专利名称：用模拟同步信号快速检测发声体参数的方法及检测系统的制作方法
技术领域：
本发明提出一种用模拟同步信号快速检测发声体参数的方法及检测系统，特别涉及发声 体的连接检测，不确定时延情况下的响应信号的提取，发声体频响曲线、阻抗曲线、扬声器 极性和测量距离等参数的检测。
背景技术：
一、 发声体的连接检测
在扬声器、受话器生产中需要对产品的质量进行一次或多次的检査。其中参数检查是衡 量扬声器产品质量的重要因素。用于参数检测的仪器通过一个夹具将测试信号送入被测发声 体。连接夹具的步骤往往需要工人手工操作完成。尤其是在生产微型扬声器、受话器时，工 人需要手工去除扬声器的保护盖(用于在生产过程中保护振膜)后进行生产工艺检査和参数 测试。手工连接测试仪夹具常会发生被测发声体与夹具接触不良的情况.导致测试结果异常 或不正确，工人需要再测量一次以确认问题的原因。
现有仪器采用两种方式避免被测发声体与夹具接触不良。 一种方式是循环地发送测试信 号，实时地显示测试结果。由于实时性要求较强，测试信号的长度和运算的复杂度受到了限 制，，导致测试精度也受到了限制。另外，甶于循环地发射测试信号，功放一直处于正常工作 状态，功耗较大，若测试夹不慎断路则很容易烧坏功放。另一种方式是通过工人3^下开关即 开始发送测试信号。由于工人需要手持被测发声体，只能用脚踩脚踏开关启动测试。工人每 天需要踩脚踏开关数万次，容易疲劳。此外，工人需要经过培训学习才能达到一定熟练程度。
二、 不确定时延情况下的响应信号提取方法
基于计算机的扬声器、受话器检测仪器常使用采集卡或专业声卡将被测发声体的响应模 数转换，进行数字信号处理得到测试结果。采集卡的时延是确定的，因此响应信号的相位可 以确定，然而釆集卡的价格很高，需要采用专用的软件平台完成信号处理。声卡的不确定因 素较多，声卡、操作系统及测试软件的缓冲区大小不同和操作系统的驱动的差异会使采集到 的时延有^^多不确定性，采集到信号的时延不确定性可能导致算法受到限制或测试结果不准 确。
三、 发声体参数测量方法
目前许多电声测试仪器采用的激励信号是歩进正弦频率信号。歩进正弦频率信号测量法 通过发射固定频率点的正弦测试信号并记录响应的幅度，通过描点得到频响和阻抗。该方法 测试的吋域解析度较低，而且测试100Hz以下频率所需的时间较长，不适合在生产线使用。
目前，扬声器的极性测试有国家标准GB/T 9396-1996。该标准采用直流测试，若所加电 压引起膜片向扬声器前方运行时，与电压JE极相连接的输入端为扬声器正极。由于所加信号 为直流，很容易导致音圈的温度升髙而烧坏被测发声体。此外，对于微型扬声器、受话器和
压电扬声器，由于位移很小，极性判断十分困难。
ZL99120264.3提出了一种扬声器极性判定电路。该电路对两个扬声器输出同相或反相信 号后，根据两个扬声器的声音叠加结果给出极性的判断。该方法对于扬声器极性检测是有效 的，但是每次测试都需要一个合格的扬声器作为参考。而且在发声较小的受话器测试中这种 方法容易受到外界干扰。
发明内容
本发明的目的是设计出一种用模拟同步信号快速检测发声体参数的方法及其检测系统。 本发明要解决的是现有电声测试仪器测试时存在的如下问题 一是被测发声体与夹具接 触不能自动检测；二是测试时釆集到信号的时延不确定性可能导致算法受到限制或测试结果 不准确；三是测试的时域解析度较低、测试100Hz以下频率所需的时间较长、不适合在生产 线使用；四是极性测试如采用直流测试，由于所加信号为直流，很容易导致音圈的温度升高 而烧坏被测发声体；此外，对于微型扬声器、受话器和压电扬声器，由于位移很小，极性判 断困难。
为了实现本发明的目的，本发明提出了用模拟同歩信号快速检测发声体参数的方法， 该种方法至少包括以下步骤
步骤1、用户通过设置模块(10)输入测试参数，测试参数至少包括测试龟压幅度/、 对数扫频信号长度7V:
步骤2、对数扫频信号生成模块(11)根据歩骤1中输入的测试参数生成对数扫频信号； 步骤3、夹具检测信号生成模块(14)根据步骤1中输入的测试参数生成夹具检测信号， 发送到声卡录音放音模块(12);
步骤4、进行发声体连接检测，其检测过程为声卡录音放音模块(12)将收到的夹具 检测信号循环地发送到环形缓冲区模块(15)，之后控制声卡(2)开始播放夹具检测信，并 录音；声卡(2)录放音过程中，当夹具(5)与被测发声体(6)接触，被测发声体(6)发 出的声音由传声器(7)转换为电信号输入声卡通道I,流过被测发声体(6)的电流由电流传 感器(4)检测后输入声卡通道II;声卡通道I和通道II的信号经声卡A/D转换得到原始采集 信号，存入环形缓冲区模块(15)中声卡录音放音模块(12)实时对环形缓冲区模块(15) 中存储的电流信号的结果进行如下判断
若检出电流信号的峰值/p大于短路门限/a，则停止测试并给出故障提示； 检出电流信号的峰值/p连续3次大于检出电流门限/0i，且每次测得峰值与上一个峰值之 差A&均小于接触差异门限&i，进行步骤5;否则重复步骤4，继续检测夹具(5)是否可靠 接触；
步骤5、进行频响和阻抗曲线测量，其测量过程为声卡录音放音模块(12)在对数扫 频信号前加入一个周期的夹具检测信号作为同歩信号，而后将带同步信号的对数扫频信号发 送到环形缓冲区模块(15)，令声卡(2)丌始播放和录音；播放和录音过程中，带同步信号 的对数扫频信号被声卡(2)的D/A转换器转换为模拟信号，输出至被测发声体(6)。发声
体(6)发出的声音由传声器(7)转换为电信号输入声卡通道I,流过被测发声体(6)的电 流由电流传感器(4)检测后输入声卡通道II;声卡通道I和通道II的信号经声卡A/D转换得 到原始采集信号，存入环形缓冲区模块(15)中；播放结束后，声卡录音放音模块(12)停 止声卡录音
歩骤6、声卡录音放音模块(12)将环形缓冲区模块(15〉中的原始采集信号按通道分 为电流信号和声压信号，送入数据分析及显示模块(13);
歩骤7、数据分析及显示模块(13)根据电流信号和声压信号得到响应信号起始时间、 发声体极性，计算出测量距离，具体为
响应信号起始时间寻找第一个大于电流门限/w的值，并找到局部的峰值对应的时间&
fp即为同步信号激励下被测发声体(6)的电流响应峰值时间，因此^-万/2w为同步信号电流
响应的起始时间，此时间加上一个夹具测试信号周期即为响应信号起始时间^ ,用下式所示
发声体极性根据声压信号判定扬声器的极性，fs-7b至/s时刻内声压信号最大值记为
SW，对应时刻记为fw,若SM与参考发声体测得SM的符号相同，则他们的极性一致，若符号不
同则极性相反；
测量距离根据/w和^可以计算出传声器与被测发声体(6)间的距离，即测量距离x, 若声速为c,有
歩骤8、数据分析及显示模块(13)丢弃电流信号和声压信号在fs时刻前采集到的信号， 得到无时延的电流响应信号和声压响应信号；
歩骤9、在数据分析及显示模块(13)中对电流响应信号和声压响应信号进行傅里叶变 换，计算出阻抗曲线和频响曲线，从计算机显示器显示出测量结果；
阻抗曲线的运算为对数扫频信号的傅虽叶变换除以电流响应信号的傅里叶变换的模值 为阻抗曲线
频响曲线的运算为声压响应信号的傅里叶变换号除以对数扫频信号的傅里叶变换的模 值为频响曲线。
本发明所述的用模拟同歩信号快速检测发声体参数方法的检测系统，它由计算机(1)、 测量功放(3)、电流传感器(4)、传声器(7)、消音箱(8)或仿真耳、声卡(2)和夹具(5) 组成，计算机(1)内设有分析软件(9),声卡(2)与计算机(1)连接，声卡(2)内置于 计算机内或外置；声卡(2)与测量功放(3)连接，测量功放(3)与电流传感器(4)连接， 夹具(5)接入被测发声体(6),电流传感器(4)与传声器(7)分别与声卡(2)的两个输 入遇道相连，传声器(7)置于消音箱(8)内；
所述的计算机(1)用于声卡播放及釆集信号，运行分析软件(9);
所述的声卡(2)用于发送测试信号和采集测试响应信号，包括电流信号和声压信号，
所述的测量功放(3)用于向被测发声体(6)提供足够功率的信号。
所述的电流传感器(4)用于检测流过扬声器的电流信号。
本发明的优点是检测发声体参数快速准确。用本发明的检测方法一是能快速检测被测 发声体与夹具接触状态，二是解决了不确定时延情况下响应信号的提取，保证了测试结果的 准确，三时检测时间短，适合在生产线使用。
图1是发声体参数检测系统结构示意图。 图2是发声体参数检测系统软件模块图。
图3是用于检测夹具与被测发声体接触状况时输出的脉冲信号图。 图4是环形缓冲区模块中放音环形缓冲示意图。 图5是环形缓冲区模块中录音环形缓冲示意图。 图6是带有同步信号的对数扫频信号图。
图7是极性不同的两个扬声器测得的电流传感器响应信号及声压响应信号图。
具体实施例方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一歩的说明。
如图所示，本发明所述的一种用模拟同歩信号快速检测发声体参数的方法至少包括以 下步骤
步骤1、用户通过设置模块(10)输入测试参数，测试参数至少包括测试电压幅度t/、 对数扫频信号长度7V。
歩骤2、对数扫频信号生成模块(11)根据歩骤1中输入的测试参数生成对数扫频信号， 该对数扫频信号形式如下
<formula>formula see original document page 9</formula>
其中<formula>formula see original document page 9</formula>为扫频起始频率，力为扫频终止频率，f为时间。 步骤3、夹具检测信号生成模块(14)根据步骤l中输入的测试参数生成夹具检测信号， 发送到声卡录音放音模块(12)。该夹具检测信号为正弦脉沖信号或半周期正弦脉冲信号。 若采用半周期正弦脉冲信号作为夹具检测信号，其形式为 <formula>formula see original document page 9</formula>
其中n为正整数，表示夹具检测信号的第n个周期；w为脉冲的角频率，取<formula>formula see original document page 9</formula>为测试脉冲的幅度。TC为夹具检测信号的周期，取50mS; r为时间。人类条 件反射的时间为0.1秒，输出的夹具检测信号的周期7b应该小于这个时间长度.，操作员就不 会有明显迟滞的感觉。7b若太小，新的中断将打断釆集信号的处理过程，导致数据丢失。出 于降低噪音对操作员影响的考虑，在不影响测试结果的前提下，应该尽量选择发声不明显的 参数。周期正弦信号作为夹具检测信号儐噪比略好，但测试信号发出的声音较半周期正弦脉
冲信号作为夹具检测信号发出的声音大一些，因此通常采用半周期正弦脉冲信号。rc>50mS 时，夹具检测信号发出的声音不易被人耳察觉。另外在脉冲发出之后，发声体振动会逐歩衰 减，直到振膜静止于平衡位置，7b应该足够长使得当前脉冲不会影响后续的测试。
步骤4、进行发声体连接检测，其检测过程为声卡录音放音模块(12)将收到的夹具 检测信号循环地发送到环形缓冲区模块(15》，之后控制声卡(2)开始播放夹具检测信号并 录音；声卡(2)录放音过程中，当夹具(5)与被测发声体(6)接触，被测发声体(6)发 出的声音由传声器(7)转换为电信号输入声卡通道I，流过被测发声体(6)的电流由电流传 感器(4)检测后输入声卡通道II。声卡通道I和通道II的信号经声卡A/D.转换得到原始采集 信号(离散时间数字信号)，存入环形缓冲区模块(15)中。声卡录音放音模块(12)实时检 测环形缓冲区模块(15)中存储的电流信号的结果。
声卡录音放音模块(12)实时对环形缓冲区模块(15)中存储的电流信号的结果进行如 下判断
若检出电流信号的峰值/p大于短路门限/ci，停止测试并给出故障提示。 若检出电流信号的峰值//>连续3次大于检出电流门限/Dt，且每次测得峰值与上一个峰值 之差Delta Ip均小于接触差异门限Ja，进行步骤5。
若上述条件均不满足，重复步骤4，继续检测夹具(5)是否可靠接触。 考虑到导线长短、夹具(5)接触电阻等硬件实际上的差异，短路门限检出电流门 限/^和接触差异门限/a应该通过数次测试实验求得。将夹具(5)连接1Q电阻并发射上述 脉冲，取7p的最小值作为短路门限/ci。使用夹具(5)连接被测发声体(6)后，多次测试得 到峰值^的最小值作为检出电流门限/DZ_,多次测试得到峰值之差厶/p的最大值作为接触差异 门限/a。
除了测量夹具(5)是否可靠接触之外，夹具检测信号还可以对被测发声体(6)进行预 热。在测试前发射数个脉冲可以使被测发声体(6)的音圈温度接近相同，这样测得的阻抗曲 线一致性好。
夹具检测信号周期7b与环形缓冲区中断周期相等，因此，它在中断程序中进行本歩骤4 的判断；环形缓冲区的大小与中断周期的关系为
中断周期(s)-环形缓冲区大小(bytes)/(采样率X通道数X采样深度(bits)/8) 本发明的录音环形缓冲区中交替存储着电流信号和声压信号的量化值，缓冲区填满后， 分析软件(9)暂停其他工作，进入录音中断处理程序。由于声压响应可能会受环境噪音影响， 流过被测发声体(6)的电流响应更能体现测试夹具(5)的状态。测试夹具(5)与被测发声 体(6)接触不良时，夹具(5)与接触点之间的接触电阻较大，相当于被测发声体(6)串联 了--个较大的电阻r。测量功率放大器输出的夹具(5)测试信号幅度为[/，因而电流信号的 峰值<formula>formula see original document page 10</formula>
其中IDL为检出电流门限，表示接触电阻为O时应该测量到的电流，IDL=U/R，及是被 测发声体(6)的额定阻抗。若测试夹短路，负载R接近与0，因此IP >>IDL。为安全起见，
设定短路门限JCi=l//l Q 。录音中断处理程序将根据电流信号判断夹具(5)与被测发声体(6) 是否可靠接触.
所述的被测发声体(6)至少包括动圈式扬声器、受话器、压电式扬声器等电声换能器， 以及安装着电声换能器的系统，至少包括手机、家庭影院音响和耳机。
歩骤5、进行频响和阻抗曲线测量。由于计算机中操作系统的任务调度存在不确定性， 声卡(2)采集到的声压信号、电流信号头部往往存在10mS 80mS不确定的声卡采集时延。 通过在激励信号即对数扫频信号之前加入同步信号，在响应信号中搜索同步信号对应的时刻， 从而计算出对数扫频信号激励发声体得到的响应的起始位置，去除声卡(2)的采集时延影响， 无时延准确地提取出响应信号。由于输出的脉冲信号为模拟信号，且类似于数字电路中使用 同步信号确定一帧的幵始或结束的用途，因此又称该信号为模拟同歩信号。
其测量过程为声卡录音放音模块(12)在对数扫频信号前加入一个周期的夹具检测信 号作为同步信号，而后将带同步信号的对数扫频信号发送到环形缓冲区模块(15)，令声卡(2) 开始播放和录音；播放和录音过程中，带同歩信号的对数扫频信号被声卡(2)的D/A转换 器转换为模拟信号，输出至被测发声体(6)。发声体(6)发出的声音由传声器(7)转换为 电信号输入声卡通道I,流过被测发声体(6)的电流由电流传感器(4)检测后输入声卡通道 II;声卡通道I和通道II的信号经声卡A/D转换得到原始采集信号，存入环形缓冲区模块(15) 中；播放结束后，声卡录音放音模块(12)停止声卡录音。
步骤6、声卡录音放音模块(12)将环形缓冲区模块(15)中的原始采集信号按通道分 为电流信号和声压信号，送入数据分析及显示模块(13)。
步骤7、数据分析及显示模块(13)根据电流信号和声压信号得到响应信号起始时间、 发声体极性，计算出测量距离，具体为
响应信号起始时间寻找第一个大于电流门限/^的值,并找到局部的峰值对应的时间//>. ^即为同歩信号激励下被测发声体(6)的电流响应峰值时间，因此^-W2w为同步信号电流 响应的起始时间，此时间加上一个夹具测试信号周期即为响应信号起始时间& ，用下式所示
发声体极性根据声压信号判定扬声器的极性，&-&至/s时刻内声压信号最大值记为
SW，对应时刻记为^,若SM与参考发声体测得Sw的符号相同，则他们的极性一致，若符号不
同则极性相反。
测量距离根据 和^可以计算出传声器与被测发声体(6〉间的距离，即测量距离x, 若声速为c,有 j: = c(/w-W 。
若声卡的釆样率为44100Hz，声速为340m/s,根据x'= 340/44100=7.7mm，测量的误 差为土7.7mm，在采样率更髙的情况下，误差将进一步减小。
在GB/T 9396-1996中指出，自由场和半空间自由场条件下的测量距离为lm。非标准测量 距离测量得到的声压级可以通过计算得到lm处的测量结果。若发声体发出声功率为1W，由 测量距离x可以换算出发声体在lm处的声压级
<formula>formula see original document page 12</formula>
本方法测量误差引起SPL换算结果的误差<formula>formula see original document page 12</formula>
，误差大小可以接受。本方法可以快速获得测量距离，无需使用 卡尺人工测量，适于在产线应用。
步骤8、数据分析及显示模块(13)丢弃电流信号和声压信号在^时刻前釆集到的信号， 得到无时延的电流响应信号和声压响应信号-,
步骤9、在数据分析及显示模块(13)中对电流响应信号和声压响应信号进行傅里叶变 换，计算出阻抗曲线和频响曲线，从计算机显示器显示出测量结果；
阻抗曲线的运算为对数扫频信号的傅里叶变换除以电流响应信号的傅里叶变换的模值 为阻抗曲线；
频响曲线的运算为声压响应信号的傅里叶变换号除以对数扫频信号的傅里叶变换的模 值为频响曲线。
若被测发声体(6)为手机，可以将流过手机扬声器的电流信号引入声卡(2),并将本发 明的测试信号导出，存储于被测发声体(6)中，由发声体播放测试信号。
本发明所述的用模拟同歩信号快速检测发声体参数方法的检测系统，它由计算机(1)、
测量功放(3)、电流传感器(4)、传声器(7)、消音箱(8)或仿真耳、声卡(2)和夹具(5) 组成，计算机(1)内设有分析软件(9),声卡(2)与计算机(1)连接，声卡(2)内置于 计算机内或外置；声卡(2)与测量功放(3)连接，测量功放(3)与电流传感器(4)连接， 夹具(5)接入被测发声体(6)，电流传感器(4)与传声器(7)分别与声卡(2)的两个输 入通道相连，传声器(7)置于消音箱(8)内。
检测时，声卡(2)输出的测试信号送入测量功放(3)放大后，经过电流传感器(4)， 由测试夹具(5)接入被测发声体(6)。电流传感器(4)与传声器(7)的输出值分别与两个 声卡输入通道相连，送入计算机(1)进行信号分析处理。
当被测发声体(6)为扬声器时，配消音箱(8)以减小环境噪音、混响的影响当被测发 声体(6)为受话器时，采用与受话器匹配的仿真耳(8)模拟人耳声场。 所述的计算机(1)用于声卡播放及采集信号，运行分析软件(9)。 所述的声卡(2)用于发送测试信号和采集测试响应信号，包括电流信号和声压信号。 所述的测量功放(3)用于向被测发声体(6)提供足够功率的信号。 所述的电流传感器(4)用于检测流过扬声器的电流信号。
上述设置模块(10)、对数扫频信号生成模块(11)、夹具检测信号生成模块(14)、声 卡录音放音模块(12)、环形缓冲区模块(15)和数据分析及显示模块(13)均包含于计算 机(1)内安装的分析软件(9)中。
设置模块(10)的功能是提示用户输入测试电压幅度C/和对数扫频信号长度7V,检验 输入是否正确；
对数扫频信号生成模块(11)的功能是根据用户输入的测试参数，生成对数扫频信号; 夹具检测信号生成模块(14)的功能是根据用户输入的测试参数，生成夹具检测信号；
声卡录音放音模块(12)的功能是控制声卡(2)开始或停止录放音；将夹具检测信号 循环发送到环形缓冲区模块(15);实时分析被测发声体(6)与夹具(5)的连接状况，可靠 连接时继续下面操作；生成带同步信号的对数扫频信号；将带同步信号的对数扫频信号发送 到环形缓冲区模块(15)，同时记录原始采集信号；将原始采集信号分为声压信号和电流信号， 送入数据分析及显示模块(13)。
环形缓冲区模块(15)的功能是将声卡录放音模块(12)传来的夹具检测信号或带同 步信号的对数扫频信号按缓冲区大小分块暂存于放音环形缓冲区模块(15)中，接到声卡录 放音模块(12)发出的播放命令后，将放音环形缓冲区模块(15)中的数据发送至声卡接 到声卡录放音模块(12)发出的录音命令后，声卡(2)采集到的原始信号分块暂存于录音环 形缓冲区模块(15)中；单块缓冲区满即发生中断，此时将缓冲区中的数据送入声卡录放音 模块(12)。
数据分析及显示模块(13)的功能是寻找电流信号中的同步信号，分析同步信号的声
压响应得到响应信号起始时间&、极性、测量距离X;根据响应信号起始时间^去除电流信号 和声压信号的时延部分；计算得到阻抗曲线和频响曲线；从计算机显示器输出结果。
声卡(2)输出的测试信号送入测量功放(3)放大后，经过电流传感器(4)，由测试夹 具(5)接入被测发声体(6)。电流传感器(4)与传声器(7)的输出值分别与两个声卡输入 通道相连，送入计算机(1)进行信号分析处理。
当被测发声体(6)为扬声器时，配消音箱(8)以减小环境噪音、混响的影响；当被测发 声体(6)为受话器时，采用与受话器匹配的仿真耳(8)模拟人耳声场。
本发明具体的测试在图1所示装置中实施，按下述步骤进行
在步骤1中输入C/和r7。
在步骤2生成测试信号，扫频起始频率20Hz,扫频终止频率20kHz,表达式如下 C/sin(18.187V(exp( 6.91"/"/00rr)- 1))
在歩骤3中检测测试夹具(5)的信号长度与声卡放音缓冲区长度一致，因此可以在每-- 次缓冲区填充中断时填入该信号。检测信号周期7b=0.04s，正弦脉冲频率户1000Hz,放音采 样率/产44100Hz，检测测试夹具(5)接触的信号公式形式为
该信号发送到了声卡录音放音模块(12)。
图3是上述用于检测夹具(5)的半周期正弦脉冲信号。
在步骤4开始录音，发送夹具(5)检测信号并实时检测环形缓冲区中的结果。声卡采集 的采样频率为44100Hz,量化深度16位，双声道录音。放音和录音的实时处理如图4、图5 所示。将声卡(2)初始化完毕，填充好所有放音缓冲区后，播放即可启动。第n块放音缓冲 区播放完成时会进入放音中断处理程序，该处理程序向第n+2块放音缓冲区填充上述测试信 号，并将播放指针指向第n+l块放音缓冲区，依次循环。录音过程与放音过程相似，在播放
测试信号的同时，声卡(2)不停地向录音缓冲区内填充数据。第n块录音缓冲区填充满后即 进入录音中断处理程序，判断录音的结果。釆集到的信号为有符号16位数，电流信号与声压 信号的量化值交替排列。对单个缓冲区采集到的内电流信号的峰值作如下判断 *若检出电流信号的峰值/p大于短路门限/ci,停止测试并给出故障提示。 *若检出电流信号的峰值/p连续3次大于检出电流门限/^，且每次测得峰值与上一个峰 值之差A/p均小于接触差异门限/a，进行步骤5。
*若上述条件均不满足，重复步骤4，继续检测夹具(5)是否可靠接触。 考虑到导线长短、测试夹接触电阻等硬件实际上的差异，短路门限/a、检出电流门限/w
和接触差异门限/a应该通过数次测试实验求得，为便于比较，没有将单位换算为毫安而直接 使用了量化值，/cl=10, /加-255， /SL= 12710。
步骤5、步骤6和步骤7中，带有同歩信号的测试信号并从声卡输出，如图6所示。同 时将录音环形缓冲区得到的原始釆集信号存入内存。放音结束后，声卡(2)录音同时结束。 将内存中的原始釆集信号按通道分为电流信号和声压信号，根据电流信号和声压信号得到响 应信号起始时间&、判断发声体极性，计算出阻抗Z和测量距离jc。实施方案中，声卡通道I 采集的是声压信号，通道II采集的是电流信号。
图7为极性不同的两个扬声器测得的电流传感器时域信号及声压时域信号。上半部分为 声压信号，下半部分为电流信号。对极性正确的扬声器，其结果用实心矩形方块表示；对极 性相反的扬声器，其结果用空心矩形方块表示。两条曲线的电流响应一致；声压响应最大值 几乎在同一时刻^出现，但相位相差18(T 。按照本发明的方法，可以计算得到传声器与被 测发声体(6)的距离;c-c(^—W = 340m/sX(0.01676s-0.01617s) = 200.6mm，卡尺测量结 果为195.0mm,测量结果可以接受。另外可以算出响应信号的起始时刻在"/2w + rc-=0.01617-0.0005=0.01608s。
从上述&时刻开始，从电流响应信号和声压响应信号中截取长度为Tr秒的信号进行步骤 9中叙述的运算，得到频响曲线和姐抗曲线。
权利要求
1、一种用模拟同步信号快速检测发声体参数的方法，其特征在于该种方法至少包括以下步骤步骤1、用户通过设置模块(10)输入测试参数，测试参数至少包括测试电压幅度U、对数扫频信号长度TT；步骤2、对数扫频信号生成模块(11)根据步骤1中输入的测试参数生成对数扫频信号步骤3、夹具检测信号生成模块(14)根据步骤1中输入的测试参数生成夹具检测信号，发送到声卡录音放音模块(12)；步骤4、进行发声体连接检测，其检测过程为声卡录音放音模块(12)将收到的夹具检测信号循环地发送到环形缓冲区模块(15)，之后控制声卡(2)开始播放夹具检测信号并录音；声卡(2)录放音过程中，当夹具(5)与被测发声体(6)接触，被测发声体(6)发出的声音山传声器(7)转换为电信号输入声卡通道I，流过被测发声体(6)的电流由电流传感器(4)检测后输入声卡通道II；声卡通道I和通道II的信号经声卡A/D转换得到原始采集信号，存入环形缓冲区模块(15)中声卡录音放音模块(12)实时对环形缓冲区模块(15)中存储的电流信号的结果进行如下判断若检出电流信号的峰值IP于短路门限ICL，停止测试并给出故障提示检出电流信号的峰值IP连续3次大于检出电流门限IDL，且每次测得峰值与上一个峰值之差△IP均小于接触差异门限ISL，进行步骤5否则重复步骤4，继续检测夹具(5)是否可靠接触；步骤5、进行频响和阻抗曲线测量，其测量过程为声卡录音放音模块(12)在对数扫频信号前加入一个周期的夹具检测信号作为同步信号，而后将带同步信号的对数扫频信号发送到环形缓冲区模块(15)，令声卡(2)开始播放和录音；播放和录音过程中，带同步信号的对数扫频信号被声卡(2)的D/A转换器转换为模拟信号，输出至被测发声体(6)。发声体(6)发出的声音由传声器(7)转换为电信号输入声卡通道I，流过被测发声体(6)的电流由电流传感器(4).检测后输入声卡通道II；声卡通道I和通道II的信号经声卡A/D转换得到原始采集信号，存入环形缓冲区模块(15)中；播放结束后，声卡录音放音模块(12)停止声卡录音；步骤6、声卡录音放音模块(12)将环形缓冲区模块(15)中的原始采集信号按通道分为电流信号和声压信号，送入数据分析及显示模块(13)；步骤7、数据分析及显示模块(13)根据电流信号和声压信号得到响应信号起始时间、发声体极性，计算出测量距离，具体为响应信号起始时间 寻找第一个大于电流门限IDL的值，并找到局部的峰值对应的时间tP．tP即为同步信号激励下被测发声体(6)的电流响应峰值时间，因此tP-π/2w为同步信号电流响应的起始时间，此时间加上一个夹具测试信号周期即为响应信号起始时间tS，用下式所示tS＝tP-π/2w+TC发声体极性 根据声压信号判定扬声器的极性，tS-TC至tS时刻内声压信号最大值记为SM，对应时刻记为tM，若SM与参考发声体测得SM的符号相同，则他们的极性一致，若符号不同则极性相反；测量距离 根据tM和tP可以计算出传声器与被测发声体(6)间的距离，即测量距离x，若声速为c，有 x＝c(tM-tP)； 步骤8、数据分析及显示模块(13)丢弃电流信号和声压信号在tS时刻前采集到的信号，得到无时延的电流响应信号和声压响应信号；步骤9、在数据分析及显示模块(13)中对电流响应信号和声压响应信号进行傅里叶变换，计算出阻抗曲线和频响曲线，从计算机显示器显示出测量结果；阻抗曲线的运算为对数扫频信号的傅里叶变换除以电流响应信号的傅里叶变换的模值为阻抗曲线；频响曲线的运算为声压响应信号的傅里叶变换号除以对数扫频信号的傅里叶变换的模值为频响曲线。
2、 根据权利要求1所述的用模拟同歩信号快速检测发声体参数的方法，其特征在于所 述的对数扫频信号，其形式如下<formula>formula see original document page 2</formula>其中Z-7V/ln(力/力)，力为扫频起始频率，力为扫频终止频率，f为时间。
3、 根据权利要求1所述的用模拟同歩信号快速检测发声体参数的方法，其特征在于所 述的夹具检测信号为正弦脉冲信号或半周期正弦脉冲信号若采用半周期正弦脉冲信号作为夹具检测信号，其形式为<formula>formula see original document page 3</formula>其中n为正整数，表示夹具检测信号的第n个周期；w为脉冲的角频率，取>^ = 2"/=2 万X1000Hz; C/为测试脉冲的幅度；7V为夹具检测信号的周期，取50mS: f为时间。
4、 根据权利要求1所述的用模拟同歩信号快速检测发声体参数的方法，其特征在于短 路门限/"、检出电流门限//^和接触差异门限^通过数次测试实验求得；具体为将夹具(5) 连接1Q电阻并发射上述脉冲，取/f的最小值作为短路门限/c"使用夹具(5)连接被测发 声体(6)后，多次测试得到峰值Jp的最小值作为检出电流门限&i,多次测试得到峰值之差 △/p的最大值作为接触差异门限/见。
5、 根据权利要求1所述的用模拟同步信号快速检测发声体参数的方法，其特征在于所述 的被测发声体(6)至少包括动圈式扬声器、受话器、压电式扬声器、手机、家庭影院音响和 耳机。
6、 根据权利要求1所述的用模拟同歩信号快速检测发声体参数的方法，其特征在于所述 步骤3的夹具检测信号周期7b与环形缓沖区模块(15)中断周期相等，因此，它在中断程序 中进行步骤4的判断；环形缓冲区模块(15)的大小与中断周期的关系为中断周期(8)=环形缓冲区大小(bytes)/(采样率X通道数X采样深度(bits)/8)
7、根据权利要求1所述的用模拟同歩信号快速检测发声体参数的方法，其特征在于所述 步骤5、步骤6、步骤7通过在数扫频信号之甜加入同步信号，在响应信号中搜索同步信号对 应的时刻，从而计算出对数扫频信号激励发声体(6)得到的响应的起始位置，去除声卡(2) 的釆集吋延影响，无时延准确地提取出响应信号。
8、 根据权利要求1所述的用模拟同歩信号快速检测发声体参数方法的检测系统，其特 征在于它由计算机(1)、测量功放(3)、电流传感器(4)、传声器(7)、消音箱(8)或仿真 耳、声卡(2)和夹具(5)组成，计算机(1)内设有分析软件(9),声卡(2)与计算机(1) 连接，声卡(2)内置于计算机内或外置；声卡(2)与测量功放(3)连接，测量功放(3) 与电流传感器(4)连接，夹具(5)接入被测发声体(6),电流传感器(4)与传声器(7) 分别与声卡(2)的两个输入通道相连，传声器(7)置于消音箱(8)内；所述的计算机(1)用于声卡播放及采集信号，运行分析软件(9);所述的声卡(2)用于发送测试信号和采集测试响应信号，包括电流信号和声压信号；所述的测量功放(3)用于向被测发声体(6)提供足够功率的信号；所述的电流传感器(4)用于检测流过扬声器的电流信号。
9、 根据权利要求1和8所述的用模拟同步信号快速检测发声体参数方法的检测系统， 其特征在于所述的设置模块(10)、对数扫频信号生成模块(11)、夹具检测信号生成模块(14)、 声卡录音放音模块(12)、环形缓冲区模块(15)和数据分析及显示模块(13)均包含于计 算机(1)内安装的分析软件(9)中；设置模块(10)的功能是提示用户输入测试电压幅度t/和对数扫频信号长度7V,检验 输入是否正确；对数扫频信号生成模块(11)的功能是根据用户输入的测试参数，生成对数扫频信号； 夹具检测信号生成模块(14)的功能是根据用户输入的测试参数，生成夹具检测信号； 声卡录音放音模块(12)的功能是① 控制声卡(2)开始或停止录放音；② 将夹具检测信号循环发送到环形缓冲区模块(15);③ 实时分析被测发声体(6)与夹具(5)的连接状况，可靠连接时继续下面操作；④ 生成带同步信号的对数扫频信号；⑤ 将带同步信号的对数扫频信号发送到环形缓冲区模块(15),同时记录原始釆集信号: 将原始釆集信号分为声压信号和电流信号，送入数据分析及显示模块(13)。 环形缓冲区模块(15)的功能是① 将声卡录放音模块(12)传来的夹具检测信号或带同歩信号的对数扫频信号按缓冲区 大小分块暂存于放音环形缓冲区模块(15)中，接到声卡录放音模块(12)发出的播 放命令后，将放音环形缓沖区模块(15)中的数据发送至声卡；② 接到声卡录放音模块(12)发出的录音命令后，声卡(2)釆集到的原始信号分块暂 存于录音环形缓冲区模块(15)中；单块缓冲区满即发生中断，此时将缓冲区中的数 据送入声卡录放音模块(12); 数据分析及显示模块(13)的功能是 寻找电流信号中的同步信号，分析同步信号的声压响应得到响应信号起始时间&、极 性、测量距离X,② 根据响应信号起始时间^去除电流信号和声压信号的时延部分③ 计算得到阻抗曲线和频响曲线； 从计算机显示器输出结果。
全文摘要
本发明提出一种用模拟同步信号快速检测发声体参数的方法及检测系统，涉及发声体的连接检测、不确定时延情况下的响应信号提取和频响曲线、阻抗曲线、扬声器极性和测量距离等参数的检测。本发明的方法可自动检测夹具与被测发声体的连接状况，通过在采集信号中搜索同步信号对应的时刻，可计算出测试信号的响应起始位置，无时延准确地提取出响应信号，经过相对简单的运算可得到频响曲线、阻抗曲线、扬声器极性和测量距离等。本发明的检测系统包括由计算机、测量功放、电流传感器、传声器、消音箱或仿真耳、声卡和夹具，计算机内设有分析软件，声卡可内置或外置。本发明检测发声体参数快速准确，十分适合发声体参数的检测，特别适合在生产线使用。
文档编号H04R29/00GK101365261SQ200810121098
公开日2009年2月11日 申请日期2008年9月26日 优先权日2008年9月26日
发明者冯海泓, 益 杨, 温周斌, 韦峻峰 申请人:嘉兴中科声学科技有限公司