用模擬同步信號快速檢測發聲體參數的方法及檢測系統的製作方法
2023-09-15 13:40:50
專利名稱：用模擬同步信號快速檢測發聲體參數的方法及檢測系統的製作方法
技術領域：
本發明提出一種用模擬同步信號快速檢測發聲體參數的方法及檢測系統，特別涉及發聲 體的連接檢測，不確定時延情況下的響應信號的提取，發聲體頻響曲線、阻抗曲線、揚聲器 極性和測量距離等參數的檢測。
背景技術：
一、 發聲體的連接檢測
在揚聲器、受話器生產中需要對產品的質量進行一次或多次的檢査。其中參數檢查是衡 量揚聲器產品質量的重要因素。用於參數檢測的儀器通過一個夾具將測試信號送入被測發聲 體。連接夾具的步驟往往需要工人手工操作完成。尤其是在生產微型揚聲器、受話器時，工 人需要手工去除揚聲器的保護蓋(用於在生產過程中保護振膜)後進行生產工藝檢査和參數 測試。手工連接測試儀夾具常會發生被測發聲體與夾具接觸不良的情況.導致測試結果異常 或不正確，工人需要再測量一次以確認問題的原因。
現有儀器採用兩種方式避免被測發聲體與夾具接觸不良。 一種方式是循環地發送測試信 號，實時地顯示測試結果。由於實時性要求較強，測試信號的長度和運算的複雜度受到了限 制，，導致測試精度也受到了限制。另外，甶於循環地發射測試信號，功放一直處於正常工作 狀態，功耗較大，若測試夾不慎斷路則很容易燒壞功放。另一種方式是通過工人3^下開關即 開始發送測試信號。由於工人需要手持被測發聲體，只能用腳踩腳踏開關啟動測試。工人每 天需要踩腳踏開關數萬次，容易疲勞。此外，工人需要經過培訓學習才能達到一定熟練程度。
二、 不確定時延情況下的響應信號提取方法
基於計算機的揚聲器、受話器檢測儀器常使用採集卡或專業音效卡將被測發聲體的響應模 數轉換，進行數位訊號處理得到測試結果。採集卡的時延是確定的，因此響應信號的相位可 以確定，然而釆集卡的價格很高，需要採用專用的軟體平臺完成信號處理。音效卡的不確定因 素較多，音效卡、作業系統及測試軟體的緩衝區大小不同和作業系統的驅動的差異會使採集到 的時延有^^多不確定性，採集到信號的時延不確定性可能導致算法受到限制或測試結果不準 確。
三、 發聲體參數測量方法
目前許多電聲測試儀器採用的激勵信號是歩進正弦頻率信號。歩進正弦頻率信號測量法 通過發射固定頻率點的正弦測試信號並記錄響應的幅度，通過描點得到頻響和阻抗。該方法 測試的吋域解析度較低，而且測試100Hz以下頻率所需的時間較長，不適合在生產線使用。
目前，揚聲器的極性測試有國家標準GB/T 9396-1996。該標準採用直流測試，若所加電 壓引起膜片向揚聲器前方運行時，與電壓JE極相連接的輸入端為揚聲器正極。由於所加信號 為直流，很容易導致音圈的溫度升髙而燒壞被測發聲體。此外，對於微型揚聲器、受話器和
壓電揚聲器，由於位移很小，極性判斷十分困難。
ZL99120264.3提出了一種揚聲器極性判定電路。該電路對兩個揚聲器輸出同相或反相信 號後，根據兩個揚聲器的聲音疊加結果給出極性的判斷。該方法對於揚聲器極性檢測是有效 的，但是每次測試都需要一個合格的揚聲器作為參考。而且在發聲較小的受話器測試中這種 方法容易受到外界幹擾。
發明內容
本發明的目的是設計出一種用模擬同步信號快速檢測發聲體參數的方法及其檢測系統。 本發明要解決的是現有電聲測試儀器測試時存在的如下問題 一是被測發聲體與夾具接 觸不能自動檢測；二是測試時釆集到信號的時延不確定性可能導致算法受到限制或測試結果 不準確；三是測試的時域解析度較低、測試100Hz以下頻率所需的時間較長、不適合在生產 線使用；四是極性測試如採用直流測試，由於所加信號為直流，很容易導致音圈的溫度升高 而燒壞被測發聲體；此外，對於微型揚聲器、受話器和壓電揚聲器，由於位移很小，極性判 斷困難。
為了實現本發明的目的，本發明提出了用模擬同歩信號快速檢測發聲體參數的方法， 該種方法至少包括以下步驟
步驟1、用戶通過設置模塊(10)輸入測試參數，測試參數至少包括測試龜壓幅度/、 對數掃頻信號長度7V:
步驟2、對數掃頻信號生成模塊(11)根據歩驟1中輸入的測試參數生成對數掃頻信號； 步驟3、夾具檢測信號生成模塊(14)根據步驟1中輸入的測試參數生成夾具檢測信號， 發送到音效卡錄音放音模塊(12);
步驟4、進行發聲體連接檢測，其檢測過程為音效卡錄音放音模塊(12)將收到的夾具 檢測信號循環地發送到環形緩衝區模塊(15)，之後控制音效卡(2)開始播放夾具檢測信，並 錄音；音效卡(2)錄放音過程中，當夾具(5)與被測發聲體(6)接觸，被測發聲體(6)發 出的聲音由傳聲器(7)轉換為電信號輸入音效卡通道I,流過被測發聲體(6)的電流由電流傳 感器(4)檢測後輸入音效卡通道II;音效卡通道I和通道II的信號經音效卡A/D轉換得到原始採集 信號，存入環形緩衝區模塊(15)中音效卡錄音放音模塊(12)實時對環形緩衝區模塊(15) 中存儲的電流信號的結果進行如下判斷
若檢出電流信號的峰值/p大於短路門限/a，則停止測試並給出故障提示； 檢出電流信號的峰值/p連續3次大於檢出電流門限/0i，且每次測得峰值與上一個峰值之 差A&均小於接觸差異門限&i，進行步驟5;否則重複步驟4，繼續檢測夾具(5)是否可靠 接觸；
步驟5、進行頻響和阻抗曲線測量，其測量過程為音效卡錄音放音模塊(12)在對數掃 頻信號前加入一個周期的夾具檢測信號作為同歩信號，而後將帶同步信號的對數掃頻信號發 送到環形緩衝區模塊(15)，令音效卡(2)丌始播放和錄音；播放和錄音過程中，帶同步信號 的對數掃頻信號被音效卡(2)的D/A轉換器轉換為模擬信號，輸出至被測發聲體(6)。發聲
體(6)發出的聲音由傳聲器(7)轉換為電信號輸入音效卡通道I,流過被測發聲體(6)的電 流由電流傳感器(4)檢測後輸入音效卡通道II;音效卡通道I和通道II的信號經音效卡A/D轉換得 到原始採集信號，存入環形緩衝區模塊(15)中；播放結束後，音效卡錄音放音模塊(12)停 止音效卡錄音
歩驟6、音效卡錄音放音模塊(12)將環形緩衝區模塊(15〉中的原始採集信號按通道分 為電流信號和聲壓信號，送入數據分析及顯示模塊(13);
歩驟7、數據分析及顯示模塊(13)根據電流信號和聲壓信號得到響應信號起始時間、 發聲體極性，計算出測量距離，具體為
響應信號起始時間尋找第一個大於電流門限/w的值，並找到局部的峰值對應的時間&
fp即為同步信號激勵下被測發聲體(6)的電流響應峰值時間，因此^-萬/2w為同步信號電流
響應的起始時間，此時間加上一個夾具測試信號周期即為響應信號起始時間^ ,用下式所示
發聲體極性根據聲壓信號判定揚聲器的極性，fs-7b至/s時刻內聲壓信號最大值記為
SW，對應時刻記為fw,若SM與參考發聲體測得SM的符號相同，則他們的極性一致，若符號不
同則極性相反；
測量距離根據/w和^可以計算出傳聲器與被測發聲體(6)間的距離，即測量距離x, 若聲速為c,有
歩驟8、數據分析及顯示模塊(13)丟棄電流信號和聲壓信號在fs時刻前採集到的信號， 得到無時延的電流響應信號和聲壓響應信號；
歩驟9、在數據分析及顯示模塊(13)中對電流響應信號和聲壓響應信號進行傅立葉變 換，計算出阻抗曲線和頻響曲線，從計算機顯示器顯示出測量結果；
阻抗曲線的運算為對數掃頻信號的傅雖葉變換除以電流響應信號的傅立葉變換的模值 為阻抗曲線
頻響曲線的運算為聲壓響應信號的傅立葉變換號除以對數掃頻信號的傅立葉變換的模 值為頻響曲線。
本發明所述的用模擬同歩信號快速檢測發聲體參數方法的檢測系統，它由計算機(1)、 測量功放(3)、電流傳感器(4)、傳聲器(7)、消音箱(8)或仿真耳、音效卡(2)和夾具(5) 組成，計算機(1)內設有分析軟體(9),音效卡(2)與計算機(1)連接，音效卡(2)內置於 計算機內或外置；音效卡(2)與測量功放(3)連接，測量功放(3)與電流傳感器(4)連接， 夾具(5)接入被測發聲體(6),電流傳感器(4)與傳聲器(7)分別與音效卡(2)的兩個輸 入遇道相連，傳聲器(7)置於消音箱(8)內；
所述的計算機(1)用於音效卡播放及釆集信號，運行分析軟體(9);
所述的音效卡(2)用於發送測試信號和採集測試響應信號，包括電流信號和聲壓信號，
所述的測量功放(3)用於向被測發聲體(6)提供足夠功率的信號。
所述的電流傳感器(4)用於檢測流過揚聲器的電流信號。
本發明的優點是檢測發聲體參數快速準確。用本發明的檢測方法一是能快速檢測被測 發聲體與夾具接觸狀態，二是解決了不確定時延情況下響應信號的提取，保證了測試結果的 準確，三時檢測時間短，適合在生產線使用。
圖1是發聲體參數檢測系統結構示意圖。 圖2是發聲體參數檢測系統軟體模塊圖。
圖3是用於檢測夾具與被測發聲體接觸狀況時輸出的脈衝信號圖。 圖4是環形緩衝區模塊中放音環形緩衝示意圖。 圖5是環形緩衝區模塊中錄音環形緩衝示意圖。 圖6是帶有同步信號的對數掃頻信號圖。
圖7是極性不同的兩個揚聲器測得的電流傳感器響應信號及聲壓響應信號圖。
具體實施例方式
下面結合附圖及實施例對本發明作進一歩的說明。
如圖所示，本發明所述的一種用模擬同歩信號快速檢測發聲體參數的方法至少包括以 下步驟
步驟1、用戶通過設置模塊(10)輸入測試參數，測試參數至少包括測試電壓幅度t/、 對數掃頻信號長度7V。
歩驟2、對數掃頻信號生成模塊(11)根據歩驟1中輸入的測試參數生成對數掃頻信號， 該對數掃頻信號形式如下
formula see original document page 9
其中formula see original document page 9為掃頻起始頻率，力為掃頻終止頻率，f為時間。 步驟3、夾具檢測信號生成模塊(14)根據步驟l中輸入的測試參數生成夾具檢測信號， 發送到音效卡錄音放音模塊(12)。該夾具檢測信號為正弦脈沖信號或半周期正弦脈衝信號。 若採用半周期正弦脈衝信號作為夾具檢測信號，其形式為 formula see original document page 9
其中n為正整數，表示夾具檢測信號的第n個周期；w為脈衝的角頻率，取formula see original document page 9為測試脈衝的幅度。TC為夾具檢測信號的周期，取50mS; r為時間。人類條 件反射的時間為0.1秒，輸出的夾具檢測信號的周期7b應該小於這個時間長度.，操作員就不 會有明顯遲滯的感覺。7b若太小，新的中斷將打斷釆集信號的處理過程，導致數據丟失。出 於降低噪音對操作員影響的考慮，在不影響測試結果的前提下，應該儘量選擇發聲不明顯的 參數。周期正弦信號作為夾具檢測信號儐噪比略好，但測試信號發出的聲音較半周期正弦脈
衝信號作為夾具檢測信號發出的聲音大一些，因此通常採用半周期正弦脈衝信號。rc>50mS 時，夾具檢測信號發出的聲音不易被人耳察覺。另外在脈衝發出之後，發聲體振動會逐歩衰 減，直到振膜靜止於平衡位置，7b應該足夠長使得當前脈衝不會影響後續的測試。
步驟4、進行發聲體連接檢測，其檢測過程為音效卡錄音放音模塊(12)將收到的夾具 檢測信號循環地發送到環形緩衝區模塊(15》，之後控制音效卡(2)開始播放夾具檢測信號並 錄音；音效卡(2)錄放音過程中，當夾具(5)與被測發聲體(6)接觸，被測發聲體(6)發 出的聲音由傳聲器(7)轉換為電信號輸入音效卡通道I，流過被測發聲體(6)的電流由電流傳 感器(4)檢測後輸入音效卡通道II。音效卡通道I和通道II的信號經音效卡A/D.轉換得到原始採集 信號(離散時間數位訊號)，存入環形緩衝區模塊(15)中。音效卡錄音放音模塊(12)實時檢 測環形緩衝區模塊(15)中存儲的電流信號的結果。
音效卡錄音放音模塊(12)實時對環形緩衝區模塊(15)中存儲的電流信號的結果進行如 下判斷
若檢出電流信號的峰值/p大於短路門限/ci，停止測試並給出故障提示。 若檢出電流信號的峰值//>連續3次大於檢出電流門限/Dt，且每次測得峰值與上一個峰值 之差Delta Ip均小於接觸差異門限Ja，進行步驟5。
若上述條件均不滿足，重複步驟4，繼續檢測夾具(5)是否可靠接觸。 考慮到導線長短、夾具(5)接觸電阻等硬體實際上的差異，短路門限檢出電流門 限/^和接觸差異門限/a應該通過數次測試實驗求得。將夾具(5)連接1Q電阻並發射上述 脈衝，取7p的最小值作為短路門限/ci。使用夾具(5)連接被測發聲體(6)後，多次測試得 到峰值^的最小值作為檢出電流門限/DZ_,多次測試得到峰值之差厶/p的最大值作為接觸差異 門限/a。
除了測量夾具(5)是否可靠接觸之外，夾具檢測信號還可以對被測發聲體(6)進行預 熱。在測試前發射數個脈衝可以使被測發聲體(6)的音圈溫度接近相同，這樣測得的阻抗曲 線一致性好。
夾具檢測信號周期7b與環形緩衝區中斷周期相等，因此，它在中斷程序中進行本歩驟4 的判斷；環形緩衝區的大小與中斷周期的關係為
中斷周期(s)-環形緩衝區大小(bytes)/(採樣率X通道數X採樣深度(bits)/8) 本發明的錄音環形緩衝區中交替存儲著電流信號和聲壓信號的量化值，緩衝區填滿後， 分析軟體(9)暫停其他工作，進入錄音中斷處理程序。由於聲壓響應可能會受環境噪音影響， 流過被測發聲體(6)的電流響應更能體現測試夾具(5)的狀態。測試夾具(5)與被測發聲 體(6)接觸不良時，夾具(5)與接觸點之間的接觸電阻較大，相當於被測發聲體(6)串聯 了--個較大的電阻r。測量功率放大器輸出的夾具(5)測試信號幅度為[/，因而電流信號的 峰值formula see original document page 10
其中IDL為檢出電流門限，表示接觸電阻為O時應該測量到的電流，IDL=U/R，及是被 測發聲體(6)的額定阻抗。若測試夾短路，負載R接近與0，因此IP >>IDL。為安全起見，
設定短路門限JCi=l//l Q 。錄音中斷處理程序將根據電流信號判斷夾具(5)與被測發聲體(6) 是否可靠接觸.
所述的被測發聲體(6)至少包括動圈式揚聲器、受話器、壓電式揚聲器等電聲換能器， 以及安裝著電聲換能器的系統，至少包括手機、家庭影院音響和耳機。
歩驟5、進行頻響和阻抗曲線測量。由於計算機中作業系統的任務調度存在不確定性， 音效卡(2)採集到的聲壓信號、電流信號頭部往往存在10mS 80mS不確定的音效卡採集時延。 通過在激勵信號即對數掃頻信號之前加入同步信號，在響應信號中搜索同步信號對應的時刻， 從而計算出對數掃頻信號激勵發聲體得到的響應的起始位置，去除音效卡(2)的採集時延影響， 無時延準確地提取出響應信號。由於輸出的脈衝信號為模擬信號，且類似於數字電路中使用 同步信號確定一幀的幵始或結束的用途，因此又稱該信號為模擬同歩信號。
其測量過程為音效卡錄音放音模塊(12)在對數掃頻信號前加入一個周期的夾具檢測信 號作為同步信號，而後將帶同步信號的對數掃頻信號發送到環形緩衝區模塊(15)，令音效卡(2) 開始播放和錄音；播放和錄音過程中，帶同歩信號的對數掃頻信號被音效卡(2)的D/A轉換 器轉換為模擬信號，輸出至被測發聲體(6)。發聲體(6)發出的聲音由傳聲器(7)轉換為 電信號輸入音效卡通道I,流過被測發聲體(6)的電流由電流傳感器(4)檢測後輸入音效卡通道 II;音效卡通道I和通道II的信號經音效卡A/D轉換得到原始採集信號，存入環形緩衝區模塊(15) 中；播放結束後，音效卡錄音放音模塊(12)停止音效卡錄音。
步驟6、音效卡錄音放音模塊(12)將環形緩衝區模塊(15)中的原始採集信號按通道分 為電流信號和聲壓信號，送入數據分析及顯示模塊(13)。
步驟7、數據分析及顯示模塊(13)根據電流信號和聲壓信號得到響應信號起始時間、 發聲體極性，計算出測量距離，具體為
響應信號起始時間尋找第一個大於電流門限/^的值,並找到局部的峰值對應的時間//>. ^即為同歩信號激勵下被測發聲體(6)的電流響應峰值時間，因此^-W2w為同步信號電流 響應的起始時間，此時間加上一個夾具測試信號周期即為響應信號起始時間& ，用下式所示
發聲體極性根據聲壓信號判定揚聲器的極性，&-&至/s時刻內聲壓信號最大值記為
SW，對應時刻記為^,若SM與參考發聲體測得Sw的符號相同，則他們的極性一致，若符號不
同則極性相反。
測量距離根據 和^可以計算出傳聲器與被測發聲體(6〉間的距離，即測量距離x, 若聲速為c,有 j: = c(/w-W 。
若音效卡的釆樣率為44100Hz，聲速為340m/s,根據x'= 340/44100=7.7mm，測量的誤 差為土7.7mm，在採樣率更髙的情況下，誤差將進一步減小。
在GB/T 9396-1996中指出，自由場和半空間自由場條件下的測量距離為lm。非標準測量 距離測量得到的聲壓級可以通過計算得到lm處的測量結果。若發聲體發出聲功率為1W，由 測量距離x可以換算出發聲體在lm處的聲壓級
formula see original document page 12
本方法測量誤差引起SPL換算結果的誤差formula see original document page 12
，誤差大小可以接受。本方法可以快速獲得測量距離，無需使用 卡尺人工測量，適於在產線應用。
步驟8、數據分析及顯示模塊(13)丟棄電流信號和聲壓信號在^時刻前釆集到的信號， 得到無時延的電流響應信號和聲壓響應信號-,
步驟9、在數據分析及顯示模塊(13)中對電流響應信號和聲壓響應信號進行傅立葉變 換，計算出阻抗曲線和頻響曲線，從計算機顯示器顯示出測量結果；
阻抗曲線的運算為對數掃頻信號的傅立葉變換除以電流響應信號的傅立葉變換的模值 為阻抗曲線；
頻響曲線的運算為聲壓響應信號的傅立葉變換號除以對數掃頻信號的傅立葉變換的模 值為頻響曲線。
若被測發聲體(6)為手機，可以將流過手機揚聲器的電流信號引入音效卡(2),並將本發 明的測試信號導出，存儲於被測發聲體(6)中，由發聲體播放測試信號。
本發明所述的用模擬同歩信號快速檢測發聲體參數方法的檢測系統，它由計算機(1)、
測量功放(3)、電流傳感器(4)、傳聲器(7)、消音箱(8)或仿真耳、音效卡(2)和夾具(5) 組成，計算機(1)內設有分析軟體(9),音效卡(2)與計算機(1)連接，音效卡(2)內置於 計算機內或外置；音效卡(2)與測量功放(3)連接，測量功放(3)與電流傳感器(4)連接， 夾具(5)接入被測發聲體(6)，電流傳感器(4)與傳聲器(7)分別與音效卡(2)的兩個輸 入通道相連，傳聲器(7)置於消音箱(8)內。
檢測時，音效卡(2)輸出的測試信號送入測量功放(3)放大後，經過電流傳感器(4)， 由測試夾具(5)接入被測發聲體(6)。電流傳感器(4)與傳聲器(7)的輸出值分別與兩個 音效卡輸入通道相連，送入計算機(1)進行信號分析處理。
當被測發聲體(6)為揚聲器時，配消音箱(8)以減小環境噪音、混響的影響當被測發 聲體(6)為受話器時，採用與受話器匹配的仿真耳(8)模擬人耳聲場。 所述的計算機(1)用於音效卡播放及採集信號，運行分析軟體(9)。 所述的音效卡(2)用於發送測試信號和採集測試響應信號，包括電流信號和聲壓信號。 所述的測量功放(3)用於向被測發聲體(6)提供足夠功率的信號。 所述的電流傳感器(4)用於檢測流過揚聲器的電流信號。
上述設置模塊(10)、對數掃頻信號生成模塊(11)、夾具檢測信號生成模塊(14)、聲 卡錄音放音模塊(12)、環形緩衝區模塊(15)和數據分析及顯示模塊(13)均包含於計算 機(1)內安裝的分析軟體(9)中。
設置模塊(10)的功能是提示用戶輸入測試電壓幅度C/和對數掃頻信號長度7V,檢驗 輸入是否正確；
對數掃頻信號生成模塊(11)的功能是根據用戶輸入的測試參數，生成對數掃頻信號; 夾具檢測信號生成模塊(14)的功能是根據用戶輸入的測試參數，生成夾具檢測信號；
音效卡錄音放音模塊(12)的功能是控制音效卡(2)開始或停止錄放音；將夾具檢測信號 循環發送到環形緩衝區模塊(15);實時分析被測發聲體(6)與夾具(5)的連接狀況，可靠 連接時繼續下面操作；生成帶同步信號的對數掃頻信號；將帶同步信號的對數掃頻信號發送 到環形緩衝區模塊(15)，同時記錄原始採集信號；將原始採集信號分為聲壓信號和電流信號， 送入數據分析及顯示模塊(13)。
環形緩衝區模塊(15)的功能是將音效卡錄放音模塊(12)傳來的夾具檢測信號或帶同 步信號的對數掃頻信號按緩衝區大小分塊暫存於放音環形緩衝區模塊(15)中，接到音效卡錄 放音模塊(12)發出的播放命令後，將放音環形緩衝區模塊(15)中的數據發送至音效卡接 到音效卡錄放音模塊(12)發出的錄音命令後，音效卡(2)採集到的原始信號分塊暫存於錄音環 形緩衝區模塊(15)中；單塊緩衝區滿即發生中斷，此時將緩衝區中的數據送入音效卡錄放音 模塊(12)。
數據分析及顯示模塊(13)的功能是尋找電流信號中的同步信號，分析同步信號的聲
壓響應得到響應信號起始時間&、極性、測量距離X;根據響應信號起始時間^去除電流信號 和聲壓信號的時延部分；計算得到阻抗曲線和頻響曲線；從計算機顯示器輸出結果。
音效卡(2)輸出的測試信號送入測量功放(3)放大後，經過電流傳感器(4)，由測試夾 具(5)接入被測發聲體(6)。電流傳感器(4)與傳聲器(7)的輸出值分別與兩個音效卡輸入 通道相連，送入計算機(1)進行信號分析處理。
當被測發聲體(6)為揚聲器時，配消音箱(8)以減小環境噪音、混響的影響；當被測發 聲體(6)為受話器時，採用與受話器匹配的仿真耳(8)模擬人耳聲場。
本發明具體的測試在圖1所示裝置中實施，按下述步驟進行
在步驟1中輸入C/和r7。
在步驟2生成測試信號，掃頻起始頻率20Hz,掃頻終止頻率20kHz,表達式如下 C/sin(18.187V(exp( 6.91"/"/00rr)- 1))
在歩驟3中檢測測試夾具(5)的信號長度與音效卡放音緩衝區長度一致，因此可以在每-- 次緩衝區填充中斷時填入該信號。檢測信號周期7b=0.04s，正弦脈衝頻率戶1000Hz,放音採 樣率/產44100Hz，檢測測試夾具(5)接觸的信號公式形式為
該信號發送到了音效卡錄音放音模塊(12)。
圖3是上述用於檢測夾具(5)的半周期正弦脈衝信號。
在步驟4開始錄音，發送夾具(5)檢測信號並實時檢測環形緩衝區中的結果。音效卡採集 的採樣頻率為44100Hz,量化深度16位，雙聲道錄音。放音和錄音的實時處理如圖4、圖5 所示。將音效卡(2)初始化完畢，填充好所有放音緩衝區後，播放即可啟動。第n塊放音緩衝 區播放完成時會進入放音中斷處理程序，該處理程序向第n+2塊放音緩衝區填充上述測試信 號，並將播放指針指向第n+l塊放音緩衝區，依次循環。錄音過程與放音過程相似，在播放
測試信號的同時，音效卡(2)不停地向錄音緩衝區內填充數據。第n塊錄音緩衝區填充滿後即 進入錄音中斷處理程序，判斷錄音的結果。釆集到的信號為有符號16位數，電流信號與聲壓 信號的量化值交替排列。對單個緩衝區採集到的內電流信號的峰值作如下判斷 *若檢出電流信號的峰值/p大於短路門限/ci,停止測試並給出故障提示。 *若檢出電流信號的峰值/p連續3次大於檢出電流門限/^，且每次測得峰值與上一個峰 值之差A/p均小於接觸差異門限/a，進行步驟5。
*若上述條件均不滿足，重複步驟4，繼續檢測夾具(5)是否可靠接觸。 考慮到導線長短、測試夾接觸電阻等硬體實際上的差異，短路門限/a、檢出電流門限/w
和接觸差異門限/a應該通過數次測試實驗求得，為便於比較，沒有將單位換算為毫安而直接 使用了量化值，/cl=10, /加-255， /SL= 12710。
步驟5、步驟6和步驟7中，帶有同歩信號的測試信號並從音效卡輸出，如圖6所示。同 時將錄音環形緩衝區得到的原始釆集信號存入內存。放音結束後，音效卡(2)錄音同時結束。 將內存中的原始釆集信號按通道分為電流信號和聲壓信號，根據電流信號和聲壓信號得到響 應信號起始時間&、判斷發聲體極性，計算出阻抗Z和測量距離jc。實施方案中，音效卡通道I 採集的是聲壓信號，通道II採集的是電流信號。
圖7為極性不同的兩個揚聲器測得的電流傳感器時域信號及聲壓時域信號。上半部分為 聲壓信號，下半部分為電流信號。對極性正確的揚聲器，其結果用實心矩形方塊表示；對極 性相反的揚聲器，其結果用空心矩形方塊表示。兩條曲線的電流響應一致；聲壓響應最大值 幾乎在同一時刻^出現，但相位相差18(T 。按照本發明的方法，可以計算得到傳聲器與被 測發聲體(6)的距離;c-c(^—W = 340m/sX(0.01676s-0.01617s) = 200.6mm，卡尺測量結 果為195.0mm,測量結果可以接受。另外可以算出響應信號的起始時刻在"/2w + rc-=0.01617-0.0005=0.01608s。
從上述&時刻開始，從電流響應信號和聲壓響應信號中截取長度為Tr秒的信號進行步驟 9中敘述的運算，得到頻響曲線和姐抗曲線。
權利要求
1、一種用模擬同步信號快速檢測發聲體參數的方法，其特徵在於該種方法至少包括以下步驟步驟1、用戶通過設置模塊(10)輸入測試參數，測試參數至少包括測試電壓幅度U、對數掃頻信號長度TT；步驟2、對數掃頻信號生成模塊(11)根據步驟1中輸入的測試參數生成對數掃頻信號步驟3、夾具檢測信號生成模塊(14)根據步驟1中輸入的測試參數生成夾具檢測信號，發送到音效卡錄音放音模塊(12)；步驟4、進行發聲體連接檢測，其檢測過程為音效卡錄音放音模塊(12)將收到的夾具檢測信號循環地發送到環形緩衝區模塊(15)，之後控制音效卡(2)開始播放夾具檢測信號並錄音；音效卡(2)錄放音過程中，當夾具(5)與被測發聲體(6)接觸，被測發聲體(6)發出的聲音山傳聲器(7)轉換為電信號輸入音效卡通道I，流過被測發聲體(6)的電流由電流傳感器(4)檢測後輸入音效卡通道II；音效卡通道I和通道II的信號經音效卡A/D轉換得到原始採集信號，存入環形緩衝區模塊(15)中音效卡錄音放音模塊(12)實時對環形緩衝區模塊(15)中存儲的電流信號的結果進行如下判斷若檢出電流信號的峰值IP於短路門限ICL，停止測試並給出故障提示檢出電流信號的峰值IP連續3次大於檢出電流門限IDL，且每次測得峰值與上一個峰值之差△IP均小於接觸差異門限ISL，進行步驟5否則重複步驟4，繼續檢測夾具(5)是否可靠接觸；步驟5、進行頻響和阻抗曲線測量，其測量過程為音效卡錄音放音模塊(12)在對數掃頻信號前加入一個周期的夾具檢測信號作為同步信號，而後將帶同步信號的對數掃頻信號發送到環形緩衝區模塊(15)，令音效卡(2)開始播放和錄音；播放和錄音過程中，帶同步信號的對數掃頻信號被音效卡(2)的D/A轉換器轉換為模擬信號，輸出至被測發聲體(6)。發聲體(6)發出的聲音由傳聲器(7)轉換為電信號輸入音效卡通道I，流過被測發聲體(6)的電流由電流傳感器(4).檢測後輸入音效卡通道II；音效卡通道I和通道II的信號經音效卡A/D轉換得到原始採集信號，存入環形緩衝區模塊(15)中；播放結束後，音效卡錄音放音模塊(12)停止音效卡錄音；步驟6、音效卡錄音放音模塊(12)將環形緩衝區模塊(15)中的原始採集信號按通道分為電流信號和聲壓信號，送入數據分析及顯示模塊(13)；步驟7、數據分析及顯示模塊(13)根據電流信號和聲壓信號得到響應信號起始時間、發聲體極性，計算出測量距離，具體為響應信號起始時間 尋找第一個大於電流門限IDL的值，並找到局部的峰值對應的時間tP．tP即為同步信號激勵下被測發聲體(6)的電流響應峰值時間，因此tP-π/2w為同步信號電流響應的起始時間，此時間加上一個夾具測試信號周期即為響應信號起始時間tS，用下式所示tS＝tP-π/2w+TC發聲體極性 根據聲壓信號判定揚聲器的極性，tS-TC至tS時刻內聲壓信號最大值記為SM，對應時刻記為tM，若SM與參考發聲體測得SM的符號相同，則他們的極性一致，若符號不同則極性相反；測量距離 根據tM和tP可以計算出傳聲器與被測發聲體(6)間的距離，即測量距離x，若聲速為c，有 x＝c(tM-tP)； 步驟8、數據分析及顯示模塊(13)丟棄電流信號和聲壓信號在tS時刻前採集到的信號，得到無時延的電流響應信號和聲壓響應信號；步驟9、在數據分析及顯示模塊(13)中對電流響應信號和聲壓響應信號進行傅立葉變換，計算出阻抗曲線和頻響曲線，從計算機顯示器顯示出測量結果；阻抗曲線的運算為對數掃頻信號的傅立葉變換除以電流響應信號的傅立葉變換的模值為阻抗曲線；頻響曲線的運算為聲壓響應信號的傅立葉變換號除以對數掃頻信號的傅立葉變換的模值為頻響曲線。
2、 根據權利要求1所述的用模擬同歩信號快速檢測發聲體參數的方法，其特徵在於所 述的對數掃頻信號，其形式如下formula see original document page 2其中Z-7V/ln(力/力)，力為掃頻起始頻率，力為掃頻終止頻率，f為時間。
3、 根據權利要求1所述的用模擬同歩信號快速檢測發聲體參數的方法，其特徵在於所 述的夾具檢測信號為正弦脈衝信號或半周期正弦脈衝信號若採用半周期正弦脈衝信號作為夾具檢測信號，其形式為formula see original document page 3其中n為正整數，表示夾具檢測信號的第n個周期；w為脈衝的角頻率，取>^ = 2"/=2 萬X1000Hz; C/為測試脈衝的幅度；7V為夾具檢測信號的周期，取50mS: f為時間。
4、 根據權利要求1所述的用模擬同歩信號快速檢測發聲體參數的方法，其特徵在於短 路門限/"、檢出電流門限//^和接觸差異門限^通過數次測試實驗求得；具體為將夾具(5) 連接1Q電阻並發射上述脈衝，取/f的最小值作為短路門限/c"使用夾具(5)連接被測發 聲體(6)後，多次測試得到峰值Jp的最小值作為檢出電流門限&i,多次測試得到峰值之差 △/p的最大值作為接觸差異門限/見。
5、 根據權利要求1所述的用模擬同步信號快速檢測發聲體參數的方法，其特徵在於所述 的被測發聲體(6)至少包括動圈式揚聲器、受話器、壓電式揚聲器、手機、家庭影院音響和 耳機。
6、 根據權利要求1所述的用模擬同歩信號快速檢測發聲體參數的方法，其特徵在於所述 步驟3的夾具檢測信號周期7b與環形緩沖區模塊(15)中斷周期相等，因此，它在中斷程序 中進行步驟4的判斷；環形緩衝區模塊(15)的大小與中斷周期的關係為中斷周期(8)=環形緩衝區大小(bytes)/(採樣率X通道數X採樣深度(bits)/8)
7、根據權利要求1所述的用模擬同歩信號快速檢測發聲體參數的方法，其特徵在於所述 步驟5、步驟6、步驟7通過在數掃頻信號之甜加入同步信號，在響應信號中搜索同步信號對 應的時刻，從而計算出對數掃頻信號激勵發聲體(6)得到的響應的起始位置，去除音效卡(2) 的釆集吋延影響，無時延準確地提取出響應信號。
8、 根據權利要求1所述的用模擬同歩信號快速檢測發聲體參數方法的檢測系統，其特 徵在於它由計算機(1)、測量功放(3)、電流傳感器(4)、傳聲器(7)、消音箱(8)或仿真 耳、音效卡(2)和夾具(5)組成，計算機(1)內設有分析軟體(9),音效卡(2)與計算機(1) 連接，音效卡(2)內置於計算機內或外置；音效卡(2)與測量功放(3)連接，測量功放(3) 與電流傳感器(4)連接，夾具(5)接入被測發聲體(6),電流傳感器(4)與傳聲器(7) 分別與音效卡(2)的兩個輸入通道相連，傳聲器(7)置於消音箱(8)內；所述的計算機(1)用於音效卡播放及採集信號，運行分析軟體(9);所述的音效卡(2)用於發送測試信號和採集測試響應信號，包括電流信號和聲壓信號；所述的測量功放(3)用於向被測發聲體(6)提供足夠功率的信號；所述的電流傳感器(4)用於檢測流過揚聲器的電流信號。
9、 根據權利要求1和8所述的用模擬同步信號快速檢測發聲體參數方法的檢測系統， 其特徵在於所述的設置模塊(10)、對數掃頻信號生成模塊(11)、夾具檢測信號生成模塊(14)、 音效卡錄音放音模塊(12)、環形緩衝區模塊(15)和數據分析及顯示模塊(13)均包含於計 算機(1)內安裝的分析軟體(9)中；設置模塊(10)的功能是提示用戶輸入測試電壓幅度t/和對數掃頻信號長度7V,檢驗 輸入是否正確；對數掃頻信號生成模塊(11)的功能是根據用戶輸入的測試參數，生成對數掃頻信號； 夾具檢測信號生成模塊(14)的功能是根據用戶輸入的測試參數，生成夾具檢測信號； 音效卡錄音放音模塊(12)的功能是① 控制音效卡(2)開始或停止錄放音；② 將夾具檢測信號循環發送到環形緩衝區模塊(15);③ 實時分析被測發聲體(6)與夾具(5)的連接狀況，可靠連接時繼續下面操作；④ 生成帶同步信號的對數掃頻信號；⑤ 將帶同步信號的對數掃頻信號發送到環形緩衝區模塊(15),同時記錄原始釆集信號: 將原始釆集信號分為聲壓信號和電流信號，送入數據分析及顯示模塊(13)。 環形緩衝區模塊(15)的功能是① 將音效卡錄放音模塊(12)傳來的夾具檢測信號或帶同歩信號的對數掃頻信號按緩衝區 大小分塊暫存於放音環形緩衝區模塊(15)中，接到音效卡錄放音模塊(12)發出的播 放命令後，將放音環形緩沖區模塊(15)中的數據發送至音效卡；② 接到音效卡錄放音模塊(12)發出的錄音命令後，音效卡(2)釆集到的原始信號分塊暫 存於錄音環形緩衝區模塊(15)中；單塊緩衝區滿即發生中斷，此時將緩衝區中的數 據送入音效卡錄放音模塊(12); 數據分析及顯示模塊(13)的功能是 尋找電流信號中的同步信號，分析同步信號的聲壓響應得到響應信號起始時間&、極 性、測量距離X,② 根據響應信號起始時間^去除電流信號和聲壓信號的時延部分③ 計算得到阻抗曲線和頻響曲線； 從計算機顯示器輸出結果。
全文摘要
本發明提出一種用模擬同步信號快速檢測發聲體參數的方法及檢測系統，涉及發聲體的連接檢測、不確定時延情況下的響應信號提取和頻響曲線、阻抗曲線、揚聲器極性和測量距離等參數的檢測。本發明的方法可自動檢測夾具與被測發聲體的連接狀況，通過在採集信號中搜索同步信號對應的時刻，可計算出測試信號的響應起始位置，無時延準確地提取出響應信號，經過相對簡單的運算可得到頻響曲線、阻抗曲線、揚聲器極性和測量距離等。本發明的檢測系統包括由計算機、測量功放、電流傳感器、傳聲器、消音箱或仿真耳、音效卡和夾具，計算機內設有分析軟體，音效卡可內置或外置。本發明檢測發聲體參數快速準確，十分適合發聲體參數的檢測，特別適合在生產線使用。
文檔編號H04R29/00GK101365261SQ200810121098
公開日2009年2月11日 申請日期2008年9月26日 優先權日2008年9月26日
發明者馮海泓, 益 楊, 溫周斌, 韋峻峰 申請人:嘉興中科聲學科技有限公司