시스템 응답에서 측정 시스템 분리

시스템 식별 측정을 수행하고 있으며 측정 된 응답에서 측정 시스템의 응답을 분리하려고합니다.

시스템 설정은 다음과 같습니다. 신호가 PC에서 생성되면 신호가 사운드 카드로 전송되어 신호가 전력 증폭기로 전달되어 스피커가 구동됩니다. 이 라우드 스피커는 마이크가 캡처 한 사운드 에너지를 사운드 카드로 전파합니다. 기록 된 신호는 컴퓨터에 의해 처리됩니다.

사운드 카드의 신호도 직접 다시 공급되므로 pc-> DAC-> ADC-> pc 응답의 응답을 측정 할 수 있습니다.

이 '측정 체인'을 전체 '시스템 체인'에서 분리하고 싶습니다. 이 작업에 어떤 방법을 사용할 수 있습니까?

긴 답변은 유감이지만, 좋은 음향 측정은 어렵습니다. 여기에 관련된 단계 중 일부가 있습니다 (그리고 어느 시점에서 우리는 실제로 귀하의 질문에 대한 직접적인 답변을 얻을 것입니다).

먼저, 측정하는 시스템이 실제 선형이고 시간이 변하지 않는지 확인해야합니다 (그렇지 않으면 분해 할 수 없음). 일반 사운드 카드 드라이버를 사용하는 경우 PC에서 까다로울 수 있습니다. 이 신호는 Windows Kernel Mixer를 통해 신호를 라우팅하여 샘플 속도 변환을 자주 적용하고 비정기적인 방식으로 버퍼를 정지시킵니다. Kernel 믹서를 우회하는 것이 좋습니다.

둘째, 시스템의 임펄스 길이를 결정해야합니다. 측정하는 방의 반향 시간은 적절한 추정치입니다. 2의 거듭 제곱을 선택하는 것이 가장 편리합니다. 대부분의 방에서는 44.1kHz 또는 48kHz 샘플 속도에서 16384 또는 32768이됩니다.

셋째, 해당 길이의 주기적 여기를 만듭니다. 이것은 로그 스윕이거나 의사 랜덤 노이즈 일 수 있습니다. 원하는 주파수 범위에서 대략 일정한 신호 대 잡음비를 얻을 수 있도록 노이즈 스펙트럼을 선택해야합니다. 이는 전송 기능과 배경 잡음 스펙트럼에 따라 다릅니다. 그중 하나를 모르면 분홍색이 좋습니다. 이 신호의 한주기를 x [n]이라고합시다.

넷째, D / A의 왼쪽 채널이 라우드 스피커와 A / D의 왼쪽 채널로 들어가도록 시스템을 연결하십시오. 마이크를 A / D의 오른쪽 채널에 연결하십시오.

다섯째, 자극을 시작하십시오 (루프하거나 많은 반복적 인 노이즈 신호로 웨이브 파일을 생성하십시오). 모든 레벨을주의 깊게 모니터링하십시오 : A / D가 클리핑 아래 약 10dB에 있도록하십시오. 마이크 프리 앰프가 클리핑 아래 약 10dB에 위치하는지 확인하십시오. 파워 앰프가 클리핑되지 않고 라우드 스피커가 과도하게 구동되지 않는지 확인하십시오.

여섯째, 방이 가능한 조용한 지 확인하십시오. 문과 창문을 닫으십시오. HVAC 시스템을 포함한 팬으로 대부분의 물건을 차단하십시오. 구내에서 다른 모든 사람들을 퇴거 시키십시오. 접지 루프가있는 경우 필요에 따라 절연 변압기와 접지 리프트를 사용하십시오. 노이즈를 확인하는 좋은 방법은 헤드폰 앰프를 마이크 출력에 연결하고 헤드셋을 통해 듣는 것입니다. 들을 수있는 잡음, 험 또는 기타 아티팩트도 측정에 표시됩니다.

일곱째, 실제 인수를 수행하십시오. 여자 신호가 작동하면서 12주기를 수집하십시오. 비정상적인 부분 (갭, 부품 누락, 탈락 등)이 있는지 결과를 육안으로 검사합니다. 처음 두 기간을 버립니다. 다른 10에 대한 평균을 계산합니다. 왼쪽 채널 y [n] (사운드 카드)와 오른쪽 채널 m [n] (마이크)을 호출합니다.

여덟째, y [n]의 푸리에 변환을 계산합니다. 이것은 에너지가 거의없는 영 (zero) 또는 영역이없는 상당히 평평해야합니다. 대부분의 사운드 카드에 AC 결합 입력이 있기 때문에 그렇지 않을 수 있습니다. 즉 일부 고역 통과 필터가 있고 DC의 값이 매우 낮을 수 있습니다. 마찬가지로 앨리어싱 제거 필터가있을 수 있으므로 에너지가 낮거나 매우 높은 주파수에서 노이즈가 발생할 수 있습니다. 소량의 광대역 에너지를 추가하여 수동으로 고칠 수 있다면 해결하십시오. 관심있는 주파수 영역에서 스펙트럼이 매우 평평한 경우 간단히 지연된 단위 임펄스로 간단히 교체 할 수 있습니다. 이들 중 어느 것도 작동하지 않으면 상황이 더 복잡해집니다.

아홉째 : 얽 히지 않는다. 전달 함수는 간단히 로 는 푸리에 변환을 나타냅니다. 이것은 패딩이나 윈도 잉이없는 직접적인 스펙트럼 분할입니다. 순환 코 히어 런트 획득을 수행하고 있기 때문에 순환 디컨 볼 루션도 수행하고 있습니다.

$$H(\omega) = \frac{\Im \left \{ m(t) \right \}}{\Im \left \{ y(t) \right \}}$$ $\Im \{ \}$

방정식은 8 단계에서 논의 된 문제를 보여줍니다. 우리는 측정 된 스펙트럼으로 나누고 있습니다. 제수 스펙트럼에서 저에너지 또는 고 소음의 제로 또는 영역은 결과 전달 함수에서 쓰레기를 초래합니다. "좋은"주파수의 결과는 여전히 괜찮지 만 임펄스 응답을 계산하는 데 사용할 수는 없습니다. 단순화 된 버전은 여기 신호로 나눌 수 있습니다. 즉

$$H(\omega) = \frac{\Im \left \{ m(t) \right \}}{\Im \left \{ x(t) \right \}}$$ 스펙트럼에 0이 없도록 여기를 선택하십시오. 그러나 이렇게하면 D / A 및 A / D 시스템 응답을 분리 할 수 ​​없으며 절대 지연 정보도 손실됩니다. 대부분의 경우 이것은 실제로 수용 가능하며 많은 상용 측정 시스템이이를 수행하므로 어플리케이션에 따라 다릅니다.

열 번째 : 측정 값이 올바른지 확인하십시오. 다양한 테스트를 수행해야합니다.

1. 몇 번 측정하고 결과가 동일한 지 확인하십시오.
2. 스피커를 음소거 한 상태에서 측정하십시오. 이를 통해 배경 노이즈 스펙트럼을 정확하게 추정 할 수 있습니다. 일반적으로 관심있는 모든 주파수에서 10dB 이상의 신호 대 잡음비가 필요합니다.
3. 선형성 테스트 : 여자 이득의 절반으로 측정하고 결과 전달 함수가 동일한 지 확인합니다.
4. 유용한 인라인 노이즈 테스트는 다음과 같습니다. 10주기와 각각 2주기에 걸쳐 평균 5 회를 수행 한 다음 2 * N 샘플에 대해 푸리에 변환을 수행하십시오. 신호에 잡음이 없으면 홀수 빈은 모두 0이어야합니다. X {2 * N + 1} / X {2 * N}과 같은 주파수에서 신호 대 잡음비를 직접 추정 할 수 있습니다.