技术领域本发明涉及用于检测声源的音质的模块、系统和方法。
背景技术：
声源的一个示例是扬声器。如今所使用的一种类型的扬声器是所谓的微型扬声器。微型扬声器是通常应用在诸如移动电话、平板电脑、笔记本电脑、平板电视、助听设备等个人音频设备中的小型扬声器。在本领域中，这些微型扬声器也被称为“扬声器”、“受话器”以及“平衡衔铁式受话器”，该“扬声器”用于产生相对较高的音量(例如，适于铃声或免提呼叫)，该“受话器”用于产生较低的音量(例如，适于保持在用户的耳朵附近)，该“平衡衔铁式受话器”例如适于助听器。这些微型扬声器被大量地生产，并且在它们离开工厂之前需要被测试。电子设备的制造发生在自动化生产系统中，其中，电子设备的单个部件被集合、装配以及测试。然而，与制造过程本身不同，扬声器的现有测试过程不是自动化的。微型扬声器在声学特性已知的半消声测试箱中被人工地或半自动化地测试。这包括：将扬声器从装配线中取出，将扬声器置于半消声测试箱中，进行广泛的声学测量，将扬声器移出测试箱并将扬声器(如果测试结果是肯定性的)放回至装配线中。由于测量设置需要将电子设备移出装配线，因此该测量设置是耗时且复杂的。此外，典型的半消声测试箱的空间需求阻碍了对声源的线上测试。此外，通过在半消声测试箱中测试声源而得到的结果相对不够准确，这是因为很难使测试箱充分地消声(特别是在低频处)。此外，半消声箱不太适于测试某些特定的故障模式(例如，高频故障模式、特定的波模式)。半消声箱测试方法也不太适于处理低的声压级(soundpressurelevel，SPL)。此外，半消声测试方法对测试箱的阻尼品质敏感和/或对通常的环境噪声和振动敏感。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种模块、系统和方法，其中，现有测试过程的至少一个缺点被克服。本发明的目的还在于提供一种模块、系统和方法，其中，能够以快速、准确和可靠的方式确定声源的声学故障。该模块、方法和系统可以被应用于声源的制造过程。因此，本发明的目的还在于提供一种模块、系统和方法，其中，可以获得用于控制声源的制造过程的短反馈回路和/或容纳这些声源的电子设备，并且/或者其中，可以改善声源的制造品质。本发明的目的还在于提供一种在线上测试声源的模块、系统和方法。本发明的目的还在于提供一种改进的故障声源检测的模块、系统和方法。根据本发明的第一方面，在用于评估声源音质的模块中实现了至少一个目的，该模块包括：波导，该波导包括具有第一端和第二端的管道，其中，声源支承件被设置在管道的第二端，以在检测期间支承声源；至少三个扩音器，该至少三个扩音器被设置在波导沿线上至少三个不同的纵向位置和角度位置，其中，扩音器被配置成测量管道中的声压，至少一个扩音器被配置成提供表示所测量的声压的各个扩音器信号；信号处理单元，该信号处理单元被配置成对扩音器信号进行处理，以致提供表示声源音质的至少一个测量值。使用波导而不使用消声测试箱的一个优势在于，波导具有更大的声阻抗，对于扬声器的膜的给定形变，这意味着更高的声压。其结果为检测期间的较高信噪比。使用波导来确定声学特征(例如，总谐波畸变和/或输出功率)并且根据这些声学特征来确定声源的音质将因此提供改进的检测结果。在本发明的一个实施例中，信号处理单元被配置成当测量值超过预定阈值时确定发生了声学故障。也可以考虑其他确定故障发生的方式。例如，模块可以确定波导中一个或多个类型的波的(复数)振幅。可以基于特定波类型的波振幅来进行故障的确定。在本发明的实施例中，处理单元被配置成根据扩音器信号，确定表示正向传播的零阶波的第一波场分量和表示反向传播的零阶波的第二波场分量。信号处理单元可以进一步被配置成基于第一波场分量和第二波场分量(即所谓的高阶模式)来确定表示声源的声学故障的测量值。在另一些实施例中，信号处理单元可以被配置成使用其他波场分量来确定所述测量值。例如，信号处理单元可以被配置成根据扩音器信号，确定表示正向传播的零阶波的第一波场分量、表示反向传播的零阶波的第二波场分量、表示正向传播的高阶波的第三波场分量、以及表示反向传播的高阶波的第四波场分量。信号处理单元之后被配置成基于第一、第二、第三和第四波场分量来确定所述测量值。通过也测量高阶波，正向传播的波场分量和反向传播的波场分量可以被分离。一旦确定了这些波场分量，处理单元(或任何类似的设备)便可以补偿波导第一端的反射(声源被放置在波导上与第一端相对的第二端)，并且因此更直接地确定由声源实际发射出的声音。在另一个实施例中，处理单元被配置成从正向传播的波中减去反向传播的波。假设声源本身的反射系数为1，并且在第一端发生两次反射之后波场变为零，则可以对声源发射的第一声波进行仿真。该第一声波可以提供与声源本身品质相关的有用信息。声源可以以第一模式以及一种或多种第二模式振动，以分别生成零阶声波和其他高阶声波。在本发明的另一些实施例中，信号处理单元被配置成对至少一个扩音器信号进行处理，以致分别提供管道中零阶波和高阶波的测量值，并且当该零阶波的测量值超过阈值时，确定发生了声学故障。在其他实施例中，当高阶波测量值中的一个或多个超过了一个或多个预定阈值时，确定发生了故障。仍然在其他实施例中，该确定基于零阶波和高阶波(中的某些)。在本发明的实施例中，管道的第一端是开放端。在其他实施例中，管道的第一端是吸收性的。在完全吸收性的第一端的情况中，正向行波表示扬声器所发射的信号。这些正向行波可以由管道壁中的扩音器来检测。嵌入声源支承件中的扬声器的辐射阻抗很高(相对于半消声箱中的声源辐射阻抗)。高辐射阻抗意味着，扬声器膜较小的速度导致波导中具有较高的声压。因此，高辐射阻抗改进了信噪比，并且由此改进了测量方法的准确性。在本发明的实施例中，模块仅包括单个扬声器。在这些实施例中，可以得到声学特征的测量值(以及因此音质的测量值)，例如声源的总谐波畸变。在具有两个或更多个扩音器的实施例中，可以将正向平面行波和反向平面行波分离。这使得能够对另一些测量值进行计算，这些测量值也表示声源的行为。在另一些实施例中，扩音器的数量更大，例如三个或更多个。在这些实施例中，可以实现对不同波模式的波进行进一步分离。该进一步分离可以提供对声源的声学行为的另一些或不同的理解。尤其在其中的模块包括多个扩音器的实施例中，该多个扩音器被布置在波导沿线上不同的纵向及角位置，可以实现对不同阶和/或不同传播方向的波的分离。其中，波导的壁包括被配置成容纳扩音器的多个开口，扩音器被配置成提供表示了所测量的局部声压的各个扩音器信号。在其他实施例中，例如其中使用了MEMS扩音器的实施例，这些开口可以被省去。在本发明的实施例中，波导壁包括被配置成容纳扩音器的多个开口。扩音器可以被布置在这些开口中，并且扩音器可以提供表示了所测量的局部声压的各个扩音器信号。根据一个实施例，波导(这里也被称为阻抗管)具有普遍细长的形状。虽然在某些实施例中模块的长度因此很长，但是在其他方向(与波导纵轴正交)上的尺寸可以相对地保持较小。这在许多应用中可以是有利的，例如当模块被设置在装配线中时。由扩音器进行的实际测量以及由信号处理单元对扩音器信号进行的处理能够以快速的方式执行，典型地在小于3秒内，例如小于1秒或小于0.5秒。在某些情况中，需要执行若干个测试。有时以并行的方式来执行这些测试，在其他情况中则需要以连续的方式执行这些测试。此外，当在装配线上自动地装配电子设备时，可以采用技术措施来将电子设备或至少将电子设备中的扬声器运输至模块的扬声器支承件，并且在声学测量完成之后将扬声器带回至装配线。例如，可以使用取放单元，该取放单元能够快速且准确地将扬声器运输至模块以及从模块运输扬声器。在另一些实施例中，装配线(更具体地为取放单元)被配置成根据声学特征的结果对线上所测试的声源进行分类。可以根据声源的个体品质水平对声源分类，该品质水平由本模块来确定。装配线还可以被配置成为声源/电子设备提供恰当的包装，例如包装在塑料盘或带(卷带)中。根据另一个实施例，波导内的管道具有基本非吸收性的壁，并且与声源位置相对的管道端(终端)由声波吸收材料封闭，诸如矿物棉或吸收泡沫。信号处理单元可以被配置成确定管道中正向(高阶和/或零阶)波的测量值和/或反向(高阶和/或零阶)波的测量值。基于这些测量值，处理单元可以确定是否发生了声学故障。第一振动模式可以对应于所谓的活塞振动模式，其中，声源在波导的管道中生成了基本地平面波。声源的一种或多种第二振动模式对应于所谓的摇摆振动模式，其中，声源生成了基本地高阶波。在更高地频率，即起始频率之上，这些波在波导的管道中开始传播。两种摇摆模式被认为指示了特定种类的声源故障。在常规的波导中不能测量到这些较高的频率。声源可以以第三振动模式振动，该第三振动模式对应于声源的弯曲振动模式。优选地，可以设置波导管道的尺寸，例如具有最大半径，以致由声源的第三振动模式所产生的波处于所关心的频率范围之外。所关心的频率范围对应于其中声源需要至少具有最小音质的范围，例如人耳可听范围(约20Hz到20kHz之间)。为了恰当地测量波导管道中的压力分布，对扩音器的数量和扩音器沿波导分布的位置进行计算，以提供近场中、远场中、或近场和远场中的优化检测结果。在本发明的实施例中，开口(以及因此也是扩音器)按照预定模式沿波导的不同纵向(z)位置和角(θ)位置进行定位。扩音器的数量至少为三个，优选地至少为七个，更优选地至少为十一个扩音器。在特别优选的实施例中，至少七个扩音器被设置在近场位置和/或至少其它七个扩音器被设置在远场位置。远场位置被认为是与声源(支承件)相距至少四倍的波导管道直径的位置。与声源(支承件)相距小于四倍波导管道直径的位置被认为是近场位置。扩音器可以均匀地分布在波导沿线上不同的纵向位置和角度位置，但是也可以采用分布不太均匀的扩音器组。扩音器生成了表示管道中的局部声压的扩音器信号。基于来自各个扩音器的扩音器信号，信号处理单元可以确定波导中波场的特征。可以根据波场特征得到声源特征，其中，可以根据所得到的声源特征来确定声源的品质。信号处理单元可以被编程为用以处理入射的扩音器信号，以致将所测量的波场分解成至少下述波：正向传播的平面波(即从声源向波导第一端传播的平面波)；反向传播的平面波(即从波导第一端向声源传播的平面波)；正向传播的高阶波；反向传播的高阶波；在本发明的特定实施例中，该分解优选地包括非线性优化，例如使用最小二乘优化准则。在本发明的实施例中，处理单元对各个波中的至少一个波的振幅进行计算，即正向传播的平面波、反向传播的平面波、正向传播的高阶波以及反向传播的高阶波中至少一个波的振幅(取决于频率)。更具体地并且参照下文所述的表达式，可以确定正向平面波的(复数)振幅(或矢量)(A)、反向平面波的复数振幅(B)、正向圆形波的复数振幅(C、D)以及反向圆形波的复数振幅(D)和(F)。确定了这些类型的波中每一种波的复数振幅(是频率的函数)。作为频率的函数的(标准化的)振幅分别构成了管道中零阶波(平面波)和高阶波(圆形波)的测量值。基于平面波的一个或多个测量值，可以确定声源的声学性能。基于圆形波的一个或多个测量值，可以对是否发生了声学故障进行确定。在本发明的实施例中，该测量值可以或不可以被标准化。在另一些实施例中，将一个或多个该测量值的数值和与各个测量值中的每一个相关联的预定阈值进行比较。当圆形波中的一个或多个波的测量值超过了相应的阈值，则确定发生了声学故障。如果测量值没有超过阈值，则认为声源正常地工作。声源可以是微型扬声器，例如具有2cm或更小宽度的扬声器或受话器。一种类型的扬声器，也被称为动圈式受话器，通常包括永磁体和音圈，音圈被附接于被配置成辐射声音的膜片，膜片包括薄膜和加固部分(拱顶板)。在其他实施例中，扬声器是平衡衔铁式受话器，其中，使用振动销来使膜振动。在本发明的实施例中，模块在与纵向(z)方向正交的方向(x，y)上仅略大于扬声器。例如，当扬声器的直径为2cm时，管道宽度(或具有圆形横截面的管道的直径)也可以小至2cm。波导的总直径也可以被限制，例如在给定的示例中小于3cm。为了避免或减小波导管道内的波场干扰，扩音器优选地被齐平地嵌入波导壁中(即相对于壁的内表面齐平)。根据本发明的第二方面，在评估声源音质(例如扬声器故障)的方法中实现了上述目的中的至少一个，该方法包括：使声源在波导中生成零阶声波和其他阶声波；在沿波导的至少三个不同的纵向及角位置处测量声压，至少三个扩音器提供表示所测量的局部声压的各个扩音器信号；对扩音器信号进行处理，以生成表示声源音质的至少一个测量值。在本发明的实施例中，该方法包括当测量值超过预定阈值时确定发生了声学故障。在本发明的实施例中，该方法包括：根据扩音器信号，确定表示正向传播的零阶波的第一波场分量和表示反向传播的零阶波的第二波场分量。基于第一波场分量和第二波场分量，确定表示声源的声学故障的测量值。由于测量值的确定是基于正向传播的零阶波和反向传播的零阶波，因此故障的检测具有高准确性。在另一实施例中，该方法包括：根据扩音器信号，确定表示正向传播的零阶波的第一波场分量、表示反向传播的零阶波的第二波场分量、表示正向传播的高阶波的第三波场分量、以及表示反向传播的高阶波的第四波场分量；基于第一波场分量、第二波场分量、第三波场分量和第四波场分量，确定表示声源的声学故障的测量值。由于测量值的确定是基于表示正向传播的零阶和高阶波以及反向传播的零阶和高阶波的不同分量，因此故障的检测具有提升的准确性。可以通过将由多个扩音器所测量的声学波场分解成其各自的波场分量，来确定上述的波场分量。处理单元可以基于所测量的扩音器信号，来对该波场分解进行计算。该方法可以包括对至少一个扩音器信号进行处理，以致提供管道中的零阶波和/或高阶波的测量值。在另一些实施例中，也确定了管道中的高阶波。在这些实施例中，通常使用两个或更多个扩音器，以对各个波进行合适的分离。该方法可以进一步包括，当零阶波和/或高阶波的测量值超过了一个或多个预定阈值时，确定发生了声学故障。如上所述，该方法可以包括确定从声源传入波导中的正向高阶波的测量值，和/或传向声源的反向高阶波的测量值。之后，基于正向高阶波的测量值和/或反向高阶波的测量值，对声学故障进行确定。在本发明的实施例中，该方法包括：测量波导中的波场；将波场至少分解成下述的波场分量：正向传播的平面波；反向传播的平面波；正向传播的高阶波；反向传播的高阶波；此外，对于每个分解的波场分量，可以确定单独的测量值。例如，该测量值可以涉及由相关扩音器所测量的压力幅值。波场的分解是基于来自各个扩音器的扩音器信号，并且可以涉及波长矩阵的逆矩阵。可以通过完成优化处理来获取近似的逆矩阵，例如通过最小二乘优化处理。根据本发明的第一方面，在用于评估声源音质的系统中实现了上述目的中的至少一个，该系统包括：本文所定义的一个或多个模块；用于装配电子设备的装配线，其中，电子设备包括声源，装配线包括：传送机，该传送机用于沿着一个或多个装配站以及沿着模块来运输电子设备；取放单元，该取放单元用于拾取沿模块运输的声源，并且将所拾取的声源放入模块的声源支承件中；其中，模块被设置成提供表示位于声源支承件中的声源的音质的至少一个测量值。取放单元可以被配置成拾取装配线的传送机上所经过的每个声源。然而，在其他实施例中，仅对容器上所经过的声源组中的一部分进行拾取和测试。此外，处理单元可以被配置成一旦声源被放入声源支承件中便立即开始测试声源，以致所测试的声源在相对较短的时间内(典型地在3秒或内更短的时间)变为可用。传送机可以被配置成以连续的方式或间歇性地运输电子设备和/或声源(扬声器)。在这两种情况中，可以以快速有效的方式执行测试过程，以致无需传送机中断装配线上电子设备/声源的运输，便可以将所测试的声源放回至传送机上。在本发明的另一些实施例中，模块的波导被基本平行地布置或甚至与传送机共线布置，以致仅需要少量空间来将模块容纳于装配线中，在另一些实施例中，可以通过使用并行的运输机制将扬声器放入(置于或甚至嵌入)多个波导的声源支承件中，来同时测试多个扬声器。小尺寸的模块(至少在与纵向方向或运输方向相垂直的方向上)有助于一个或多个模块在装配线(也可以在具有传送机的装配线)中的布置，以将电子设备/声源通过多个并排的电子设备/声源同时运输。在本发明的另一个实施例中，该系统包括移除单元，该移除单元用于在检测到故障时将至少声源从装配线上移除，例如从传送机或取放单元上移除。移除单元可以由取放单元构成，但是也可以具体实现为单独的装置。此外，在本发明的实施例中，有缺陷扬声器首先被放回至传送机上，并且被转移至装配线的另一个(下游)部分。在其他实施例中，有缺陷扬声器被直接地从装配线上移除，例如从声源支承件直接移至有缺陷器件/声源排放运输机(dischargetransporter)。在这些实施例中，可以实现短反馈回路质量控制。在本发明的另一些实施例中，该系统至少包括下述内容之一：分类器单元，该分类器单元根据所确定的声学特征，将声源分成不同的品质种类和/或故障模式；包装单元，该包装单元用于(将声源)包装到包装材料中。被分类的声源可以被用于故障模式分析，同时包装材料可以使器件适于运输以及适于由最终客户进行进一步处理。附图说明根据下文对本发明中多个实施例的描述，本发明的进一步特征、优势和细节将会变得明显。对附图进行了参考，其中：图1是声源的各种振动模式的示意图；图2是用于检测有缺陷声源的模块实施例的横截面；图3示出了用于测量远场声压的扩音器装置的实施例；图4示出了用于测量近场声压的扩音器装置的实施例；图5A和5B分别示出了在第一频率范围和第二频率范围中随声音频率变化的、在远场中所测量的零模式波分量的振幅；图6A和5B分别示出了在与图5A和5B相同的频率范围中随声音频率变化的不同波分量的振幅；图7A和7B分别示出了在第一频率范围和第二频率范围中随声音频率变化的、在近场中所测量的零模式波分量的振幅；图8A和8B分别示出了在与图7A和7B相同的频率范围中随声音频率变化的不同波分量的振幅；图9是装配线实施例的示意性顶视图，该装配线采用了根据本发明实施例所述的检测模块。具体实施方式将要理解，本发明并不限于所描述的特定实施例。本文所使用的术语仅为了描述特定的实施例，而且并非旨在限制本发明，因为本发明的范围将仅由附加的权利要求书来限制。除非以其他方式定义，否则本文所使用的所有技术术语和科学术语与本发明所属领域的技术人员普遍理解的意义相同。此外，为了清楚性和便于参考，下文对特定的元件进行了定义。在本发明的几个实施例的描述中，声源为扬声器，特别地为将被使用在电子设备(例如便携式电子设备，诸如智能手机和助听器)中的微型扬声器。然而，本发明的原理也可以被应用至其他类型的声源。微型扬声器(在本领域中也被称为受话器)是一种小型、简易的扬声器。扬声器可以由永磁体和音圈组成，音圈被附接至膜片以辐射声音。膜片包括薄膜和加强部分，被称为拱顶板。该拱顶板在结构上可以近似于由弹簧支承的薄板，其中，分布式弹簧沿着整个边缘布置。上述扬声器类型也被称为动圈式受话器。通常，在该类型声源中，线圈接收电子信号并且被磁化。在磁场的作用下，线圈开始移动(动圈)，该运动产生了膜内的振动。膜的运动对膜上方的空气产生了压力，因此产生了声压。另一种类型的声源是平衡衔铁式受话器。这种声源包括接收电子信号的线圈。线圈向衔铁中注入通量，之后衔铁开始在磁场中振动。衔铁的振动致使驱动销移动。驱动销的运动造成了膜内的振动，因此产生了声压。也可以使用其他声源，并且所有这些均落入所附权利要求书的范围。当使用扬声器作为声源示例时，将要理解的是，在本发明的优选实施例中，扬声器仅包括扬声器膜。膜被嵌入声源支承件中，并且通过使用本文所描述的方法和模块来测量膜的声学特性。在其他实施例中，扬声器另外还包括磁体、音圈和/或任何其他相关联的部件。在图1中，给出了由微型扬声器的膜所产生的六种最低振动模式的表示。前三种模式是所谓的刚体模式，其中，板本身没有变形。第一种模式是所期望的振动模式，通常被称为活塞模式。第二种和第三种振动模式是分别沿y轴和x轴的两种所谓的摇摆模式。在更高的频率，发生了第四、第五和第六模式或弯曲模式，其中，板自身开始弯曲。对于微型扬声器，活塞模式的效率在整个频率范围中是最重要的。两种摇摆模式也是较高频率的重要辐射体，这两种模式是扬声器故障的指示。最低弯曲模式对较高频率处的扬声器声功率有贡献，尽管从辐射角度而言这些模式不是很重要。在波导中所产生的声波可以被测量，并且被用于识别微型扬声器的摇摆模式，由此提供了对微型扬声器的可能故障的指示。图2示出了包含长度为L的细长波导2的模块1的实施例。在波导中存在管道3。在后端(第一端)，管道3被背板4和吸声材料5所封闭。该图也示出了扬声器支承件7(被置于波导的第二端)，扬声器8被可移动地安装在支承件7中。扬声器膜被设置在位置z＝0处，而背板4被设置在z＝L处。多个扩音器8、9、10...N被齐平地安装在波导2的壁11中不同的纵向(z)和径向(x，y)位置。在管道终端(z＝L)，反射基本上由吸收材料5阻止。扩音器8-N通过电缆12被连接至处理单元13。波导中所传播的波基本上为平面波。在管道横截面上的平面波是恒定的，并且平面波以恒定的速度沿着管道长度传播。在所谓的起始频率(cut-onfrequency)处，管道上将开始传播不恒定的模式。在起始频率以下，该模式在空间中以指数衰减，即所谓的衰逝波。在远场中，观察不到这些衰逝波模式。在本发明的实施例中，高阶模式被分离出来以便研究扬声器的故障模式，如将在下文中详细阐释的。管道3可以具有不同形状的横截面。在圆形波导(即具有基本呈圆形的横截面的波导)的情况中，波传播可以被表示为：p=