[發明專利]多通道電聲傳遞函數的測量方法

有效

• 申請號: 201310129590.3
• 申請日: 2013-04-15
• 公開（公告）號: CN103209381A
• 公開（公告）日: 2013-07-17
• 發明（設計）人: 鄭四發;連小珉;彭博;李申廣;廖祥凝;楊殿閣;李克強
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H04R29/00
• 分類號: H04R29/00
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 廖元秋

1.一種多通道電聲傳遞函數的測量方法，其特征在于，該方法包括在一個空間中布置有L個揚聲器1和M個傳聲器2組成一個電聲傳遞系統；電聲傳遞系統中任意一個揚聲器l，由它的激勵電信號e_l(t)單獨控制；每個揚聲器所發出的聲音，都由M個傳聲器同時測量得到，第m個傳聲器測量到的聲壓信號為p_m(t)；揚聲器激勵電信號e_l(t)與傳聲器測量到的聲壓信號p_m(t)之間的傳遞關系定義為傳遞函數；

該電聲系統L個揚聲器和M個傳聲器的傳遞關系利用矩陣的形式可以表示為如式（2）-（5）所示：

P(f)＝H(f)E(f)???（2）

P(f)＝[P₁(f),P₂(f),…,P_M(f)]^T???（3）

E(f)＝[E₁(f),E₂(f),…,E_L(f)]^T???（4）

式（5）中，矩陣H(f)的元素H_ml(f)表示第l個揚聲器和第m個傳聲器之間的傳遞關系。

該方法包括以下步驟：

1）確定頻率間隔：

根據時長T確定出一個頻率間隔，如式（6）所示：

Δf=6T---(6)]]>

2）確定頻率范圍：

設測量的頻率范圍為[f_L,f_H]，其中[f_L,f_H]表示取f_L和f_H之間的整數頻率點，包括f_L和f_H，其定義如式（7）所示：

[f_L,f_H]:f_L≤f≤f_H,且f∈I???（7）

式（7）中，f_H-f_L+1的值設置為能夠被Δf整除；

3）將所述頻率范圍分段：

令每段的頻率寬度為f_W，則f_W取值方式如式（8）所示：

fW=fH-fL+1+kL---(8)]]>

式（8）中，L為揚聲器的個數；k為正整數或0，通過調整k的值，令f_W為Δf的整倍數，且k＜f_W；

將[f_L,f_H]按頻率寬度f_W劃分為L段，分別為f_W1,…,f_Wi,…,f_WL，各段對應的頻段范圍分別為：

[f_L,f_L+f_W-1],…,[f_L+(i-1)f_W,f_L+if_W-1],…,[f_L+(L-1)f_W,f_H]

4）獲得f_Wi(i＝1,2,…,L-1)頻段和f_WL頻段的激勵電信號：

將步驟3）所得到的各頻段中以Δf為間隔抽取頻率成分構造頻段激勵電信號小段，抽取1次構造出一段時長為t_N(t_N＝T+t_d)的頻段激勵電信號小段；共抽取Δf次，獲得Δf個頻段激勵電信號小段；

f_Wi(i＝1,2,?,L-1)頻段的抽取方法如式（9）所示：

f_WL頻段的抽取方法如式（10）所示：

式（9）中，i＝1,2,…,L-1；N＝f_W/Δf；式（10）中，N_L＝[f_H-f_L-(L-1)f_W+1]/Δf；式（9）和式（10）中，n_f＝1,2,?,Δf；t∈[0,t_N]；A₀為常數，表示每個頻率成分的幅值；為對應頻率成分的初相位，為使各頻率信號的相位具有很好的隨機性，為一組隨機數；

f_Wi(i＝1,2,?,L-1)頻段和f_WL頻段都可得到Δf個時長為t_N的頻段激勵電信號小段和將每個頻段得到的激勵電信號小段按照和的順序拼接起來，得到時長為t_e(t_e＝Δf×t_N)的激勵電信號e_Wi(t)和e_WL(t)，即為f_Wi(i＝1,2,…,L-1)頻段和f_WL頻段的頻段激勵電信號，共L個；

5）獲得多通道揚聲器激勵電信號：

取時長t_L＝Lt_e，將時長t_L均勻的分成L段，在第1個t_e時段中，將L個頻段激勵電信號按e_W1(t),e_W2(t),…e_W(L-1)(t),e_WL(t)順序對應的送給1到L個揚聲器，在第2個t_e時段，將L個頻帶激勵電信號按e_W2(t),e_W3(t),…,e_WL(t),e_W1(t)順序對應的送給1到L個揚聲器，依次類推，如圖2所示（此替換方式保證了在任意一個t_e時段內，任意兩個揚聲器的激勵信號沒有相同的頻率成分，也保證了每個揚聲器所發出的聲音歷經[f_L,f_H]中的所有頻率點，本實例中信號需要交替18次，時長t_L＝162s）；圖3為第一個揚聲器在t_L時間段內的時頻圖，在第j個t_e時段內，驅動電信號中僅含有f_Wj(j＝1,2,…,L)頻段內的頻率成分；

6）測量揚聲器激勵電信號和傳聲器聲壓信號：

按照步驟5）所示方式驅動電聲系統中的L個揚聲器，同時測量每個揚聲器的激勵電信號以及每個傳聲器聲壓信號；測量時采樣頻率fs滿足公式（11）：

fs＞2f_H???（11）

記測量到的L個實際的揚聲器激勵電信號分別為e₁(t),e₂(t),…,e_L(t)，測量到的M個傳聲器聲壓信號分別為p₁(t),p₂(t),…,p_M(t)；測量到的揚聲器激勵信號e_l(t)(l＝1,2,…,L)和傳聲器聲壓信號p_m(t)(m＝1,2,…,M)總的有效時長為t_L；

7）計算傳遞函數：

將測量到的揚聲器激勵信號e_l(t)(l＝1,2,…,L)和傳聲器聲壓信號p_m(t)(m＝1,2,…,M)總的有效時長為t_L依次分成L個t_e時段；

在第1個t_e時段內，L個揚聲器激勵電信號為e₁(t),e₂(t),…,e_L(t)依次與頻段激勵電信號e_W1(t),e_W2(t),…,e_WL(t)對應；揚聲器激勵電信號e_l(t)(l＝1,2,…,L)和聲壓信號p_m(t)(m＝1,2,…,M)都包含Δf個時長t_N的小段，在每個t_N小段中取時長T的信號和其中t₁表示在第1個t_e時段內，n_f表示在第n_f個時長t_N的小段內；與f_Wl頻段激勵電信號小段所包含頻率成分相同；

對加海明窗后做離散傅里葉變換，得到它們的幅值譜如式（12）、（13）所示：

Elnf(f)=WFT[elnf(t1)]---(12)]]>

Pmnf(f)=WFT[pmnf(t1)]---(13)]]>

式（12）、（13）中，f的頻率間隔為1/T；n_f＝1,2,…,Δf；l＝1,2,…,L；m＝1,2,…,M；WFT[x]表示對數據x進行加海明窗的離散傅里葉變換；

在第1個t_e時段內，第l(l＝1,2,…,L)個揚聲器的激勵電信號e_l(t)中的頻率成分處于f_Wl(l＝1,2,…,L)頻段內。提取在f_Wl范圍內的有效頻率成分，記為E~lnf(f1nf)(nf=1,2,···,Δf),]]>其中f1nf=fL+(l-1)fW+(j-1)Δf+nf-1,]]>當l≠L時，j＝1,2,…,N；當l=L時，j＝1,2,…,N_L；n_f＝1,2,；,Δf；

在第1個t_e時段內，中f_Wl頻段內的聲音由第l個揚聲器發出；分別提取中f_Wl頻段內的有效頻率成分，記為P~1nf(f1nf),P~2nf(f1nf),···,P~Mnf(f1nf),]]>其中f1nf=fL+(l-1)fW+(j-1)Δf+nf-1,]]>當l≠L時，j＝1,2,…,N；當l=L時，j＝1,2,…,N_L；n_f＝1,2,…,Δf；

第l個揚聲器激勵電信號和第m個傳聲器聲壓信號之間的傳遞函數在f_Wl頻段范圍內的取值由式（14）求出：

H~ml(f1)=Σnf=1ΔfP~mnf(f1nf)E~lnf(f1nf)---(14)]]>

式（14）中，m＝1,2,…,M；l＝1,2,…,L;f₁∈f_Wl；

利用第1個t_e時段內的數據求得第1,2,…,L個揚聲器激勵電信號與M個傳聲器聲壓信號各自在f_W1,f_W2,…,f_WL頻段的傳遞函數；

在第2個t_e時段內，L個揚聲器的激勵電信號e₁(t),e₂(t),…,e_L-1(t),e_L(t)依次與頻段激勵電信號e_W2(t),e_W3(t),…,e_WL(t),e_W1(t)對應；按照相同的處理方式，求得第1,2,…,L-1,L個揚聲器激勵電信號與M個傳聲器聲壓信號各自在f_W2,f_W3,…,f_W(L-1),f_WL頻段的傳遞函數；依次類推；

利用測量的L個t_e時段內的揚聲器激勵電信號和傳聲器聲壓信號求得第1,2,…,L個揚聲器激勵電信號與傳聲器聲壓信號（M個聲壓信號）在整個頻率范圍[f_L,f_H]內的傳遞函數，即完成了傳遞函數的測量。