专利名称：智能化电声测量装置的制作方法
技术领域：
本实有新型涉及一种电声测量装置，尤其是智能化电声测量装置。
随着电子技术的飞速发展，电声产品迅速渗透入人们工作和生活的方方面面。在音源、功放、扬声器系统构成的音响链中，作为喉舌的扬声器系统的性能至关重要。但扬声器系统的质量却难以保证。中国是世界上最大的扬声器生产制造国及出口国。国内扬声器、音箱等电声产品生产制造厂家众多，生产量高居世界首位，但产品质量偏低，技术含量不高，多为中低档产品。究其原因，缺乏准确可靠的电声测量设备其主要原因之一。
目前的电声测量设备主要有传统模拟仪器和计算机辅助电声测量仪器两类，其不足之处有1、传统模拟仪器操作复杂，误操作有可能损坏2、传统精密模拟仪器(如B&K仪器)价格昂贵3、计算机辅助电声测量仪器精度不如传统精密模拟仪器4、计算机辅助电声测量仪器常用功能不足5、计算机辅助电声测量仪器无大功率功放6、粉红噪声发生器带宽不能任意选择7、人机界面不好，操作不便，学习困难8、低频参数测量速度太慢，无法实现生产流水线在线测量9、非消声室测量仅能消除中高频反射，难于解决低频测量问题本实用新型的目的是提供一种智能化电声测量装置，尤其是解决上述问题及难点。其测量功能覆盖强，操作方便，测量高效，能进行低频测量，提供一种十分必要而且智能化的电声测量装置。
本实用新型的目的是这样实现的智能化电声测量装置，包括计算机及其接口电路、信号源、功放、测放电路组成，接口电路包括D/A、A/D电路和并口电路，由并口电路并通过信号源电路、D/A转换电路连接功放电路的输入，功放电路构成信号输出电路，由信号输出电路连接电声测量对象，测量对象由传感器构成的响应测量电路再经过连接测量放大器电路、并通过A/D转换电路再连接至计算机。
本实用新型智能化电声测量装置是一台用于测量电声器件特性的虚拟仪器。智能化电声测量装置使用者的所有操作全部在计算机的人机界面上进行，面板上无任何操作旋钮。计算机根据使用者的要求经并口设置有关硬件状态，测量时信号源发出信号，功放放大，测量对象的响应经测量放大器放大，再经A/D采样后进入计算机，所有的数据处理都在计算机内进行。硬件是具有通用功能的电路，至于做什么测量，完全由软件决定，因此系统不仅目前已具有较强的测量能力和很高的测量精度，而且改进已有的测量性能和增加新的测量功能都可通过软件进行，将十分方便。如由软件实现可变通带粉红噪声发生器、软件过载自动保护、无旋钮硬件控制面板、程控音频40W功率放大器、无需切换的输入输出连线等。
信号源、功放、测放电路都是模数式电路，即电路状态的设置完全是数字式的，电路中的信号通道全部都是模拟的。这使得电路既有十分良好的受控性能，又具有响应快、无量化误差的优点。A/D、D/A都为12位，电源8V。
本实用新型智能化电声测量装置具有如下特点1、准箱法/标准障板法校正低频响应2、模数式电路3、DDS+SCF信号源4、分频段有源滤波器。本实用新型测量功能覆盖强，尤其在精度上达到了数万美元作为标准的高档模拟电路仪器，且操作方便，测量快，解决了低频测量难题。用户反映该装置功能、性能、可靠性、可操作性等方面都十分切合企业的实际需要。
以下结合附图并通过实施例对本实用新型作进一步说明
图1为本实用新型电路结构框图图2为本实用新型信号源电路图3为本实用新型组成信号源电路的晶体振荡器电路图4为本实用新型组成信号源电路的方波去直流电路图5为本实用新型功率放大器电路示意图图6为图5中功率放大器电路中的可控衰减器电路示意图图7为图5中功率放大器电路中的放大电路图图8为检波和低通滤波电路图图9为时域法扬声器低频参数测量(LFM)电路图图10为测量放大器的示意图图11为三运放仪器放大器电路图图12为智能化电声测量装置的软件框架如图所示图1中硬件的主要单元信号源、功放、测放，都是模数式电路。即电路状态的设置完全是数字式的，电路中的信号通道全部都是模拟的。并口电路采用8255芯片的I/O电路，可以直接插在计算机的主板上，可以在WIN操作系统上工作，构成电路既有十分良好的受控性能，又具有响应快、无量化误差的优点。
图2为正弦信号源示意框图，图3为晶体振荡器，其输出端连接PLD DDS电路，PLD DDS电路的输出连接图4方波去直流电路后，再连接开关电容滤波电路和平滑滤波电路，滤波电路为现有电路。
PLD DDS电路为可编程逻辑控制器-直接数字信号合成器电路，根据来自并口电路的指令对来自晶振的方波分频。若需要输出的正弦频率为f0，则PLD DDS部件输出f0和100f0的方波。频率为f0的方波是0、1方波，由于开关电容滤波器是低通道滤波器，所以在将频率为f0的方波输入开关电容滤波器以前，必须严格去除0、1方波中的直流。该电路如图4，由模拟开关电路4053在对称稳压电路的条件下对输入信号去直流，输出方波信号。由方波去直流电路输出的是占空比为1∶1，无直流的频率为f0的方波。开关电容滤波器的输出是频率为f0的正弦波，再经过平滑滤波就得到高精度的正弦波，其频率稳定性等同于晶振稳定性，所以在10-5以上。由于采用了模拟滤波器的设计方法，平滑滤波效果好，失真率小于0.1％。
图5功率放大器框图中，功放电路(具体电路由图7给出)的输出并联的二路，一路通过一检波电路连接A/D，另一路经过被测电声装置并经过测量放大器电路后再连接A/D，从而比较得出被测电声装置的频率响应特性。
可控衰减器由AD7111典型电路(见图6)组成，其控制字为8位，有256级，幅值衰减分辨率为0.375dB，动态范围88.5dB。功率放大器采用LM3875典型电路(见图7)，电源偏置为±24V，设计输出功率上限为40W，且留有余地。LM3875有较好的过载保护功能，在软件中设计了功放输出短路保护程序，所以偶然短时的短路不会导致功放烧毁，不过在使用过程中应尽量避免功放输出短路。该功放的这种设计较一般功放使用过载保险丝保护要方便得多。
检波电路如图8。检波电路由运放构成的理想二极管全波整流器和低通滤波器组成。该电路检波输出的直流分量的大小，不受输入信号中的直流分量的影响。当输入被检交流信号为 时，检波电路检波输出为VD∝Vi。在时域上，按终值±2％的偏差计算，其过渡过程时间为ts＝0.2秒，即对其采样时刻若在给出信号后0.2秒，其时域误差小于2％。在频域上对20Hz信号二次谐波的幅值有24dB的衰减，即 二次谐波与直流分量之比约为4％。同理可算出对四次谐波与直流分量之比为0.2％。对40Hz信号，二次谐波与直流分量之比为0.094％。同时综合时域频域中的最大理论估算误差，检波电路理论误差小于0.4dB，在40Hz上小于0.3dB。
时域法扬声器低频参数测量(LFM)电路如图9。LFM电路中设有电压跟随电路和运算放大器。当选择该功能后，经D/A输入本电路一个高电平。开始测量时，该高电平瞬时变为低电平，等效地给扬声器一个阶跃，扬声器在阶跃激励下的响应，经A/D进入计算机，再经软件分析计算，得出所求得扬声器低频参数。
图10电路中，双端网络是一音箱分频器电路，另一输入的符号为话筒，经前置放大后，二选择为电子开关选择电路，可控衰减电路与图6相同，并经过全通、25H、125H三个带宽的放大电路，再经过电子开关选择电路后，由20KH(音频频率之内)的低通放大器电路输出至A/D。
图11为图10中前置放大器，为三运放仪器放大器。调整电阻器可使其共模抑制比大于94dB，其输入电阻为1MΩ。可控衰减器同功放电路中可控衰减器。当可控衰减器衰减为0dB时，放大倍数如下1)话筒输入全通 500倍25Hz高通 1000倍125Hz高通 1000倍2)双端网络输入全通 20倍25Hz高通 40倍125Hz高通 40倍全通状态下，系统的通频带为10Hz～20kHz，10Hz、20kHz处衰减＜1dB，通带内起伏小于1dB。正弦信号输入时，输出失真率＜0.5％。输入端短路，放大倍数为1000倍25Hz高通状态时，折算到输入端的等效噪声＜5μVrms。
智能化电声测量装置的软件构成框架如图12所示，每一个测量功能都由一个主程序调用相应的子程序加以完成。简述如下系统校准系统校准包括电系统校准和声系统校准。完善的系统校准功能保证了测试结果的精确性。扫频法测量频响及灵敏度计算机控制的音频信号源发出20Hz-20000Hz之间的高精度正弦信号，通过功放驱动被测对象扬声器(或系统)，传声器采集到的信号通过测量放大器再经过A/D转换进入计算机，可测得扬声器(或系统)的频率响应曲线。扫频速度可以设置1/6oct，1/12oct，1/24oct三个档位，可以满足不同测量速度和精度的需要。扫频法测量的结果可以直接用于计算扬声器单元、音箱的灵敏度。扫频法测量阻抗曲线采用国标中的恒流法测量扬声器(或系统)的阻抗曲线，即在功放输出端和扬声器(或系统)之间串接一个大电阻，由于扬声器(或系统)的电阻值较小，可以认为激励扬声器的电流为恒定值，这样，在扬声器(或系统)输入端采样电压随频率的变化情况就可以得到阻抗曲线。
信号源发出的信号经过功放驱动被测对象，测量放大器直接采样功放输出端电阻和扬声器阻抗分压信号，再经A/D转换进入计算机，可测得扬声器(或系统)的阻抗曲线。扫频速度可以设置1/6oct，1/12oct，1/24oct三个档位。扫频法测量低频参数在阻抗测量的基础上采用国标算法计算扬声器的低频参数。扫频法测量分频器频响信号源发出的信号经过功放加载到分频器输入端，测量放大器采样分频器输出端电信号，经A/D转换进入计算机，可测得分频器频响曲线。时域法测量扬声器低频参数传统的扫频法测量一个单元的低频参数需要数分钟的时间，效率太低。建立在系统辨识原理上的时域法测量效率很高，只需几秒钟的时间就可以获得扬声器单元的低频参数。智能化电声测量装置就为用户提供了这种非消声室测量方法。MLS法测量频响曲线MLS方法是利用伪随机信号的相关特性，根据相关辨识法的原理计算系统的传输特性。智能化电声测量装置用软件的方法构造伪随机序列，通过D/A转换再经过功放驱动被测对象，测量放大器采样传声器接收到的信号，再通过A/D转换进入计算机。通过测量得到的时域信号运用系统辨识原理计算出扬声器、音箱的频响曲线。
在智能化电声测量装置中，设定采样频率为80KHz，伪随机信号序列长度2047，由此能够分析到的低频下限的理论值为58.6Hz，在非消声室条件下测量，低频下限是达不到58.6Hz的，因此这些设定足够满足测量要求。粉红噪声测量灵敏度智能化电声测量装置用全软件的方法产生粉红噪声信号，经过可变通带数字滤波器获得有效频段的粉红噪声，再经过功放驱动被测对象，测量放大器采样传声器接收到的信号并通过A/D转换进入计算机。用软件的方法计算噪声有效电压值，并推算出扬声器(系统)灵敏度。试验结果表明该方法用于扬声器(系统)灵敏度的测量有很高的精度。纯音检听纯音检听包括单频检听和扫频检听。
单频检听用户可在软件操作界面设置输入电压、检听频率进行纯音检听。
扫频检听用户可在软件操作界面设置输入电压、扫频时间和扫频频率范围进行纯音检听。
主程序调用相应的子程序加以完成。
权利要求1.智能化电声测量装置，包括计算机及其接口电路、信号源、功放、测放电路组成，其特征是接口电路包括D/A、A/D电路和并口电路，由并口电路通过信号源电路、D/A转换电路连接功放电路的输入，功放电路构成信号输出电路，由信号输出电路连接电声测量对象，测量对象由传感器构成的响应测量电路再经过连接测量放大器电路、并通过A/D转换电路再连接至计算机。
2.由权利要求1所述的智能化电声测量装置，其特征是功放电路的输出为并联的二路，一路通过检波电路连接A/D电路，另一路经过被测电声装置并经过测量放大器电路后再连接A/D。
3.由权利要求1所述的智能化电声测量装置，其特征是功放电路中设有衰减器电路，且用AD7111芯片。
4.由权利要求1所述的智能化电声测量装置，其特征是测量放大器电路中设有时域法扬声器低频参数测量(LFM)电路，LFM电路中设有电压跟随电路和运算放大器。
5.由权利要求1所述的智能化电声测量装置，其特征是测量放大器电路中前置放大器为三运放电路。
专利摘要智能化电声测量装置,包括计算机及其接口电路、信号源、功放、测放电路组成,接口电路包括D/A、A/D电路和并口电路,由并口电路通过信号源电路、D/A转换电路连接功放电路的输入,功放电路构成信号输出电路,由信号输出电路连接电声测量对象,测量对象由传感器构成的响应测量电路再经过连接测量放大器电路、并通过A/D转换电路再连接至计算机。本实用新型测量功能覆盖强,操作方便,性能价格比好。
文档编号H04R29/00GK2496209SQ0121796
公开日2002年6月19日 申请日期2001年3月21日 优先权日2001年3月21日
发明者沈勇, 陈孝桢, 卢晶, 徐柏龄, 彭科, 余凯, 沈春华, 戴明扬 申请人:南京大学, 沈勇, 陈孝桢, 徐柏龄