测量脉冲响应和非线性失真的现代方法

2000年,帕尔马大学教授Angelo Farina提出了一种原始方法 ,该方法使用频率呈指数变化的谐波信号(以下称为ESS-指数正弦波)同时测量脉冲响应和非线性失真。

为了获得这些特性,有必要在被测设备上记录ESS信号的影响,并找到记录的信号与原始ESS信号的互相关函数,但是要对幅度进行调制(更多细节,请参阅A. Farin的出版物)。

结果是一组脉冲特性(IH),最后一个是设备的线性脉冲响应。 它先是设备的二次非线性的脉冲响应,然后是三次非线性的脉冲响应等。 实际上,可以固定多达20个数量级的非线性。



与其他方法相比,此功能(将非线性乘积与线性脉冲响应分离)是ESS方法的独特优势。 ESS方法还有其他优点:

  • 增加了对随机噪声的抵抗力。 这是因为谐波信号在每个时间间隔“扫描”非常窄的频率范围,从而降低了所产生的脉冲响应中的随机噪声水平。 ESS信号越长,降噪效果越明显。
  • 易于使用。 整个解码过程归结为几次FFT计算。
  • 能够自动执行测量过程。

失真特性相对于线性脉冲响应的位置可通过以下规则找到:如果ESS信号的频率以每秒1个八度度的速度增加,则二阶非线性特性将位于线性脉冲响应之前1秒; 四阶非线性特性将位于二阶特性之前1秒,等等。

尽管有明显的优势,但ESS方法有其自身的应用范围。 该方法的作者本人列出了以下限制:

  • 产生的脉冲响应及其频率响应具有明显的不均匀性(“振铃”)
  • 该方法对时间轴的不稳定性很敏感。

为了减少频率响应的不均匀性和脉冲响应,A。Farina建议调制ESS信号的开始幅度(淡入),并应用各种滤波技术。

另一位发烧友Katja Vetter在研究中发现了另一个问题,该问题涉及信号的每个八度不在零相位开始。 这对谐波的测量施加了误差。 作为解决方案,作者提出了一种形成ESS信号的新方法:每个倍频程应从零相位开始。

ESS方法应用的实际示例。


通过在MATLAB中进行选择和建模,以43秒的持续时间(范围为11个八度音程(11.7-24000 Hz))生成了ESS信号,并对信号边沿进行了幅度调制。 这使得有可能在测量范围(22和23000 Hz)的边缘获得<0.2dB的频率响应不均匀度,以及<-140dB的相对误差水平。



均衡器单元特性的测量(频率校正器)。


事实证明,在设置运算放大器上安装的均衡器时,ESS方法非常有用。 该方案显示不稳定,其原因很难分析。 使用ESS方法,可以确定该设备在均衡器的频率范围内具有增加的非线性失真。



测量计算机声卡的特性。


在此示例中,声卡的输出连接到输入,并测量了设备的直通频率响应。 如您所见,ESS方法本身的错误会导致一些不均匀(在20-60 Hz范围内)。 其余导致不均匀的因素与声卡有关。



扬声器声学测量


此示例显示了演播室监听器在近场中的频率响应的测量结果。 在这种情况下,信噪比为90 dB,而测量是在录音室中以中等声压水平(不超过90 dB SPL)进行的。




演播室监听器所测得的脉冲响应的包络线(可以看到,动态测量范围为90dB)。

测量房间的声学特性


此示例显示了房间的脉冲响应的包络。 混响时间为3.8秒。 如您所见,能量平均衰减,并且不会突发到最低水平。



A. Farin提出的方法允许对电子和电声设备进行高精度测量,以及房屋的声学特性。 众所周知,这种方法已成功用于CLIOREW等声学测量程序中。

有用的链接:
  1. 使用扫频正弦技术同时测量脉冲响应和失真
  2. 正弦扫描在脉冲响应测量方面的进展
  3. 正弦扫描和幅度调制方案的脉冲响应测量
  4. 优化指数正弦扫描(ESS)信号以在噪声屏障上进行原位测量

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN471726/


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