Das Messsystem von der Systemreaktion entkoppeln

Ich führe eine Systemidentifikationsmessung durch und möchte die Reaktion des Messsystems von der gemessenen Reaktion trennen.

Der Aufbau des Systems ist wie folgt; Wird das Signal auf einem PC erzeugt, wird das Signal an die Soundkarte gesendet, die das Signal wiederum an die Endstufe weiterleitet, diese treibt einen Lautsprecher an. Der Lautsprecher überträgt die Schallenergie, die von einem Mikrofon erfasst wird, zurück in die Soundkarte. Das aufgezeichnete Signal wird dann vom Computer verarbeitet.

Das Signal von der Soundkarte wird auch direkt an sich selbst zurückgespeist, sodass ich die Reaktion des PCs messen kann -> DAC -> ADC -> PC-Reaktion.

Ich möchte diese "Messkette" von der gesamten "Systemkette" trennen. Welche Methoden könnte ich für diese Aufgabe verwenden?

Entschuldigen Sie die langwierige Antwort, aber eine gute akustische Messung ist schwierig. Hier sind einige der Schritte, um die es geht (und irgendwann kommen wir tatsächlich zur direkten Antwort auf Ihre Frage).

Zuerst müssen Sie sicherstellen, dass das System, das Sie messen, tatsächlich linear und zeitinvariant ist (andernfalls können Sie sich nicht entfalten). Dies kann auf einem PC schwierig sein, wenn Sie normale Soundkartentreiber verwenden. Diese leiten alle Signale durch den Windows-Kernel-Mixer, der häufig auf nicht deterministische Weise Samplerate-Konvertierungen vornimmt und Puffer pumpt. Ich empfehle nachdrücklich, den Kernel-Mixer zu umgehen.

Zweitens müssen Sie die Länge des Impulses Ihres Systems bestimmen. Eine gute Schätzung ist die Nachhallzeit des Raums, den Sie messen. Am bequemsten ist es, eine Potenz von 2 zu wählen. Für die meisten Räume sind dies 16384 oder 32768 bei einer Abtastrate von 44,1 kHz oder 48 kHz.

Drittens erzeugen Sie eine periodische Erregung dieser Länge. Dies kann entweder ein Log-Sweep oder (besser) ein Pseudozufallsrauschen sein. Das Spektrum des Rauschens sollte so gewählt werden, dass Sie im interessierenden Frequenzbereich ein ungefähr konstantes Signal-Rausch-Verhältnis erhalten. Das hängt von der Übertragungsfunktion und dem Hintergrundgeräuschspektrum ab. Wenn Sie beides noch nicht kennen, ist Pink ein guter Anfang. Nennen wir eine Periode dieses Signals x [n].

Viertens verdrahten Sie Ihr System so, dass der linke Kanal von Ihrem D / A in den Lautsprecher UND in den linken Kanal Ihres A / D geht. Schließen Sie das Mikrofon an den rechten Kanal des A / D an.

Fünftens starten Sie die Anregung (Loop oder erstellen Sie eine Wave-Datei mit vielen Wiederholungen Ihres Rauschsignals). Überwachen Sie alle Pegel sorgfältig: Stellen Sie sicher, dass der A / D-Pegel etwa 10 dB unter dem Übersteuerungspegel liegt. Stellen Sie sicher, dass der Mikrofonvorverstärker etwa 10 dB unter dem Clipping-Wert liegt. Stellen Sie sicher, dass die Endstufe nicht übersteuert und der Lautsprecher nicht übersteuert ist.

Sechstens, stellen Sie sicher, dass der Raum so ruhig ist, wie es nur geht. Türen und Fenster schließen. Schalten Sie die meisten Dinge mit einem Ventilator aus, einschließlich einer HLK-Anlage. Räumung aller anderen Personen aus dem Gelände. Wenn Erdschleifen vorhanden sind, verwenden Sie bei Bedarf Trenntransformatoren und Erdungslifte. Eine gute Möglichkeit, das Rauschen zu überprüfen, besteht darin, einen Kopfhörerverstärker an den Mikrofonausgang anzuschließen und über Headsets anzuhören. Jegliches Rauschen, Brummen oder andere Artefakte, die Sie hören können, werden auch in der Messung angezeigt.

Siebtens machen Sie die eigentliche Akquisition. Sammeln Sie 12 Perioden mit laufendem Erregungssignal. Untersuchen Sie die Ergebnisse visuell auf ungewöhnliche Ereignisse (Lücken, fehlende Teile, Ausfälle usw.). Werfen Sie die ersten beiden Perioden weg. Berechnen Sie den Durchschnitt über die anderen 10. Nennen wir den linken Kanal y [n] (Soundkarte) und den rechten Kanal m [n] (Mikrofon).

Achtens, berechnen Sie die Fourier-Transformation von y [n]. Dies sollte ziemlich flach sein, ohne Nullen oder Bereiche mit sehr geringer Energie. Dies ist möglicherweise nicht der Fall, da die meisten Soundkarten AC-gekoppelte Eingänge haben, dh es gibt einen Hochpassfilter und der Wert bei DC ist möglicherweise sehr niedrig. In ähnlicher Weise gibt es wahrscheinlich auch einen Anti-Aliasing-Filter, so dass Sie auch bei sehr hohen Frequenzen möglicherweise wenig Energie oder nur Rauschen haben. Wenn Sie dies manuell beheben können (indem Sie eine kleine Menge Breitband-Energie hinzufügen), tun Sie dies. Wenn das Spektrum im interessierenden Frequenzbereich sehr flach ist, können Sie es einfach durch einen ordnungsgemäß verzögerten Einheitsimpuls ersetzen. Wenn keines davon funktioniert, wird es komplizierter.

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

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

Zehntens: Stellen Sie sicher, dass Ihre Messung gut ist. Verschiedene Tests sollten durchgeführt werden:

1. Messen Sie einige Male und stellen Sie sicher, dass das Ergebnis gleich ist.
2. Messen Sie mit stummgeschaltetem Lautsprecher. Auf diese Weise erhalten Sie eine gute Schätzung des Hintergrundgeräuschspektrums. Als Faustregel gilt, dass Sie bei allen interessierenden Frequenzen einen Rauschabstand von mindestens 10 dB benötigen.
3. Linearitätstest: Messen Sie mit der Hälfte der Anregungsverstärkung und bestätigen Sie, dass die resultierende Übertragungsfunktion dieselbe ist.
4. Ein nützlicher Inline-Rauschtest ist der folgende: Nehmen Sie Ihre 10 Perioden und durchschnittlich 5 mal über jeweils 2 Perioden, und führen Sie dann eine Fourier-Transformation über 2 * N Abtastwerte durch. Wenn Ihr Signal rauschfrei ist, sollten alle ungeraden Bins Null sein. Sie können das Signal-Rausch-Verhältnis bei jeder Frequenz direkt als X {2 * N + 1} / X {2 * N} schätzen.