专利名称：一种使用激光传感器测量扬声器参数的方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明属于扬声器的参数测量方法及测量系统，具体地说是通过对振膜振动幅度和负载电流进行系统辨识，获得电声产品多个参数的方法及系统。可广泛应用于电声企业的扬声器研发及产品质量检测。
背景技术：
扬声器参数测量的意义
扬声器参数对扬声器的设计、制造、和质量控制具有重要的作用。自1970年以来，澳大利亚的A. N. Thiele和R. H. Small提出了扬声器系统的T/S参数，使通过滤波器综合法实现扬声器系统的设计成为可能。其中的小信号参数是在小信号激励、系统输出中失真可以忽略的情况下测得，故又称线性参数。该参数可用于表征扬声器的低频性能，应于扬声器的设计和生产的质量控制。1980年以来，研究人员开始对扬声器的大信号性能进行各种量化分析。许多模型被用于扬声器的非线性特性分析，如沃特拉模型(Volterra)、状态空间模型、有限元及边界元模型、Hammerstein与Wiener模型等等。通过对扬声器建模和大信号参数测量，可以建立被测扬声器的计算机模型，在扬声器的设计阶段可以了解该设计的预期电声性能，在小批量样品试制阶段可以测量样品的参数以验证和修改设计，在量产阶段可以用于故障分析和工艺改进。扬声器的参数测量，特别是非线性参数的测量是电声测量界的难题，现有的线性参数和非线性参数的测量技术和方法如下
1)通过改变振膜质量、腔体体积的方法测量扬声器的阻抗曲线，从而得到fs、Qts等参数，之后利用附加质量或附加容积法再次测量阻抗曲线，从而得到fs’、Qts'等，并计算得到所有的线性参数。这种方法缺点为1、一般需要二次测量，操作麻烦；2、附加质量或附加容积法在一定程度上破坏了扬声器原有工作状态，故结果不准确；3、二次测量导致振膜顺性、 音圈温度发生变化，对测量结果有影响。2)通过测量声压、电流响应的方法美国专利6269318 (Method For determining Transducer linear operation parameters) 了使用电J￡一声J￡传3 数和电流一声压传递函数测量扬声器线性参数的方法。该方法使用的传声器易受环境噪声、环境温湿度影响，同时该方法需要提供一个已知容积的测试箱体作为准确测量的条件。3)通过改变平衡位置测量已公开发明专利CN200510041525. 0 (基于系统辨识的扬声器单元非线性参数测量方法)使用馈给可调直流电流的方法使音圈偏移一定的位置，在不同音圈位移下测量阻抗并根据扬声器单元非线性电阻抗模型辨识得到非线性参数。该方法需要使用可调直流源向扬声器输出偏置电流，而该电流会使音圈温度上升。此外由于振膜的平衡位置改变，扬声器工作在特殊的状态。亦有学者提出使用腔体和气泵改变振膜平衡位置的方法，但所需设备较为特殊，同时也存在改变扬声器正常工作状态的问题。
发明内容
本发明针对上述不足，提出一种使用激光传感器测量扬声器线性及非线性参数的方法及系统。本发明提出的使用激光传感器测量扬声器线性及非线性参数的方法包括以下步骤
1)设于计算机中的激励信号生成模块生成激励信号，该激励信号为数字信号，该数字信号经数模模数转换模块转换为模拟信号后输出；
2)功率放大器将数模模数转换模块输出的模拟信号放大后输出至被测器件；
3)激光传感器测量被测器件的位移响应信号，电流传感器测量流过被测器件的电流响应信号，得到的电流信号和位移信号输入数模模数转换模块，通过数模模数转换模块转换为数字信号后送入响应信号采集及处理模块，再把经处理后的信号输入到线性参数辨识模块和非线性参数辨识模块，经线性参数辨识模块的线性参数辨识模型辨识处理和非线性参数辨识模块的大信号沃特拉模型辨识处理，得到扬声器的线性参数和非线性参数。扬声器的线性参数包括凡、Λ』_、(和Cmes ；扬声器的非线性参数数包括S/ Cr)、 K{χ)和Ze⑴，其中
Bl Cr) = b0+ bxx + b込2 K (χ) = k0+ Jc1X + Ii2K2 Le{x) = I0+ I1X + I2X2 ο被测器件包括动圈扬声器单元、或扬声器闭箱系统、或扬声器倒相箱系统。由于扬声器在大信号激励时可视为非线性器件，使用2个以上的频率激励扬声器，将产生多个谐波和互调响应项，这些响应有可能在频率上重合，导致测量失效，故本发明的激励信号选用单频或双频信号。单频激励信号形式有多种，本发明采用如式(1)的步进对数扫频信号
权利要求
1.一种使用激光传感器测量扬声器参数的方法，其特征在于其特征在于该方法包括如下步骤1)设于计算机中的激励信号生成模块生成激励信号，该激励信号为数字信号，该数字信号经数模模数转换模块转换为模拟信号后输出；2)功率放大器将数模模数转换模块输出的模拟信号放大后输出至被测器件；3)激光传感器测量被测器件的位移响应信号，电流传感器测量流过被测器件的电流响应信号，得到的电流信号和位移信号输入数模模数转换模块，通过数模模数转换模块转换为数字信号后送入响应信号采集及处理模块，再把经处理后的信号输入到线性参数辨识模块和非线性参数辨识模块，经线性参数辨识模块的线性参数辨识模型辨识处理和非线性参数辨识模块的大信号沃特拉模型辨识处理，得到扬声器的线性参数和非线性参数。
2.根据权利要求1所述的使用激光传感器测量扬声器参数的方法，其特征在于扬声器的线性参数包括Re、10、Lces, Res和Cmes ；扬声器的非线性参数线性参数包括S/⑴、K{x)和 Ze Cr)，其中
3.根据权利要求1所述的使用电流传感器测量扬声器参数的方法，其特征在于被测器件包括动圈扬声器单元、或扬声器闭箱系统、或扬声器倒相箱系统。
4.根据权利要求1所述的使用电流传感器测量扬声器参数的方法，其特征在于所述的激励信号选用单频或双频信号；若激励信号采用单频信号，即采用步进对数扫频信号，其形式为
5.根据权利要求1所述的使用电流传感器测量扬声器参数的方法，其特征在于当流过被测器件的电流及其两端的电压已知时，在已知被测器件的等效振动质量的前提下，通过阻抗特性ZCs)公式，辨识得到线性参数；通过Volterra核函数关系式，采用非线性最小二乘法辨识得到非线性参数；阻抗特性Z(S)为彻=墜=4+為+_唤)2 2馳k0+R^5S+Mm3S2Volterra核函数关系式为 ^3Οι，h，h) = -^r· + + Qi ■ Ri 3 0ω
6.根据权利要求1所述的一种使用电流传感器测量扬声器参数的系统，包括计算机和测试支架，其特征在于计算机与数模模数转换模块连接、数模模数转换模块与功率放大器、 激光传感器、电流传感器连接，激光传感器安装于测试支架上。
7.根据权利要求1所述的一种使用电流传感器测量扬声器参数的系统，其特征在计算机内设有生成激励信号的激励信号生成模块、响应信号采集及处理模块、线性参数辨识模块、非线性参数辨识模块、用户接口模块和校准模块，激励信号生成模块、响应信号采集及处理模块和数模模数转换模块连接，用户接口模块和激励信号生成模块、线性参数辨识模块、非线性参数辨识模块连接，线性参数辨识模块、非线性参数辨识模块和响应信号采集及处理模块连接，校准模块和激励信号生成模块连接。
全文摘要
本发明提出一种使用激光位移传感器测量扬声器参数的方法，并给出了实现该方法的测试系统。该方法采用步进扫频信号激励被测器件，同时测量了被测器件振膜的位移响应信号和流过被测器件的电流响应信号。将上述信号代入扬声器的线性模型和大信号沃特拉模型，通过系统辨识得到扬声器的线性参数和非线性参数。由于扬声器的线性参数和非线性参数可以表征扬声器在不同幅度输入下的工作特性，该方法不但可以应用于扬声器的设计验证、产品质量检测，还可以应用于扬声器产品的音质改善。
文档编号H04R29/00GK102158793SQ201110083848
公开日2011年8月17日 申请日期2011年4月2日 优先权日2011年4月2日
发明者严莎莎, 冯海泓, 徐建锋, 赵亮, 韦峻峰 申请人:嘉兴中科声学科技有限公司