专利名称：电致发声装置的自适应发声方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及机动车辆喇叭，尤其无触点的电子喇叭的电子模块如何适应组装后的喇叭机 械特性及随着时间的推移自身状态和环境的变化仍能高效发声，符合性能、寿命指标。
背景技术：
传统的触点式汽车喇叭，主要因为其触点的寿命比较短，很多都用电子稳频的方式控制 触点的通断，稳频的方法很多，如基于RC振荡、晶体、陶瓷及用集成电路、单片机等，无论 其采用那种方法，虽然解决了触点寿命的问题，但仍有以下几个问题难以解决
1、 生产制造过程复杂。
需要逐个喇叭匹配频率参数，即找到声级最高的频率点，再焊接相应参数的器件或在单片 机等可编程器件中写入相应的参数。因为喇叭本身机械制造工艺的关系，喇叭整体自振频率 分布在一定的范围内，使电路的稳频频率与机械自振频率不同，从而影响其发声的声级。
2、 因为环境温度的影响及其他短时或长期的机械作用影响，使自振频率发生了偏移，从而导 致频率不匹配，声级变化，目前无法解决。
3、 电子电路本身决定控制频率的器件的参数受到温度等影响，从而导致频率不匹配，声级变 化，目前靠提高器件稳定性来解决，成本高。
4、 因为长期违背自然特性使用，使膜片寿命降低。
5 、以上的问题其实也同样存在于另 一个控制参数——通电率上。
发明内容
本发明正是为了解决上述这些问题。
先看一下喇叭结构示意图，图1是一般的采用电子模块控制的喇叭的结构图。图2是本 发明用到的传感部分的结构示意。图中人为定义了膜片动铁心组合的运动方向即6上升方向 和7下降方向，它包括一般电子喇叭的内部构成，2动铁心与5动铁心台阶与1膜片铆接在 一起，1膜片外围被固定在12外壳上，3线圈及其骨架与4静铁心固定在12外壳底部。
一、 测控方法。
喇叭鸣叫工作时，是以"线图通电周期+线圏断电周期'，的不断循环驱动膜片运动发出 声音，此每秒循环的次数即频率，通电周期占"通电周期+断电周期"的比例即通电率。以 线圈通电时的电流变化波形为一个波，接近刚通电时刻的称为波头，接近将断电时刻的称为 波尾。
1、 电流波形特征搜索法。 a)基本依据
平衡波是电流最小，效率最高的标志，电流陡升频率点(未陡升时)是声级最大的标 志。根据电流波形特征与最大声级频率点的关系，确定最大声级频率点。通电时的电 流波形在逐渐接近并低于最大声级频率点时波尾高，在最大声级频率点波形首尾平衡 (我称之为平衡波)，在高于该频率点时波头高。该波形特征在以一定频率鸣叫的开 始若干个周期内并不显现，在工作电压低时特征显现需更多个工作周期，且随着电压 的降低在一定通电率下波形特征可能会有所变化，如没有标准的平衡波，或平衡波的 频率范围很窄，比较容易看到的是波最高峰在波头或在波尾的变化，这头尾中间的变 化点即对应着最大声级频率点。在低电压波形特征不明显时，加大通电率，增加频率 变化等可使特征显现。低电压时实际有2个变化点，一个时靠近通电周期开始处的上 升段，经历由普通变緩再变陡的过程，另一个是近结束处，经历由普通变陡的过程，用 微分可以找到变化点，前一个变化点的再变陡的点对应最大声级点。
b) 对应关系在一定频率鸣叫下，电流上表现有最小电流点和电流陡升点，前者对 应平衡波，后者对应尾峰消失点，前者频率比后者低，有时两者会是合一的，最 佳频率点即在此2点之间，电流陡升点对应声级陵落点，其前面尚未陵升处即最 大声级点。取平衡波点更利于嘲叭的寿命，稳定性好；取尾峰消失点，声级最大， 两者声级相差很小。
c) 硬件电流取样经过放大处理后，可以如图5所示，直接接入A/D,用软件进行 处理，也可以如图3、图4等先由硬件处理，这样实时性务纤些。
d) 步骤
i. 检测工作电压，确定后面采用的通电率，也可对频率范围做调整，电压低则 最大声级频率点也会低一点，例如可能11. 4V比13V低约2Hz， 9V又低约4Hz。
ii. 从某一频率开始，变化频率，扫过该喇叭可能的最大声级频率段，边扫边检 测波形的前峰和后峰，例如，从高频往低频扫，仅用AD判断的话，在刚巧出 现尾峰高于头峰时，即停止扫描；在只能看到单个峰时，也可以判断峰在头 变为在尾之时；或微分判断波前部由緩再变陵之时。加大频率间隔可以缩短 扫描过程，例如以2Hz为变化步长。
iii. 上一步骤进行时，也可以由本周期测得的特征数据计算决定下一个扫频测试 周期的频率，例如，本周期测得的前峰很大，后峰很小，则可以加大降频的 幅度。
iv. 由上一步骤，经过运算校正(根据事先的实验数据)，可以粗略地确定最大声 级频率点，例如以头、尾峰的差值，对频率做更细的调整，直接用此频率开 始正式鸣叫。但我们还可以进行更准确的测定。
v. 进一步的测定
1.频率回溯再测。例如原来是降频扫描的，则再以更小的步长升频扫描到前 一个频率点，或跳选中点频率。这样可以细化频率点，例如到0. 5Hz精度。
2.鸣叫若干周期后看平衡波，如前峰高则调低频率，后峰高则调高频率。直 至出现平衡波，或前述的最大声级点特征。如此可反复多次。
vi. 以上述确定的频率和工作电压确定的通电率或固定通电率开始正式鸣叫。
vii. 在鸣叫中，还可以选择实时调整，例如用"iv. 2"方法。
2、 电流波形特征的直接反馈趋近法.
此方法可以用软件或硬件为主实现，根据"电流波形特征软件法"所述的髙于最 大声级频率点和低于时的前、后峰特点，直接反馈调整频率，例如以前、后峰之差或 最高峰相位的移动或前述的其他可量化特征来反馈调整频率，纯电路实现则可以时基 电路等，用单片机或专用集成电路都可。差的越大反馈量也越大，这样才能快速到位。
3、 波头波尾差值鉴别法
在出现波头、波尾峰时，可以简单地4艮据波头、波尾峰值差来鉴别最大声级频率 点，波尾峰最小的波是声级最大的。但在峰不现时，则波头能量越大，声级越大。通 过实测的电流波形数据统计分析及试验(可以通过A/D转化测得数据)可以找到这样 一个波头波尾的分界线，这个分界线前面的电流之和(可以是A/D采样值之和，正值 之和或平方和等，也可以是电路积分)减去后面电流之和为最大时正好基本对应最大 声级点，如此，则频率偏大还是偏小，看差值大小，小则频率偏高，其阀值与电压也 有关，可以通过各个电压下的实验来确定。电压低时前峰可能不现，但"和"的规律 仍存在，阀值点也可通过起始工作时扫描频率来获知。
此方法，既可用于前面"1、"的搜索法依据，也可用于"2、"的直接反馈趋近法 的依据。
4 、 以上方法也可以与余振法等结^^吏用。 二、传感的装置和方法。
1、 电流取样
a) 喇叭线圏工作电流变化影响所及的回路上用电阻取样。如喇叭线團连接正电源的 回路上串接；或喇叭线圏连接功率管的回路上，功率管与地之间；或总回路串接
(通电时喇叭线團以外的电流很d 、，可以忽略)。
b) 或用类似感应线图等感应与喇叭线图电流一起变化的磁场。感应线圏不局限于图 示位置。
2、 直接电源电压取洋式
从喇叭电源的入端取样电源电压的变化，它一般反映了喇叭电流的变化，当然，在其电源 引入端或取样端要加瞬态抑制二极管，引入后宜去除其直流分量，视信号大小可选择放大， 根据波形的变化(如经微分电路，或积分电路后)再行判定其对应膜片振动底端的特征点。 应针对电源电压可能出现的变化范围设置防护措施，如加瞬态抑制二极管。此方法需要电源 到喇叭的线路电阻比较稳定，如果变化很大则不适用。
三、信号处理和鉴出。
除采用一般的放大、滤波等电路进行传感信号的处理以外，本发明还有以下特点。 微分电路鉴出峰值点的方法
在峰值点微分值会经历+ 0 -(表示从正值到零到负值，下同。)或-0 +的变化，2次从0 点到0点同样序列(如+ 0-到+ 0-,或-0 +到-0+ )的变化间隔时间即一个变化周期，2 次不同序列从0到0 (如+0-到-0 + )的变化即半周。以此可以测出余振的频率，但当余 振波在一条斜线上时，需要作些矫正工作，如先低频滤波将基线变成直线或根据经验值和计 算作出校正。
微分电路的简易替代方法
微分电路部分除可以采用运放构成之外，还可以仅用电阻电容在比较器的输入端构成，其 方法为传感器放大出来的信号连接到电压比较器的输入端1,在输入端1和输入端2之间 连接1个电阻，输入端2连接到稳定电平(如地或电源正)。对于已经配置电压比较器的单片 机来说，这个方法是简捷廉价的。
如果同时配置A/D,如图5，微分电路+比较器电路也可以辅助软件找出峰值点，再由软件 采样其峰值大小即幅值，用于边工作边调整的方法。
图1是一般的采用电子模块控制的喇叭的结构图。图中人为定义了膜片动铁心组合的运 动方向即上升和下降方向。
图2是本发明用到的传感部分的结构示意。
图3微分电路部分除可以采用运放构成之外，还可以仅用电阻电容在比较器的输入端构 成，其方法为传感器放大出来的信号连接到电压比较器的输入端1,在输入端1和输入端2 之间连接1个电阻，输入端2连接到稳定电平(如地或电源正)。本发明其他用到微分电路的 部分也可以用这个方法代换。对于已经配置电压比较器的单片机来说，这个方法是简捷廉价的。
图4是用检测信号变化率。还可用于识别峰值，计算信号周期。
图5是在A/D转换后用软件检测控制。图6是不采用微处理器，而用组合逻辑电路实现。 上述硬件框3至图5中各个单元的作用如下。
取样传感放大单元将各式传感所得的信号，视其大小需要放大的予以放大。
比较器单元由取样单元1取得的信号与基准信号比较，输出逻辑电平，如和零电位比较, 大于零电位时输出高电平，小于零电位时输出低电平。
微处理器、振荡基准源单元因为每次鸣叫都是先测后控制，所以本身的基准源精度差点 问题不大，可以用单片机内部自带的振荡源。判断比较器单元输出电平的变化，或A/D值的 变化，计算最佳频率和或最佳通电率，并以此频率和或通电率的电平变化输出给驱动单元。
驱动单元将输入的电平变化，控制功率管的通断，从而控制喇叭线圏的通断电。
喇叭线圏单元如图1的3，其通断电吸合和放开动铁心，带动膜片发出声音。
微分电路单元将信号作微分后输出。如通常以运放电路为主实现的。
文中在一个例子或实现中涉及2个硬件电路框图的，主要是变化其输入部分，如增加不 同的输入部分，匸徵处理器和执行部分仍是一套。
具体实施例方式
例电流波形特征搜索法
用一定阻值的电阻丝串接在能反映线圏电流变化的回路中，如线图和正电压之间，或驱 动线圈的MOSFET与地之间，前者经过电容隔直后去放大器，放大器可以用运放组成，要求低 的也可用三极管。放大到适合A/D幅值，因为主要看波形上部的变化，故其下部可以削去， 增大其上部的分辨率，此比例视实验数据而定。如需采样电源电压来决定参数，则用分压电 阻，使达到最大工作电压时分出5v电压，也可额定电压时分出5v (这样的话，大于额定电 压的不去调整，会趋保守值)，要避免100多伏的电源干扰电压，此分压接到单片机的A/D输 入端，或用比较器来分段鉴别也可。控制端用单片机的I/O 口输出，通过9014开关管驱动 M0SFET控制线圏通断电。步骤在前面已经详细介绍。
电流的采样，也可以通过感应线圏对喇叭线圏的磁感应获得，也可利用其他磁感应获得。 虽然在例举的硬件电路框图中包含有微处理器，在实际应用中也可以是其他的可编程时 序器件，在时序要求比较简单的应用中也完全可以用数字、模拟混合的组合电路来实现。
传感部分的内容适合于任意反馈控制形式的实现。 本发明包含所有这些处于权利要求范围内的选择、修改、变化。
权利要求
1.一种电致发声装置的自适应发声方法和装置，其特征在于，每次上电后在正常鸣叫前有一个测试喇叭参数的过程或调整喇叭控制参数的鸣叫过程，此过程决定了该次鸣叫的部分或所有控制参数，以此控制喇叭鸣叫，其组成包括传感、信号处理、判断和控制驱动。
2. —种电致发声装置的自适应发声方法和装置，其特征在于，每次上电后鸣叫时以喇叭线 圏电流的特征为依据调整线圏的通断电频率，以此控制喇叭鸣叫，其组成包括传感、信 号处理、组合逻辑和驱动。
3. —种电致发声装置的自适应发声方法和装置，其特征在于，在鸣叫过程中调整控制参数， 以达到要求指标，其组成包括传感、信号处理、组合逻辑和驱动。
全文摘要
本发明涉及电致发声装置的自适应高效发声的各个方面，包括传感、信号处理、控制，及测试和控制方法。解决包括便捷生产、使用性能的稳定性、使用寿命等问题。
文档编号H04R29/00GK101102623SQ200610028608
公开日2008年1月9日 申请日期2006年7月3日 优先权日2006年7月3日
发明者刚 阮 申请人:刚 阮