采用连续对数扫频信号获得电声产品多个参数的方法及系统技术方案

本发明专利技术提出一种快速测量电声产品多个参数的方法，并给出了实现该方法的测试系统。该方法采用连续对数扫频信号激励被测电声器件，采集被测电声器件发出的声响应信号和流过被测器件的电流响应信号。声响应信号经逆滤波器滤波后可得到频响曲线、相位曲线，频响曲线在时域处理后计算得到谐波失真曲线。电流响应信号经过逆滤波、时域处理后计算得到阻抗曲线。对上述结果曲线进一步分析，得到灵敏度、极性、额定阻抗及线性参数等结果。本发明专利技术的测试系统由测试仪器、放大器、电流测量模块和传声器组成。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电声器件的参数测量方法及测量系统，具体地说是一种采用连续对数扫频信号获得电声产品多个参数的方法及系统。可广泛应用于电声企业研发及生产线的产品质量检
技术介绍
扬声器、受话器等电声产品的参数检测通常在电声研发、产品质量控制环节必不可少。研发人员可以通过频响、谐波失真、阻抗等参数了解试制品与设计指标的差别，质量控制人员则关注产品是否符合产品门限标准。传统的测试仪器仅能测试一两项参数，有的参数测试耗时较长，测试多个参数费时费力。国家标准GB/T 9396-1996叙述了扬声器主要性能测试方法。此方法测量频响等参数需要使用信号源、电压表等仪器，手工描点得到曲线。该测试方法操作复杂，耗时较长，不适合生产线使用。美国专利7027940采用的激励信号是步进正弦频率信号。歩进正弦频率信号测量法通过发射固定频率点的IH弦测试信号并记录响应的幅度，逐点测量得到频响。该方法的抗噪声性能较好，测量准确，但存在着频率分辨率和测试时间之间的矛盾，测量100Hz以下频率所需的时间很长，也不适合在生产线使用。道格拉斯(Douglas D. Rife)在音频工程学会期刊(JAES) 37巻第6期发表了《使用最长序歹ij观ij量传递函数》(Transfer-Function Measurement with Maximum-Length Sequences)—文。其中的MLS方法现在被许多电声测试仪器采用。但其信噪比较低，因此对测试设备及环境要求较高。音频工程学会(AES) 108次会议中Angelo Farina发表的名为《使用正弦扫频信号技术同时湖!j量冲激响应禾卩失真》(Simultaneous measurement of impulse response and distortion with aswept-sine technique)的文章。该文章中提出了使用对数扫频信号作为测试信号对响应进行线性解巻积从而求得线性响应和失真响应的理论。但其解巻积算法较为复杂，求得参数较少，不适合在实际中使用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种采用连续对数扫频信号获得电声产品多个参数的方法及系统。本专利技术要解决的是己有测试方法操作复杂、耗时较长，或是对测试设备及环境要求较高，不适合生产线使用的问题。本专利技术所述的采用连续对数扫频信号获取电声产品多个参数的方法，具体信号处理过程如下(1)生成连续对数扫频信号^);连续对数扫频信号是一种特殊的激励信号，使用这种信号进行电声器件的测试，可以将响应中各次谐波对应的冲激响应映射到特定的时间区域内，因此测量结果的信噪比高于传统最长序列法的结果。由信号源模块生成连续对数扫频信号W)，形式如下二 ？7 sin2<exp<j〖w(w--)，2其中f/为扫频信号的幅度。力为扫频起始频率，力为扫频终止频率，丄=.嗎，靡样频率，r为扫频信号长度，若扫频时间为r秒，KUr=r^。 w()为偶对称于原点、长度为T、衰减长度与窗长度T比为a的tukey窗，用于减少激励信号的首尾处由于信号幅度突变而产生的高频能j表达式为将窗函数从原点平移到工时刻，因此所加窗函数为w( -1)2 2窗函数w()的1o.1 —cos7T_r/2—^< 《一2 I l 2(2) 连续对数扫频信号S(W)输出至被测器件，产生电流响应信号々()和声响应信号连续对数扫频信号n)输出至被测器件，同时采集到电流响应信号^()和声响应信号G()。若被测器件的声冲激响应为电流冲激响应为&()，有rX)=咖)*= ; c()其中符号表示离散时间线性时不变系统的巻积。(3) 对声响应信号和电流响应信号解巻积，分别求出被测器件的声冲激响应&()和电流冲激响应Z c();将响应信号G(X)和^0)分别与逆滤波器/0)巻积，可以求出冲激响应函数/z,0)和/ZcO)。因为^( )*/07) = 3(0，力07)可以从S(n)求得。通常使用离散傅里叶变换可以简化巻积的运算，对于离散时间线性时不变系统的巻积运算，要求FFT的点数N要大于等于被巻积的两个信号的长度之和。连续对数扫频信号的频域表示声响应信号的频域表示电流响应信号的频域表示逆滤波器频响函数导纳函数iU) = FFTN [ )]&() = FFTN [r)]/() = IFFTN[1/S()]声冲激响应 =*,() = IFFTN [//Xn)]导纳冲激响应 =*乂() = IFFTN(4) 幅度计算模块求频响曲线和灵敏度；幅度计算模块计算频响函数仏()的幅度值，得到频响曲线。被测器件的技术指标中定义了其灵敏度的计算方式。在频响曲线上按照技术指标中指定频率点读出声压值并求平均，得到灵敏度测量结果。(5) 相位计算模块求相位曲线和极性；相位计算模块计算频响函数私O)的相位，得到相位曲线。以合格品为标准，对其相位曲线由低频向高频搜索第一个过零点，该点频率作为判断相位的频率点。对其他产品测试时，该点处相位结果与标准品相差大于检验指标(如±90° )，可认为被测器件极性与合格品不一致。(6) 谐波计算模块求谐波失真曲线；谐波失真曲线由谐波计算模块计算得到，具体方法为冲激响应函数/^(W和^(X)在n ^ 0处的信号为线性响应，在n 5 T处的信号为谐波响应。第々次(A:是大于l的整数)谐波出现的时刻可由下式得到ln(/2//,)因此可以在上述时刻通过加窗滤出各次谐波的冲激响应，再通过傅里叶变换求得各次谐波失真曲线。具体过程为谐波计算模块计算出A次谐波冲激响应的起始时刻作为窗函数的参数，窗函数与声冲激响应/z^O相乘，即可得到各次谐波的冲激响应。求傅里叶变换后得到各次谐波失真曲线。将各次谐波失真曲线的功率相加，得到总谐波失真曲线。(7) 求阻抗曲线；导纳冲激响应~()中包含着导纳的线性响应和非线性响应。通过窗函数可以取出其线性响应，再经过快速傅里叶变换转换到频域，求倒数即可得到阻抗曲线。(8) 线性参数计算模块分析阻抗曲线得到线性参数；通过线性参数计算模块分析，在阻抗曲线的谐振频率后搜索最小值，认为该值是测量得到的额定阻抗&。通过线性参数计算模块分析，谐振频率乂在阻抗曲线的指定搜索范围内搜索最大值，但在信噪比较低时或测量的阻抗曲线发生畸变时的结果可能有所偏差，因此，对这种情况通过对阻抗曲线进行辨识求得。通过线性参数计算模块分析，根据扬声器的等效电路模型对阻抗曲线进行辨识，可以求出谐振频率/0、直流电阻7 ￡、线圈电感丄￡、振动等效电容Q^s、振动等效电感丄c^、振动等效电阻i ^、力学品质因数a^、电学品质因数g^、总品质因数gre等其他线性参数。上述方法可以在由测试仪器(1)、放大器G)、电流测量模块(4)、传声器(7)组成的测试系统中实现。电声产品的测试流程为分析模块(8)生成连续对数扫频信号 经数模、模数转换接口 (2)输出测试信号，送入放大器(3)功率放大，经过电流测量模块(4)后接入被测器件(5)。电流测量模块(4)与传声器(7)收到激励信号时产生电流信号和声压信号送入测试仪器(1)中的数模、模数转换接口 (2)，分别转换为离散时间的电流响应信号^()和声响应信号^()，并由分析模块(8)进行运算。最后，测试结果在测试仪器(1)上显示出来本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种快速测量电声产品多个参数的方法，其特征在于该方法的具体步骤为：　（１）生成连续对数扫频信号ｓ（ｎ）　由信号源模块生成连续对数扫频信号ｓ（ｎ），形式如下：　ｓ（ｎ）＝Ｕ　ｓｉｎ［２πｆ↓［１］Ｌ／ｆ↓［ｓ］（ｅｘｐ｛ｎ ／Ｌ｝－１）］ｗ（ｎ－Ｔ／２），　其中Ｕ为扫频信号的幅度，ｆ↓［１］为扫频起始频率，ｆ↓［２］为扫频终止频率，Ｌ＝Ｔ／ｌｎ（ｆ↓［２］／ｆ↓［１］），ｆ↓［ｓ］为采样频率，Ｔ为扫频信号长度，若扫频时间为τ秒，则Ｔ＝τｆ↓［ｓ］，ｗ（ｎ ）为偶对称于原点、长度为Ｔ、衰减长度与窗长度Ｔ比为α的ｔｕｋｅｙ窗，用于减少激励信号的首尾处由于信号幅度突变而产生的高频能量，将窗函数从原点平移到Ｔ／２时刻，因此所加窗函数为ｗ（ｎ－Ｔ／２），窗函数ｗ（ｎ）的表达式为：　＊＊＊　 上述生成的连续对数扫频信号是一种特殊的激励信号，用这种信号进行电声器件的测试，可以将响应中各次谐波对应的冲激响应映射到特定的时间区域内，提取出各次谐波失真曲线；（２）连续对数扫频信号ｓ（ｎ）输出至被测电声器件，产生电流响应信号ｒ↓［ｃ］（ｎ）和声响应信号ｒ↓［ｓ］（ｎ）；　设被测电声器件的声冲激响应为ｈ↓［ｓ］（ｎ），电流冲激响应为ｈ↓［ｃ］（ｎ），则有　ｒ↓［ｓ］（ｎ）＝ｓ（ｎ）↑［＊］ｈ↓［ｓ］（ｎ）　ｒ↓［ｃ］（ｎ）＝ｓ（ｎ）↑［＊］ｈ↓［ｃ］（ｎ）　 　其中符号“＊”表示离散时间线性时不变系统的卷积和；　（３）对声响应信号和电流响应信号解卷积，分别求出被测器件的声冲激响应ｈ↓［ｓ］（ｎ）和电流冲激响应ｈ↓［ｃ］（ｎ）；　将响应信号ｒ↓［ｓ］（ｎ）和ｒ↓［ｃ］（ｎ）分别与逆 滤波器ｆ↓［ｉ］（ｎ）卷积，可以求出冲激响应函数ｈ↓［ｓ］（ｎ）和ｈ↓［ｃ］（ｎ），因为ｓ（ｎ）↑［＊］ｆ↓［ｉ］（ｎ）＝δ（ｔ），ｆ↓［ｉ］（ｎ）可以从ｓ（ｎ）求得；通常使用离散傅里叶变换可以简化卷积的运算，对于离散时间线性时不变系统的卷积运算，要求ＦＦＴ的点数Ｎ要大于等于被卷积的两个信号的长度之和；　连续对数扫频信号的频域　Ｓ（ｎ）＝ＦＦＴ↓［Ｎ］［ｓ（ｎ）］　声响应信号的频域　Ｒ↓［ｓ］（ｎ）＝ＦＦＴ↓［Ｎ］［ｒ↓［ｓ］（ｎ）］　电流响应信号的频域 　Ｒ↓［ｃ］（ｎ）＝ＦＦＴ↓［Ｎ］［ｒ↓［ｃ］（ｎ）］　逆滤波器　ｆ↓［ｉ］（ｎ）＝ＩＦＦＴ↓［Ｎ］［１／Ｓ（ｎ）］　频响函数...

【技术特征摘要】
1、一种快速测量电声产品多个参数的方法，其特征在于该方法的具体步骤为(1)生成连续对数扫频信号s(n)由信号源模块生成连续对数扫频信号s(n)，形式如下<maths id=math0001 num=0001 ><math><![CDATA[ <mrow><mi>s</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>n</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mi>U</mi><mi>sin</mi><mo>[</mo><mn>2</mn><mi>&pi;</mi><msub> <mi>f</mi> <mn>1</mn></msub><mfrac> <mi>L</mi> <msub><mi>f</mi><mi>s</mi> </msub></mfrac><mrow> <mo>(</mo> <mi>exp</mi> <mo>{</mo> <mfrac><mi>n</mi><mi>L</mi> </mfrac> <mo>}</mo> <mo>-</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow><mo>]</mo><mi>w</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>n</mi> <mo>-</mo> <mfrac><mi>T</mi><mn>2</mn> </mfrac> <mo>)</mo></mrow><mo>,</mo> </mrow>]]></math></maths>其中U为扫频信号的幅度，f1为扫频起始频率，f2为扫频终止频率，<maths id=math0002 num=0002 ><math><![CDATA[ <mrow><mi>L</mi><mo>=</mo><mfrac> <mi>T</mi> <mrow><mi>ln</mi><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>f</mi><mn>2</mn> </msub> <mo>/</mo> <msub><mi>f</mi><mn>1</mn> </msub> <mo>)</mo></mrow> </mrow></mfrac><mo>,</mo> </mrow>]]></math> id=icf0002 file=A2008101622480002C2.tif wi=25 he=10 top= 66 left = 146 img-content=drawing img-format=tif orientation=portrait inline=yes/></maths>fs为采样频率，T为扫频信号长度，若扫频时间为τ秒，则T＝τfs，w(n)为偶对称于原点、长度为T、衰减长度与窗长度T比为α的tukey窗，用于减少激励信号的首尾处由于信号幅度突变而产生的高频能量，将窗函数从原点平移到 id=icf0003 file=A2008101622480002C3.tif wi=3 he=9 top= 93 left = 92 img-content=drawing img-format=tif orientation=portrait inline=yes/>时刻，因此所加窗函数为 id=icf0004 file=A2008101622480002C4.tif wi=16 he=9 top= 94 left = 143 img-content=drawing img-format=tif orientation=portrait inline=yes/>窗函数w(n)的表达式为<maths id=math0003 num=0003 ><math><![CDATA[ <mrow><mi>w</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>n</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfenced open='{' close=''> <mtable><mtr> <mtd><mn>1</mn> </mtd> <mtd><mn>0</mn><mo>&le;</mo><mo>|</mo><mi>n</mi><mo>|</mo><mo>&le;</mo><mfrac> <mrow><mi>T</mi><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <mi>&alpha;</mi> <mo>)</mo></mrow> </mrow> <mn>2</mn></mfrac> </mtd></mtr><mtr> <mtd><mn>0.5</mn><mo>[</mo><mn>1</mn><mo>-</mo><mi>cos</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>&pi;</mi> <mfrac><mrow> <mo>|</mo> <mi>n</mi> <mo>|</mo> <mo>-</mo> <mi>T</mi> <mo>/</mo> <mn>2</mn></mrow><mrow> <mi>&alpha;T</mi> <mo>/</mo> <mn>2</mn></mrow> </mfrac> <mo>)</mo></mrow><mo>]</mo> </mtd> <mtd...

【专利技术属性】
技术研发人员：韦峻峰，温周斌，冯海泓，杨益，陈友元，张平，
申请(专利权)人：嘉兴中科声学科技有限公司，
类型：发明
国别省市：33[中国|浙江]