一种基于隔音箱实现的声干扰消除方法与流程

1.本发明涉及麦克风测试技术领域，尤其涉及一种基于隔音箱实现的声干扰消除方法。


背景技术：

2.为了在工厂嘈杂的环境中得到安静的无干扰的录音，需要使用物理隔音材料与隔音结构设计的方法增强隔音效果。如实用新型专利cn216357312u公开的麦克风底噪测试装置，其包括放置箱和测试箱，放置箱的内壁和盖板的下表面均固定连接有真空板，真空板远离放置箱和盖板一侧均固定连接有隔音棉板，放置箱的表面和盖板的上表面均固定连接有隔音布，盖板的下表面嵌设有隔音圈，放置箱的上表面开设有与隔音圈相适配的隔音槽，测试箱的内底壁固定连接有底噪测试器。可见，为了获得好的隔音效果，其隔音箱结构设置多层隔音结构和隔音材料，这导致隔音箱整体体积大且重，成本也高。并且，由于外部干扰程度各不相同，要么采用一个隔音效果非常好的隔音箱投入测试，要么根据外部干扰程度，配置复杂结构或简易结构的隔音箱。前者，成本高不说，对于外部干扰程度不大的测试环境而言，采用复杂结构的隔音箱显得大材小用；后者，测试不便捷，需要根据外部干扰程度选配；并且由于每个隔音箱结构不同，也会一定程度干扰测试结果。由此可见，若仅在物理层面改进隔音箱结构是无法解决上述技术问题的。为此，急需一种对隔音箱结构要求不高的声干扰消除方法，能实现各种干扰环境下的麦克风测试。
3.发明专利申请cn109168120a公开了一种扬声器和麦克风测试方法，并具体公开了方法包括：预先设置一段用于测试的扫频信号，并通过所述扫频信号得到标准的测试标本，将所述测试标本存储到智能终端中；在待测试记录仪中存入所述扫频信号，并将所述待测试记录仪置于密闭的隔音箱内，同时测试所述待测试记录仪的扬声器和麦克风，得到录音信号；智能终端获取所述录音信号，将所述录音信号制作成测试样本，并将所述测试样本与所述测试标本进行比对；判断所述测试样本是否超过所述测试标本的阈值范围，并通过所述智能终端进行提示。该发明需要利用存储在智能终端的测试标本和实测获得的扬声器、麦克风录音信号制作的测试样本比对，其目的是对各种场景下耳机降噪能力的语言清晰度进行评估。为此，该发明无法解决声干扰消除的问题，仅仅是进行通话降噪测试。
4.发明专利cn104349263b公开了一种隔音箱和应用该隔音箱的测试装置及其测试方法，该测试方法具体包括：依此打开隔音箱的外箱体门和内箱体门，将待测麦克风放进内箱体的测试空腔内，再依此关上隔音箱的内箱体门和外箱体门；通过出气孔对外箱体和内箱体之间的空腔抽空气体，使所述空腔达到真空状态，同时因为外箱体门和内箱体门呈t字形设置，压力可有效密闭外箱体和内箱体；对麦克风进行snr测试,获得测试结果；测试结束后，打开进气孔，使外箱体和内箱体之间的空腔压力与外界一致。该噪声消除主要依靠隔音箱结构，以及通过关闭隔音箱门的操作来实现。
5.虽然，现有技术中也存在各种未用到隔音箱的噪声消除方法，但对于需要用到隔音箱进行的噪声消除测试项目而言，无法通用；尤其是在产品底噪不良特征被外部干扰完
全淹没的情况。


技术实现要素：

6.本发明旨在降低对隔音箱结构要求的前提下，提出一种基于隔音箱实现的声干扰消除方法，能从算法层面配合简单的隔音箱结构实现去干扰功能，降低隔音箱生产成本，减少生产装备占用面积。
7.本发明提供一种基于隔音箱实现的声干扰消除方法，基于包括隔音箱、校准声源、测试声源、设于隔音箱内外的麦克风、处理器构成的测试系统实现；所述方法由处理器执行；方法包括：步骤s01，在测试前，获取在校准声源下内外麦克风的录音，并通过将校准声源下外麦克风频谱减去校准声源下内麦克风频谱的方式，得到隔音箱的箱体隔离度曲线；其中，所述校准声源置于隔音箱外；步骤s02，在测试时，获取在测试声源下内外麦克风的录音，并基于测试声源下内外麦克风的录音以及箱体隔离度曲线获得声干扰消除后的箱体内部录音；其中，所述测试声源置于隔音箱内。
8.本发明无需过多依赖于隔音箱本体静音结构和静音材料，可选用最简单的隔音箱；之后，利用算法来获得箱体内部无干扰录音：本发明在测试前进行校准，即获得当前测试时隔音箱的箱体隔离度曲线，以便在测试时能够得到在此隔音箱测试下准确的无干扰的箱体内部录音。
9.这样无需大型箱体，大大降低了设备成本，只需使用轻量简单的隔音箱，结合简单算法就能达到采用复杂静音结构和静音材料的重型隔音箱进行测试时获得的隔音效果。
10.作为优选，所述校准声源播放粉噪声源；所述测试声源播放步进扫频或者连续对数扫频的测试激励。
11.作为优选，所述步骤s02具体为：步骤s21，在测试时，获取在测试声源下内外麦克风的录音；步骤s22，基于测试声源下外麦克风录音和箱体隔离度曲线，获得外部干扰声音；步骤s23，基于测试声源下内麦克风录音和步骤s22获得的外部干扰声音，获得声干扰消除后的箱体内部录音。
12.作为优选，所述步骤s02还包括：在获取测试声源下内外麦克风的录音后，对外麦克风录音和内麦克风录音基于互相关法进行时间对齐，之后执行步骤s22和步骤s23。
13.作为优选，所述步骤s22包括：当测试声源下外麦克风录音信号的频谱与箱体隔离度曲线的差值小于等于0时，外部干扰声音为0；当测试声源下外麦克风录音信号的频谱与箱体隔离度曲线的差值大于0时，外部干扰声音为测试声源下外麦克风录音信号的频谱与箱体隔离度曲线的差值。
14.作为优选，所述步骤s02还包括：在对步骤s21获得的内外麦克风录音进行时间对齐处理后且在步骤s22前，以每毫秒分帧方式划分帧数，每帧信号分别执行步骤s22、步骤s23，以获得每帧声干扰消除后的箱体内部录音信号的频谱并将其转换为每帧声干扰消除后的箱体内部录音的时域信号；当所有帧计算完毕后，拼接所有帧声干扰消除后的箱体内
部录音的时域信号，得到声干扰消除后的箱体内部录音的时域信号。
15.作为优选，方法还包括：步骤s03，基于获得的声干扰消除后的箱体内部录音，进行声学测试指标计算。
16.作为优选，方法还包括：所述步骤s01还包括：在测试前，判断本次测试时内外麦克风的位置是否与历史测试时内外麦克风的位置相同，若存在历史测试且位置相同时，则不需要重新在校准声源下获取隔音箱的箱体隔离度曲线，直接获取历史测试时使用的箱体隔离度曲线，继而执行步骤s02；若存在历史测试且位置不相同时，则不需要重新在校准声源下获取隔音箱的箱体隔离度曲线，获取历史测试时与本次测试时内外麦克风的位置最接近的内外麦克风位置及该历史测试时使用的箱体隔离度曲线，并基于内外麦克风的位置差距对此箱体隔离度曲线进行微调，以获得本次测试时的箱体隔离度曲线，继而执行步骤s02；若不存在历史测试时，需要在校准声源下获取隔音箱的箱体隔离度曲线，继而执行步骤s02。
17.作为优选，上述对历史隔离度曲线进行微调的过程为：当本次测试时内麦克风的位置与历史测试时内麦克风的位置相同时，基于本次测试时外麦克风的位置与历史测试时外麦克风的位置的差值，将历史测试时的箱体隔离度曲线按照每单位距离衰减参考阈值db的方式进行调整；当本次测试时外麦克风的位置与历史测试时外麦克风的位置相同时，基于本次测试时内麦克风的位置与历史测试时内麦克风的位置的差值，将历史测试时的箱体隔离度曲线按照每单位距离衰减参考阈值db的方式进行调整；当本次测试时内麦克风的位置与历史测试时内麦克风的位置，以及本次测试时外麦克风的位置与历史测试时外麦克风的位置均不相同时，基于本次测试时内外麦克风的距离以及历史测试时内外麦克风的距离的差值，将历史测试时的箱体隔离度曲线按照每单位距离衰减参考阈值db的方式进行调整。
18.作为优选，所述隔音箱采用隔离度在30~40db的隔音箱。
19.本发明具有以下有益效果：本发明一种基于隔音箱实现的声干扰消除方法，能从算法层面配合简单的隔音箱结构实现去干扰功能，降低隔音箱生产成本，减少生产装备占用面积；对当前测试用的隔音箱进行测试前校准，即获得当前隔音箱的箱体隔离度曲线，继而能在测试时获得该隔音箱下的准确无干扰声音；无需每次测试前均进行校准，利用历史测试记录获取历史的箱体隔离度曲线，直接使用历史的箱体隔离度曲线或基于历史的箱体隔离度曲线进行微调以获得当前箱体的箱体隔离度曲线，简化测试流程，提高测试效率。
附图说明
20.图1为本发明一种基于隔音箱实现的声干扰消除方法的流程图；图2为采用本发明进行校准时获得的内外麦克风的频谱曲线，其中，上方曲线为外麦克风的频谱曲线，下方曲线为内麦克风的频谱曲线；图3为基于图2中的频谱曲线获得隔音箱的箱体隔离度曲线，由图2中的外麦克风的频谱曲线减去内麦克风的频谱曲线获得；
图4为采用本发明进行测试时获得的具有外部干扰的箱体内录音的频谱曲线，图中示例为受到外部干扰后的产品喇叭频响测试 (打胶机，干扰频率600~700hz左右)；图5为基于本发明方法对图4中的具有外部干扰的箱体内录音进行处理，获得声干扰消除后的箱体内部录音的频谱曲线，图中示例为产品喇叭频响测试。
具体实施方式
21.以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
22.本发明提供一种测试系统，包括隔音箱、校准声源、测试声源、设于隔音箱内外的麦克风、处理器。本发明一种基于隔音箱实现的声干扰消除方法基于上述测试系统实现。如图1，方法包括：步骤s01，在测试前，获取在校准声源下内外麦克风的录音，并通过将校准声源下外麦克风频谱减去校准声源下内麦克风频谱的方式，得到隔音箱的箱体隔离度曲线；其中，所述校准声源置于隔音箱外；步骤s02，在测试时，获取在测试声源下内外麦克风的录音，并基于测试声源下内外麦克风的录音以及箱体隔离度曲线获得声干扰消除后的箱体内部录音；其中，所述测试声源置于隔音箱内。
23.本发明方法无需采用结构复杂的隔音箱就能实现不错的隔音效果，可采用简单结构且其隔离度在30~40db的隔音箱，例如，隔音箱采用一个金属外壳，其内采用木板层、中空层、木板层构成的简易隔音结构，并配合吸音棉。本发明方法也不限于此简单结构或此隔离度的隔音箱，但从成本和场地面积最优考虑，采用最简单的隔音箱配合此算法就能达到具有复杂隔音结构的隔音箱测试的隔音效果。
24.在进行步骤s01前，将校准声源置于隔音箱外，在隔音箱内放置麦克风，在隔音箱外部，即外部的上面或多个侧面各放置一个麦克风，其中，麦克风的数量根据校准声源设置，例如有明确指向性的，就设置在单一面上。所述校准声源持续播放噪声源，例如播放粉噪声源，隔音箱内外的麦克风录音得到原始信号，所述处理器用以接收麦克风录音获得的原始信号并加以处理分析。
25.所述步骤s01中，处理器对获得的录音进行内外部原始信号频谱分析，通过外麦克风频谱减去内麦克风频谱的方式，获得当前隔音箱的箱体隔离度曲线（参见图2、图3）。所述校准动作是为了适配任意隔音箱，根据隔音箱不同，每次执行步骤s01的校准流程，可获得当前测试时所用隔音箱的箱体隔离度曲线。
26.在进行步骤s02前，将测试声源置于隔音箱内，在隔音箱内外放置麦克风（参照步骤s01执行过程中的放置位置）。所述测试声源播放测试激励，例如播放步进扫频或者连续对数扫频的测试激励。内麦克风获得的是有外部干扰的录音，外麦克风用以录取外部干扰。
27.所述步骤s02包括：步骤s21，在测试时，获取在测试声源下内外麦克风的录音；步骤s22，基于测试声源下外麦克风录音和箱体隔离度曲线，获得外部干扰声音；步骤s23，基于测试声源下内麦克风录音和步骤s22获得的外部干扰声音，获得声干扰消除后的箱体内部录音。
28.由于内外录音时声卡控制响应的问题，两个信号不可能完全在同一时刻开始录音，如果完全依赖于硬件与驱动录音启停时间会造成两个信号间出现一定延时，计算出现误差，所以需要使用互相关法，在获取测试声源下内外麦克风的录音后，对外麦克风录音和内麦克风录音进行时间对齐，之后执行步骤s22和步骤s23。
29.其中，是时间差，f是激励信号，g是响应信号，t为采样时间点。利用上述公式计算信号间时间延时以调整信号到同一时间点。
30.所述步骤s22具体为：当测试声源下外麦克风录音信号的频谱与箱体隔离度曲线的差值小于等于0时，外部干扰声音为0；当测试声源下外麦克风录音信号的频谱与箱体隔离度曲线的差值大于0时，外部干扰声音为测试声源下外麦克风录音信号的频谱与箱体隔离度曲线的差值。
31.在获得外部干扰声音后，利用测试声源下内麦克风录音减去外部干扰声音获得声干扰消除后的箱体内部录音。
32.所述步骤s02还包括：在对步骤s21获得的内外麦克风录音进行时间对齐处理后且在步骤s22前，以每毫秒分帧方式划分帧数，每帧信号分别执行步骤s22、步骤s23，以获得每帧声干扰消除后的箱体内部录音信号的频谱并将其转换为每帧声干扰消除后的箱体内部录音的时域信号；当所有帧计算完毕后，拼接所有帧声干扰消除后的箱体内部录音的时域信号，得到声干扰消除后的箱体内部录音的时域信号。
33.例如，把48k采样的2s内外部录音，先做互相关对齐信号，信号对齐后，分析时按每帧1024采样点进行分析。第一帧，内部麦克风录音
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外部干扰声音的谱减后，通过反傅里叶变换得到处理后分帧时域信号，即第一帧无干扰内部麦克风录音时域信号；第二帧，与上操作一致，最后得到第二帧无干扰内部麦克风录音时间信号；重复动作处理全部帧数后，拼接所有帧得到无干扰内部麦克风录音时域信号（图4示出了具有外部干扰的箱体内录音的频谱曲线，在按上述方法获得外部干扰声音后，进行谱减得到图5所示的消除声干扰后的箱体内部录音的频谱曲线）。
34.本发明方法还包括：步骤s03，基于获得的声干扰消除后的箱体内部录音，进行声学测试指标计算。所述声学测试指标可以为频响、失真此类频域指标，也可以是瞬态曲线、rms vs时间曲线此类时域指标等。
35.为提高测试效率，简化测试流程，本发明在执行步骤s01时判断是否每次需要获取箱体隔离度曲线。为此，方法还包括：所述步骤s01还包括：在测试前，判断本次测试时内外麦克风的位置是否与历史测试时内外麦克风的位置相同，若存在历史测试且位置相同时，则不需要重新在校准声源下获取隔音箱的箱体隔离度曲线，直接获取历史测试时使用的箱体隔离度曲线，继而执行步骤s02；若存在历史测试且位置不相同时，则不需要重新在校准声源下获取隔音箱的箱体隔离度曲线，获取历史测试时与本次测试时内外麦克风的位置最接近的内外麦克风位置及该历史测试时使用的箱体隔离度曲线，并基于内外麦克风的位置差距对此箱体隔离度曲线进行微调，以获得本次测试时的箱体隔离度曲线，继而执行步骤s02；若不存在历史测试时，需要在校准声源下获取隔音箱的箱体隔离度曲线，继而执行步
骤s02。
36.每次测试完毕后，对获得的箱体隔离度曲线进行保存，按照校准声源测试下内外麦克风的位置和对应箱体隔离度曲线的方式存储在校准数据库内。当麦克风数量很多时，可将麦克风以多个数组形式存储，例如，有2个内麦克风，2个外麦克风，按照“隔离箱1，（内麦1坐标，外麦1坐标），（内麦2坐标，外麦2坐标），箱体隔离度曲线1”对应存储。当判断不存在某隔音箱的历史测试时，则需要进行校准测试，以获得当前隔音箱的箱体隔离度曲线。当判断存在某隔音箱的历史测试时，则需要判断本次测试下内外麦克风的位置是否与历史测试时内外麦克风的位置相同。具体方式如下：遍历校准数据库内某隔音箱1有关的存储数据，分别计算当前内麦克风与历史内麦克风的位置距离，以及当前外麦克风与历史外麦克风的位置距离，利用距离公式计算。当两者距离均值达到最小时，则选取该历史位置所对应的箱体隔离度曲线。其中，距离均值达到最小包括两种情况，如最小值为0，即存在相同位置，如最小值接近0或者在多个数组计算后的最小值，即存在相近或最接近的位置。对于前者情况，直接选用历史位置所对应的箱体隔离度曲线，对于后者情况，可基于历史位置所对应的箱体隔离度曲线进行微调。
37.上述对历史隔离度曲线进行微调的过程为：当本次测试时内麦克风的位置与历史测试时内麦克风的位置相同时，基于本次测试时外麦克风的位置与历史测试时外麦克风的位置的差值，将历史测试时的箱体隔离度曲线按照每单位距离衰减参考阈值db的方式进行调整；当本次测试时外麦克风的位置与历史测试时外麦克风的位置相同时，基于本次测试时内麦克风的位置与历史测试时内麦克风的位置的差值，将历史测试时的箱体隔离度曲线按照每单位距离衰减参考阈值db的方式进行调整；当本次测试时内麦克风的位置与历史测试时内麦克风的位置，以及本次测试时外麦克风的位置与历史测试时外麦克风的位置均不相同时，基于本次测试时内外麦克风的距离以及历史测试时内外麦克风的距离的差值，将历史测试时的箱体隔离度曲线按照每单位距离衰减参考阈值db的方式进行调整。
38.具体地,隔离度曲线有很多数据点，对每个数据点均按照差值*每单位距离衰减参考阈值db的方式调整，即相当于将隔离度曲线进行偏移操作。在一实施方式下,设定隔音箱外环境湿度百分比为h,摄氏温度为t,当判断h*[1.8t 32] 大于4000时，声音衰减公式为：频率/500;当判断h*[1.8t 32] 小于等于4000时，声音衰减公式为：频率/750(5.5-(h*(1.8t 32)/1000)) ) 。例如，当环境温度为26度，湿度50%，则50*[1.8*26 32] = 3940 《 4000，此时声音衰减为1000/750(5.5-(3940/1000))=0.00681db/m。为此，需要根据环境湿度和温度，以及声音频率，确定每单位距离衰减参考阈值。之后，将上述获得的差值（包含正负差值）*每单位距离衰减参考阈值的方式获得此差值下的衰减值，进而根据衰减值的正负性，对隔离度曲线向上或向下偏移调整。此过程，无需执行步骤s01，即无需设置校准声源，无需对校准声源下的录音进行处理，而是直接基于历史隔离度曲线进行微调来简化测试操作。在获得准确的隔离度曲线后，可获得尽可能准确的声干扰消除后的箱体内部录音，以便后续能精准计算声学测试指标。此外，当衰减值很小时，如小于0.0001db时，也可不进行微调，直接选用最接近的历史隔离度曲线执行后续操作。
[0039]
本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例
而并不限制本发明。本发明的目的已经完整有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。