杨声器大功率谐波失真测量仪和测量方法技术

本发明专利技术属于声学和电声学技术领域的电子测量仪器和测量方法．具体来说是测量扬声器大功率谐波失真的电子测量仪器和测量方法．该测量主要解决了现代国内外音频界难题之一，即扬声器和扬声器系统大功率谐波失真的测试问题，还能在普通房间里完成扬声器、收音机、电视机和录音机等整机和厅堂音响设备的频率响应和灵敏度等参数的非消声室测量，其测量结果与消声室的完全一致．这一发明专利技术可使许多工厂、工程设计部门和研究单位节省建造消声室的大笔费用．该测量仪的主要特征是带有Ａ／Ｄ－微电脑－Ｄ／Ａ的信号处理系统，其中硬件和软件的设计均具有独创性．（*该技术在2005年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于声学和电声学
的电子测量仪器和测量方法，具体来说是测量扬声器大功率谐波失真的电子测量仪器和测量方法。国际电工委员会(I、E、C)第268-5(1983)有关扬声器部分公告中，反映本专利技术的技术背景，见附文“A Tone Burst Method for Measuring Loudspeaker Harmonic Distortion at High Exciting Power Levels.”这篇论文的作者是本专利申请的专利技术人，本文目前尚未发表。对于扬声器的重放音质与它们的谐波失真值是有着密切的关系，而谐波失真值与扬声器的激励功率又存在着基本上是正变的关系。因此，反映重放音质的失真值应当在扬声器以语言或音乐信号工作时的最大功率或者至少在平均功率处测量，然而，过去通常的谐波失真测量方法都要使用稳态的正弦信号来激励扬声器，扬声器虽然能承受大功率的语言或者音乐 信号，却承受不了大功率的稳态正弦信号，因此，过去的方法只能测量扬声器小功率(最大正弦功率以下的功率)的谐波失真。由于事实上扬声器实际都工作在比其最大正弦功率高得多的噪声功率处，所以，最能反映扬声器实质重放音质的谐波失真，应该是在噪声功率上测得的大功率(大于最大正弦功率的激励功率)谐波失真值，不幸的是，如上所述，当人们如用通常的办法来测扬声器大功率谐波失真值时，必须要对扬声器施加一个超过扬声器最大正弦功率值的稳态正弦激励功率，这必然立即会把被测扬声器烧毁。因为根据I、E、C、有关文件的定义，最大正弦功率已是扬声器所能承受稳态正弦信号功率的最大值了。既然扬声器大功率谐波失真最能反映实际的重放音质，而长期以来又无法测量这一重要参数。所以，国内外音频界都在研究扬声器大功率谐波失真的测量方法，而且都很保密。因此，目前尚未检索到国内外有关参考文献。本专利技术的目的就是要解决问题。由图1给出扬声器大功率谐波失真测量仪的原理框图，图2给出扬声器大功率谐波失真测量方法的原理框图。脉冲对发生器(2)产生一对延迟间隔可调的触发脉冲对(4)和(5)，触发脉冲(4)，见图4给出扬声器大功率谐波失真测量过程中的波形图中前脉冲波形(a)，它用来触发同步触发猝发音信号发生器(1)，由它产生一个具有一定波数的猝发音信号(b)，经功率放大器(7)放大后用来激励被测扬声器(8)，它就发射一个相应的猝发音响应(c)，由于猝发音持续时间较短，因此，扬声器可以安全地承受很大峰值功率的猝发音信号(b)，这就是说，我们可以很安全地用测量传声器(9)和测量传声器放大器(10)，而在普通的房间里测得扬声器(8)的大功率猝发音响应(c)，在猝发音响应中包含着瞬态失真与谐波失真，为了正确地测出谐波失真，必须首先测出扬声器(8)的稳态响应(g)，如果采用通常的稳态信号来测稳态的扬声器大功率响应(g)，就会把扬声器烧毁。这就是长期以来想测量这种大功率参数所遇到的一个难于克服的困难。本专利技术是依据新的信号数字处理原理，采用了A/D-微电脑-D/A处理系统，完成了从大功率瞬态猝发音响应中提出扬声器大功率稳态响应的过程，见图4。从而实现了这一测量目的。该测量仪中软件和硬件的设计均具有独创性部分其一，硬件部分在该测量仪的A/D-微电脑-D/A系统中，采用了价廉的Z80A CPU芯片，主振频率为4MHz。在该测量仪的研制过程中，专利技术人曾提出在硬件上采用一个Z80A驱动两个AD7574A/D器件的方案，从而达到fs＝68KHz的指标，近期专利技术人又进行了改进A/D-Z80A接口，使fs＝76KHz，从而大幅度改进了仪器质量。现在将fs＝76KHz的硬件原理概述如下，图3给出了快速76KHz微电脑取样系统的硬件联接框图，这种硬件联接，每当“READ”读出一个A/D变换后的数据后，又自动立即(相隔0.5～1.0μs)启动A/D变换，因此，整个取样过程只要一条读入指令，从而达到了这么高的取样率(即fS＝76KHz)，由于猝发音的频谱很宽，取样频率高了之后，对于高频段的测量失真可以抑制很低。当然，这种取样系统也可广泛应用于水声、超声等信号处理系统。其二，软件部份、数据处理程序如下指令开始让微电脑取样4080个点，贮存于计算机内存单元，然后，对这些点的数据判取完整的第一周波形。然后，又对D/A重复输入第一周波形内的数据。本专利技术解决了长期以来在国内外音频界所存在的扬声器大功率谐波失真值测量的难题。谐波失真现有的测量技术只能测量小于扬声器最大正弦功率的激励功率下的谐波失真(即小功率谐波失真)，该测量仪可以正确地测出高于扬声器噪声功率(噪声功率要比最大正弦功率高多倍)多倍的扬声器大功率谐波失真值。该测量仪还可以完成非消声室条件下的扬声器频率响应，谐波失真、灵敏度等参数的测量，从而可使某些工厂与单位节省建造消声室的费用。附图说明图1给出扬声器大功率谐波失真测量仪的原理框图。 图2给出扬声器大功率谐波失真测量方法原理框图。 图3给出快速(76KHz)微电脑取样系统的硬件联接框图。 图4给出扬声器大功率谐波失真测量过程中的波形图。 对以上附图进一步说明如下同步触发猝音信号发生器(1)，脉冲对发生器(2)，触发脉冲对(4)和(5)，A/D-微电脑D/A信号处理系统(3)，扬声器大功率稳态信号输出(6)，功率放大器(7)，被测扬声器(8)，测量传声器(9)，普通房间(11)，传声器放大器(10)，模拟信号输入(18)，ADC模/数转换单元(START)(14)，延迟器(13)，74LS14(17)，译码器(74LS138)(12)，系统总地址线部分(16)，驱动器(74LS244)(15)至系统数据总线(D0～D7)(19)。用于触发猝发音发生器的脉冲波形(a)，用于激励扬声器的大幅值猝发音信号波形(b)，扬声器大功率猝发音响应(c)，用于起动微电脑A/D对取的脉冲触发信号(d)，由A/D取样后存于微电脑内存中的4K个数据点波形(e)，由微电脑按处理程序选取出的大功率稳态响应“元素”波形(f)，由微电脑按程序要求重复输出的“元素”数据而经D/A产生的波形，即扬声器大功率稳态响应(g)。 该测量仪的工作过程由图4给出。由于当猝发音波数较多时，猝发音响应的中间部分的一周波形与稳态响应的波形很相似，所以，可以控制脉冲对(4)和(5)的间隔C而使微电脑取样开始时刻却好处于稳态响应元素之前。从而，通过处理程序，把猝发音响应的瞬态后沿(前沿已在取样时切除)信号及房间墙面反射信号切除，并精确地取出一周或数周稳态响应元素(即猝发音响应中的中间一周或数周波形)的取样点，完成所谓数据点的剪辑工序。最后，微电脑在程序的控制下，把这些稳态元素的数据点源源不断地按顺序循环送给D/A单元，由D/A输出一个由这样一种智能化仪器“编辑”出的扬声器大功率稳态响应。最后，只要用常规的失真仪对这种大功率稳态响应进行分析，即可测得扬声器大功率谐波失真值。用电压表测出的这种稳态响应幅值，即是扬声器在该频率点及功率值下的声压级。由上述原理可知，该测量仪既能完成大(小)功率的谐波失真非消声室测量，也能完成扬声器频率响应和灵敏度的非消声室测量。因此，对于各扬声器厂、电视本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大功率谐波失真测量仪和测量方法，由同步触发猝发育信号发生器（１）、脉冲对发生器（２）和微电脑处理系统组成，其特征是Ａ／Ｄ——微电脑——Ｄ／Ａ信号处理系统（３）。

【技术特征摘要】
1.一种大功率谐波失真测量仪和测量方法，由同步触发猝发育信号发生器(1)、脉冲对发生器(2)和微电脑处理系统组成，其特征是A/D-微电脑-D/A信号处理系统(3)。2.按照权项1所述的测量仪和测量方法，其特征是A/D-微电脑-D/A信号处理系统(3)的硬件部分，即在A/D-微电脑-D/A信号处理系统(3)中，中心处理单元为Z80A(CPU)，读写存储器是两个2K的2016，程序存于只读存储器2716中，A/D用转换时间短于8μs的...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁永生，
申请(专利权)人：电子工业部第三研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]