用于测量多个扬声器和麦克风阵列的设备和方法技术

一种用于测量布置在不同位置处的多个扬声器的设备，包括：测试信号发生器（10），用于产生用于扬声器的测试信号；麦克风装置（12），构造成用于响应于由多个扬声器中的一个扬声器响应于测试信号发射的一个或多个扬声器信号而接收多个不同的声音信号；控制器（14），用于控制通过多个扬声器的扬声器信号的发射并用于处理多个不同的声音信号，从而响应于测试信号使通过麦克风装置记录的一组声音信号与多个扬声器中的每个扬声器相关联；以及评估器（16），用于评估对于每个扬声器的一组声音信号以确定对于每个扬声器的至少一个扬声器特性并用于使用对于扬声器的至少一个扬声器特性指示扬声器状态。该方案允许布置在三维构造中的扬声器的自动的、有效的且精确的测量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】说明本专利技术涉及用于布置在听音区域(listening area)中的不同位置处的扬声器的声学测量，并且特别地，涉及一种以三维构造布置在听音区域中的大量扬声器的有效测量。图2示出了位于德国埃尔兰根的弗劳恩霍夫集成电路研究所的听音室。为了执行听音测试，该听音室是必需的。为了评估音频编码方案，这些听音测试是必需的。为了确保听音测试的可供比较的且可重复的结果，在标准化的听音室(诸如在图2中示出的听音室) 中执行这些测试是必需的。该听音室遵循建议ITU-R BS 1116-1。在该室中，大量的54个扬声器安装成三维扬声器结构。扬声器安装在从天花板悬挂下来的双层圆形祐1架上并安装在墙壁上的轨道系统上。大量的扬声器提供了良好的灵活性，这对于学术研究和学习当前的和未来的声音格式来说都是必需的。对于这种大量的扬声器，检验它们在正确地工作以及它们适当地连接是一项乏味的且麻烦的任务。典型地，每个扬声器在扬声器箱体中具有单独的设置。此外，存在音频矩阵，这允许将特定的音频信号切换至特定的扬声器。此外，不能保证除固定地附设于特定支撑架的扬声器之外的所有扬声器都处于它们的正确位置。特别地，在图2中立在地板上的扬声器可以前后左右移动，并且因此，在听音测试开始时，不能保证，所有扬声器都处于它们应该在的位置，所有扬声器都具有它们单独的与它们应该具有的一样的设置，以及音频矩阵被设置成特定的状态以将扬声器信号正确地分配至扬声器。除了这种听音室被多个研究组使用的事实之外，有时可能出现电的或机械的故障。特别地，可能出现以下示例性的问题。这些问题是 扬声器未接通或者未连接 信号发送至错误的扬声器，信号电缆连接至错误的扬声器 错误地调节音频路径选择系统中或扬声器处的一个扬声器的级别 错误地设置音频路径选择系统中或扬声器处的补偿器 多路扬声器中的单个驱动器的损坏·错误地放置、定向扬声器或者物体阻挡了声音路径。通常，为了人工地评估设置在听音区域中的扬声器的功能，大量的时间是必需的。需要该时间来人工地检验每个扬声器的位置和定向。此外，必须人工地检查每个扬声器以找出正确的扬声器设置。一方面为了检验信号通路的电功能，另一方面为了检验各个扬声器的电功能，需要一个有着丰富经验的人来执行听音测试，其中，典型地，用测试信号激励每个扬声器，并且然后富有经验的听者基于它的知识来评估该扬声器是否是正确的。显然，由于需要有着丰富经验的人的事实，此过程是昂贵的。此外，由于所有扬声器的检查将典型地显示大部分、或者甚至所有的扬声器都正确地定向并正确地设定的事实，此过程是单调乏味的，但是另一方面，不能省去此过程，因为未发现的一个或几个误差可能破坏听音测试的意义。最后，虽然富有经验的人进行了听音室的功能分析，然而没有排除误差。本专利技术的一个目的是提供一种改进的用于检验布置在听音区域中的不同位置处的多个扬声器的功能的过程。该目的通过根据权利要求I的用于测量多个扬声器的设备、根据权利要求11的测量多个扬声器的方法、根据权利要求12的计算机程序或者根据权利要求13的麦克风阵列来实现。本专利技术基于这样的发现可以通过使用电设备来改变对布置在听音空间中的扬声器的功能的检验而极大地改善听音测试的效率和精度。该设备包括测试信号发生器，用于产生用于扬声器的测试信号；麦克风装置，用于获得多个单独的麦克风信号；控制器，用于控制扬声器信号的发射和由麦克风装置记录的声音信号的处理，使得通过麦克风装置记录的一组声音信号与每个扬声器相关联；以及评估器，用于评估用于每个扬声器的该组声音信号以确定对于每个扬声器的至少一个扬声器特性并用于使用该至少一个扬声器特性来指示扬声器状态。本专利技术是有利的，因为它允许由未经训练的人执行对定位在听音空间中的扬声器的检验，因为评估器将指示好/没好状态，并且未经训练的人可以单独地检查没好的扬声 器并且可以信任已被指示为处于功能状态中的扬声器。此外，本专利技术提供了良好的灵活性，因为此外可以使用并计算单独地选择的扬声器特性以及优选地多个扬声器特性，使得可以聚集用于各个扬声器的扬声器状态的完整图像。这通过为每个扬声器优选地以顺序的方式提供测试信号并通过优选地使用麦克风阵列记录扬声器信号而完成。因此，可以计算信号的到达方向，使得即使当扬声器以三维方案布置时也可以以自动的方式计算房间中的扬声器的位置。特别地，典型地鉴于由优选的独创性系统提供的高精度，即使由富有经验的人也不能实现后一特征。在优选的实施例中，多扬声器测试系统可以在对于仰角和方位角的±3°的容限范围内精确地确定位置。距离精度是±4cm，并且每个扬声器的幅值响应可以以听音室中的每个单独的扬声器的±ldB的精度来记录。优选地，该系统将每个测量结果与基准相比较并且因此可以识别在容限之外工作的扬声器。此外，由于合理的测量时间，其低至每个扬声器10s，包括处理，即使当必须测量大量的扬声器时，本专利技术的系统也是可应用的。此外，扬声器的定向不限于任何特定的构造，而是测量构思可应用于任意三维方案中的每个和所有扬声器装置。随后将参考附图说明本专利技术的优选实施例，其中图I示出了用于测量多个扬声器的设备的框图；图2示出了在墙壁上设置有9个主扬声器、2个子低频扬声器和43个扬声器并具有处于不同高度上的两个圆形桁架的示例性听音测试室；图3示出了三维麦克风阵列的优选实施例；图4a示出了用于示出使用狄拉克(DirAC)过程确定声音到达的方向的步骤的示意图；图4b示出了用于使用来自图3中的麦克风阵列的麦克风计算不同方向上的质点速度信号的方程式；图4c示出了当不存在中心麦克风时所执行的用于B格式的全向声音信号的计算；图4d示出了用于执行三维定位算法的步骤；图4e示出了用于扬声器的真实空间功率密度；图5示出了扬声器和麦克风的硬件设置的示意图；图6a示出了用于参考的测量顺序；图6b示出了用于测试的测量顺序； 图6c示出了幅值响应形式的示例性测量输出，其中在特定的频率范围内没有达到容限；图7示出了用于确定多个扬声器特性的优选实施方式；图8示出了用于执行到达方向确定的示例性脉冲响应和窗长(window length)；以及图9示出了用于测量距离、到达方向和扬声器的脉冲响应/传递函数所需的脉冲响应的部分的长度的关系。图I示出了用于测量布置在听音空间中的不同位置处的多个扬声器的设备。该设备包括测试信号发生器10,以用于产生用于扬声器的测试信号。不例性地，N个扬声器在扬声器输出IOa, ···, IOb处连接至测试信号发生器。该设备此外包括麦克风装置12。麦克风装置12可以实施为具有多个单独麦克风的麦克风阵列，或者可以实施为这样的麦克风该麦克风可以在不同的位置之间顺序地移动，其中测量扬声器对顺序地施加的测试信号的顺序响应，因为麦克风装置构造成用于响应于由多个扬声器中的一个扬声器响应于一个或多个测试信号发射的一个或多个扬声器信号而接收声音信号。此外，提供控制器14，以用于控制通过多个扬声器的扬声器信号的发射并用于处理由麦克风装置接收的声音信号，使得响应于一个或多个测试信号由麦克风装置记录的一组声音信号与多个扬声器中的每个扬声器相关联。控制器14通过信号线13a、13b、13c连接至麦克风装置。当麦克风装置仅具有可以以顺序的方式移动至不同位置的单个麦克风时，单根线13a将是足够的。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.04.14 EP 10159914.0;2010.03.31 US 61/319,7121.用于测量布置在不同位置处的多个扬声器的设备，包括 测试信号发生器(10)，用于产生用于扬声器的测试信号； 麦克风装置(12)，构造成用于响应于由所述多个扬声器中的一个扬声器响应于所述测试信号发射的一个或多个扬声器信号而接收多个不同的声音信号； 控制器(14 )，用于控制通过所述多个扬声器的所述扬声器信号的发射并用于处理所述多个不同的声音信号，从而响应于所述测试信号使通过所述麦克风装置记录的一组声音信号与所述多个扬声器中的每个扬声器相关联；以及 评估器(16)，用于评估对于每个扬声器的所述一组声音信号以确定对于每个扬声器的至少一个扬声器特性并用于使用对于所述扬声器的所述至少一个扬声器特性指示扬声器状态。2.根据权利要求I所述的设备，其中，所述控制器(14)构造成用于自动控制所述测试信号发生器(10)以顺序的方式产生所述测试信号并用于自动控制所述麦克风装置(12)以顺序的方式接收所述声音信号，从而使所述一组声音信号与特定的扬声器相关联，所述特定的扬声器在接收所述一组声音信号之前已立即发射所述扬声器测试信号，或者 其中，所述控制器(14)构造成用于自动控制所述测试信号发生器(10)以并行的方式产生所述测试信号并用于自动控制所述麦克风装置(12)对所述声音信号进行多路分用，从而使所述一组声音信号与特定的扬声器相关联，所述特定的扬声器与所述一组声音信号的确定频带相关联，或者所述特定的扬声器与代码多路复用的测试信号中的确定代码序列相关联。3.根据权利要求I或2所述的设备，其中，所述评估器(16)构造成用于通过使用声音信号的脉冲响应的最大值在所述扬声器与所述麦克风装置之间的延时值并通过使用空气中的声速来计算对于扬声器的扬声器位置与所述麦克风装置之间的距离。4.根据前述权利要求中的一项所述的设备，其中，所述控制器(14)构造成用于使用测试信号(70)执行参考测量,其中,数/模转换器(51)对扬声器的模拟输出和与所述麦克风装置连接的模/数转换器(52)的模拟输入直接相连以确定参考测量数据；并且 其中，所述评估器(16)构造成使用所述参考测量数据来确定对于所述多个麦克风中的所选的麦克风的传递函数或脉冲响应，以确定作为所述扬声器特性的对于所述扬声器的脉冲响应或传递函数。5.根据前述权利要求中的一项所述的设备， 其中，所述评估器(16)构造成用于使用所述一组声音信号来计算对于由扬声器发射的声音的到达方向，其中，所述评估器适于 将所述一组测试信号转换(40)成B格式信号，所述B格式信号具有全向信号(W)和对于空间中的至少两个正交方向的至少两个质点速度信号(X、Y、Z)； 计算对于多个频率窗口中的每个频率窗口的到达方向结果；以及 使用对于所述多个频率窗口的所述到达方向结果来确定(46、47)对于由所述扬声器发射的所述声音的到达方向。6.根据权利要求5所述的设备，其中，所述评估器(16)构造成用于计算对于每个麦克风的脉冲响应， 用于搜索每个脉冲响应中的最大值；用于对每个脉冲响应或与所述脉冲响应不同的麦克风信号施加窗，其中，所述窗的中心或所述窗的处于围绕所述窗的所述中心集中的窗长的50%内的点设置在每个脉冲响应中的所述最大值处或者设置在所述麦克风信号中的对应于所述最大值的时间处，以获得对于每个声音信号的加窗巾贞；以及 用于将每个帧从时域转换至谱域。7.根据前述权利要求中的一项所述的设备，其中，所述麦克风装置包括麦克风阵列，所述麦克风阵列包括布置在三个空间轴上的三对麦克风； 其中，全向声压信号通过使用由所述三对麦克风接收的信号或者使用布置在所述三个空间轴彼此相交的点处的另一麦克风由所述评估器获...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德烈亚斯·西尔茨勒，奥利弗·蒂尔加特，乔瓦尼·德尔加尔多，马蒂亚斯·朗，
申请(专利权)人：弗兰霍菲尔运输应用研究公司，
类型：
国别省市：