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摘要：利用正弦扫频信号激励扬声器，并获取扬声器的响应信号，其波形曲线的最大值即为扬声器的谐振频率。利用方波信号激励扬声器，通过扬声器的振动方向判断扬声器的极性，极性合格的扬声器振动方向为正，极性不合格的扬声器振动方向相反。将一个电阻与扬声器串联，检测扬声器接线柱和盆架之间的电压，通过电压值判断扬声器的绝缘阻抗。
关键词：扬声器;谐振频率;正负极性;绝缘阻抗
扬声器是扬声器系统中的关键部位,扬声器的放声质量主要由扬声器的性能指标决定,进而决定了整套的放音指标。扬声器的性能指标主要有额定功率,额定阻抗、频率特性、谐波失真、灵敏度、指向性等。
一、扬声器的参数
1.扬声器参数额定功率。扬声器的额定功率是指扬声器能长时间工作的输出功率,又称为不失真功率,它一般都标在扬声器后端的铭牌上。当扬声器工作于额定功率时,音圈不会产生过热或机械动过载等现象,发出的声音没有显示失真。额定功率是一种平均功率,而实际上扬声器工作在变功率状态,它随输人音频信号强弱而变化,在弱音乐及声音信号中,峰值脉冲信号会超过额定功率很多倍,由于持续时间较短而不会损坏扬声器,但有可能出现失真。因此,为保证在峰值脉冲出现时仍能很好获得的音质,扬声器需留足够的功率余量。
2.扬声器参数频率特性。频率特性是衡量扬声器放音频带宽度的指标。高保真放音系统要求扬声器系统应能重放2 0 H z一20(洲〕H:的人耳可听音域。由于用单只扬声器不易实现该音域,故目前高保真音箱系统采用高、中、低三种扬声器来实现全频带重放覆盖。此外,高保真扬声器的频率特性应尽量趋于平坦,否则会引人重放的频率失真。高保真放音系统要求扬声器在放音频率范围内频率特性不平坦度小于1 0 dB。
3.扬声器参数额定阻抗。扬声器的额定阻抗是指扬声器在额定状态下,施加在
扬声器输人端的电压与流过扬声器的电流的比值。现在,扬声器的额定阻抗一般有2、4、8、1 6、32欧等几种。扬声器额定阻抗是在输入40 0 H z信号电压情况下测得的,而扬声器音圈的直流电阻R直=0.9R额。
4.扬声器参数谐波失真。扬声器的失真有很多种,常见的有谐波失真(多由扬声器磁场不均匀以及振动系统的畸变而引起,常在低频时产生)、互调失真(因两种不同频率的信号同时加人扬声器,互相调制引起的音质劣化)和瞬态失真(因振动系统的惯性不能紧跟信号的变化而变化,从而引起信号失真)等。
5.扬声器参数灵敏度。扬声器的灵敏度通常是指输人功率为IW的噪声电压时,在扬声器轴向正面lm处所测得的声压大小。灵敏度越高,则扬声器对音频信号中细节均能作出的响应。作为H i一F i扬声器的灵敏度应大于86DB/W。
二、系统原理
1.谐振频率测量原理。扬声器的谐振频率为其阻抗曲线上的最大阻抗模值对应的频率。当电路中存在定值电阻和变电阻时，如果定值电阻的阻值大于变电阻阻值10倍以上，变电阻阻值变化对回路阻值影响较小，即可实现回路恒流，扬声器的电压曲线就与阻抗曲线成正比，这样就可通过电压曲线找到谐振频率点。
2.正负极性测量原理。通过改变扬声器线圈内的电流使扬声器发声，变化的电流产生的磁场与扬声器内部永磁场相互作用，迫使音圈做切割磁感线运动，从而带动与音圈相连的振膜压迫空气震动，因而发出某一频率的声音。如果扬声器的正负极性是反向的，产生的电流流向、振膜的振动方向以及压迫空气产生的反电动势方向也是相反的。集成检测系统以方波信号为激励信号，通过对响应的声信号进行处理，从而检测扬声器的正负极性，其原理如图2所示，图3为测试中使用的方波信号。利用这个原理，通过数据采集卡的采集通道采集经功率放大器放大后的声压信号，经由计算机分析，判断声压信号达到第一个峰值的正负来检测扬声器的极性是否合格。
图3方波信号示波器显示的波形
3.绝缘阻抗测量原理。由扬声器参数的检测标准可知，扬声器的线圈和盆架之间的绝缘电阻不小于1MΩ。集成检测系统利用在电路中串联电阻分压的原理，在扬声器接线柱和盆架之间串联一个约为1MΩ的分压电阻，再加以5v直流电。由数据采集卡采集接线柱和盆架之间的电压信号，根据电路分压原理，对采集到的电压信号求得均值后与软件系统设定的阈值2．5v作比较，若均值大于阈值则扬声器绝缘阻抗合格，若小于阈值则为不合格。
4.系统集成原理。基于数据采集卡的信号源系统，由计算机发出指令后数据采集卡的数模转换器通过AO通道依次输出方波信号、直流电压信号和扫频信号;为了避免各个参数之间的信号输出和采集的相互干扰，在正负极性响应信号的采集和方波信号的输出、扫频信号输出和谐振频率响应信号的采集之间添加了时间
不等的延时;通过MFC项目的多线程原理，分别将激励信号的输出和响应信号的采集写入不同的线程，避免数据采集卡输入、输出通道间的干扰;在三个参数检测的模块中均根据要检测的参数，添加了相应的算法。
三、测量系统的硬件
测量系统包括激励信号生成、响应信号采集以及数据处理等模块。其中硬件包括NI公司的PCI－6036E数据采集卡、LM1876tfxf功率放大器、北京声望声电技术有限公司的MPA201型1/2英寸自由场预极化驻极体传声器等组成。系统的硬件连接如图4所示。
图4三参数集成硬件连接图
四、软件系统构成
集成检测系统在检测软件系统界面点击检测按钮，程序依次通过数据采集卡的出发相应的激励信号及采集函数，并将采集到的数据进行相应的特征提取、计算，并将检测结果显示在窗口。第一步:进行系统初始化保证数据采集卡的输入输出通道正常运行。主要是利用MFC项目里的线程Thread函数，在线程函数Thread中初始化采样频率10000Hz，采样点数15000，并设置扬声器的谐振频率范围;第二步:打开方波信号的采集通道，然后由计算机发出方波信号激励扬声器，系统对采集到的声压信号进行分析，若声压信号达到第一个峰值大于零则极性合格，若第一个峰值小于零则极性故障，系统将检测的结果、采集到的有效波形显示到系统软件的界面;第三步:计算机调用绝缘阻抗检测的线程，打开绝缘阻抗的采集通道，然后触发信号源系统发出电压值为5v的直流信号激励扬声器，经数据分析后将采集到的电压均值和阈值比较;第四步:计算机调用谐振频率检测线程，打开数据采集卡的采集通道后，触发信号源系统发出正弦扫频信号激励扬声器，系统对采集到的声压信号进行处理，根据扫频信号时长、采样频率，由式 计算出扬声器的谐振频率。将测到的谐振频率值与软件内部设定的扬声器谐振频率的范围进行比较，如果计算出的谐振频率值在这个范围内则谐振频率合格，如果不在这个范围内则谐振频率不合格。
集成检测系统在一个工位经过一次装卡即可完成对扬声器的谐振频率、正负极性以及绝缘阻抗这三个重要参数的检测。通过对系统硬件及软件系统的整合与设计，使得整个检测系统人为干扰比例减少、智能化程度加强。
参考文献：
[1]沈金颖.扬声器音质检测系统概述[J].2015
[2]李佳.扬声器谐振频率测量系统的开发[D].2015．
论文作者:赵名扬
论文发表刊物:《防护工程》2019年第3期
论文发表时间:2019/5/22
标签：扬声器论文; 信号论文; 频率论文; 谐振论文; 阻抗论文; 极性论文; 系统论文; 《防护工程》2019年第3期论文;