1.本发明涉及音频处理技术领域，具体为一种实时音频频谱检测设备。
背景技术：
2.在检测一些诸如耳机、音响等声音输出设备的性能时，往往需要通过频谱分析来实现。频谱是指一个时域的信号在频域下的表示方式，可以针对信号进行傅里叶变换而得，所得的结果是以幅度为纵轴，频率为横轴的频谱图。简单来说，频谱可以表示一个信号是由哪些频率的弦波所组成，也可以看出各频率弦波组分的大小等信息。通过对频谱图的分析，可以对比声音输出设备的性能。然而，现在有技术中，技术人员往往需要先对待检测的声音输出设备播放的声音进行采集，然后对采集到的声信号生成频谱，再对频谱进行分析。然而，目前常见的音频频谱分析设备，通常只将所分析的频率区间按照倍频程关系或线性频率关系分割成几个频段进行频谱统计，使得在高精度的频谱分析时频谱精度不足；同时，在有些场景下，需要在声信号播放的同时同步显示对应的频率图，现有技术中的音频检测设备还无法满足这个需求。
技术实现要素：
3.为了解决现有音频检测设备无法满足声音播放的同时同步显示对应的频率图，以及频谱图精度不足的问题，本发明提供一种实时音频频谱检测设备，可以实时采集声音输出设备发出的声信号，并显示声信号对应的频谱图。
4.本发明的技术方案是这样的：一种实时音频频谱检测设备，其包括：采集接口，其特征在于：其还包括：麦克风传感器模块、采样模块、运算模块、显示模块；所述采集接口配置为能够与待检测音频输出设备进行物理耦合连接的硬件接口，采集所述待检测音频输出设备的音频声信号；所述麦克风传感器模块连接所述采集接口，将所述采集接口采集到的所述音频声信号转化为声音数据的电信号；所述采样模块连接所述麦克风传感器模块的输出端，将所述麦克风传感器模块输出的所述电信号转换为声音数据的数字信号；所述运算模块连接于所述采样模块、所述显示模块之间，所述运算模块将所述数字信号中的音频时域信号通过傅里叶变换计算得到频域信号，然后将声音信号的所述频域信号送入到所述显示模块中，以音频频域信号频谱图的形式进行实时显示。
5.其进一步特征在于：其还包括：存储模块，所述存储模块连接所述运算模块，所述运算模块将接收到的所述数字信号、计算后得到的所述频域信号送入到所述存储模块中进行存储。
6.本发明提供的一种实时音频频谱检测设备，麦克风传感器模块通过采集接口实时采集待检测音频输出设备输出的声音转为电信号，送入到采样模块中转成数字信号，然后通过运算模块将音频时域信号经过傅里叶变换，转为频域信号，得到高精度的频谱图，最后
通过显示模块实时地将频谱图显示出来；确保可以在待检测音频输出设备的声信号播放的同时同步显示对应的频率图。
附图说明
7.图1为本发明实时音频频谱检测设备的简化结构框图；图2为本发明的实时音频频谱检测设备的实施例的结构示意图；图3为本发明中实时音频频谱检测设备的频谱计算示意图。
具体实施方式
8.如图1所示，本发明一种实时音频频谱检测设备，其包括：采集接口，麦克风传感器模块、采样模块、运算模块、显示模块、存储模块。
9.采集接口配置为能够与待检测音频输出设备进行物理耦合连接的硬件接口，采集待检测音频输出设备的音频声信号；具体实施时，待检测音频输出设备包括：耳机、音箱、扬声器等常见输出声音的设备；采集接口采用机械组件，与待检测设备进行物理连接，确保以稳定的采集到空气声场中的音频信号。麦克风传感器模块连接采集接口，将采集接口采集到的音频声信号转化为声音数据的电信号。
10.采样模块连接麦克风传感器模块的输出端，将麦克风传感器模块输出的电信号转换为声音数据的数字信号；具体实现时，采样模块基于现有技术中能实现数字信号、模拟信号转换的设备，如声卡，实现即可。
11.运算模块连接于采样模块、显示模块之间，在运算模块中，将数字信号中的音频时域信号通过傅里叶变换计算得到频域信号，然后将声音信号的频域信号送入到显示模块中，以音频频域信号频谱图的形式进行实时显示。如图3所示，数字信号中的音频时域信号的时域信息基于纵坐标声压（单位pa）和横坐标时间（单位ms）表示；运算模块中将傅里叶变换与时域信号的强度（声压，单位pa）一起工作，将时域信号转换为频率信号的强度；转换后与时域信息对应的频域信息，基于频域信号强度（纵坐标，单位db）和声信号的频率（横坐标，单位hz）表示。
12.在运算模块中，其具体的计算频域信号的，获得高精度频谱图的方式如下所示：设采样模块采样率为fs；从采样模块的采样流中，每个周期取出数据点数n为fs个，即：n = fs；将时域信号f(n)通过快速傅里叶变换得频域信号是f(ω)，此时频谱中，a hz处的能量值为f(a)
×
f(a)，实现了频谱分辨率为1hz的频率谱函数的获取。
13.在频谱信号对于图内的频谱信息中，设以db为单位的能量谱函数g(x)的计算方法为：g(x)=20
×
log(f(a))；则，可同步获取能量谱最大值为max(g(x)),x∈(0,fs)，能量谱最小值为min(g(x)),x∈(0,fs)；频段(f1,f2)的能量总值为20
×
log(σ(10^(g(x)/20)))，能量平均值为σ(g(x))/(f2
‑
f1)。
14.存储模块连接运算模块，运算模块将接收到的数字信号、计算后得到的频域信号
送入到存储模块中进行存储，便于技术人员后期调用。
15.本发明技术方案的具体实施例，参照说明书附图的图2，采集接口23能够与待检测音频输出设备3进行物理耦合连接，可以完整、不失真地接收待检测音频输出设备3发出的音频信号；与采集接口23连接的麦克风传感器22将音频声信号转化为电信号后，送入到运算器21中；在运算器21中，包括：采样模块、运算模块和存储模块，麦克风传感器22将电信号送入到运算器21中的采样模块中，采样模块基于模数转换(a/d)技术，将得到的电信号转化为数字信号，数字信号被送入到运算模块中，进行傅里叶变换，计算得到频域信号图进行存储，同时通过显示器1将计算得到的频谱图进行显示。
16.使用本发明的技术方案后，可以在待检测音频输出设备输出音频信号的同时，实时地基于显示器1显示音频信号对应的频谱图；同时，本发明技术方案中的实时音频频谱检测设备结构简单，实现方便，增加对声音输出设备性能分析的维度。
技术特征：
1.一种实时音频频谱检测设备，其包括：采集接口，其特征在于：其还包括：麦克风传感器模块、采样模块、运算模块、显示模块；所述采集接口配置为能够与待检测音频输出设备进行物理耦合连接的硬件接口，采集所述待检测音频输出设备的音频声信号；所述麦克风传感器模块连接所述采集接口，将所述采集接口采集到的所述音频声信号转化为声音数据的电信号；所述采样模块连接所述麦克风传感器模块的输出端，将所述麦克风传感器模块输出的所述电信号转换为声音数据的数字信号；所述运算模块连接于所述采样模块、所述显示模块之间，所述运算模块将所述数字信号中的音频时域信号通过傅里叶变换计算得到频域信号，然后将声音信号的所述频域信号送入到所述显示模块中，以音频频域信号频谱图的形式进行实时显示。2.根据权利要求1所述一种实时音频频谱检测设备，其特征在于：其还包括：存储模块，所述存储模块连接所述运算模块，所述运算模块将接收到的所述数字信号、计算后得到的所述频域信号送入到所述存储模块中进行存储。
技术总结
本发明提供一种实时音频频谱检测设备，其基于麦克风传感器模块、采集接口实时采集待检测音频输出设备输出的声音转为电信号，送入到采样模块中转成数字信号，然后通过运算模块将音频时域信号经过傅里叶变换，转为频域信号，得到高精度的频谱图，最后通过显示模块实时地将频谱图显示出来，确保可以在待检测音频输出设备的声信号播放的同时同步显示对应的频率图。图。图。
技术研发人员：宫琴 杨宏昊 范毅博
受保护的技术使用者：清华大学无锡应用技术研究院
技术研发日：2021.09.08
技术公布日：2021/12/2