一种检测扬声器音圈振动位移的方法、装置及扬声器单体与流程

本发明涉及扬声器领域，更具体地，本发明涉及一种检测扬声器音圈振动位移的方法、装置及扬声器单体。

背景技术：

移动互联时代，消费类电子产品越来越受青睐，大量的智能设备出现在人们的日常生活里。扬声器作为一种发声器件，被广泛应用于消费电子产品中。目前常见的扬声器主要有动圈式扬声器、电磁式扬声器、电容式扬声器、压电式扬声器等，动圈式扬声器因其具有制作相对简单、成本低廉、有较好的低频发声优势等特点，而得以广泛应用。但在设备轻薄化、大功率化的趋势下，功放输出给扬声器的功率越来越高，扬声器振动位移也变得更大，对振幅控制准确与否从很大程度上决定了扬声器的失真、听感和使用寿命。找到合适的方法监控扬声器的位移成为亟需解决的问题。

现有的功放技术通过预先测试得到的位移模型，根据音乐信号预测扬声器振动位移幅度，使用正反馈(前馈)的方法对扬声器进行位移监控。该技术存在以下缺点：

a)位移模型仅根据少量样品建模取得，实际上每只产品的模型存在差异。

b)产品在使用过程中可能发生性能变化，该技术对产品参数变化的追踪，仅依靠V-I Sense得到的阻抗数据，不够准确。

c)位移是预测数据，与实际并不完全一致，如果位移模型与实际不符则会加大预测误差。

d)因为位移保护存在误差，往往实际使用时需要加大位移保护余量，从而限制了扬声器输出功率和性能的发挥。

现有的扬声器保护方案是在扬声器球顶部上添加一层驻极体层，与金 属外壳上盖构成平行板电容器，通过监测该电容的容值，从而计算得到振膜振动位移变化。但是该方案存在以下缺点：

包含驻极体层的球顶部加工工艺复杂，不易实现；

从驻极体层引线实现工艺复杂，生产成本高；

驻极体层引线导致球顶部振动不平衡，产生偏振和额外失真。

技术实现要素：

本发明的一个目的是提供一种准确检测扬声器位移的新技术方案。

根据本发明的第一方面，提供了一种检测扬声器音圈振动位移的方法，包括：

检测所述音圈在平衡位置时、所述音圈与所述扬声器的磁路系统之间构成的电容器的容值，作为第一容值；

检测所述音圈振动到另一位置时所述电容器的容值，作为第二容值；

检测所述音圈在所述另一位置和所述平衡位置时正对所述磁路系统的高度差；

检测所述音圈振动到当前位置时所述电容器的容值，作为当前容值；

根据所述第一容值、所述第二容值、所述高度差和所述当前容值，计算得到所述音圈的当前振动位移。

可选的是，所述检测所述音圈在所述另一位置和所述平衡位置时正对所述磁路系统的高度差具体为：

检测所述音圈在所述初始位置时正对所述磁路系统的高度得到第一高度；

检测所述音圈在所述另一位置时正对所述磁路系统的高度得到第二高度；

计算所述第二高度和所述第一高度的差值作为所述高度差。

可选的是，所述方法还包括：

将所述振动位移与所述扬声器的位移模型中对应当前频率的参考位移进行比较，如果所述振动位移与所述参考位移之间的差值超过设定值，则将对应所述当前容值的参考位移替换为所述振动位移。

根据本发明的第二方面，提供了一种检测扬声器音圈振动位移的装置，包括：

第一检测模块，用于检测所述音圈在平衡位置时、所述音圈与所述扬声器的磁路系统之间构成的电容器的容值，作为第一容值；检测所述音圈振动到另一位置时所述电容器的容值，作为第二容值；

高度检测模块，用于检测所述音圈在所述另一位置和所述平衡位置时正对所述磁路系统的高度差；

第二检测模块，用于检测所述音圈振动到当前位置时所述电容器的容值，作为当前容值；以及，

计算模块，用于根据所述第一容值、所述第二容值、所述高度差和所述当前容值，计算得到所述音圈的当前振动位移。

可选的是，所述高度检测模块包括：

第一高度检测单元，用于检测所述音圈在所述初始位置时正对所述磁路系统的高度得到第一高度；

第二高度检测单元，用于检测所述音圈在所述第二位置时正对所述磁路系统的高度得到第二高度；

高度差计算单元，用于计算所述第二高度和所述第一高度的差值作为所述高度差。

可选的是，所述装置还包括：

比较模块，用于将所述振动位移与所述扬声器的位移模型中对应当前频率的参考位移进行比较；

替换模块，用于如果所述振动位移与所述参考位移之间的差值超过设定值，则将对应所述当前容值的参考位移替换为所述振动位移。

根据本发明的第三方面，提供了一种扬声器单体，包括前述检测扬声器音圈位移的装置。

根据本发明的第四方面，提供了一种扬声器单体，包括与所述扬声器单体的音圈连接的第一连接线、与所述扬声器单体的磁路系统连接的第二连接线、电容检测电路和位移计算电路，所述电容检测电路被设置为检测所述第一连接线和所述第二连接线之间的容值，所述位移计算电路被设置 为通过所述电容值计算所述扬声器单体音圈的振动位移。

可选的是，所述磁路系统包括盆架、磁铁和华司中至少一种。

可选的是，所述扬声器单体为动圈式扬声器。

本发明的发明人发现，在现有技术中，存在加工工艺复杂、不易实现、生成成本高、易产生偏振和额外失真的问题。本发明的实施例中，通过实时检测音圈和磁路系统之间形成的电容器的容值，监测音圈的振动位移，这样，易于实现，且可规避振动不平衡造成的偏振和失真。因此，本发明所要实现的技术任务或者所要解决的技术问题是本领域技术人员从未想到的或者没有预期到的，故本发明是一种新的技术方案。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。

图1为现有扬声器的剖面结构示意图；

图2为根据本发明一种检测扬声器音圈振动位移的方法的一种实施方式的流程图；

图3为根据本发明一种检测扬声器音圈振动位移的装置的一种实施结构的方框原理图；

图4为根据本发明一种检测扬声器音圈振动位移的装置的另一种实施结构的方框原理图；

图5为根据本发明一种扬声器单体的一种实施方式的剖面结构示意图。

附图标记说明：

1-音圈； 2-盆架；

3-磁铁； 4-华司；

5-第一连接线； 6-第二连接线；

U1-电容测试电路； U2-位移计算电路。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

为了解决现有技术中存在的监测音圈位移的扬声器加工工艺复杂、不易实现、生成成本高、易产生偏振和额外失真的问题，本发明提供了一种检测扬声器音圈振动位移的方法、装置及扬声器单体。

本发明检测扬声器音圈振动位移的方法及装置可以但不局限于应用于动圈式扬声器，如图1所示，动圈式扬声器包括带动振膜振动的音圈1和磁路系统，其中磁路系统包括盆架2、磁铁3和华司4，而扬声器振膜和音圈1的振幅控制准确与否从很大程度上决定了扬声器的失真、听感和使用寿命。

图2为根据本发明一种检测扬声器音圈振动位移的方法的一种实施方式的流程图。

如图2所示，包括如下步骤：

步骤S201，音圈在平衡位置时，检测该音圈与磁路系统之间构成的平行板电容器的容值，作为第一容值。其中，本发明中的磁路系统为盆架2、磁铁3和华司4中的至少一种。下面以音圈1作为电容器的第一极板、盆架2作为平行板电容器的第二极板为例对本发明的方法进行说明。

具体的，平衡位置为音圈1没有发生振动时的位置，即扬声器没有播放声音时音圈1所处的位置。

步骤S202，检测音圈振动至另一位置时上述电容器的容值，作为第二容值。

当扬声器播放声音时，音圈1将会在磁路系统中产生振动，第一极板与第二极板之间的正对面积发生变化，从而改变平板电容器的容值。当音圈1振动至除平衡位置至外的任意位置时，检测上述平行板电容器的容值作为第二容值。

步骤S203，检测音圈在上述另一位置和平衡位置时正对磁路系统的高度差。

具体的，可以是通过激光测位移设备检测音圈在初始位置时正对第二极板的高度得到第一高度；检测音圈在另一位置时正对第二极板的高度得到第二高度；计算第二高度和第一高度的差值作为高度差。

步骤S204，检测音圈振动至当前位置时平行板电容器的容值，作为当前容值。

为了能够实时监测音圈的振动位移，需实时监测音圈与上述磁路系统之间构成的平行板电容器的容值。音圈振动至当前位置时平行板电容器的容值作为当前容值。

步骤S205，根据第一容值、第二容值、高度差和当前容值，计算得到音圈的当前振动位移。

具体的，由于当前容值C_t的计算公式为：

Δh＝h₂-h₁ 公式(4)

其中，C₁为第一容值，C₂为第二容值，ε为介质介电常数，d为两个极板的等效间距，l为平行板电容器两个极板正对面的固定长度边边长(大约为音圈的周长)，h_t为平行板电容器两个极板(磁路系统)的当前正对 高度，h₁为音圈在平衡位置时两个极板的正对高度，h₂为音圈在上述另一位置时两个极板的正对高度，Δh为高度差，x_t为音圈的当前振动位移。

因此，通过上述公式(1)至公式(4)可以推导出：

$x_t=\frac{C_1-C_t}{C_2-C_1}\mathrm{\Δ}h$

这样，就可以根据第一容值、第二容值、高度差和当前容值，计算得到实时的音圈振动位移。

在本发明的另一个实施例中，还可以是预先通过模型校准得到表征容值与位移之间一一对应关系的对照表，在扬声器的使用过程中，检测到电容器的当前容值后，查找对照表，确定扬声器音圈的当前位移。

在工作于大功率、低频条件下的音圈将会产生过大的位移，而过大的位移会导致失真急剧升高，甚至出现明显的音圈与磁路系统的擦碰问题，这些都会造成产品系统的机械损伤。使用正反馈(前馈)的方法对扬声器进行位移监控，即预先测试得到表征电压、频率和位移关系的位移模型，根据位移模型和音乐信号预测扬声器振动位移幅度，如果预测的扬声器振动位移超过阈值，则降低扬声器的输出，以保护扬声器、避免其损坏。

但是，由于扬声器在使用的过程中，可能会由于老化、温度、材料特性、进水等原因将导致位移模型与实际不符则会加大预测误差，如果位移保护存在误差，往往实际使用时需要加大位移保护余量，这样，就限制了扬声器输出功率和性能的发挥，因此，需要实时监测扬声器音圈的位移变化，反馈到位移模型中。

在本发明的一个具体实施例中，本发明一种检测扬声器音圈振动位移的方法还包括：将振动位移与扬声器的位移模型中对应当前频率的参考位移进行比较，如果振动位移与参考位移之间的差值超过设定值，则将对应当前容值的参考位移替换为振动位移，即将x_t反馈到位移模型中，这样，即可实现对位移模型的负反馈，从而得到更加精确的位移模型，使得功放对扬声器的保护更加准确，提升扬声器的输出能力。

此时实际测得的位移可对功放算法里的位移模型形成反馈，相比仅使用前馈的位移预测更加准确，更有能力保护扬声器，进而减少扬声器的保护余量，提升扬声器的输出功率。因为反馈信息更加接近于真实位移，所 以对扬声器一致性和长时间工作造成的性能参数追踪更加精确。

本发明方法还可以是监控音圈的实际位移是否超出预设的安全阈值，如果超出就降低扬声器的输入功率。也可以监控该电容的变化数值是否超出预设的安全阈值，如果超出就降低扬声器的输入功率。也可以监控与该电容相连的电路的电流变化是否超出预设的安全阈值，如果超出就降低扬声器的输入功率。

本发明还提供了一种检测扬声器音圈振动位移的装置，图3示出了该装置的一种实施结构的方框原理图。

根据图3所示，该装置300包括第一检测模块301、高度检测模块302、第二检测模块303和计算模块304。

上述第一检测模块301用于检测音圈在平衡位置时与扬声器的磁路系统之间构成的电容器的容值，作为第一容值；检测音圈振动到另一位置时电容器的容值，作为第二容值。

上述高度检测模块302用于检测音圈在另一位置和平衡位置时正对磁路系统的高度差。

上述第二检测模块303用于检测音圈振动到当前位置时电容器的容值，作为当前容值。

上述计算模块304用于根据第一容值、第二容值、高度差和当前容值，计算得到音圈的振动位移。

图4为根据本发明一种用于检测扬声器音圈振动位移的装置的另一种实施结构的方框原理图。

如图4所示，在本发明的一个具体实施例中，该高度检测模块302包括第一高度检测单元401、第二高度检测单元402和高度差计算单元403，第一高度检测单元401用于检测音圈在初始位置时正对磁路系统的高度得到第一高度；第二高度检测单元402用于检测音圈在第二位置时正对磁路系统的高度得到第二高度；高度差计算单元403用于计算第二高度和第一高度的差值作为高度差。

进一步地，本发明装置还包括比较模块305和替换模块306，比较模块305用于将振动位移与扬声器的位移模型中对应当前频率的参考位移进 行比较；替换模块306用于如果振动位移与参考位移之间的差值超过设定值，则将对应当前容值的参考位移替换为振动位移。

本发明还提供了一种扬声器单体，在一方面，该扬声器单体包括上述检测扬声器音圈位移的装置。

在另一方面，图5为本发明扬声器单体的一种实施方式的结构剖面图，根据图5所示，该扬声器单体包括与扬声器单体的音圈连接的第一连接线5、与扬声器单体的磁路系统连接的第二连接线6、电容检测电路U1和位移计算电路U2，电容检测电路U1被设置为检测第一连接线5和第二连接线6之间的容值，位移计算电路U2被设置为通过电容值计算扬声器单体音圈1的振动位移。

音圈1与磁路系统之间构成了平行板电容器，其中，磁路系统包括盆架2、磁铁3和华司4，在本发明的实施例中，磁路系统为盆架2、磁铁3和华司4中的至少一种，因此，第二连接线例如可以是连接在盆架2上，也可以是连接在磁铁3上。

这样，就不需要在球顶部添加额外驻极体层来监测音圈位移，易于实现，且不需要在球顶部上引线，易于生产，从而可规避引线造成的振动不平衡造成的偏振和失真。

进一步地，电容检测电路U1可以是使用远高于音频段的信号作为激励源，通过测量电容的充放电时间来检测电容器的容值，也可以是通过测量高频信号经过电容器后的衰减值来计算该电容器的容值。

在此基础上，电容检测电路U1和位移计算电路U2可以是通过智能功放控制单元，监控音圈的实时位移，并在需要时减小扬声器的输入功率，保护扬声器不会过于失真或者受到物理损伤。

为了便于验证，在本发明的一个具体实施例中，采用的扬声器单体为动圈式扬声器，该方法同样适用于其他包含音圈1和磁路系统的扬声器。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分相互参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，尤其，对于装置实施例部分而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可，而 且各个实施例可以根据需要单独使用或者相互结合使用。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的模块或单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块或单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解。