Деконволюция системы измерения по реакции системы

Я предварительно выполняю измерение идентификации системы и хотел бы отменить ответ измерительной системы на измеренный ответ.

Настройка системы заключается в следующем; сигнал генерируется на ПК, затем сигнал отправляется на звуковую карту, которая, в свою очередь, направляет сигнал на усилитель мощности, что приводит в действие громкоговоритель. Громкоговоритель распространяет звуковую энергию, которая улавливается микрофоном, и обратно в звуковую карту. Записанный сигнал затем обрабатывается компьютером.

Сигнал со звуковой карты также подается прямо на себя, что позволяет мне измерить реакцию ПК -> ЦАП -> АЦП -> ПК ответ.

Я хотел бы вычеркнуть эту «цепочку измерений» из общей «цепочки систем». Какие методы я мог бы использовать для этой задачи?

Извините за длинный ответ, но сделать хорошее акустическое измерение сложно. Вот несколько шагов (и в какой-то момент мы действительно получим прямой ответ на ваш вопрос).

Во-первых, вы должны убедиться, что система, которую вы измеряете, является действительной линейной и не зависит от времени (в противном случае деконволюция невозможна). Это может быть сложно на ПК, если вы используете обычные драйверы звуковой карты. Они будут направлять любые сигналы через микшер ядра Windows, который часто применяет преобразование частоты дискретизации и вовремя синхронизирует буферы недетерминированными способами. Я настоятельно рекомендую обходить микшер ядра.

Во-вторых, вам нужно определить длительность импульса вашей системы. Хорошая оценка - это время реверберации комнаты, которую вы измеряете. Удобнее всего выбирать степень 2; для большинства комнат это будет 16384 или 32768 при частоте дискретизации 44,1 кГц или 48 кГц.

В-третьих, создайте периодическое возбуждение этой длины. Это может быть либо сканирование журнала, либо (лучше) псевдослучайный шум. Спектр шума должен быть выбран таким образом, чтобы вы получили примерно постоянное отношение сигнал / шум в интересующем диапазоне частот. Это зависит от передаточной функции и спектра фонового шума. Если вы еще не знаете ни одного из них, розовый - хорошее начало. Давайте назовем один период этого сигнала x [n].

В-четвертых, подключите вашу систему так, чтобы левый канал от вашего D / A вошел в громкоговоритель И в левый канал вашего A / D. Подключите микрофон к правому каналу АЦП.

В-пятых, запустите возбуждение (зациклите его или создайте волновой файл со многими повторениями вашего шумового сигнала). Внимательно следите за всеми уровнями: убедитесь, что АЦП находится примерно на 10 дБ ниже уровня ограничения. Убедитесь, что предварительный усилитель микрофона находится примерно на 10 дБ ниже уровня ограничения. Убедитесь, что усилитель мощности не срезается и громкоговоритель не перегружен.

В-шестых, убедитесь, что в комнате как можно тише. Закройте двери и окна. Отключите большинство вещей с вентилятором, включая любую систему HVAC. Выселить всех остальных людей из помещения. Если есть какие-либо контуры заземления, при необходимости используйте изолирующие трансформаторы и заземлители. Хороший способ проверки шума - подключить усилитель наушников к микрофонному выходу и прослушивать его через наушники. Любой шум, гул или другие артефакты, которые вы можете услышать, также будут отображаться при измерении.

В-седьмых, сделайте фактическое приобретение. Соберите 12 периодов при включенном сигнале возбуждения. Визуально осмотрите результаты на предмет чего-то необычного (пропуски, отсутствующие детали, выпадение и т. Д.). Выбросьте первые два периода. Рассчитайте среднее значение по остальным 10. Давайте назовем левый канал y [n] (звуковая карта) и правый канал m [n] (микрофон).

В-восьмых, вычислите преобразование Фурье для y [n]. Это должно быть довольно плоским без нулей или областей с очень низкой энергией. Это может быть не так, поскольку большинство звуковых карт имеют входы, связанные с переменным током, то есть имеется фильтр верхних частот, и значение на постоянном токе может быть очень низким. Точно так же может быть фильтр сглаживания, поэтому вы можете иметь низкую энергию или просто шум на очень высоких частотах. Если вы можете вручную исправить это (добавив небольшое количество широкополосной энергии), то сделайте. Если спектр в плоской области интереса очень плоский, вы можете просто заменить его на правильно задержанный единичный импульс. Если ничего из этого не сработает, все станет сложнее.

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

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

Десятое: убедитесь, что ваши измерения в порядке. Различные тесты должны быть выполнены:

1. Измерьте несколько раз и убедитесь, что результат одинаков.
2. Измерьте с отключенным громкоговорителем. Это даст вам хорошую оценку спектра фонового шума. Как правило, вам необходимо отношение сигнал / шум не менее 10 дБ на всех частотах, представляющих интерес.
3. Тест на линейность: измерьте с половиной усиления возбуждения и подтвердите, что результирующая передаточная функция одинакова.
4. Полезный тест встроенного шума заключается в следующем: возьмите свои 10 периодов и в среднем 5 раз по 2 периода каждый, а затем выполните преобразование Фурье для 2 * N выборок. Если ваш сигнал не содержит шумов, тогда все нечетные ячейки должны быть равны нулю. Вы можете напрямую оценить отношение сигнал / шум на любой частоте как X {2 * N + 1} / X {2 * N}