专利名称：大功率工作时扬声器单元谐振频率温度漂移特性测定方法
技术领域：
本发明涉及对扬声器单元谐振频率的检测，用于评价及改善扬声器单元大功率工作时的性能；尤其是扬声器单元谐振频率温度漂移特性的模型公式、测定与预测。
背景技术：
<一>测量大功率工作条件下扬声器单元谐振频率的温度漂移特性的意义谐振频率是扬声器单元的基本参数，对扬声器单元的性能与效果起决定性作用。谐振频率由扬声器单元振动系统的等效力顺和等效振动质量决定，其中等效振动质量近似恒定，等效力顺则会随音圈位移、外界条件变化而变化。迄今为止，关于振动系统力顺的研究多限于力顺随音圈位移变化而变化的线性度。在考虑外界条件的影响时，力顺由定心支片和折环共同决定，通常认为这二者的弹性系数都受大气的温度和湿度影响，可在不同的环境条件下测定。在重放小信号、扬声器单元内部温度与环境温度相差很小的情况下，振动系统的力顺可认为等于环境温度下测定的值。但在很多实际应用场合，扬声器单元在相对较大的信号下长时间工作，这时扬声器单元内部温度升高，定心支片弹性系数减小，顺性增大，虽然折环由于离热源音圈较远顺性变化较小，但振动系统的力顺已发生显著变化，从而导致单元的谐振频率发生较大偏移。因此测量大功率工作条件下扬声器单元谐振频率的温度漂移特性就很有必要，可用于评价及改善扬声器单元大功率工作时的性能。
现有的常规电声测量方法和仪器均未考虑也不具有测量扬声器单元大功率工作条件下谐振频率的温度漂移特性的功能。
<二>现有技术或方法有关扬声器单元定心支片力顺的研究，已经开展的工作主要有A)Steven Hutt.”Loudspeaker Spider Linearity”(扬声器定心支片的线性，第108次[国际]音频工程学会大会，The 108th Convention ofthe Audio Engineering Society，Paris，2000.Preprint 5159)比较了几种不同几何结构和不同材质的定心支片，提出采用渐变的起伏波纹提高定心支片力顺的线性。
B)Hiroshi Watanebe.”Improvement of Suspension Linearity in Loudspeakers byMeans of Biased Suspension”(利用偏置式结构提高扬声器悬挂系统的线性，第79次[国际]音频工程学会大会，The 79th Convention ofthe Audio Engineering Society，New York，1985.Preprint 2283)提出了在扬声器单元中采用双定心支片斜装结构，可以增加定心支片力顺的线性，减小二次、三次谐波失真。
这些工作都仅限于研究如何改善定心支片的力顺随音圈位移变化的线性度，并未考虑到大功率工作条件下定心支片由于附近空气温度升高而产生力顺变化。
C)Steven Hutt.“Ambient Temperature Influences on OEM Automotive Loudspeakers”(环境温度对OEM汽车扬声器的影响，第112次[国际]音频工程学会大会，The112th Convention of the Audio Engineering Society，Munich，2002.Preprint 5507)利用Klippel失真分析仪和恒温箱测量了环境温度对汽车扬声器单元参数的影响，比较了不同环境温度下测得的单元参数，主要是单元的谐振频率和振动系统的弹性系数(即力顺的倒数)。
该论文考虑的是扬声器所处环境的温度对扬声器单元性能的影响，并未考虑到大功率工作条件下定心支片附近空气的温度升高对单元性能产生的改变。
D)Wolfgang Klippel.“Dynamical Measurement of Loudspeaker Suspension Parts(扬声器单元部件的动态测量方法，第117次[国际]音频工程学会大会The 117thConvention of the Audio Engineering Society，San Francisco，2004.Preprint 6179)提出了一种专用的装置来测量扬声器单元纸盆、定心支片和折环的力顺；指出通常测得的力顺只是一个有效平均值，小信号时近似恒定，大信号时的定心支片力顺值随音圈位移的变化而产生非线性变化，此时的谐振频率也相应发生改变。
该论文已经注意到振动系统弹性系数曲线会随电压增大或单元工作时间变长而产生“不规则的变化”(Irregular Variations)，但仅给出猜测性解释，认为是由于材料伸缩变形以及老化等原因造成的。本发明的内容可对上述现象作出定性定量的解释，并由此推算出单元谐振频率的变化。
发明内容
本发明的目的在于根据大功率工作条件下扬声器单元谐振频率的温度漂移公式，利用常规的测温设备和电声测量仪器测定大功率工作条件下谐振频率的温度漂移特性，并据此预测音圈温度和定心支片表面温度变化时的谐振频率漂移。
本发明方法基于下述机理已知扬声器单元的振动系统弹性系数由定心支片与折环共同贡献，大功率条件下定心支片表面温度将随附近空气温度升高而升高，导致定心支片变软，顺性增大，弹性系数下降，因此振动系统的弹性系数温度漂移公式为kms＝ksp+ksu＝ksp0+αspΔTs+ksu＝(ksp0+ksu)+αspΔTs＝kms0+αspΔTs据此，单元谐振频率随定心支片表面温度变化的公式为fs=12πMmsCms=kms2πMms=kms0+aspΔTs2πMms=fs01+βspΔTs]]>本发明的目的是这样实现的测定扬声器单元大功率工作条件下谐振频率的温度漂移特性的方法，根据扬声器单元谐振频率的温度漂移公式，用常规的测温仪器检测定心支片表面温度和用电声频率和功率测量仪器测定谐振频率随定心支片表面和音圈温度变化的温度漂移特性，获得谐振频率随音圈温度变化的温度漂移特性，进而可预测不同音圈温度和定心支片表面温度下的谐振频率。
所依据的扬声器单元谐振频率随上述定心支片表面温度变化的温度漂移公式fs=fs01+βspΔTs]]>用常规的测温设备和电声测量仪器测量、拟合计算出谐振频率随定心支片表面温度和音圈温度变化的温度漂移系数。
并利用测量、计算后得出的温度漂移系数和在环境温度下重放小信号时测得的谐振频率计算预测不同定心支片表面温度和音圈温度下的扬声器单元谐振频率。
利用红外测温仪和常规的电声测量仪器测量一组ΔTs～fs数据，拟合计算即可得出单元谐振频率随定心支片表面温度变化的温度漂移系数βsp。
建立扬声器单元内部热耗散通路的集总参数类比电路如图1，将定心支片及其附近空气看作等温，于是单元内部达到热平衡时定心支片表面温度与音圈温度的比值仅与音圈振幅和速度有关ΔTsΔTc=Rts(x)Rts(x)+Rtc(v)=Rts1(x)||Rts2Rts1(x)||Rts2+Rtc1(v)||Rtc2=λsc(x,v)]]>对于大小固定、频谱成分固定的重放信号，λsc(x，v)是常数，利用直流附加电路和红外测温仪测量一组ΔTc～ΔTs数据，拟合计算即可得出λsc(x，v)。
进而可推导出单元谐振频率随音圈温度变化的公式、即本发明所依据的扬声器单元谐振频率随音圈温度变化的温度漂移公式
fs=fs01+βspλsc(x,v)ΔTc]]>于是根据以上的两个扬声器单元谐振频率fs的温度漂移公式和已知的fs0，βsp，λsc(x，v)，即可预测不同的音圈温度和定心支片表面温度下的谐振频率。
本发明的特点是根据扬声器单元谐振频率的温度漂移公式，用常规的测温设备和电声测量仪器测定谐振频率随定心支片表面温度变化的温度漂移特性，计算出谐振频率随音圈温度变化的温度漂移特性，进而可预测单元内部不同工作温度(音圈温度和定心支片表面温度)下谐振频率的变化情况，方便快捷。能计算预测不同音圈温度和定心支片表面温度下的谐振频率。对扬声器的设计制造和质量控制及大功率的工作状况和条件控制均极有意义。
本发明提出了扬声器单元工作于大功率条件下时谐振频率的温度漂移现象及其模型公式，给出了利用常规的测温设备和电声测量仪器测定并预测谐振频率随音圈温度和定心支片表面温度变化规律的方法。
四
图1本发明为推算定心支片表面温度与音圈温度的关系式而建立的扬声器单元内部热耗散通路的集总参数类比电路。图中Pre为音圈的热功率，Ped为涡流热效应所对应的热功率，Rtv，Rtm分别为音圈到磁体和磁体到周围空气的总热阻，Ctv，Ctm，Cts分别为音圈、磁体和定心支片的总热容，ΔTc，ΔTm，ΔTs分别为音圈、磁体和定心支片变化的温度，Ta为环境温度，Rtc1(v)，Rtc2分别是音圈到定心支片的强迫对流散热和传导、辐射散热所对应的热阻，Rts1(x)，Rts2分别是定心支片到周围空气的强迫对流散热和传导、辐射散热所对应的热阻；图2用本发明方法拟合的扬声器单元谐振频率随定心支片表面温度的变化曲线ΔTs～fs及实测数据(a)全频带扬声器单元a；(b)低音扬声器单元b；图3用本发明方法拟合的扬声器单元定心支片表面温度与音圈温度的关系曲线ΔTc～ΔTs及实测数据(a)全频带扬声器单元a；(b)低音扬声器单元b；图4直流附加电路图，用于与红外测温仪一道测量单元a、b的ΔTc～ΔTs数据五具体实施方式
本发明的具体实施例用本发明实际测量了两只不同尺寸的扬声器单元大功率条件下时谐振频率的温度漂移特性，单元a为长方形全频带扬声器(14cm×4cm)，单元b为直径16cm的低音扬声器。
首先利用常规的电声测量仪器测得单元a、b在环境温度下重放小信号时的谐振频率fs0，见表1。
再利用红外测温仪和常规的电声测量仪器测量单元a、b的ΔTs～fs数据，拟合计算即可得出单元a、b的谐振频率随定心支片表面温度变化的温度漂移系数βsp，见表1。实测ΔTs～fs数据和拟合曲线如图2所示。
再利用直流附加电路和红外测温仪测量单元a、b的ΔTc～ΔTs数据，拟合计算即可得出单元a、b在此重放信号下的定心支片表面温度与音圈温度的比例系数λsc(x，v)，见表1。实测ΔTc～ΔTs数据和拟合曲线如图3所示。
图4所示对于大小固定、频谱成分固定的重放信号，λsc(x，v)是常数，利用直流附加电路和红外测温仪测量一组ΔTc～ΔTs数据，拟合计算即可得出λsc(x，v)。
表1大功率条件下扬声器单元谐振频率温度漂移特性的相关参数
于是可预测扬声器单元大功率工作条件下谐振频率随定心支片表面温度变化的漂移特性单元afs=189.21-0.0022ΔTs]]>单元bfs=581-0.0061ΔTs]]>以及扬声器单元大功率工作条件下谐振频率随音圈温度变化的漂移特性单元afs=189.21-7.26×10-3ΔTc]]>单元bfs=581-6.77×10-3ΔTc]]>
权利要求
1.扬声器单元大功率工作时谐振频率温度漂移特性的测定方法，根据扬声器单元谐振频率的温度漂移公式，用常规的测温仪器检测定心支片表面温度和用电声频率和功率测量仪器测定谐振频率随定心支片表面和音圈温度变化的温度漂移特性，拟合计算出谐振频率随定心支片表面温度和音圈温度变化的温度漂移系数，获得谐振频率随音圈温度变化的温度漂移特性，进而可预测不同音圈温度和定心支片表面温度下的谐振频率，所依据的扬声器单元谐振频率随上述定心支片表面温度变化的温度漂移公式fs=fs01+βspΔTs,]]>利用红外测温仪和常规的电声测量仪器测量一组ΔTs～fs数据，拟合计算即可得出单元谐振频率随定心支片表面温度变化的温度漂移系数βsp；所依据的单元谐振频率随音圈温度变化的公式为fs=fs01+βspλsc(x,v)ΔTc,]]>对于大小固定、频谱成分固定的重放信号，λsc(x，v)是常数，利用直流附加电路和红外测温仪测量一组ΔTc～ΔTs数据，拟合计算即可得出λsc(x，v)。
2.如权利要求1所述的测定扬声器单元大功率工作条件下谐振频率的温度漂移特性的方法，利用测量、计算后得出的温度漂移系数和在环境温度下重放小信号时测得的谐振频率计算预测不同定心支片表面温度和音圈温度下的扬声器单元谐振频率。
全文摘要
大功率工作时扬声器单元谐振频率温度漂移特性测定方法，通过扬声器单元工作于大功率条件下时谐振频率的温度漂移公式，并通过用集总参数类比电路描述扬声器单元内部的热耗散通路，给出了单元中定心支片表面温度与音圈温度的关系公式，从而推导出谐振频率随音圈温度变化的公式；用常规的测温设备和电声测量仪器测定谐振频率随定心支片表面温度变化的温度漂移特性，计算出谐振频率随音圈温度变化的温度漂移特性，进而可预测不同音圈温度和定心支片表面温度下的谐振频率。涉及扬声器单元谐振频率温度漂移特性的模型公式、测定与预测。本发明测定扬声器单元谐振频率的温度漂移特性，并据此预测音圈温度和定心支片表面温度变化时的谐振频率漂移。
文档编号H04R29/00GK1767696SQ20051009451
公开日2006年5月3日 申请日期2005年9月23日 优先权日2005年9月23日
发明者沈勇, 邬宁, 徐小兵 申请人:南京大学