專利名稱：用模擬同步信號快速檢測發(fā)聲體參數(shù)的方法及檢測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提出一種用模擬同步信號快速檢測發(fā)聲體參數(shù)的方法及檢測系統(tǒng)，特別涉及發(fā)聲 體的連接檢測，不確定時延情況下的響應(yīng)信號的提取，發(fā)聲體頻響曲線、阻抗曲線、揚(yáng)聲器 極性和測量距離等參數(shù)的檢測。
背景技術(shù)：
一、 發(fā)聲體的連接檢測
在揚(yáng)聲器、受話器生產(chǎn)中需要對產(chǎn)品的質(zhì)量進(jìn)行一次或多次的檢査。其中參數(shù)檢查是衡 量揚(yáng)聲器產(chǎn)品質(zhì)量的重要因素。用于參數(shù)檢測的儀器通過一個夾具將測試信號送入被測發(fā)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(chǎn)微型揚(yáng)聲器、受話器時，工 人需要手工去除揚(yáng)聲器的保護(hù)蓋(用于在生產(chǎn)過程中保護(hù)振膜)后進(jìn)行生產(chǎn)工藝檢査和參數(shù) 測試。手工連接測試儀夾具常會發(fā)生被測發(fā)聲體與夾具接觸不良的情況.導(dǎo)致測試結(jié)果異常 或不正確，工人需要再測量一次以確認(rèn)問題的原因。
現(xiàn)有儀器采用兩種方式避免被測發(fā)聲體與夾具接觸不良。 一種方式是循環(huán)地發(fā)送測試信 號，實(shí)時地顯示測試結(jié)果。由于實(shí)時性要求較強(qiáng)，測試信號的長度和運(yùn)算的復(fù)雜度受到了限 制，，導(dǎo)致測試精度也受到了限制。另外，甶于循環(huán)地發(fā)射測試信號，功放一直處于正常工作 狀態(tài)，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(guān)即 開始發(fā)送測試信號。由于工人需要手持被測發(fā)聲體，只能用腳踩腳踏開關(guān)啟動測試。工人每 天需要踩腳踏開關(guān)數(shù)萬次，容易疲勞。此外，工人需要經(jīng)過培訓(xùn)學(xué)習(xí)才能達(dá)到一定熟練程度。
二、 不確定時延情況下的響應(yīng)信號提取方法
基于計(jì)算機(jī)的揚(yáng)聲器、受話器檢測儀器常使用采集卡或?qū)I(yè)聲卡將被測發(fā)聲體的響應(yīng)模 數(shù)轉(zhuǎn)換，進(jìn)行數(shù)字信號處理得到測試結(jié)果。采集卡的時延是確定的，因此響應(yīng)信號的相位可 以確定，然而釆集卡的價格很高，需要采用專用的軟件平臺完成信號處理。聲卡的不確定因 素較多，聲卡、操作系統(tǒng)及測試軟件的緩沖區(qū)大小不同和操作系統(tǒng)的驅(qū)動的差異會使采集到 的時延有^^多不確定性，采集到信號的時延不確定性可能導(dǎo)致算法受到限制或測試結(jié)果不準(zhǔn) 確。
三、 發(fā)聲體參數(shù)測量方法
目前許多電聲測試儀器采用的激勵信號是歩進(jìn)正弦頻率信號。歩進(jìn)正弦頻率信號測量法 通過發(fā)射固定頻率點(diǎn)的正弦測試信號并記錄響應(yīng)的幅度，通過描點(diǎn)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(chǎn)線使用。
目前，揚(yáng)聲器的極性測試有國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 9396-1996。該標(biāo)準(zhǔn)采用直流測試，若所加電 壓引起膜片向揚(yáng)聲器前方運(yùn)行時，與電壓JE極相連接的輸入端為揚(yáng)聲器正極。由于所加信號 為直流，很容易導(dǎo)致音圈的溫度升髙而燒壞被測發(fā)聲體。此外，對于微型揚(yáng)聲器、受話器和
壓電揚(yáng)聲器，由于位移很小，極性判斷十分困難。
ZL99120264.3提出了一種揚(yáng)聲器極性判定電路。該電路對兩個揚(yáng)聲器輸出同相或反相信 號后，根據(jù)兩個揚(yáng)聲器的聲音疊加結(jié)果給出極性的判斷。該方法對于揚(yáng)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(yáng)聲器作為參考。而且在發(fā)聲較小的受話器測試中這種 方法容易受到外界干擾。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)出一種用模擬同步信號快速檢測發(fā)聲體參數(shù)的方法及其檢測系統(tǒng)。 本發(fā)明要解決的是現(xiàn)有電聲測試儀器測試時存在的如下問題 一是被測發(fā)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(dǎo)致算法受到限制或測試結(jié)果 不準(zhǔn)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(chǎn) 線使用；四是極性測試如采用直流測試，由于所加信號為直流，很容易導(dǎo)致音圈的溫度升高 而燒壞被測發(fā)聲體；此外，對于微型揚(yáng)聲器、受話器和壓電揚(yáng)聲器，由于位移很小，極性判 斷困難。
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明提出了用模擬同歩信號快速檢測發(fā)聲體參數(shù)的方法， 該種方法至少包括以下步驟
步驟1、用戶通過設(shè)置模塊(10)輸入測試參數(shù)，測試參數(shù)至少包括測試龜壓幅度/、 對數(shù)掃頻信號長度7V:
步驟2、對數(shù)掃頻信號生成模塊(11)根據(jù)歩驟1中輸入的測試參數(shù)生成對數(shù)掃頻信號； 步驟3、夾具檢測信號生成模塊(14)根據(jù)步驟1中輸入的測試參數(shù)生成夾具檢測信號， 發(fā)送到聲卡錄音放音模塊(12);
步驟4、進(jìn)行發(fā)聲體連接檢測，其檢測過程為聲卡錄音放音模塊(12)將收到的夾具 檢測信號循環(huán)地發(fā)送到環(huán)形緩沖區(qū)模塊(15)，之后控制聲卡(2)開始播放夾具檢測信，并 錄音；聲卡(2)錄放音過程中，當(dāng)夾具(5)與被測發(fā)聲體(6)接觸，被測發(fā)聲體(6)發(fā) 出的聲音由傳聲器(7)轉(zhuǎn)換為電信號輸入聲卡通道I,流過被測發(fā)聲體(6)的電流由電流傳 感器(4)檢測后輸入聲卡通道II;聲卡通道I和通道II的信號經(jīng)聲卡A/D轉(zhuǎn)換得到原始采集 信號，存入環(huán)形緩沖區(qū)模塊(15)中聲卡錄音放音模塊(12)實(shí)時對環(huán)形緩沖區(qū)模塊(15) 中存儲的電流信號的結(jié)果進(jìn)行如下判斷
若檢出電流信號的峰值/p大于短路門限/a，則停止測試并給出故障提示； 檢出電流信號的峰值/p連續(xù)3次大于檢出電流門限/0i，且每次測得峰值與上一個峰值之 差A(yù)&均小于接觸差異門限&i，進(jìn)行步驟5;否則重復(fù)步驟4，繼續(xù)檢測夾具(5)是否可靠 接觸；
步驟5、進(jìn)行頻響和阻抗曲線測量，其測量過程為聲卡錄音放音模塊(12)在對數(shù)掃 頻信號前加入一個周期的夾具檢測信號作為同歩信號，而后將帶同步信號的對數(shù)掃頻信號發(fā) 送到環(huán)形緩沖區(qū)模塊(15)，令聲卡(2)丌始播放和錄音；播放和錄音過程中，帶同步信號 的對數(shù)掃頻信號被聲卡(2)的D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為模擬信號，輸出至被測發(fā)聲體(6)。發(fā)聲
體(6)發(fā)出的聲音由傳聲器(7)轉(zhuǎn)換為電信號輸入聲卡通道I,流過被測發(fā)聲體(6)的電 流由電流傳感器(4)檢測后輸入聲卡通道II;聲卡通道I和通道II的信號經(jīng)聲卡A/D轉(zhuǎn)換得 到原始采集信號，存入環(huán)形緩沖區(qū)模塊(15)中；播放結(jié)束后，聲卡錄音放音模塊(12)停 止聲卡錄音
歩驟6、聲卡錄音放音模塊(12)將環(huán)形緩沖區(qū)模塊(15〉中的原始采集信號按通道分 為電流信號和聲壓信號，送入數(shù)據(jù)分析及顯示模塊(13);
歩驟7、數(shù)據(jù)分析及顯示模塊(13)根據(jù)電流信號和聲壓信號得到響應(yīng)信號起始時間、 發(fā)聲體極性，計(jì)算出測量距離，具體為
響應(yīng)信號起始時間尋找第一個大于電流門限/w的值，并找到局部的峰值對應(yīng)的時間&
fp即為同步信號激勵下被測發(fā)聲體(6)的電流響應(yīng)峰值時間，因此^-萬/2w為同步信號電流
響應(yīng)的起始時間，此時間加上一個夾具測試信號周期即為響應(yīng)信號起始時間^ ,用下式所示
發(fā)聲體極性根據(jù)聲壓信號判定揚(yáng)聲器的極性，fs-7b至/s時刻內(nèi)聲壓信號最大值記為
SW，對應(yīng)時刻記為fw,若SM與參考發(fā)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(jù)/w和^可以計(jì)算出傳聲器與被測發(fā)聲體(6)間的距離，即測量距離x, 若聲速為c,有
歩驟8、數(shù)據(jù)分析及顯示模塊(13)丟棄電流信號和聲壓信號在fs時刻前采集到的信號， 得到無時延的電流響應(yīng)信號和聲壓響應(yīng)信號；
歩驟9、在數(shù)據(jù)分析及顯示模塊(13)中對電流響應(yīng)信號和聲壓響應(yīng)信號進(jìn)行傅里葉變 換，計(jì)算出阻抗曲線和頻響曲線，從計(jì)算機(jī)顯示器顯示出測量結(jié)果；
阻抗曲線的運(yùn)算為對數(shù)掃頻信號的傅雖葉變換除以電流響應(yīng)信號的傅里葉變換的模值 為阻抗曲線
頻響曲線的運(yùn)算為聲壓響應(yīng)信號的傅里葉變換號除以對數(shù)掃頻信號的傅里葉變換的模 值為頻響曲線。
本發(fā)明所述的用模擬同歩信號快速檢測發(fā)聲體參數(shù)方法的檢測系統(tǒng)，它由計(jì)算機(jī)(1)、 測量功放(3)、電流傳感器(4)、傳聲器(7)、消音箱(8)或仿真耳、聲卡(2)和夾具(5) 組成，計(jì)算機(jī)(1)內(nèi)設(shè)有分析軟件(9),聲卡(2)與計(jì)算機(jī)(1)連接，聲卡(2)內(nèi)置于 計(jì)算機(jī)內(nèi)或外置；聲卡(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(fā)聲體(6),電流傳感器(4)與傳聲器(7)分別與聲卡(2)的兩個輸 入遇道相連，傳聲器(7)置于消音箱(8)內(nèi)；
所述的計(jì)算機(jī)(1)用于聲卡播放及釆集信號，運(yùn)行分析軟件(9);
所述的聲卡(2)用于發(fā)送測試信號和采集測試響應(yīng)信號，包括電流信號和聲壓信號，
所述的測量功放(3)用于向被測發(fā)聲體(6)提供足夠功率的信號。
所述的電流傳感器(4)用于檢測流過揚(yáng)聲器的電流信號。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是檢測發(fā)聲體參數(shù)快速準(zhǔn)確。用本發(fā)明的檢測方法一是能快速檢測被測 發(fā)聲體與夾具接觸狀態(tài)，二是解決了不確定時延情況下響應(yīng)信號的提取，保證了測試結(jié)果的 準(zhǔn)確，三時檢測時間短，適合在生產(chǎn)線使用。


圖1是發(fā)聲體參數(shù)檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2是發(fā)聲體參數(shù)檢測系統(tǒng)軟件模塊圖。
圖3是用于檢測夾具與被測發(fā)聲體接觸狀況時輸出的脈沖信號圖。 圖4是環(huán)形緩沖區(qū)模塊中放音環(huán)形緩沖示意圖。 圖5是環(huán)形緩沖區(qū)模塊中錄音環(huán)形緩沖示意圖。 圖6是帶有同步信號的對數(shù)掃頻信號圖。
圖7是極性不同的兩個揚(yáng)聲器測得的電流傳感器響應(yīng)信號及聲壓響應(yīng)信號圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一歩的說明。
如圖所示，本發(fā)明所述的一種用模擬同歩信號快速檢測發(fā)聲體參數(shù)的方法至少包括以 下步驟
步驟1、用戶通過設(shè)置模塊(10)輸入測試參數(shù)，測試參數(shù)至少包括測試電壓幅度t/、 對數(shù)掃頻信號長度7V。
歩驟2、對數(shù)掃頻信號生成模塊(11)根據(jù)歩驟1中輸入的測試參數(shù)生成對數(shù)掃頻信號， 該對數(shù)掃頻信號形式如下
<formula>formula see original document page 9</formula>
其中<formula>formula see original document page 9</formula>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(jù)步驟l中輸入的測試參數(shù)生成夾具檢測信號， 發(fā)送到聲卡錄音放音模塊(12)。該夾具檢測信號為正弦脈沖信號或半周期正弦脈沖信號。 若采用半周期正弦脈沖信號作為夾具檢測信號，其形式為 <formula>formula see original document page 9</formula>
其中n為正整數(shù)，表示夾具檢測信號的第n個周期；w為脈沖的角頻率，取<formula>formula see original document page 9</formula>為測試脈沖的幅度。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(yīng)該小于這個時間長度.，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(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。出 于降低噪音對操作員影響的考慮，在不影響測試結(jié)果的前提下，應(yīng)該盡量選擇發(fā)聲不明顯的 參數(shù)。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(fā)出的聲音較半周期正弦脈
沖信號作為夾具檢測信號發(fā)出的聲音大一些，因此通常采用半周期正弦脈沖信號。rc>50mS 時，夾具檢測信號發(fā)出的聲音不易被人耳察覺。另外在脈沖發(fā)出之后，發(fā)聲體振動會逐歩衰 減，直到振膜靜止于平衡位置，7b應(yīng)該足夠長使得當(dāng)前脈沖不會影響后續(xù)的測試。
步驟4、進(jìn)行發(fā)聲體連接檢測，其檢測過程為聲卡錄音放音模塊(12)將收到的夾具 檢測信號循環(huán)地發(fā)送到環(huán)形緩沖區(qū)模塊(15》，之后控制聲卡(2)開始播放夾具檢測信號并 錄音；聲卡(2)錄放音過程中，當(dāng)夾具(5)與被測發(fā)聲體(6)接觸，被測發(fā)聲體(6)發(fā) 出的聲音由傳聲器(7)轉(zhuǎn)換為電信號輸入聲卡通道I，流過被測發(fā)聲體(6)的電流由電流傳 感器(4)檢測后輸入聲卡通道II。聲卡通道I和通道II的信號經(jīng)聲卡A/D.轉(zhuǎn)換得到原始采集 信號(離散時間數(shù)字信號)，存入環(huán)形緩沖區(qū)模塊(15)中。聲卡錄音放音模塊(12)實(shí)時檢 測環(huán)形緩沖區(qū)模塊(15)中存儲的電流信號的結(jié)果。
聲卡錄音放音模塊(12)實(shí)時對環(huán)形緩沖區(qū)模塊(15)中存儲的電流信號的結(jié)果進(jìn)行如 下判斷
若檢出電流信號的峰值/p大于短路門限/ci，停止測試并給出故障提示。 若檢出電流信號的峰值//>連續(xù)3次大于檢出電流門限/Dt，且每次測得峰值與上一個峰值 之差Delta Ip均小于接觸差異門限Ja，進(jìn)行步驟5。
若上述條件均不滿足，重復(fù)步驟4，繼續(xù)檢測夾具(5)是否可靠接觸。 考慮到導(dǎo)線長短、夾具(5)接觸電阻等硬件實(shí)際上的差異，短路門限檢出電流門 限/^和接觸差異門限/a應(yīng)該通過數(shù)次測試實(shí)驗(yàn)求得。將夾具(5)連接1Q電阻并發(fā)射上述 脈沖，取7p的最小值作為短路門限/ci。使用夾具(5)連接被測發(fā)聲體(6)后，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(fā)聲體(6)進(jìn)行預(yù) 熱。在測試前發(fā)射數(shù)個脈沖可以使被測發(fā)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(huán)形緩沖區(qū)中斷周期相等，因此，它在中斷程序中進(jìn)行本歩驟4 的判斷；環(huán)形緩沖區(qū)的大小與中斷周期的關(guān)系為
中斷周期(s)-環(huán)形緩沖區(qū)大小(bytes)/(采樣率X通道數(shù)X采樣深度(bits)/8) 本發(fā)明的錄音環(huán)形緩沖區(qū)中交替存儲著電流信號和聲壓信號的量化值，緩沖區(qū)填滿后， 分析軟件(9)暫停其他工作，進(jìn)入錄音中斷處理程序。由于聲壓響應(yīng)可能會受環(huán)境噪音影響， 流過被測發(fā)聲體(6)的電流響應(yīng)更能體現(xiàn)測試夾具(5)的狀態(tài)。測試夾具(5)與被測發(fā)聲 體(6)接觸不良時，夾具(5)與接觸點(diǎn)之間的接觸電阻較大，相當(dāng)于被測發(fā)聲體(6)串聯(lián) 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>formula see original document page 10</formula>
其中IDL為檢出電流門限，表示接觸電阻為O時應(yīng)該測量到的電流，IDL=U/R，及是被 測發(fā)聲體(6)的額定阻抗。若測試夾短路，負(fù)載R接近與0，因此IP >>IDL。為安全起見，
設(shè)定短路門限JCi=l//l Q 。錄音中斷處理程序?qū)⒏鶕?jù)電流信號判斷夾具(5)與被測發(fā)聲體(6) 是否可靠接觸.
所述的被測發(fā)聲體(6)至少包括動圈式揚(yáng)聲器、受話器、壓電式揚(yáng)聲器等電聲換能器， 以及安裝著電聲換能器的系統(tǒng)，至少包括手機(jī)、家庭影院音響和耳機(jī)。
歩驟5、進(jìn)行頻響和阻抗曲線測量。由于計(jì)算機(jī)中操作系統(tǒng)的任務(wù)調(diào)度存在不確定性， 聲卡(2)采集到的聲壓信號、電流信號頭部往往存在10mS 80mS不確定的聲卡采集時延。 通過在激勵信號即對數(shù)掃頻信號之前加入同步信號，在響應(yīng)信號中搜索同步信號對應(yīng)的時刻， 從而計(jì)算出對數(shù)掃頻信號激勵發(fā)聲體得到的響應(yīng)的起始位置，去除聲卡(2)的采集時延影響， 無時延準(zhǔn)確地提取出響應(yīng)信號。由于輸出的脈沖信號為模擬信號，且類似于數(shù)字電路中使用 同步信號確定一幀的幵始或結(jié)束的用途，因此又稱該信號為模擬同歩信號。
其測量過程為聲卡錄音放音模塊(12)在對數(shù)掃頻信號前加入一個周期的夾具檢測信 號作為同步信號，而后將帶同步信號的對數(shù)掃頻信號發(fā)送到環(huán)形緩沖區(qū)模塊(15)，令聲卡(2) 開始播放和錄音；播放和錄音過程中，帶同歩信號的對數(shù)掃頻信號被聲卡(2)的D/A轉(zhuǎn)換 器轉(zhuǎn)換為模擬信號，輸出至被測發(fā)聲體(6)。發(fā)聲體(6)發(fā)出的聲音由傳聲器(7)轉(zhuǎn)換為 電信號輸入聲卡通道I,流過被測發(fā)聲體(6)的電流由電流傳感器(4)檢測后輸入聲卡通道 II;聲卡通道I和通道II的信號經(jīng)聲卡A/D轉(zhuǎn)換得到原始采集信號，存入環(huán)形緩沖區(qū)模塊(15) 中；播放結(jié)束后，聲卡錄音放音模塊(12)停止聲卡錄音。
步驟6、聲卡錄音放音模塊(12)將環(huán)形緩沖區(qū)模塊(15)中的原始采集信號按通道分 為電流信號和聲壓信號，送入數(shù)據(jù)分析及顯示模塊(13)。
步驟7、數(shù)據(jù)分析及顯示模塊(13)根據(jù)電流信號和聲壓信號得到響應(yīng)信號起始時間、 發(fā)聲體極性，計(jì)算出測量距離，具體為
響應(yīng)信號起始時間尋找第一個大于電流門限/^的值,并找到局部的峰值對應(yīng)的時間//>. ^即為同歩信號激勵下被測發(fā)聲體(6)的電流響應(yīng)峰值時間，因此^-W2w為同步信號電流 響應(yīng)的起始時間，此時間加上一個夾具測試信號周期即為響應(yīng)信號起始時間& ，用下式所示
發(fā)聲體極性根據(jù)聲壓信號判定揚(yáng)聲器的極性，&-&至/s時刻內(nèi)聲壓信號最大值記為
SW，對應(yīng)時刻記為^,若SM與參考發(fā)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(jù) 和^可以計(jì)算出傳聲器與被測發(fā)聲體(6〉間的距離，即測量距離x, 若聲速為c,有 j: = c(/w-W 。
若聲卡的釆樣率為44100Hz，聲速為340m/s,根據(jù)x'= 340/44100=7.7mm，測量的誤 差為土7.7mm，在采樣率更髙的情況下，誤差將進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)測量 距離測量得到的聲壓級可以通過計(jì)算得到lm處的測量結(jié)果。若發(fā)聲體發(fā)出聲功率為1W，由 測量距離x可以換算出發(fā)聲體在lm處的聲壓級
<formula>formula see original document page 12</formula>
本方法測量誤差引起SPL換算結(jié)果的誤差<formula>formula see original document page 12</formula>
，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，適于在產(chǎn)線應(yīng)用。
步驟8、數(shù)據(jù)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(yīng)信號和聲壓響應(yīng)信號-,
步驟9、在數(shù)據(jù)分析及顯示模塊(13)中對電流響應(yīng)信號和聲壓響應(yīng)信號進(jìn)行傅里葉變 換，計(jì)算出阻抗曲線和頻響曲線，從計(jì)算機(jī)顯示器顯示出測量結(jié)果；
阻抗曲線的運(yùn)算為對數(shù)掃頻信號的傅里葉變換除以電流響應(yīng)信號的傅里葉變換的模值 為阻抗曲線；
頻響曲線的運(yùn)算為聲壓響應(yīng)信號的傅里葉變換號除以對數(shù)掃頻信號的傅里葉變換的模 值為頻響曲線。
若被測發(fā)聲體(6)為手機(jī)，可以將流過手機(jī)揚(yáng)聲器的電流信號引入聲卡(2),并將本發(fā) 明的測試信號導(dǎo)出，存儲于被測發(fā)聲體(6)中，由發(fā)聲體播放測試信號。
本發(fā)明所述的用模擬同歩信號快速檢測發(fā)聲體參數(shù)方法的檢測系統(tǒng)，它由計(jì)算機(jī)(1)、
測量功放(3)、電流傳感器(4)、傳聲器(7)、消音箱(8)或仿真耳、聲卡(2)和夾具(5) 組成，計(jì)算機(jī)(1)內(nèi)設(shè)有分析軟件(9),聲卡(2)與計(jì)算機(jī)(1)連接，聲卡(2)內(nèi)置于 計(jì)算機(jī)內(nèi)或外置；聲卡(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(fā)聲體(6)，電流傳感器(4)與傳聲器(7)分別與聲卡(2)的兩個輸 入通道相連，傳聲器(7)置于消音箱(8)內(nèi)。
檢測時，聲卡(2)輸出的測試信號送入測量功放(3)放大后，經(jīng)過電流傳感器(4)， 由測試夾具(5)接入被測發(fā)聲體(6)。電流傳感器(4)與傳聲器(7)的輸出值分別與兩個 聲卡輸入通道相連，送入計(jì)算機(jī)(1)進(jìn)行信號分析處理。
當(dāng)被測發(fā)聲體(6)為揚(yáng)聲器時，配消音箱(8)以減小環(huán)境噪音、混響的影響當(dāng)被測發(fā) 聲體(6)為受話器時，采用與受話器匹配的仿真耳(8)模擬人耳聲場。 所述的計(jì)算機(jī)(1)用于聲卡播放及采集信號，運(yùn)行分析軟件(9)。 所述的聲卡(2)用于發(fā)送測試信號和采集測試響應(yīng)信號，包括電流信號和聲壓信號。 所述的測量功放(3)用于向被測發(fā)聲體(6)提供足夠功率的信號。 所述的電流傳感器(4)用于檢測流過揚(yáng)聲器的電流信號。
上述設(shè)置模塊(10)、對數(shù)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(huán)形緩沖區(qū)模塊(15)和數(shù)據(jù)分析及顯示模塊(13)均包含于計(jì)算 機(jī)(1)內(nèi)安裝的分析軟件(9)中。
設(shè)置模塊(10)的功能是提示用戶輸入測試電壓幅度C/和對數(shù)掃頻信號長度7V,檢驗(yàn) 輸入是否正確；
對數(shù)掃頻信號生成模塊(11)的功能是根據(jù)用戶輸入的測試參數(shù)，生成對數(shù)掃頻信號; 夾具檢測信號生成模塊(14)的功能是根據(jù)用戶輸入的測試參數(shù)，生成夾具檢測信號；
聲卡錄音放音模塊(12)的功能是控制聲卡(2)開始或停止錄放音；將夾具檢測信號 循環(huán)發(fā)送到環(huán)形緩沖區(qū)模塊(15);實(shí)時分析被測發(fā)聲體(6)與夾具(5)的連接狀況，可靠 連接時繼續(xù)下面操作；生成帶同步信號的對數(shù)掃頻信號；將帶同步信號的對數(shù)掃頻信號發(fā)送 到環(huán)形緩沖區(qū)模塊(15)，同時記錄原始采集信號；將原始采集信號分為聲壓信號和電流信號， 送入數(shù)據(jù)分析及顯示模塊(13)。
環(huán)形緩沖區(qū)模塊(15)的功能是將聲卡錄放音模塊(12)傳來的夾具檢測信號或帶同 步信號的對數(shù)掃頻信號按緩沖區(qū)大小分塊暫存于放音環(huán)形緩沖區(qū)模塊(15)中，接到聲卡錄 放音模塊(12)發(fā)出的播放命令后，將放音環(huán)形緩沖區(qū)模塊(15)中的數(shù)據(jù)發(fā)送至聲卡接 到聲卡錄放音模塊(12)發(fā)出的錄音命令后，聲卡(2)采集到的原始信號分塊暫存于錄音環(huán) 形緩沖區(qū)模塊(15)中；單塊緩沖區(qū)滿即發(fā)生中斷，此時將緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)送入聲卡錄放音 模塊(12)。
數(shù)據(jù)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(yīng)得到響應(yīng)信號起始時間&、極性、測量距離X;根據(jù)響應(yīng)信號起始時間^去除電流信號 和聲壓信號的時延部分；計(jì)算得到阻抗曲線和頻響曲線；從計(jì)算機(jī)顯示器輸出結(jié)果。
聲卡(2)輸出的測試信號送入測量功放(3)放大后，經(jīng)過電流傳感器(4)，由測試夾 具(5)接入被測發(fā)聲體(6)。電流傳感器(4)與傳聲器(7)的輸出值分別與兩個聲卡輸入 通道相連，送入計(jì)算機(jī)(1)進(jìn)行信號分析處理。
當(dāng)被測發(fā)聲體(6)為揚(yáng)聲器時，配消音箱(8)以減小環(huán)境噪音、混響的影響；當(dāng)被測發(fā) 聲體(6)為受話器時，采用與受話器匹配的仿真耳(8)模擬人耳聲場。
本發(fā)明具體的測試在圖1所示裝置中實(shí)施，按下述步驟進(jìn)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(dá)式如下 C/sin(18.187V(exp( 6.91"/"/00rr)- 1))
在歩驟3中檢測測試夾具(5)的信號長度與聲卡放音緩沖區(qū)長度一致，因此可以在每-- 次緩沖區(qū)填充中斷時填入該信號。檢測信號周期7b=0.04s，正弦脈沖頻率戶1000Hz,放音采 樣率/產(chǎn)44100Hz，檢測測試夾具(5)接觸的信號公式形式為
該信號發(fā)送到了聲卡錄音放音模塊(12)。
圖3是上述用于檢測夾具(5)的半周期正弦脈沖信號。
在步驟4開始錄音，發(fā)送夾具(5)檢測信號并實(shí)時檢測環(huán)形緩沖區(qū)中的結(jié)果。聲卡采集 的采樣頻率為44100Hz,量化深度16位，雙聲道錄音。放音和錄音的實(shí)時處理如圖4、圖5 所示。將聲卡(2)初始化完畢，填充好所有放音緩沖區(qū)后，播放即可啟動。第n塊放音緩沖 區(qū)播放完成時會進(jìn)入放音中斷處理程序，該處理程序向第n+2塊放音緩沖區(qū)填充上述測試信 號，并將播放指針指向第n+l塊放音緩沖區(qū)，依次循環(huán)。錄音過程與放音過程相似，在播放
測試信號的同時，聲卡(2)不停地向錄音緩沖區(qū)內(nèi)填充數(shù)據(jù)。第n塊錄音緩沖區(qū)填充滿后即 進(jìn)入錄音中斷處理程序，判斷錄音的結(jié)果。釆集到的信號為有符號16位數(shù)，電流信號與聲壓 信號的量化值交替排列。對單個緩沖區(qū)采集到的內(nèi)電流信號的峰值作如下判斷 *若檢出電流信號的峰值/p大于短路門限/ci,停止測試并給出故障提示。 *若檢出電流信號的峰值/p連續(xù)3次大于檢出電流門限/^，且每次測得峰值與上一個峰 值之差A(yù)/p均小于接觸差異門限/a，進(jìn)行步驟5。
*若上述條件均不滿足，重復(fù)步驟4，繼續(xù)檢測夾具(5)是否可靠接觸。 考慮到導(dǎo)線長短、測試夾接觸電阻等硬件實(shí)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(yīng)該通過數(shù)次測試實(shí)驗(yàn)求得，為便于比較，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并從聲卡輸出，如圖6所示。同 時將錄音環(huán)形緩沖區(qū)得到的原始釆集信號存入內(nèi)存。放音結(jié)束后，聲卡(2)錄音同時結(jié)束。 將內(nèi)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(jù)電流信號和聲壓信號得到響 應(yīng)信號起始時間&、判斷發(fā)聲體極性，計(jì)算出阻抗Z和測量距離jc。實(shí)施方案中，聲卡通道I 采集的是聲壓信號，通道II采集的是電流信號。
圖7為極性不同的兩個揚(yáng)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(yáng)聲器，其結(jié)果用實(shí)心矩形方塊表示；對極 性相反的揚(yáng)聲器，其結(jié)果用空心矩形方塊表示。兩條曲線的電流響應(yīng)一致；聲壓響應(yīng)最大值 幾乎在同一時刻^出現(xiàn)，但相位相差18(T 。按照本發(fā)明的方法，可以計(jì)算得到傳聲器與被 測發(fā)聲體(6)的距離;c-c(^—W = 340m/sX(0.01676s-0.01617s) = 200.6mm，卡尺測量結(jié) 果為195.0mm,測量結(jié)果可以接受。另外可以算出響應(yīng)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(yīng)信號和聲壓響應(yīng)信號中截取長度為Tr秒的信號進(jìn)行步驟 9中敘述的運(yùn)算，得到頻響曲線和姐抗曲線。
權(quán)利要求
1、一種用模擬同步信號快速檢測發(fā)聲體參數(shù)的方法，其特征在于該種方法至少包括以下步驟步驟1、用戶通過設(shè)置模塊(10)輸入測試參數(shù)，測試參數(shù)至少包括測試電壓幅度U、對數(shù)掃頻信號長度TT；步驟2、對數(shù)掃頻信號生成模塊(11)根據(jù)步驟1中輸入的測試參數(shù)生成對數(shù)掃頻信號步驟3、夾具檢測信號生成模塊(14)根據(jù)步驟1中輸入的測試參數(shù)生成夾具檢測信號，發(fā)送到聲卡錄音放音模塊(12)；步驟4、進(jìn)行發(fā)聲體連接檢測，其檢測過程為聲卡錄音放音模塊(12)將收到的夾具檢測信號循環(huán)地發(fā)送到環(huán)形緩沖區(qū)模塊(15)，之后控制聲卡(2)開始播放夾具檢測信號并錄音；聲卡(2)錄放音過程中，當(dāng)夾具(5)與被測發(fā)聲體(6)接觸，被測發(fā)聲體(6)發(fā)出的聲音山傳聲器(7)轉(zhuǎn)換為電信號輸入聲卡通道I，流過被測發(fā)聲體(6)的電流由電流傳感器(4)檢測后輸入聲卡通道II；聲卡通道I和通道II的信號經(jīng)聲卡A/D轉(zhuǎn)換得到原始采集信號，存入環(huán)形緩沖區(qū)模塊(15)中聲卡錄音放音模塊(12)實(shí)時對環(huán)形緩沖區(qū)模塊(15)中存儲的電流信號的結(jié)果進(jìn)行如下判斷若檢出電流信號的峰值IP于短路門限ICL，停止測試并給出故障提示檢出電流信號的峰值IP連續(xù)3次大于檢出電流門限IDL，且每次測得峰值與上一個峰值之差△IP均小于接觸差異門限ISL，進(jìn)行步驟5否則重復(fù)步驟4，繼續(xù)檢測夾具(5)是否可靠接觸；步驟5、進(jìn)行頻響和阻抗曲線測量，其測量過程為聲卡錄音放音模塊(12)在對數(shù)掃頻信號前加入一個周期的夾具檢測信號作為同步信號，而后將帶同步信號的對數(shù)掃頻信號發(fā)送到環(huán)形緩沖區(qū)模塊(15)，令聲卡(2)開始播放和錄音；播放和錄音過程中，帶同步信號的對數(shù)掃頻信號被聲卡(2)的D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為模擬信號，輸出至被測發(fā)聲體(6)。發(fā)聲體(6)發(fā)出的聲音由傳聲器(7)轉(zhuǎn)換為電信號輸入聲卡通道I，流過被測發(fā)聲體(6)的電流由電流傳感器(4).檢測后輸入聲卡通道II；聲卡通道I和通道II的信號經(jīng)聲卡A/D轉(zhuǎn)換得到原始采集信號，存入環(huán)形緩沖區(qū)模塊(15)中；播放結(jié)束后，聲卡錄音放音模塊(12)停止聲卡錄音；步驟6、聲卡錄音放音模塊(12)將環(huán)形緩沖區(qū)模塊(15)中的原始采集信號按通道分為電流信號和聲壓信號，送入數(shù)據(jù)分析及顯示模塊(13)；步驟7、數(shù)據(jù)分析及顯示模塊(13)根據(jù)電流信號和聲壓信號得到響應(yīng)信號起始時間、發(fā)聲體極性，計(jì)算出測量距離，具體為響應(yīng)信號起始時間 尋找第一個大于電流門限IDL的值，并找到局部的峰值對應(yīng)的時間tP．tP即為同步信號激勵下被測發(fā)聲體(6)的電流響應(yīng)峰值時間，因此tP-π/2w為同步信號電流響應(yīng)的起始時間，此時間加上一個夾具測試信號周期即為響應(yīng)信號起始時間tS，用下式所示tS＝tP-π/2w+TC發(fā)聲體極性 根據(jù)聲壓信號判定揚(yáng)聲器的極性，tS-TC至tS時刻內(nèi)聲壓信號最大值記為SM，對應(yīng)時刻記為tM，若SM與參考發(fā)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(jù)tM和tP可以計(jì)算出傳聲器與被測發(fā)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(shù)據(jù)分析及顯示模塊(13)丟棄電流信號和聲壓信號在tS時刻前采集到的信號，得到無時延的電流響應(yīng)信號和聲壓響應(yīng)信號；步驟9、在數(shù)據(jù)分析及顯示模塊(13)中對電流響應(yīng)信號和聲壓響應(yīng)信號進(jìn)行傅里葉變換，計(jì)算出阻抗曲線和頻響曲線，從計(jì)算機(jī)顯示器顯示出測量結(jié)果；阻抗曲線的運(yùn)算為對數(shù)掃頻信號的傅里葉變換除以電流響應(yīng)信號的傅里葉變換的模值為阻抗曲線；頻響曲線的運(yùn)算為聲壓響應(yīng)信號的傅里葉變換號除以對數(shù)掃頻信號的傅里葉變換的模值為頻響曲線。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用模擬同歩信號快速檢測發(fā)聲體參數(shù)的方法，其特征在于所 述的對數(shù)掃頻信號，其形式如下<formula>formula see original document page 2</formula>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(jù)權(quán)利要求1所述的用模擬同歩信號快速檢測發(fā)聲體參數(shù)的方法，其特征在于所 述的夾具檢測信號為正弦脈沖信號或半周期正弦脈沖信號若采用半周期正弦脈沖信號作為夾具檢測信號，其形式為<formula>formula see original document page 3</formula>其中n為正整數(shù)，表示夾具檢測信號的第n個周期；w為脈沖的角頻率，取>^ = 2"/=2 萬X1000Hz; C/為測試脈沖的幅度；7V為夾具檢測信號的周期，取50mS: f為時間。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用模擬同歩信號快速檢測發(fā)聲體參數(shù)的方法，其特征在于短 路門限/"、檢出電流門限//^和接觸差異門限^通過數(shù)次測試實(shí)驗(yàn)求得；具體為將夾具(5) 連接1Q電阻并發(fā)射上述脈沖，取/f的最小值作為短路門限/c"使用夾具(5)連接被測發(fā) 聲體(6)后，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(jù)權(quán)利要求1所述的用模擬同步信號快速檢測發(fā)聲體參數(shù)的方法，其特征在于所述 的被測發(fā)聲體(6)至少包括動圈式揚(yáng)聲器、受話器、壓電式揚(yáng)聲器、手機(jī)、家庭影院音響和 耳機(jī)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用模擬同歩信號快速檢測發(fā)聲體參數(shù)的方法，其特征在于所述 步驟3的夾具檢測信號周期7b與環(huán)形緩沖區(qū)模塊(15)中斷周期相等，因此，它在中斷程序 中進(jìn)行步驟4的判斷；環(huán)形緩沖區(qū)模塊(15)的大小與中斷周期的關(guān)系為中斷周期(8)=環(huán)形緩沖區(qū)大小(bytes)/(采樣率X通道數(shù)X采樣深度(bits)/8)
7、根據(jù)權(quán)利要求1所述的用模擬同歩信號快速檢測發(fā)聲體參數(shù)的方法，其特征在于所述 步驟5、步驟6、步驟7通過在數(shù)掃頻信號之甜加入同步信號，在響應(yīng)信號中搜索同步信號對 應(yīng)的時刻，從而計(jì)算出對數(shù)掃頻信號激勵發(fā)聲體(6)得到的響應(yīng)的起始位置，去除聲卡(2) 的釆集吋延影響，無時延準(zhǔn)確地提取出響應(yīng)信號。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用模擬同歩信號快速檢測發(fā)聲體參數(shù)方法的檢測系統(tǒng)，其特 征在于它由計(jì)算機(jī)(1)、測量功放(3)、電流傳感器(4)、傳聲器(7)、消音箱(8)或仿真 耳、聲卡(2)和夾具(5)組成，計(jì)算機(jī)(1)內(nèi)設(shè)有分析軟件(9),聲卡(2)與計(jì)算機(jī)(1) 連接，聲卡(2)內(nèi)置于計(jì)算機(jī)內(nèi)或外置；聲卡(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(fā)聲體(6),電流傳感器(4)與傳聲器(7) 分別與聲卡(2)的兩個輸入通道相連，傳聲器(7)置于消音箱(8)內(nèi)；所述的計(jì)算機(jī)(1)用于聲卡播放及采集信號，運(yùn)行分析軟件(9);所述的聲卡(2)用于發(fā)送測試信號和采集測試響應(yīng)信號，包括電流信號和聲壓信號；所述的測量功放(3)用于向被測發(fā)聲體(6)提供足夠功率的信號；所述的電流傳感器(4)用于檢測流過揚(yáng)聲器的電流信號。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1和8所述的用模擬同步信號快速檢測發(fā)聲體參數(shù)方法的檢測系統(tǒng)， 其特征在于所述的設(shè)置模塊(10)、對數(shù)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(huán)形緩沖區(qū)模塊(15)和數(shù)據(jù)分析及顯示模塊(13)均包含于計(jì) 算機(jī)(1)內(nèi)安裝的分析軟件(9)中；設(shè)置模塊(10)的功能是提示用戶輸入測試電壓幅度t/和對數(shù)掃頻信號長度7V,檢驗(yàn) 輸入是否正確；對數(shù)掃頻信號生成模塊(11)的功能是根據(jù)用戶輸入的測試參數(shù)，生成對數(shù)掃頻信號； 夾具檢測信號生成模塊(14)的功能是根據(jù)用戶輸入的測試參數(shù)，生成夾具檢測信號； 聲卡錄音放音模塊(12)的功能是① 控制聲卡(2)開始或停止錄放音；② 將夾具檢測信號循環(huán)發(fā)送到環(huán)形緩沖區(qū)模塊(15);③ 實(shí)時分析被測發(fā)聲體(6)與夾具(5)的連接狀況，可靠連接時繼續(xù)下面操作；④ 生成帶同步信號的對數(shù)掃頻信號；⑤ 將帶同步信號的對數(shù)掃頻信號發(fā)送到環(huán)形緩沖區(qū)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(shù)據(jù)分析及顯示模塊(13)。 環(huán)形緩沖區(qū)模塊(15)的功能是① 將聲卡錄放音模塊(12)傳來的夾具檢測信號或帶同歩信號的對數(shù)掃頻信號按緩沖區(qū) 大小分塊暫存于放音環(huán)形緩沖區(qū)模塊(15)中，接到聲卡錄放音模塊(12)發(fā)出的播 放命令后，將放音環(huán)形緩沖區(qū)模塊(15)中的數(shù)據(jù)發(fā)送至聲卡；② 接到聲卡錄放音模塊(12)發(fā)出的錄音命令后，聲卡(2)釆集到的原始信號分塊暫 存于錄音環(huán)形緩沖區(qū)模塊(15)中；單塊緩沖區(qū)滿即發(fā)生中斷，此時將緩沖區(qū)中的數(shù) 據(jù)送入聲卡錄放音模塊(12); 數(shù)據(jù)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(yīng)得到響應(yīng)信號起始時間&、極 性、測量距離X,② 根據(jù)響應(yīng)信號起始時間^去除電流信號和聲壓信號的時延部分③ 計(jì)算得到阻抗曲線和頻響曲線； 從計(jì)算機(jī)顯示器輸出結(jié)果。
全文摘要
本發(fā)明提出一種用模擬同步信號快速檢測發(fā)聲體參數(shù)的方法及檢測系統(tǒng)，涉及發(fā)聲體的連接檢測、不確定時延情況下的響應(yīng)信號提取和頻響曲線、阻抗曲線、揚(yáng)聲器極性和測量距離等參數(shù)的檢測。本發(fā)明的方法可自動檢測夾具與被測發(fā)聲體的連接狀況，通過在采集信號中搜索同步信號對應(yīng)的時刻，可計(jì)算出測試信號的響應(yīng)起始位置，無時延準(zhǔn)確地提取出響應(yīng)信號，經(jīng)過相對簡單的運(yùn)算可得到頻響曲線、阻抗曲線、揚(yáng)聲器極性和測量距離等。本發(fā)明的檢測系統(tǒng)包括由計(jì)算機(jī)、測量功放、電流傳感器、傳聲器、消音箱或仿真耳、聲卡和夾具，計(jì)算機(jī)內(nèi)設(shè)有分析軟件，聲卡可內(nèi)置或外置。本發(fā)明檢測發(fā)聲體參數(shù)快速準(zhǔn)確，十分適合發(fā)聲體參數(shù)的檢測，特別適合在生產(chǎn)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(yōu)先權(quán)日2008年9月26日
發(fā)明者馮海泓, 益 楊, 溫周斌, 韋峻峰 申請人:嘉興中科聲學(xué)科技有限公司