一种扬声器功率试验系统及功率和低频参数的测试方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电声检测技术领域，涉及一种扬声器功率试验系统，本发明还涉及一 种扬声器功率和低频参数的测试方法。
【背景技术】
[0002] 对扬声器进行功率和低频参数实验，是电声企业在研发和生产扬声器产品的过程 中，必不可少的重要测试环节。特别是近年来随着扬声器的发展追求小型化、高功率，企业 对于扬声器功率实验的需求也日益迫切。根据国际和国家标准的规定，在进行扬声器、话筒 扬声器和头戴耳机等电声器件定型检验和例行检验时必须进行功率实验。而传统的扬声器 功率测试系统，是根据国家标准12060. 5-2011《扬声器主要性能测试方法》给出的测试方 法进行测量的，通过粉红噪声发生器、合适的计权网络、带限幅电路的功率放大器以及功放 和真有效值电压表等一整套的测量仪器对扬声器进行功率测试。然而，采用上述方法进行 实验，不仅需要设备多、造价高昂，而且对扬声器的损坏过程很难进行实时有效的监测。特 别是为了提高工作效率，通常需要对多只扬声器单元同时进行实验，即进行多通道试验。如 果按照传统测试方法进行多通道试验，系统将会十分复杂，不仅使得操作过程过于繁琐，而 且也容易出现问题，现有低频参数存在测量精度不精确，运算速度较慢，运算时间较长的缺 点。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于提供了一种扬声器功率试验系统，解决了现有技术中扬声器功 率测试仪器结构复杂的问题。
[0004] 本发明的另一目的是提供了一种扬声器功率和低频参数的测试方法，解决了现有 技术中扬声器功率测试方法操作复杂，低频参数的测量精度不精确的问题。
[0005] 本发明所采用的技术方案是，一种扬声器功率试验系统，包括计算机，计算机上连 接有若干个测试组，每个测试组包括待测扬声器、用于检测扬声器的功率测试仪和用于驱 动扬声器的功率放大器。
[0006] 本发明的特点还在于，
[0007] 计算机包括测试模块、音频信号模块和USB接口，功率测试仪包括电源模块，电源 模块与主控模块、信号分配及调理电路模块、标准信号源、采样模块分别连接，
[0008] 主控模块与状态指令模块、分配及调理电路模块、标准信号源、采样模块分别连 接，状态指令模块内设置有USB通信模块，USB通信模块与USB接口连接，
[0009] 分配及调理电路模块与功率放大器、采样模块分别连接，
[0010] 标准信号源与采样模块连接，
[0011] 采样模块与待测扬声器、音频信号模块分别连接，
[0012] 音频信号模块与分配及调理电路模块连接。
[0013] 测试模块内采用的CPU的型号为CeleronE1600,音频信号模块采用MAYA44音频 卡，主控模块采用Cortex-M3内核的STM32F103RV86T6芯片，信号分配及调理电路模块采用HCF4051BCM1芯片，采样模块采用MAX388芯片，电源模块采用文压芯片LM317T、状态指示模 块采用驱动芯片为DMOS，驱动芯片DMOS的功率驱动器6B595。
[0014] 本发明所采用的另一个技术方案是，一种扬声器功率和低频参数的测试方法，采 用一种扬声器功率试验系统，其特征在于，具体按以下步骤实施：
[0015] 步骤1，控制计算机上的音频信号模块输出信号；
[0016] 步骤2,将输出信号传递给功率测试仪；
[0017] 步骤3,计算机通过USB接口控制功率测试仪切换到内部校准信号对仪器进行校 准，校准成功后控制功率测试仪内部的信号分配及调理电路模块将音频信号模块输出的信 号分配至功率放大器；
[0018] 步骤4,功率放大器对信号放大后输出电压驱动待测扬声器开始工作；
[0019] 步骤5,信号分配及调理电路模块采集待测扬声器的工作电压和电流信号，并将工 作电压和电流信号回传到功率测试仪上；
[0020] 步骤6,工作电压和电流信号经过功率测试仪上的信号分配及调理电路模块进行 电平转换，电平转换后传回计算机内部音频信号模块，音频信号模块将接收到工作电压和 电流信号进行A/D转化为数字信号；
[0021 ] 步骤7,有功功率和无功功率的测试；
[0022] 通过测试模块将数字信号经过公式（1)、（2)转换成数据显示出来，得到待测扬声 器工作电压和电流瞬时值的结果，待测扬声器（2)工作电压和电流相乘得到有功功率值；
[0023] U(t) =u(t)+n (1)
[0024]I(t) =i(t)+n (2)
[0025] 公式（1)中，U(t)为转换后的电压瞬时值，u(t)为电压瞬时值的数字信号，n为转 换系数，η= 4243 ;
[0026] 公式⑵中，I⑴为转换后的电流瞬时值，i⑴为电流瞬时值的数字信号，η为转 换系数，η= 4243 ;
[0027] 步骤8,根据公式（3)计算无功功率Q;
[0028]
C3)
[0029] 公式⑶中，i⑴为电流瞬时值的数字信号，u'⑴为u(t)移相-90°后的电压 瞬时值的数字信号，u(t)为电压瞬时值的数字信号，T为u(t)和i(t)的信号周期；
[0030]低频参数测试：低频参数包括fs、Q"s、和Qts，fs为谐振频率，Q"s为机械品质因 数，QJ%电气品质因数，Qts为总品质因数，
[0031] 通过测试模块将数字信号采用拉格朗日插值算法，得到待测扬声器在不同频率点 的阻抗曲线，从而得到最大阻抗值Z_所对应的频率，最大阻抗值Z_所对应的频率为待测 扬声器的谐振频率fs;
[0032] 线性拉格朗日插值多项式的表达式为：
[0033]
(4)
[0034] 公式⑷中，A(Xi，f(χ》），B(x2,f(x2))为已知的任意两点A和B的坐标值；
[0035] 已知A(Xdf(xj)，B(x2,f(x2))，C(x3,f(x3))任意三点的坐标值，则得到二次拉格 朗曰插值多项式为，
[0036]
[0037] 由此类推，可得高次的拉格朗日多项式，其表达式为，
[0038]
[0039] 公式（6)中，η为数据点的个数，Ux)为
[0040]
J：~·^ **7
[0041] 取匕前、后的点进行插值运算，即η的个数，f3的前一个频率点fsi及后一个频率 点fs+1为边界，计算二者中间各频率点对应的阻抗值，最大阻抗值Z_所对应的频率为待测 扬声器的谐振频率fs;
[0042] f\、&分别为阻抗等于^时对应的下限和上限频率，r。用式⑶计算得到，
[0043]
(S)
[0044] 在公式⑶中，Ιζ为音圈直流电阻，采用万用表直接测量；
[0045] 机械品质因数(L的计算式为公式（9)，
[0046]
(9)
[0047]电气品质因数Qes计算式为公式（10)，
[0048]
(10)
[0049] 总品质因数Qts计算式为公式（11)，
[0050] (11)〇
[0051] 本发明的特点还在于，
[0052] 步骤1中输出信号为GB白噪声、GB粉红噪声、GB模拟节目信号、GB正弦波、IHF 标准信号、EIA标准信号、DIN标准信号、JIS标准信号、锯齿波、方波和三角波。
[0053] 步骤3具体为：功率测试仪内部信号分配及调理电路模块与音频信号模块的输入 端口的左右通道相连接，构成系统电压表和电流表，通过功率测试仪内部配置的正弦波发 生器来与音频信号模块发出的正弦波转化的电压值与电流值比较，得到电压表电流表灵敏 度，得到的电压表电流表灵敏度的值在正弦波发生器发出的值±0. 1内，则输出信号校准 成功，校准成功后通过功率测试仪内部的信号分配及调理电路模块将音频信号模块输出的 信号分配功率放大器。
[0054] 本发明的有益效果是：一种扬声器功率试验系统，扬声器测试仪器结构简单，需要 设备少、造价低。一种扬声器功率和低频参数的测试方法，扬声器功率测试方法操作简单， 低频参数测量精度精确，运算速度快，运算时间短。
【附图说明】
[0055] 图1是本发明一种扬声器功率试验系统的结构示