本發(fā)明涉及一種音頻諧波失真的測(cè)量系統(tǒng)。涉及專利分類號(hào)h04電通信技術(shù)h04r揚(yáng)聲器、傳聲器、唱機(jī)拾音器或其他聲—機(jī)電傳感器；助聽器；擴(kuò)音系統(tǒng)h04r29/00監(jiān)控設(shè)備；測(cè)試設(shè)備。
背景技術(shù)：
：：失真度是衡量音頻設(shè)備的一個(gè)基本重要參數(shù)，它反映了信號(hào)在通過(guò)音頻設(shè)備時(shí)，由于非線性失真所導(dǎo)致信號(hào)發(fā)生畸變的程度。常用失真度參數(shù)是總諧波失真和互調(diào)干擾。為了保證音頻信號(hào)處理的準(zhǔn)確性，對(duì)設(shè)備進(jìn)行失真度測(cè)量就顯得極為必要。失真度測(cè)量方法大致可分為2類：模擬法和數(shù)字法，模擬法主要有基波抑制法和頻譜分析法，前者精度低，后者操作復(fù)雜且成本高。數(shù)字法主要有fft法和曲線擬合法，后者由于擬合參量的誤差難以控制，穩(wěn)定性較差。現(xiàn)有的fft法只能測(cè)量單一頻率的失真度，難以代表整個(gè)工作頻帶的失真情況，若要進(jìn)行多頻點(diǎn)測(cè)量，現(xiàn)有方法效率較低。馬月輝在“基于fft的低頻諧波失真度測(cè)試儀”中提出了一種通過(guò)頻域分析得到失真度大小的方法。其主要思路是通過(guò)快速傅里葉變換(fft)，得出信號(hào)的頻譜，根據(jù)頻譜分量大小(即傅里葉系數(shù)幅度值)，計(jì)算出失真度。該方法具體方案為：計(jì)算機(jī)通過(guò)數(shù)字采集卡采集被測(cè)信號(hào)，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(a/d)轉(zhuǎn)換后讀入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行fft變換，形成被測(cè)信號(hào)的二維幅度——頻率數(shù)組。計(jì)算機(jī)顯示出信號(hào)的幅頻特性曲線，同時(shí)，對(duì)數(shù)組計(jì)算得到基波系數(shù)和各次諧波系數(shù)。最后，由基波和各次諧波系數(shù)計(jì)算出失真度。原理如圖1所示。周期采樣往往伴隨著頻譜泄漏問(wèn)題，而fft點(diǎn)數(shù)設(shè)置不當(dāng)會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的“柵欄效應(yīng)”，這些都將導(dǎo)致測(cè)量精度下降。測(cè)試頻率為單一頻率，若要進(jìn)行多頻點(diǎn)測(cè)量，則需要多次重復(fù)整個(gè)測(cè)試流程，測(cè)試效率低。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明針對(duì)以上問(wèn)題，提出一種音頻諧波失真的測(cè)量系統(tǒng)，一種音頻諧波失真的測(cè)量系統(tǒng)，包括：頻點(diǎn)選擇單元、信號(hào)發(fā)生與采集單元以及失真度計(jì)算單元；所述的頻點(diǎn)選擇單元包括：頻段劃分模塊，將被測(cè)系統(tǒng)音頻按頻率劃分成低頻、中頻、中高頻和高頻4個(gè)頻段，將每個(gè)頻段細(xì)分成tn個(gè)子頻段，確定每個(gè)子頻段中的精確平均節(jié)點(diǎn)；頻率搜索模塊，設(shè)定最小頻率分辨率dist，在各子頻段中尋找與所述的各精確平均節(jié)點(diǎn)最接近dist整數(shù)倍的頻率作為實(shí)際平均節(jié)點(diǎn)；依次在所述的每個(gè)頻段中選取1個(gè)(四個(gè)頻段共4個(gè))所述的實(shí)際平均節(jié)點(diǎn)，通過(guò)搜索形成包括4個(gè)頻點(diǎn)f0,f1,f2,f3的待測(cè)頻率組；所述信號(hào)發(fā)生與采集單元根據(jù)所述待測(cè)頻率組，生成對(duì)應(yīng)的測(cè)試信號(hào)并接受被測(cè)系統(tǒng)反饋的失真信號(hào)；所述失真度計(jì)算單元根據(jù)接收到的失真信號(hào)，進(jìn)行離散傅里葉變換dft，最終得出被測(cè)系統(tǒng)的總諧波失真度和互調(diào)干擾失真度。作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述的頻率搜索模塊中節(jié)點(diǎn)的計(jì)算過(guò)程如下：第p個(gè)頻段的第q個(gè)實(shí)際平均節(jié)點(diǎn)計(jì)算公式如下：其中，round(·)表示四舍五入后得到的整數(shù)，min(,)表示取兩數(shù)間較小值，nod為節(jié)點(diǎn)頻率值，tablep為第p個(gè)頻段的下限，deltap為第p個(gè)頻段的長(zhǎng)度。更進(jìn)一步的，還在于具有頻率篩選模塊：該模塊建立一個(gè)初始值均為0的長(zhǎng)數(shù)組num，順次將4個(gè)頻率f0,f1,f2,f3的基頻、2～k次諧波以及2～i階互調(diào)頻率對(duì)應(yīng)位的數(shù)值+1，如果某位的數(shù)值大于1，則該組頻率不符合要求。更進(jìn)一步的，對(duì)于互調(diào)干擾，所述的頻率篩選模塊對(duì)4種頻率進(jìn)行線性組合：設(shè)置i階存儲(chǔ)區(qū)、i階運(yùn)算區(qū)、處理值，按階數(shù)將f0前i次諧波(1次為基頻)存入存儲(chǔ)區(qū)，運(yùn)算區(qū)1階置為0；計(jì)算f1與f0的各階互調(diào)：處理值設(shè)為f1，從二階向i階依次計(jì)算。計(jì)算i(i≥2)階互調(diào)時(shí)，將處理值與存儲(chǔ)區(qū)i-1階加、減，與運(yùn)算區(qū)i-1階加，結(jié)果依次存入運(yùn)算區(qū)；f1與f0的i階互調(diào)計(jì)算結(jié)束后，將運(yùn)算區(qū)的值、處理值前i次諧波按階數(shù)存儲(chǔ)到存儲(chǔ)區(qū)，運(yùn)算區(qū)清零；依次將處理值設(shè)為f2,f3，重復(fù)運(yùn)算，最終可在存儲(chǔ)區(qū)得到4個(gè)頻率間所有2～i階互調(diào)頻率。作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述的信號(hào)發(fā)生與采集單元產(chǎn)生測(cè)試信號(hào)過(guò)程如下：phai(n+1)＝phai(n)+fi若phai(n)≥fs，令phai(n)＝phai(n)-fs。其中，x(n)為n時(shí)刻待測(cè)信號(hào)，fs為數(shù)模轉(zhuǎn)換器(d/a)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(a/d)的采樣頻率，fi表示第i個(gè)頻率(i＝0,1,2,3)。更進(jìn)一步的，對(duì)于采集信號(hào)所述的信號(hào)發(fā)生與采集單元利用輾轉(zhuǎn)相除法計(jì)算f0,f1,f2,f3,fs的最大公約數(shù)，即頻率分辨率u，進(jìn)而得到dft點(diǎn)數(shù)dn如下：作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述的失真度計(jì)算單元的運(yùn)算過(guò)程如下：(1)取fn為大于2×dn-1的2的整數(shù)冪；(2)設(shè)其中，e為自然對(duì)數(shù)的底數(shù)，j為虛數(shù)單位，即j2＝-1。分別對(duì)g(n)和h(n)進(jìn)行fn點(diǎn)fft得到g(k)和h(k)，相乘得到q(k)，進(jìn)行ifft得到q(n)；求得：其中y(n)為dft的輸入，y(k)為dft的結(jié)果；根據(jù)dft點(diǎn)k、頻點(diǎn)f、頻率分辨率u的關(guān)系：f＝k×u(7)可得到各頻點(diǎn)的傅里葉系數(shù)；找到相應(yīng)的基頻、諧波、互調(diào)頻率的傅里葉系數(shù)，由下式可計(jì)算出f總諧波失真度：(m為滿足m×f≤40％×fs的最大值)其中，|·|表示復(fù)數(shù)a的模，即實(shí)部與虛部平方和再求平方根，γthd為總諧波失真度。作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述的失真度計(jì)算單元的運(yùn)算互調(diào)失真度的過(guò)程如下：b1＝max(f1,2)其中，max(,)表示取兩數(shù)間較大值，γimd為互調(diào)失真度。s1,s2分別為滿足r×f1+(s1-r)×f2≤40％、r×f1+(s2-r)×f2≤40％能取到的最大值。附圖說(shuō)明為了更清楚的說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖做一簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本發(fā)明
背景技術(shù)：
：中涉及的fft算法原理圖圖2為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖3為本發(fā)明頻率搜索過(guò)程示意圖圖4為本發(fā)明互調(diào)干擾頻率計(jì)算示意圖圖5為本發(fā)明算法實(shí)施例中總諧波失真相對(duì)誤差示意圖圖6為本發(fā)明互調(diào)失真相對(duì)誤差示意圖具體實(shí)施方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述：如圖1-6所示：一種音頻諧波失真的測(cè)量系統(tǒng)主要包括：頻點(diǎn)選擇單元，該單元工作時(shí)，需要人為指定待測(cè)頻率組數(shù)tn、擬產(chǎn)生信號(hào)的最小頻率分辨率dist、擬測(cè)試諧波次數(shù)k以及擬測(cè)試的互調(diào)階數(shù)i。(一)平均節(jié)點(diǎn)選取先將整個(gè)20hz～20khz音頻段按照低頻(20～160hz)、中頻(160～1200hz)、中高頻(1.2khz～5khz)、高頻(5khz～20khz)的分成4個(gè)頻段，從每個(gè)頻段選取一個(gè)頻點(diǎn)，組成包括4個(gè)頻點(diǎn)的頻率組。為保證測(cè)試結(jié)果能全面體現(xiàn)整個(gè)音頻范圍的失真情況，所有組頻點(diǎn)總體應(yīng)盡量均勻分布在整個(gè)音頻范圍，故將4個(gè)頻段分別平均分成tn段，得到各個(gè)精準(zhǔn)平均節(jié)點(diǎn)。為減少fft計(jì)算量，設(shè)置最小頻率分辨率dist，實(shí)際平均節(jié)點(diǎn)應(yīng)是dist的整數(shù)倍，故尋找與各精準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)最接近的dist的整數(shù)倍作為實(shí)際平均節(jié)點(diǎn)，同時(shí)也要保證實(shí)際平均節(jié)點(diǎn)不會(huì)越界到下一個(gè)頻段。第p個(gè)頻段的第q個(gè)實(shí)際平均節(jié)點(diǎn)計(jì)算公式如下：其中，round(·)表示四舍五入后得到的整數(shù)，min(,)表示取兩數(shù)間較小值，nod為節(jié)點(diǎn)頻率值，tablep為第p個(gè)頻段的下限，deltap為第p個(gè)頻段的長(zhǎng)度，p＝0,1,2,3表示4個(gè)頻段。此式中計(jì)算出的為精確平均節(jié)點(diǎn)，但精確平均節(jié)點(diǎn)的值可能不滿足最小頻率分辨率的要求，故選取與精確平均節(jié)點(diǎn)最接近的最小頻率分辨率的整數(shù)倍作為實(shí)際平均節(jié)點(diǎn)，即nod。頻率搜索模塊：搜索頻率時(shí)，判斷一組頻率是否有效的準(zhǔn)則為：為能同時(shí)測(cè)量4個(gè)頻點(diǎn)，這4個(gè)頻率各自的基頻、2～k次諧波以及4個(gè)頻率間的2～i階互調(diào)應(yīng)互不重合。式(1)計(jì)算的實(shí)際平均節(jié)點(diǎn)常常不滿足此準(zhǔn)則，故需以實(shí)際平均節(jié)點(diǎn)為起點(diǎn)進(jìn)行搜索，并在搜索的結(jié)果中篩選出滿足要求的頻率組合?？捎靡粋€(gè)tn×4的表格存儲(chǔ)各實(shí)際平均節(jié)點(diǎn)的頻率值，為減少計(jì)算量，只從同一行的4個(gè)實(shí)際平均節(jié)點(diǎn)搜索出一組頻率，不考慮不同行的情況。以tn＝100，dist＝5為例，實(shí)際平均節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)如下表所示：f0f1f2f3第1組2016012005000第2組2017012405150…………………………第100組1551190496019850其中，f0,f1,f2,f3分別表示一組頻率中處于4個(gè)頻段的值，下同。表中數(shù)據(jù)為各實(shí)際平均節(jié)點(diǎn)值。分別以每行的4個(gè)實(shí)際平均節(jié)點(diǎn)為起點(diǎn)，以dist為步長(zhǎng)，在不超過(guò)下一行實(shí)際平均節(jié)點(diǎn)的頻率范圍進(jìn)行搜索。搜索單元的搜索過(guò)程如下：搜索從該組實(shí)際平均節(jié)點(diǎn)開始，但不超過(guò)下一組實(shí)際平均節(jié)點(diǎn)。這里也就可以理解為什么f0不進(jìn)行搜索，因?yàn)橄噜徑M實(shí)際平均節(jié)點(diǎn)要么相同，要么只差一個(gè)dist。初始前三個(gè)頻率保持不變，f3累加dist。若這4個(gè)頻率滿足要求，則作為一組待測(cè)頻率保存，進(jìn)行下一行的搜索；若f3累加結(jié)果超出頻率范圍，則將f2累加dist，f3重新回到節(jié)點(diǎn)累加dist，若f2累加結(jié)果超出頻率范圍，則將f1累加dist，f2重新回到節(jié)點(diǎn)累加dist，以此類推……由于f0范圍較小，很容易超出范圍，故這里不對(duì)f0進(jìn)行累加，而是保持f0不變。如果直到f1超出頻率范圍也沒(méi)有搜索到滿足要求的頻率組合，則放棄這一組頻率進(jìn)行下一行的搜索。頻率搜索過(guò)程如圖3所示：頻率篩選模塊每一次搜索得到的頻率組合都需要判斷其是否滿足準(zhǔn)則——4個(gè)頻率基波、諧波、互調(diào)頻率互不重合。具體做法為：建立一個(gè)初始值均為0的長(zhǎng)數(shù)組num，順次將4個(gè)頻率的基頻、2～k次諧波以及2～i階互調(diào)頻率對(duì)應(yīng)位的數(shù)值+1，如果某位的數(shù)值大于1，則該組頻率不符合要求。對(duì)某一位進(jìn)行加1操作時(shí)，若該位已為1，說(shuō)明該頻率值已出現(xiàn)過(guò)，那么加1后該位為2大于1，即不滿足要求。對(duì)應(yīng)位的意思是：基頻、各諧波、各互調(diào)的頻率值作為數(shù)組的序號(hào)，這一序號(hào)對(duì)應(yīng)的位為對(duì)應(yīng)位。例如f1與f2的三階互調(diào)之一2*f1-f2，若num[2*f1-f2]＝1，則說(shuō)明已記錄的基頻、諧波、互調(diào)頻率中含有f＝2*f1-f2，即該組頻率不滿足要求；若num[2*f1-f2]＝0，則令num[2*f1-f2]＝1，以此類推。對(duì)于互調(diào)干擾，需要對(duì)4種頻率進(jìn)行線性組合，為減少運(yùn)算量，基于遞推思想提出如下算法：步驟1：設(shè)置i階存儲(chǔ)區(qū)、i階運(yùn)算區(qū)、處理值，按階數(shù)將f0前i次諧波(1次為基頻)存入存儲(chǔ)區(qū)，運(yùn)算區(qū)1階置為0；步驟2：計(jì)算f1與f0的各階互調(diào)：處理值設(shè)為f1，從二階向i階依次計(jì)算。計(jì)算i(i≥2)階互調(diào)時(shí)，將處理值與存儲(chǔ)區(qū)i-1階加、減，與運(yùn)算區(qū)i-1階加，結(jié)果依次存入運(yùn)算區(qū)；步驟3：f1與f0的i階互調(diào)計(jì)算結(jié)束后，將運(yùn)算區(qū)的值、處理值前i次諧波按階數(shù)存儲(chǔ)到存儲(chǔ)區(qū)，運(yùn)算區(qū)清零；步驟4：依次將處理值設(shè)為f2,f3，并重復(fù)步驟(2)(3)，最終可在存儲(chǔ)區(qū)得到4個(gè)頻率間所有2～i階互調(diào)頻率。以計(jì)算f1與f0的2、3階互調(diào)為例，如圖4所示：需要注意的是，得到的互調(diào)頻率在篩選時(shí)應(yīng)取正值，但在存儲(chǔ)區(qū)和運(yùn)算區(qū)應(yīng)保持原值。信號(hào)發(fā)生與采集單元頻點(diǎn)選擇單元篩選出多組待測(cè)頻率，每一組待測(cè)頻率f0,f1,f2,f3可產(chǎn)生一個(gè)待測(cè)信號(hào)。本發(fā)明使用的測(cè)試信號(hào)表達(dá)式如下式：phai(n+1)＝phai(n)+fi若phai(n)≥fs，令phai(n)＝phai(n)-fs。其中，x(n)為n時(shí)刻待測(cè)信號(hào)，fs為數(shù)模轉(zhuǎn)換器(d/a)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(a/d)的采樣頻率，fi表示第i個(gè)頻率(i＝0,1,2,3)。通過(guò)d/a產(chǎn)生測(cè)試信號(hào)，將測(cè)試信號(hào)通過(guò)待測(cè)系統(tǒng)，得到失真信號(hào)，由a/d進(jìn)行采集，d/a、a/d的采樣頻率應(yīng)保持一致。為避免頻譜泄漏，用于計(jì)算的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度應(yīng)與dft點(diǎn)數(shù)相同。利用輾轉(zhuǎn)相除法計(jì)算f0,f1,f2,f3,fs的最大公約數(shù)，即頻率分辨率u，進(jìn)而得到dft點(diǎn)數(shù)dn如下：失真度計(jì)算單元對(duì)采集到的失真信號(hào)進(jìn)行dft變換，這里采用一種任意點(diǎn)fft算法來(lái)計(jì)算dft。具體實(shí)現(xiàn)方法為：(1)取fn為大于2×dn-1的2的整數(shù)冪；(2)設(shè)其中，e為自然對(duì)數(shù)的底數(shù)，j為虛數(shù)單位，即j2＝-1。(3)分別對(duì)g(n)和h(n)進(jìn)行fn點(diǎn)fft得到g(k)和h(k)，相乘得到q(k)，進(jìn)行ifft得到q(n)；(4)求得：其中y(n)為dft的輸入，y(k)為dft的結(jié)果。根據(jù)dft點(diǎn)k、頻點(diǎn)f、頻率分辨率u的關(guān)系：f＝k×u(7)可得到各頻點(diǎn)的傅里葉系數(shù)。找到相應(yīng)的基頻、諧波、互調(diào)頻率的傅里葉系數(shù)，由下式可計(jì)算出f總諧波失真度：(m為滿足m×f≤40％×fs的最大值)其中，|·|表示復(fù)數(shù)a的模，即實(shí)部與虛部平方和再求平方根，γthd為總諧波失真度。求f1和f2互調(diào)干擾失真度的計(jì)算公式如下：b1＝max(f1,f2)其中，max(,)表示取兩數(shù)間較大值，γimd為互調(diào)失真度。s1,s2分別為滿足r×f1+(s1-r)×f2≤40％、r×f1+(s2-r)×f2≤40％能取到的最大值實(shí)施例1：設(shè)tn＝20，dist＝5，k＝40，i＝5，頻點(diǎn)選擇結(jié)果如表1所示：表1頻點(diǎn)選擇結(jié)果共成功得到19組頻率。以tn＝100，dist＝5，k＝40，i＝5為例計(jì)算失真度，其中互調(diào)失真以兩種頻率間的互調(diào)失真為例。由式(2)產(chǎn)生測(cè)試信號(hào)，待測(cè)試的非線性系統(tǒng)為以單一頻率輸入測(cè)量得到的總諧波失真度為參考值，實(shí)測(cè)總諧波失真相對(duì)誤差如下式：其中，εthd為總諧波失真相對(duì)誤差，γthd為總諧波失真實(shí)測(cè)值，γ0thd為總諧波失真理論值。結(jié)果如下圖5所示總諧波失真相對(duì)誤差，最大相對(duì)誤差約為4.35％。以兩種頻率輸入測(cè)量得到的互調(diào)失真為參考值，實(shí)測(cè)互調(diào)失真相對(duì)誤差如下：其中，εimd為互調(diào)失真相對(duì)誤差，γimd為互調(diào)失真實(shí)測(cè)值，γ0imd為互調(diào)失真理論值。結(jié)果如下圖6所示：最大相對(duì)誤差約2.88％。以上所述，僅為本發(fā)明的一種具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本
技術(shù)領(lǐng)域：
：的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)12當(dāng)前第1頁(yè)12