de fréquence dans laquelle devra être vérifié l'appareil soumis au test, ayant des amplitudes sélectionnées suivant la nature de l'appareil, le passage du signal de sortie provenant de l'appareil testé 10 du domaine temporel dans le domaine fréquentiel, par exemple par une transformation de Fourier rapide 12.As mentioned above, the search for a process providing results comparable to those of traditional devices, the repetition of measurements in a noisy environment, the search for a reduced test duration and the possibility of calibration been achieved using a process that involves, as shown in Figure 1
- the generation of a multi-sine signal in which the power P is distributed as a function of the frequency in the form of the juxtaposition of sinusoidal peaks distributed as a function of the frequency range in which the device subjected to the test must be verified, having amplitudes selected according to the nature of the device, the passage of the output signal coming from the tested device 10 from the time domain into the frequency domain, for example by a fast Fourier transformation 12.
On peut alors comparer le spectre de sortie W(f) au spectre mémorisé généré à l'entrée de l'appareil 10 et vérifier que les écarts, éventuellement après prise en compte de la fonction de transfert de l'appareil de mesure, ne dépassent pas un gabarit mémorisé. We can then compare the output spectrum W (f) with the stored spectrum generated at the input of the device 10 and check that the deviations, possibly after taking into account the transfer function of the measuring device, do not exceed not a saved template.
Le dispositif montré en figure 2 met en oeuvre le principe ci-dessus, à l'aide de moyens d'analyse et de calcul numérique qui permettent au surplus de vérifier la cohérence des résultats et d'effectuer des mesures supplémentaires, telles par exemple que la mesure de courant de ligne, la vérification de signaux de numérotation, (sous forme décimale ou sous forme de code multifréquences) et l'évaluation des tonalités et de la sonnerie. The device shown in FIG. 2 implements the above principle, using numerical analysis and calculation means which also allow the consistency of the results to be checked and additional measurements to be made, such as for example that line current measurement, verification of dialing signals, (in decimal form or in the form of multi-frequency code) and evaluation of tones and ringing.
Tel qu'il est représenté sur la figure 2, le dispositif est destiné à tester le microphone d'un combiné téléphonique 16. Pour cela, il comporte un organe d'excitation sonore tel qu'un haut-parleur 18, constituant bouche artificielle. Mais le dispositif peut aisément être appliqué à la vérification d'autres composants téléphoniques. Par exemple, il permet de contrôler l'écouteur d'un poste téléphonique (associé ou non à une portion de ligne). Dans ce cas, l'excitation de l'organe à contrôler s'effectue par voie électrique, le signal sonore émis étant capté par un transducteur microphonique appartenant au dispositif de mesure. As shown in Figure 2, the device is intended to test the microphone of a telephone handset 16. For this, it includes a sound excitation member such as a speaker 18, constituting artificial mouth. However, the device can easily be applied to the verification of other telephone components. For example, it allows you to control the earpiece of a telephone set (whether or not associated with a line portion). In this case, the excitation of the organ to be checked is carried out electrically, the sound signal emitted being picked up by a microphonic transducer belonging to the measuring device.
Le dispositif peut être considéré comme ayant une partie d'excitation et une partie d'analyse. The device can be considered as having an excitation part and an analysis part.
La partie d'excitation comprend un fichier 20 destiné à mémoriser les spectres multi-sinus des signaux de mesure à utiliser. Le spectre peut en effet différer suivant la nature de l'appareil à contrôler. Des moyens de calcul matériels ou logiciels 22 permettent, pour le spectre sélectionné, d'établir une table d'échantillons 24 dont le contenu est transféré dans un fichier 26 qui contient et sauvegarde, au cours d'une campagne de mesure portant sur un appareil déterminé, les échantillons représentatifs du signal de test, constitué par la somme de signaux sinusoldaux, dont les fréquences et les amplitudes sont fixées par le fichier 20. En général, la mesure sera faite à l'aide d'un signal contenant six à douze composantes sinusoidales, permettant en conséquence de déterminer simultanément six à douze points de la réponse en fréquence.Pour permettre de s'assurer que les mesures effectuées sont représentatives, cela par des vérifications portant sur la cohérence des résultats, la durée temporelle du signal d'excitation sera généralement d'au moins une dizaine de périodes pour la composante sinusoidale à fréquence la plus basse. The excitation part comprises a file 20 intended to memorize the multi-sine spectra of the measurement signals to be used. The spectrum may indeed differ depending on the nature of the device to be checked. Hardware or software calculation means 22 make it possible, for the selected spectrum, to establish a table of samples 24 whose content is transferred to a file 26 which contains and saves, during a measurement campaign relating to an apparatus determined, the samples representative of the test signal, consisting of the sum of sinusoidal signals, the frequencies and amplitudes of which are fixed by file 20. In general, the measurement will be made using a signal containing six to twelve sinusoidal components, consequently making it possible to simultaneously determine six to twelve points of the frequency response. To make it possible to ensure that the measurements carried out are representative, this by verifications relating to the consistency of the results, the temporal duration of the signal excitation will generally be at least ten periods for the lowest frequency sinusoidal component.
Les échantillons successifs du signal d'excitation sont appliqués à un convertisseur numérique-analogique 28, qui attaque le haut-parleur 18 par l'intermédiaire d'un interface 30 électrique d'adaptation de caractéristiques. The successive samples of the excitation signal are applied to a digital-analog converter 28, which drives the loudspeaker 18 via an electrical interface 30 for adapting characteristics.
Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 1, le signal numérique est corrigé, avant conversion, à partir des données contenues dans un fichier d'étalonnage 32. Ce fichier contient des données de calibrage électrique et de calibrage acoustique. Le calibrage électrique permet de tenir compte des caractéristiques de composants du dispositif tels que le convertisseur analogique-numérique. In the embodiment shown in FIG. 1, the digital signal is corrected, before conversion, from the data contained in a calibration file 32. This file contains electrical calibration and acoustic calibration data. Electrical calibration takes into account the characteristics of device components such as the analog-digital converter.
Le calibrage est effectué suivant des techniques bien connues applicables de façon générale aux appareils de mesure de grandeurs électriques. Le calibrage acoustique est effectué à l'aide d'une source étalon et d'un sonomètre. Il consiste surtout à déterminer le niveau et le contenu spectral des signaux de test afin de les rendre conformes aux normes.The calibration is carried out according to well-known techniques generally applicable to devices for measuring electrical quantities. Acoustic calibration is carried out using a standard source and a sound level meter. It mainly consists in determining the level and the spectral content of the test signals in order to make them conform to the standards.
Lors d'opérations de maintenance, les coefficients de calibrage électrique de la carte d'acquisition/restitution sont sauvegardés dans ce fichier 32 et, à chaque appel d'une mesure, le fichier de calibrage est utilisé avec le fichier d'échantillons 26 correspondant par le convertisseur numérique-analogique 28 pour la génération du signal de test d'excitation. During maintenance operations, the electrical calibration coefficients of the acquisition / restitution card are saved in this file 32 and, each time a measurement is called, the calibration file is used with the corresponding sample file 26 by the digital-analog converter 28 for the generation of the excitation test signal.
La partie analyse comporte un interface 34 destiné à recueillir le signal électrique de sortie de l'appareil testé (partie microphonique d'un combiné par exemple) et à supporter cet appareil. Le signal analogique de sortie de l'interface 34 est soumis à un filtrage et à une conversion analogique-numérique. La conversion s'accompagne d'un échantillonnage à fréquence plus élevée que la fréquence de
Shannon correspondant à la fréquence la plus haute du spectre de mesure, par exemple entre 10 et 20 kHz dans le cas de signaux de test se situant dans le spectre audible.The analysis part includes an interface 34 intended to collect the electrical output signal from the device under test (microphone part of a handset for example) and to support this device. The analog output signal of the interface 34 is subjected to filtering and to analog-digital conversion. The conversion is accompanied by sampling at a higher frequency than the frequency of
Shannon corresponding to the highest frequency of the measurement spectrum, for example between 10 and 20 kHz in the case of test signals lying in the audible spectrum.
Le filtre anti-repliement peut lui-même être centré sur une fréquence approximativement double de la fréquence d'échantillonnage.The anti-aliasing filter can itself be centered on a frequency approximately twice the sampling frequency.
La conversion analogique-numérique peut elle aussi être accompagnée d'une correction effectuée à partir des informations contenues dans le fichier d'étalonnage 32. The analog-to-digital conversion can also be accompanied by a correction made from the information contained in the calibration file 32.
Le signal numérisé, ayant une durée correspondant à plusieurs périodes de la composante à plus basse fréquence du signal multi-sinus, est soumis à une transformation de passage du domaine temporel au domaine fréquentiel. La figure 2 comporte à cet effet des moyens 38 effectuant une transformée de Fourier numérique, pouvant être réalisée par voie matérielle ou par voie logicielle. The digitized signal, having a duration corresponding to several periods of the lower frequency component of the multi-sine signal, is subjected to a transition transformation from the time domain to the frequency domain. FIG. 2 for this purpose comprises means 38 performing a digital Fourier transform, which can be carried out by hardware or by software.
Toujours dans le cas représenté sur la figure 2, le dispositif comprend des moyens 40 permettant de mémoriser les spectres correspondant à plusieurs signaux de test ou d'excitation successifs et identiques et d'en faire une moyenne. L'accumulation des résultats correspondant à plusieurs mesures successives, qui en l'absence de bruit ambiant devraient donner les mêmes résultats, permet non seulement d'effectuer une moyenne mais aussi de vérifier la cohérence de ces résultats et d'écarter les mesures non significatives. Still in the case shown in FIG. 2, the device comprises means 40 making it possible to store the spectra corresponding to several successive and identical test or excitation signals and to make an average of them. The accumulation of the results corresponding to several successive measurements, which in the absence of ambient noise should give the same results, makes it possible not only to make an average but also to check the consistency of these results and to dismiss non-significant measurements .
Cette cohérence peut être vérifiée à l'aide de moyens matériels ou logiciels 42 qui utilisent les données dans la mémoire des moyens 40 et permettent
- de déterminer, par auto-corrélation, l'autospectre sur l'ensemble de chaque signal de mesure,
- de déterminer, par inter-corrélation, llinter- spectre entre les résultats obtenus à partir de deux signaux de test ou d'excitation identiques.This consistency can be checked using hardware or software means 42 which use the data in the memory of the means 40 and allow
- to determine, by auto-correlation, the autospectrum on the whole of each measurement signal,
- to determine, by inter-correlation, the inter-spectrum between the results obtained from two identical test or excitation signals.
Les opérations effectuées correspondent alors au schéma de la figure 3 : deux signaux de mesure successifs
A(t) et B(t) sont, après acquisition temporelle en 44a et 44b, soumis à une transformation dans le domaine fréquentiel qui donne naissance à des informations A(f) et B(f). Les auto-spectres respectifs sont calculés en 42a et 42b tandis que llinter-spectre est réalisé en 46. La cohérence des résultats est déterminée en 48, par exemple par vérification que le coefficient d'inter-corrélation est supérieur à un seuil prédéterminé et par vérification que chacun des autospectres présente bien des pics pour les fréquences d'excitation.The operations carried out then correspond to the diagram in FIG. 3: two successive measurement signals
A (t) and B (t) are, after temporal acquisition in 44a and 44b, subjected to a transformation in the frequency domain which gives rise to information A (f) and B (f). The respective self-spectra are calculated at 42a and 42b while the inter-spectrum is carried out at 46. The consistency of the results is determined at 48, for example by checking that the inter-correlation coefficient is greater than a predetermined threshold and by verification that each of the autospectra has indeed peaks for the excitation frequencies.
Cette dernière vérification peut être effecutée par comparaison avec le contenu d'un fichier de gabarit 52 dans un circuit de décision 54 qui provoque la reprise de la mesure s'il apparaît que les résultats ne sont pas fiables. This last verification can be performed by comparison with the content of a template file 52 in a decision circuit 54 which causes the measurement to be resumed if it appears that the results are not reliable.
Grâce à cette constitution, on réalise un compromis entre la recherche de l'élimination du bruit de fond, qui serait optimale en utilisant un signal d'excitation strictement monofréquentiel, et la recherche d'une durée de mesure courte que permettrait un signal complexe, mais avec lequel l'élimination des bruits ambiants serait pratiquement impossible. Thanks to this constitution, a compromise is achieved between the search for elimination of the background noise, which would be optimal using a strictly monofrequency excitation signal, and the search for a short measurement duration that would be possible with a complex signal, but with which the elimination of ambient noise would be practically impossible.
On arrive ainsi à effectuer, de façon relativement rapide, des mesures en s'assurant de leur validité, dans des conditions telles que les mesures retenues sont très proches de celles effectuées en stricte conformité avec les normes. We thus manage to carry out, relatively quickly, measurements while ensuring their validity, under conditions such that the measurements retained are very close to those carried out in strict conformity with the standards.
Comme on le verra plus loin, une correction supplémentaire peut être apportée aux résultats pour obtenir une conformité quasi absolue avec ceux que donnerait une mesure en laboratoire effectuée en respectant strictement les normes.As will be seen below, an additional correction can be made to the results in order to obtain an almost absolute conformity with those which would result from a laboratory measurement carried out while strictly respecting the standards.
A partir des informations mémorisées dans les moyens 40, un organe de calcul logiciel ou câblé 50 permet de calculer la distorsion harmonique et de la comparer avec celle jugée acceptable et mémorisée sous forme numérique dans un fichier de gabarit 52. Le circuit de calcul fournit alors sur une sortie S1 une information de conformité ou de non conformité. From the information stored in the means 40, a software or wired calculation unit 50 makes it possible to calculate the harmonic distortion and to compare it with that deemed acceptable and stored in digital form in a template file 52. The calculation circuit then provides on an S1 output, compliance or non-compliance information.
Cette sortie S1 est reliée à un circuit de diagnostic 56 qui, s'il est validé par le circuit de décision 54, fournit un diagnostic imprimé. Les spectres mémorisés dans les moyens 40 sont également utilisés en 58 pour calculer la fonction de transfert de l'appareil étudié, par comparaison avec le spectre sélectionné dans le fichier 20. This output S1 is connected to a diagnostic circuit 56 which, if validated by the decision circuit 54, provides a printed diagnosis. The spectra stored in the means 40 are also used at 58 to calculate the transfer function of the apparatus studied, by comparison with the spectrum selected in the file 20.
La recherche d'un compromis entre des exigences contradictoires, à savoir d'une part la réduction de la durée de mesure et la répétatibilité en milieu industriel et d'autre part le respect des normes de mesure, conduit à l'obtention d'une fonction de transfert, en sortie de 58, qui est celle de l'ensemble appareil testé-dispositif. Pour obtenir des résultats qui sont strictement conformes à ceux qu'on obtiendrait en cas de respect des normes, le spectre en sortie de 58 est déconvolué en 60 par multiplication par la fonction de transfert du dispositif, mémorisée dans un fichier 62. Cette opération s'effectue de façon simple, puisque par une simple multiplication, alors qu'un produit de convolution serait nécessaire si la correction était effectuée sur les signals temporels. Les données de déconvolut ion peuvent être déterminées expérimentalement en utilisant le dispositif avec un appareil dont les caractéristiques ont été antérieurement déterminées en laboratoire, sans bruit ambiant. The search for a compromise between contradictory requirements, namely on the one hand the reduction of the measurement time and the repeatability in an industrial environment and on the other hand the respect of measurement standards, leads to obtaining a transfer function, at the output of 58, which is that of the unit tested-device. To obtain results which are strictly in conformity with those which would be obtained in the event of compliance with the standards, the output spectrum of 58 is deconvolved into 60 by multiplication by the transfer function of the device, stored in a file 62. This operation s 'performs in a simple way, since by a simple multiplication, while a convolution product would be necessary if the correction were made on the time signals. The deconvolution data can be determined experimentally using the device with an apparatus whose characteristics have been previously determined in the laboratory, without ambient noise.
A partir du signal déconvolué en 60, la courbe de réponse peut être élaborée en 62 et comparée en 64 avec un gabarit mémorisé, prélevé dans le fichier 52. A l'issue de la comparaison, un signal indiquant si le gabarit est respecté est transmis au circuit de diagnostic 56 depuis une sortie S2. From the deconvolved signal at 60, the response curve can be developed at 62 and compared at 64 with a stored template, taken from file 52. At the end of the comparison, a signal indicating whether the template is respected is transmitted to the diagnostic circuit 56 from an output S2.
Claims (10)
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|---|---|---|---|
| FR9303147A FR2702911B1 (en) | 1993-03-18 | 1993-03-18 | Method and device for phonometric measurements. |
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| FR9303147A FR2702911B1 (en) | 1993-03-18 | 1993-03-18 | Method and device for phonometric measurements. |
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| FR2702911A1 true FR2702911A1 (en) | 1994-09-23 |
| FR2702911B1 FR2702911B1 (en) | 1995-05-24 |
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ID=9445118
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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| FR (1) | FR2702911B1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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1993
- 1993-03-18 FR FR9303147A patent/FR2702911B1/en not_active Expired - Fee Related
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