Deconvoluzione del sistema di misurazione dalla risposta del sistema

Sto eseguendo una misurazione di identificazione del sistema e vorrei deconvolgere la risposta del sistema di misurazione dalla risposta misurata.

L'installazione del sistema è la seguente; il segnale viene generato su un PC, il segnale viene quindi inviato alla scheda audio, che a sua volta inoltra il segnale all'amplificatore di potenza, questo aziona un altoparlante. L'altoparlante propaga l'energia sonora che viene catturata da un microfono e torna nella scheda audio. Il segnale registrato viene quindi elaborato dal computer.

Anche il segnale dalla scheda audio viene inviato direttamente a se stesso, il che mi consente di misurare la risposta del PC -> DAC -> ADC -> risposta del PC.

Vorrei deconvolgere questa "catena di misura" dalla "catena di sistema" generale. Quali metodi posso usare per questa attività?

Ci scusiamo per la risposta prolissa, ma fare una buona misura acustica è difficile. Ecco alcuni dei passaggi coinvolti (e ad un certo punto, arriveremo effettivamente alla risposta diretta alla tua domanda).

Innanzitutto, devi assicurarti che il sistema che stai misurando sia reale lineare e invariante nel tempo (altrimenti non puoi deconvolgere). Questo può essere complicato su un PC se si utilizzano normali driver della scheda audio. Questi indirizzeranno qualsiasi segnale attraverso il Mixer del kernel di Windows, che spesso applica la conversione della frequenza di campionamento e trascina i buffer in tempo in modi non deterministici. Consiglio vivamente di bypassare il mixer del kernel.

In secondo luogo, è necessario determinare la durata dell'impulso del sistema. Una buona stima è il tempo di riverbero della stanza che stai misurando. È più conveniente scegliere una potenza di 2; per la maggior parte delle stanze, questo sarà 16384 o 32768 a una frequenza di campionamento di 44,1 kHz o 48 kHz.

In terzo luogo, creare un'eccitazione periodica di quella lunghezza. Questo potrebbe essere uno sweep di registro o (meglio) un rumore pseudo casuale. Lo spettro del rumore deve essere scelto in modo da ottenere un rapporto segnale / rumore approssimativamente costante nella gamma di frequenza di interesse. Dipende dalla funzione di trasferimento e dallo spettro del rumore di fondo. Se non conosci ancora nessuno di questi, il rosa è un buon inizio. Chiamiamo un periodo di questo segnale x [n].

In quarto luogo, collegare il sistema in modo che il canale sinistro dal proprio D / A vada nell'altoparlante E nel canale sinistro del proprio A / D. Collegare il microfono nel canale destro dell'A / D.

In quinto luogo, avvia l'eccitazione (esegui il ciclo o crea un file wave con molte ripetizioni del segnale di rumore). Monitorare attentamente tutti i livelli: assicurarsi che l'A / D si trovi a circa 10 dB al di sotto del clipping. Assicurarsi che il preamplificatore del microfono sia posizionato a circa 10 dB al di sotto del clipping. Assicurarsi che l'amplificatore di potenza non si stacchi e che l'altoparlante non sia troppo pilotato.

In sesto luogo, assicurati che la stanza sia il più silenziosa possibile. Chiudi porte e finestre. Chiudi la maggior parte delle cose con una ventola, incluso qualsiasi sistema HVAC. Eliminare tutte le altre persone dai locali. Se sono presenti anelli di messa a terra, utilizzare trasformatori di isolamento e elevatori di terra, se necessario. Un buon modo per controllare il rumore è collegare un amplificatore per cuffie all'uscita del microfono e ascoltarlo attraverso le cuffie. Qualsiasi rumore, ronzio o altro artefatto che puoi sentire comparirà anche nella misurazione.

In settimo luogo, esegui l'acquisizione effettiva. Raccogli 12 periodi con il segnale di eccitazione in esecuzione. Ispeziona visivamente i risultati per qualcosa di insolito (lacune, parti mancanti, forcellini, ecc.) Getta i primi due periodi di distanza. Calcola la media rispetto all'altro 10. Chiamiamo il canale sinistro y [n] (scheda audio) e il canale destro m [n] (microfono).

Ottavo, calcola la trasformata di Fourier di y [n]. Questo dovrebbe essere abbastanza piatto senza zeri o aree di energia molto bassa. Questo potrebbe non essere il caso, poiché la maggior parte delle schede audio ha ingressi accoppiati in CA, cioè c'è un filtro passa alto e il valore in CC potrebbe essere molto basso. Allo stesso modo potrebbe anche esserci un filtro anti aliasing, quindi di nuovo potresti avere poca energia o solo rumore a frequenze molto alte. Se riesci a risolverlo manualmente (aggiungendo una piccola quantità di energia a banda larga), allora fallo. Se lo spettro è molto piatto nell'area di frequenza di interesse, è possibile semplicemente sostituirlo con un impulso unitario correttamente ritardato. Se nessuno di questi funzionerà, le cose si complicheranno.

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

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

Decimo: verifica che la tua misurazione sia buona. Vari test dovrebbero essere eseguiti:

1. Misura alcune volte e assicurati che il risultato sia lo stesso.
2. Misurare con l'altoparlante disattivato. Questo ti darà una buona stima dello spettro del rumore di fondo. Come regola generale, è necessario un rapporto segnale / rumore di almeno 10 dB a tutte le frequenze di interesse.
3. Test di linearità: misurare con metà del guadagno di eccitazione e confermare che la funzione di trasferimento risultante è la stessa.
4. Un utile test del rumore in linea è il seguente: Prendi i tuoi 10 periodi e fai una media di 5 volte in 2 periodi ciascuno, quindi esegui una trasformazione di Fourier su campioni 2 * N. Se il segnale è privo di rumore, tutti i contenitori dispari dovrebbero essere zero. È possibile stimare direttamente il rapporto segnale-rumore a qualsiasi frequenza come X {2 * N + 1} / X {2 * N}