揚聲器非線性參數測試裝置系統及測試方法與流程
2023-05-26 16:23:56
本申請涉及揚聲器非線性參數測量技術領域，尤其涉及揚聲器非線性參數測試裝置及測試方法。
背景技術：
隨著市場上對揚聲器產品品質要求的日益增高，揚聲器單元振動的非線性分析也越來越受到重視，目前現有技術一般是利用間接測試法來分析揚聲器振動的非線性問題，即通過事先建一個揚聲器的電路模型，再利用揚聲器分析儀測試並經過自適應擬合運算的方法來得到相關的揚聲器非線性參數值，由於是對揚聲器電路模型進行測試來間接模擬得出揚聲器的非線性參數，準確度較低，不利於從業人員的研究開發工作。
技術實現要素：
為了提高揚聲器非線性參數的測試準確度以便於從業人員的研究開發工作，本申請提供了能夠對揚聲器進行直接測試以提高測試數據準確度的揚聲器非線性參數測試裝置及測試方法。
本申請由以下技術方案實現的：
揚聲器非線性參數測試裝置系統，包括：
直流偏置信號輸出裝置，其與待測揚聲器相串聯，用於向待測揚聲器輸出大小可調的直流偏置電壓信號；
雷射測距儀，其用於測量待測揚聲器內的音圈在磁間隙中的偏置位移；
揚聲器測試系統，其用於在通過所述直流偏置信號輸出裝置的調節使待測揚聲器兩端的直流偏置電壓信號保持不變的條件下，向待測揚聲器輸出交流分析信號並測量待測揚聲器的阻抗曲線以及位移-電壓傳遞函數曲線。
進一步的，所述直流偏置信號輸出裝置包括：
直流電源，其用於向待測揚聲器輸出直流偏置電壓信號；
電壓調節裝置，其串聯於所述直流電源和所述待測揚聲器之間，用以調節待測揚聲器兩端的直流偏置電壓信號；
直流電壓表，其並聯於所述待測揚聲器的兩端，用以測量所述待測揚聲器兩端的直流偏置電壓信號的數值。
進一步的，所述電壓調節裝置為串聯於所述待測揚聲器和所述直流電源之間的可變電阻器。
進一步的，所述揚聲器測試系統串聯於所述直流偏置信號輸出裝置與待測揚聲器之間，且所述揚聲器測試系統的兩端還並聯有控制開關，當所述控制開關斷開時，所述揚聲器測試系統可向待測揚聲器輸出交流分析信號及對待測揚聲器進行阻抗測量。
本申請還提供了揚聲器非線性參數的測試方法，包括以下步驟：
A、直流偏置信號輸出裝置向待測揚聲器施加直流偏置電壓信號使該待測揚聲器的音圈在磁間隙中發生偏置；
B、通過雷射測距儀測量在該直流偏置電壓信號下該待測揚聲器的音圈的偏置位移；
C、在通過直流偏置信號輸出裝置的調節保持待測揚聲器兩端的直流偏置電壓信號值不變的條件下，通過揚聲器測試系統向待測揚聲器輸出交流分析信號並獲取該待測揚聲器的音圈在偏置位置下的阻抗曲線以及位移-電壓傳遞函數曲線；
D、通過阻抗曲線和位移-電壓傳遞函數曲線計算得出該待測揚聲器在音圈發生偏置狀態下的各個非線性參數的數值；
E、通過直流偏置信號輸出裝置的調節多次改變直流偏置電壓信號的大小，重複步驟B至步驟D，測量出在對應的直流偏置電壓信號下該待測揚聲器的音圈在磁間隙中的偏置位移以及計算得出在相對應的音圈偏置位移下該待測揚聲器的非線性參數的數值以獲取該待測揚聲器中各個非線性參數的非線性曲線。
進一步的，所述直流偏置信號輸出裝置包括用於向待測揚聲器輸出直流偏置電壓信號的直流電源、串聯於直流電源和待測揚聲器之間的可變電阻器及並聯於待測揚聲器兩端的直流電壓表，且在步驟C中，通過直流電壓表測量該待測揚聲器兩端的直流偏置電壓信號值，並在揚聲器測試系統向待測揚聲器輸出交流分析信號時，通過調節可變電阻器以使直流電壓表顯示的待測揚聲器兩端的直流偏置電壓信號值保持不變。
進一步的，步驟C中，所述揚聲器測試系統串聯於所述直流偏置信號輸出裝置與待測揚聲器之間，且所述揚聲器測試系統的兩端還並聯有控制開關，當所述控制開關斷開時，所述揚聲器測試系統可向待測揚聲器輸出交流分析信號及對待測揚聲器進行阻抗測量。
進一步的，所述非線性參數包括有電力耦合因子Bl、振動質量Mms以及力順Cms。
進一步的，所述阻抗曲線和位移-電壓傳遞函數曲線如下：
阻抗曲線：
Z(s)＝ZR(s)+sLe+Rdc；
位移-電壓傳遞函數曲線：
其中：
s＝jω，s為虛部，ω為角頻率；
ZR(s)為揚聲器的動生阻抗；
Le為揚聲器的音圈電感；
Rdc為揚聲器的音圈直流電阻；
x(s)為不同頻率的振動位移；
U(s)為不同頻率下的電壓；
Bls為不同頻率下的磁通量值。
進一步的，所述振動質量和電力耦合因子的數量關係如下：
Mms＝Cmes(Bl)^2
其中：
Cmes為振動質量轉化到電學端的量；
力順和電力耦合因子的數量關係如下：
Cms＝Lces/(Bl)^2
其中：
Lces為力順轉化電學端的量。
與現有技術相比，本申請有如下優點：
本申請通過揚聲器測試系統和雷射測距儀等設備對揚聲器進行直接測試以取代傳統的對揚聲器建立電路模型進行測試的間接測試來分析揚聲器振動的非線性問題，以直接獲取揚聲器的非線性參數，避免因建立揚聲器電路模型所產生的數據誤差，能有效提高數據測量的準確度。
【附圖說明】
為了更清楚地說明本申請實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹。
圖1是揚聲器非線性參數測試裝置系統的電路示意圖；
圖2是位移-電壓傳遞函數曲線圖；
圖3是Cms值和BL值的非線性曲線圖。
【具體實施方式】
如圖1所示揚聲器非線性參數測試裝置系統，包括：直流偏置信號輸出裝置、雷射測距儀和揚聲器測試系統。
所述直流偏置信號輸出裝置包括用於向待測揚聲器輸出直流偏置電壓信號的直流電源、串聯於所述直流電源和待測揚聲器之間的電壓調節裝置及並聯於所述待測揚聲器兩端用以測量所述待測揚聲器兩端的直流偏置電壓信號的數值的直流電壓表，通過電壓調節裝置的調節，所述直流偏置信號輸出裝置用於向待測揚聲器輸出大小可調的直流偏置電壓信號，優選的，所述電壓調節裝置為串聯於所述待測揚聲器和所述直流電源之間的可變電阻器。
所述雷射測距儀用於測量待測揚聲器內的音圈在磁間隙中的偏置位移。
所述揚聲器測試系統用於在通過所述直流偏置信號輸出裝置的調節使待測揚聲器兩端的直流偏置電壓信號保持不變的條件下，向待測揚聲器輸出交流分析信號並測量待測揚聲器的阻抗曲線以及位移-電壓傳遞函數曲線，優選的，所述揚聲器測試系統可選擇Soundcheck測試系統或者B&K測試系統。
進一步的，所述揚聲器測試系統串聯於所述直流偏置信號輸出裝置與待測揚聲器之間，且所述揚聲器測試系統的兩端還並聯有控制開關，當所述控制開關斷開時，所述揚聲器測試系統可向待測揚聲器輸出交流分析信號及對待測揚聲器進行阻抗測量。
通過揚聲器測試系統和雷射測距儀等設備對揚聲器進行直接測試以直接獲取揚聲器的非線性參數，降低了數據誤差，能有效提高數據測量的準確度。
本實施例還公開了揚聲器非線性參數的測試方法，包括以下步驟：
A、直流偏置信號輸出裝置向待測揚聲器施加直流偏置電壓信號使該待測揚聲器的音圈在磁間隙中發生偏置；
B、通過雷射測距儀測量在該直流偏置電壓信號下該待測揚聲器的音圈的偏置位移；
C、在通過直流偏置信號輸出裝置的調節保持待測揚聲器兩端的直流偏置電壓信號值不變的條件下，通過揚聲器測試系統向待測揚聲器輸出交流分析信號並獲取該待測揚聲器的音圈在偏置位置下的阻抗曲線以及位移-電壓傳遞函數曲線，所述位移-電壓傳遞函數曲線如圖2所示；
D、通過阻抗曲線和位移-電壓傳遞函數曲線計算得出該待測揚聲器在音圈發生偏置狀態下的各個非線性參數的數值；
E、通過直流偏置信號輸出裝置的調節多次改變直流偏置電壓信號的大小，重複步驟B至步驟D，測量出在對應的直流偏置電壓信號下該待測揚聲器的音圈在磁間隙中的偏置位移以及計算得出在相對應的音圈偏置位移下該待測揚聲器的非線性參數的數值以獲取該待測揚聲器中各個非線性參數的非線性曲線。
進一步的，所述非線性參數包括有電力耦合因子Bl、振動質量Mms以及力順Cms，所述電力耦合因子Bl和力順Cms的非線性曲線圖如圖3所示。
進一步的，所述直流偏置信號輸出裝置包括用於向待測揚聲器輸出直流偏置電壓信號的直流電源、串聯於直流電源和待測揚聲器之間的可變電阻器及並聯於待測揚聲器兩端的直流電壓表，且在步驟C中，通過直流電壓表測量該待測揚聲器兩端的直流偏置電壓信號值，並在揚聲器測試系統向待測揚聲器輸出交流分析信號時，通過調節可變電阻器以使直流電壓表顯示的待測揚聲器兩端的直流偏置電壓信號值保持不變。
進一步的，步驟C中，所述揚聲器測試系統串聯於所述直流偏置信號輸出裝置與待測揚聲器之間，且所述揚聲器測試系統的兩端還並聯有控制開關，當所述控制開關斷開時，所述揚聲器測試系統可向待測揚聲器輸出交流分析信號及對待測揚聲器進行阻抗測量。
進一步的，所述阻抗曲線和位移-電壓傳遞函數曲線如下：
阻抗曲線：
Z(s)＝ZR(s)+sLe+Rdc；
位移-電壓傳遞函數曲線：
其中：
s＝jω，s為虛部，ω為角頻率；
ZR(s)為揚聲器的動生阻抗；
Le為揚聲器的音圈電感；
Rdc為揚聲器的音圈直流電阻；
x(s)為不同頻率的振動位移；
U(s)為不同頻率下的電壓；
Bls為不同頻率下的磁通量值。
進一步的，所述振動質量和電力耦合因子的數量關係如下：
Mms＝Cmes(Bl)^2
其中：
Cmes為振動質量轉化到電學端的量；
力順和電力耦合因子的數量關係如下：
Cms＝Lces/(Bl)^2
其中：
Lces為力順轉化電學端的量。
如上所述是結合具體內容提供的一種實施方式，並不認定本申請的具體實施只局限於這些說明。凡與本申請的方法、結構等近似、雷同，或是對於本申請構思前提下做出若干技術推演或替換，都應當視為本申請的保護範圍。