专利名称：扬声器距离测量法的制作方法
技术领域：
本发明属于音声信号的检测方法，主要用于测量多声道音响系统的扬声器距离(从扬声器到视听位置的距离)。
背景技术：
在多声道音响系统中，为了获得最佳音响效果，需要根据扬声器距离对系统的各个扬声器的输出信号的时间延迟进行补偿。过去在测量扬声器距离的方法上(例如日本的特开2002-135897)，有采用指数脉冲信号作为测试信号的测量方法。DSP向扬声器输出测试信号，并在视听位置用麦克风采集音场信号，通过检测出音场信号中的测试信号来计算扬声器距离。
可是上述测量方法是根据音场信号水平在某一时刻是否超过所设定的阈值来检测音场信号中的测试信号的一种方法。因此在噪声，干涉和由测量系统的不确定因素引起的信号水平的波动较大的情况下很难正确地测量扬声器距离。
发明内容
本发明提供了一种在噪声，干涉和由测量系统的不确定因素引起的信号水平的波动较大的情况下，或者说在信噪比较小的情况下也能正确地测量扬声器距离的测量方法。
本发明的扬声器距离测量法，其特征是采用广义正弦波测试信号，对音场信号进行BPF处理，根据特定语音信号检测法检测测试信号并计算测试信号的t＝0时刻和扬声器距离。
本发明的特定语音信号检测法，其特征是信号开始检测法，信号矢量计算和信号特征矢量生成法和信号检测法。本发明的特定语音信号检测法不局限于扬声器的距离测量。
本发明所采用的广义正弦波测试信号是由有用成份和无用成份二种成份组合而成。有用成份是由若干个正弦波信号单元在时间轴上拚接而成，而无用成份是对本发明的特定语音信号检测法没有影响的成份。在测量时起作用的是测试信号的有用成份，而测试信号中加入无用成份后仍然可以作为测试信号使用。正弦波信号单元是定义了t＝0时刻的频率变化或固定的正弦波。其频率范围可以是扬声器的使用频带。信号的t＝0时刻定义在图2(a)所示的第一波的峰值处。由于t＝0时刻只是一种参考时刻，所以任何可由第一波峰值计算出来的时刻都可定义为t＝0时刻。因为正弦波信号单元的波形和噪声波形的特征完全不同，所以在噪声较大的情况下也能够容易地检测出测试信号。
因测量系统的扬声器的频率特性而大幅衰减的信号成份和因本发明的扬声器距离测量法中所使用的BPF频率特性而大幅衰减的信号成份是一种测试信号的无用成份。这种信号成份不会影响本发明的特定语音信号检测法的有效性。测试信号中加入这种信号成份后仍然可以作为测试信号使用。
因本发明的特定语音信号检测法中所使用的信号特征矢量生成法和信号判断条件的选择而被大幅抑制的信号成份以及所有因扬声器距离测量系统的作用而不影响本发明的特定语音信号检测法的有效性的信号成份都是测试信号的无用成份，测试信号中加入这种信号成份后仍然可以作为测试信号使用。
测试信号从扬声器到视听位置的传播时间的计算分检测信号的波形阶段和计算t＝0时刻阶段二个阶段进行。首先根据信号的波形特征检测测试信号，然后通过对由测量系统的处理而产生的时间延迟加以补偿来计算t＝0时刻。而过去的测试方法是根据音场信号水平在某一时刻是否超过所设定的阈值来检测音场信号中的测试信号。两者相比显然本发明具有在噪声，干涉和由测量系统的不确定因素引起的信号水平的波动较大的情况下也能够正确地测量扬声器距离的特点。
带通滤波器(BPF)的作用是过滤噪声或者说是对信号进行整形。BPF的带宽可以定为包含测试信号频带的某一带域。
信号开始位置的检测是根据噪声水平来实现的。首先测出噪声水平，然后根据噪声水平确定某一个阈值。信号水平大于这个阈值时的位置就是可能的信号开始位置。这一算法能够有效地抑制噪声水平波动的影响。
本发明的特定语音信号检测法的信号检测法是通过把实际信号的波形和测试信号的波形特征加以比较来实现的。为此导入描述实际信号的波形的信号矢量和描述测试信号的波形特征的信号特征矢量的概念。信号矢量是由振幅矢量SP和振幅间隔矢量ST二个矢量构成。振幅矢量SP可表达为SP＝[ΔP1，ΔP2，…，ΔPn]ΔPi＝|pi-pi-1|i＝1，…，n式中pi如图2(c)所示是音场信号的第i个峰值，n是≥2的一个常数。振幅间隔矢量ST可表达为ST＝[ΔT1，ΔT2，…，ΔTn]ΔTi＝ti-ti-1i＝1，…，n式中ti如图2(c)所示是音场信号的第i个峰值时的时刻，n是≥2的一个常数。
从扬声器传到视听位置的测试信号可分为直接成份和间接成份二种成份。间接成份主要是通过音场空间的形状反射而产生的那部份声波的成份。测试信号的间接成份随视听位置的变化而变化，并将引起信号波形的形变。信号特征矢量抓住测试信号波形区别于噪声的根本特征，而忽略由间接成份引起的信号波形的形变。信号特征矢量是根据测试信号的开始位置的信号水平和测试信号所具有的特定波形而生成的。通过对生成信号特征矢量时所用的参数k1，k2，…，k1和11，12，…，lm的调整和判断条件的选择可以最大限度地抑制间接成份的影响。
广义正弦波测试信号的t＝0时刻的计算可以通过对由扬声器的相位特性和BPF的相位特性以及测量系统的处理而产生的时间延迟加以补偿来实现。扬声器距离可以根据从扬声器到视听位置的传播时间来计算。
本发明的效果是在噪声，干涉和由测量系统的不确定因素引起的信号水平的波动较大的情况下和在测试信号的输出功率较小的情况下也能够正确地测量从扬声器到视听位置的距离。
图1给出了扬声器距离测量的系统框图。
图2给出了扬声器距离测量时的有关波形，图2(a)给出了广义正弦波测试信号的一个例子，图2(b)给出了在视听位置用麦克风采集的音场信号，图2(c)用于描述信号的信号矢量。
图3给出了扬声器距离计算模块的流程图。
具体实施例方式
下面参照附图，对本发明的扬声器距离测量法的动作原理进行说明。图1是扬声器距离测量的系统框图。测量系统的硬件的构成部件有DSP1，D/A转换器2，功率放大器3，扬声器4，麦克风5，功率放大器6，和A/D转换器7。测量系统的软件的构成模块有测试信号生成模块11，噪声水平测量模块12和扬声器距离计算模块13。扬声器距离计算模块13由音场数据保存子程序131，BPF处理子程序132，测试信号检测子程序133和扬声器距离计算子程序134构成。
图2(a)给出了广义正弦波测试信号的一个例子，频率固定的正弦波。下面就以这个测试信号为例，对本发明的扬声器距离测量的算法进行说明。
DSP1的测试信号生成模块11通过D/A转换器2和功率放大器3向扬声器4输出如图2(a)所示的测试信号，通过扬声器在音场空间的视听位置处产生如图2(b)所示的音场信号。这个音场信号的波形可用信号矢量来描述。信号矢量是由振幅矢量SP和振幅间隔矢量ST二个矢量构成。振幅矢量SP可表达为SP＝[ΔP1，ΔP2，…，ΔPn]ΔPi＝|pi-pi-1|i＝1，…，n式中pi如图2(c)所示是音场信号的第i个峰值，n是≥2的一个常数。振幅间隔矢量ST可表达为ST＝[ΔT1，ΔT2，…，ΔTn]ΔTi＝ti-ti-1i＝1，…，n式中ti如图2(c)所示是音场信号的第i个峰值时的时刻，n是≥2的一个常数。
本发明的扬声器距离测量法的算法首先用噪声水平测量模块12测出噪声水平并根据噪声水平计算用于检测信号的开始位置的阈值，然后用扬声器距离计算模块13对音场信号进行BPF处理，根据本发明的特定语音信号检测法检测测试信号并计算扬声器距离。
噪声水平的测量是在0输出状态下通过在视听位置用麦克风采集噪声信号来实现的。因为阈值是用来从噪声中检测信号的开始位置的，所以阈值可以是任何反映音场噪声水平的物理量，例如噪声的功率，噪声的振幅的平均值或者最大值等等。
图3给出了扬声器距离计算模块13的流程图。图3中的S1部分是音场数据保存子程序部分。DSP1的测试信号生成模块11通过D/A转换器2和功率放大器3向扬声器4输出测试信号，在t＝0时刻开始保存音场数据。当保存的音场数据达到所需的数量后，结束保存数据，进入下面的数据处理阶段。
S2部分是对音场数据进行BPF处理的子程序部分。BPF的作用是抑制噪声和放大信号。BPF的带宽可以设定为包含测试信号频带的某一带域。
从S3部分到S6部分是本发明的特定语音信号检测法的数据处理子程序部分。S3部分计算信号的振幅，S4部分把信号振幅和由噪声水平测量模块12所求得的阈值进行比较。当信号振幅小于阈值时，转跳到S3部分计算信号的下一个振幅。当信号振幅大于阈值时，将这个信号振幅视作为可能的信号开始位置的振幅，然后转跳到S5部分。
S5部分是计算信号矢量和信号特征矢量的子程序部分。信号特征矢量是由振幅矢量SCP和振幅间隔矢量SCT二个矢量构成。振幅矢量SCP可表达为SCP＝[Ath1，Ath2，…，Ath1]Ath1＝k1*S S AAth2＝k2*S S AAth1＝k1*S S A式中k1，k2，…，kl是一组常数，S S A是信号开始振幅。振幅间隔矢量SCT可表达为SCT＝[TAth1，Tth2，…，Tthm]Tth1＝l1*ΔTS1Tth2＝l2*ΔTS2Tthn＝lm*ΔTSm式中l1，l2，…，lm是一组常数，ΔTSi＝tSi-tSi-1 i＝1，…，m是测试信号的振幅间隔。信号特征矢量的振幅矢量SCP和振幅间隔矢量SCT的长度可以不同，也可以是一方的长度为零。通过对生成信号特征矢量时所用的参数k1，k2，…，kl和l1，l2，…，lm的调整和判断条件的选择可以最大限度地抑制测试信号间接成份的影响。
S6部分通过对信号矢量和信号特征矢量进行比较来检测信号。下面给出判断条件的一个例子。
ΔP1＞Ath1、ΔT1＞Tth1
ΔP2＞Ath2ΔPi＞Ath3、ΔTj＞Tth2式中i＝3，…，n；j＝2，…，n。在这个例中信号矢量的长度是n，信号特征矢量的振幅矢量SCP的长度是3，而信号特征矢量的振幅间隔矢量SCT的长度是2。当上述判断条件不成立时，判定没有检测到信号，转跳到S3部分继续检测信号。而当上述判断条件成立时，判定已经检测到信号，转跳到下面的距离计算子程序S7部分。信号判断条件不局限于上述的判断条件。
S7部分计算t＝0时刻和扬声器距离。测试信号的t＝0时刻的计算可以通过对由扬声器的相位特性和BPF的相位特性以及测量系统的处理而产生的时间延迟加以补偿来实现。
权利要求
1.一种扬声器距离测量法。其特征是采用广义正弦波测试信号，对音场信号进行BPF处理，根据特定语音信号检测法检测测试信号并计算测试信号的t＝0时刻和扬声器距离。
2.权力要求1所说的特定语音信号检测法，其特征是信号开始检测法，信号矢量计算和信号特征矢量生成法和信号检测法。
3.权力要求2所说的特定语音信号检测法的信号开始检测法是通过把实际信号的水平和噪声水平加以比较来实现的。
4.权力要求2所说的特定语音信号检测法的信号矢量是由振幅矢量和振幅间隔矢量二个矢量构成。
5.权力要求2所说的特定语音信号检测法的信号特征矢量生成法是根据测试信号的开始位置的信号水平和测试信号所具有的特定波形而生成的。
6.权力要求2所说的特定语音信号检测法的信号检测法是通过把实际信号的信号矢量和上述信号特征矢量加以比较来实现的。
7.权力要求1所说的广义正弦波测试信号是由若干个频率变化或固定的正弦波信号在时间轴上拚接而成。广义正弦波测试信号中可以加入因测量系统的作用而对上述特定语音信号检测法不产生影响的成份。
8.权力要求1所说的扬声器距离测量法的t＝0时刻的计算是通过对由测量系统的处理而产生的时间延迟加以补偿来实现的。
全文摘要
本发明提供了一种在噪声，干涉和由测量系统的不确定因素引起的信号水平的波动较大的情况下也能够正确地测量从扬声器到视听位置的距离的扬声器距离测量法。DSP向扬声器输出具有特定波形并定义了t＝0时刻的测试信号，在视听位置处用麦克风输入音场信号。测试信号从扬声器到视听位置的传播时间的计算分检测信号的波形阶段和计算t＝0时刻阶段二个阶段进行。检测信号的波形是通过把描述音场信号波形的信号矢量和描述测试信号波形特征的信号特征矢量加以比较来实现的。而测试信号的t＝0时刻的计算是通过对由测量系统的处理而产生的时间延迟加以补偿来实现的。
文档编号H04R29/00GK101018430SQ20061002374
公开日2007年8月15日 申请日期2006年2月6日 优先权日2006年2月6日
发明者宋日耀 申请人:宋祖淡, 宋日耀