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摘要：目前，国内主要实现了低功率微型扬声器单元的测试系统研发，功率试验范围在几毫瓦到十几瓦之间。随着社会的发展，广场厅堂扩声系统、大型影院音箱等对大功率电声器件的需求及其性能要求越来越高。但针对于大功率扬声器单元的测量系统较少，其中大多测量系统测试通道数量少，测量精度有限，很难与上位机软件配合实现较复杂的数据处理，而且不能在试验过程中对扬声器单元多个参量进行实时监测。基于设计的大功率扬声器单元功率试验系统，是对低功率扬声器单元功率试验系统的一种扩展，可以提高功率试验范围，降低系统开发难度。
关键词：扬声器单元；大功率；试验
随着社会和经济的进步，大型体育场馆、影院、体育场、会展中心等建筑的不断兴建，汽车、通信等行业的飞速发展，人们的听音需求日益增长，品味也逐渐提高，专业音响、汽车扬声器、家庭影院、手机扬声器的研究也被人们关注，作为主要听声工具的扬声器正朝着大功率和高保真的方向发展。从能量角度来讲，扬声器是一种电声换能器，常见的扬声器有电动式扬声器、静电扬声器、平板扬声器等，其中使用最广泛、技术最成熟可靠的主流扬声器是电动式扬声器。
一、意义
目前，国内的微型扬声器功率试验系统还主要沿用传统的模拟测量仪器，使用模拟测量仪器存在诸多缺点，譬如模拟仪器价格昂贵，操作难度大，测量速度慢，效率低下等。针对上述诸多缺点，现在许多电声企业开始配备一些在线检测系统，但是在测量速度与精度、测量效率和操作上面还存在着许多问题，所以电声企业急需一种能够在问题中达到平衡的测试系统来解决问题。通过对微型扬声器功率试验的的方法及原理的研究，开发出一套含有软件和硬件的扬声器功率测试系统，利用该系统解决寻找平衡的问题。成功研制微型扬声器功率测试系统，有效的提高了电声企业的利润，所以微型扬声器功率测试系统的开发具有理论和实际意义。
二、大功率扬声器单元功率试验系统整体设计
大功率扬声器单元的功率试验在实际测试中总共由下面几个部分组成：一台装有上位机测试软件的计算机。专业声卡。产生标准测试信号通过上位机测试软件送给大功率扬声器单元功率试验仪，而且对试验仪处理后的测试信号进行A／D转换，最终将测试信号反馈给上位机软件。功放用来放大来自功率试验仪调理过后的测试信号，从而驱动扬声器单元正常工作，因为扬声器单元所做功率试验至少是几百瓦，对功放的要求高，因此选用大功率的专业功放。大功率扬声器单元。各个设备之间的通信方式摒弃了传统的串口与并口的低速通信方式，选用了简便高速的USB通信方式。
三、大功率扬声器单元功率试验系统硬件电路设计
大功率扬声器的功率试验硬件电路采用模块化设计，主要由以下几个模块组成MCU控制模块、标准信号源模块、测试信号分配调理模块和信号采集调理模块等等。
1、MCU控制核心。MCU控制模块是整个功率试验硬件电路的控制核心，在这里采用的是以Corte-M3为内核的低成本、高性能芯片其功能完全满足试验需求，它主要负责与上位机软件通信，并且接受上位机操作指令，按照上位机指令的指示对功率试验硬件电路各个模块进行相应的控制，最终迅速的把指令执行结果反馈给上位机软件。
2、标准信号源与测试信号分配调理。为了提高功率试验测试精度，在进行第一次功率试验之前，试验仪器必须进行校准。由此，在功率试验硬件电路上引入了标准信号源。标准信号源采用的是DDS直接数字频率合成技术的AD9850芯片，该芯片成本低，稳定性好且频率切换速度快，利用该芯片合成的标准正弦波信号配合上位机测试软件，通过具体算法将信号的修正值加入上位机软件数据处理中，从而完成仪器设备的自动校准。
3、信号采集调理模块。信号采集调理模块分为两个部分：电压采集调理和电流采集调理。下面对这两个模块作简单的介绍，测试信号采集调理电路结构如图1所示。
电压采集调理主要是采集扬声器单元两端的电压，为了提高测试信号采集的精度，电压采集电路采用差分方式引出电压探头来采集电压，同时考虑到扬声器两端的电压都比较大，为了保护下一级电路中的芯片，将电压幅度控制在芯片允许的范围之内，电压采集后会首先经过一个由高精度电阻和继电器共同组成的电压衰减网络，衰减网络电流采集调理主要是采集扬声器单元回路电流。在低功率扬声器功率试验系统中，扬声器回路电流是通过采集回路中一个高精度、小阻值（0.2Ω）的电阻两端电压间接得到的，同时也为了保证回路电流不超过下一级芯片和声卡可承受范围，在这里选用电流互感器间接采集电流，电流互感器可以把数值较大的一次电流通过一定的变比，转换成数值较小的二次电流，从而可以用来保护和方便测量。不论采集的电压还是间接采集的电流，经过处理后数值都比较小，为了不影响测量精度，在采集电路下一级加了一款高性能的程控差分放大器芯片PCA205，它可以将处理过的信号放大合适的倍数由上位机根据实际情况来选择控制，然后信号会送给声卡，经过声卡A/D转换后，传送给上位机来处理分析。
表为试验过程中上位机实时监测的四组大功率扬声器单元的电压数据，同时还包括试验过程中采用高精度安捷伦34410A数字万用表测得的扬声器两端电压真有效值，将这两组数据进行对比分析。本次试验种类为额定噪声功率试验，试验功率为100W，试验时间是100h，测试信号为ＧＢ正弦信号，其额定阻抗为8Ω。从表中的误差可以看出，试验过程中实时监测的电压值与实际测量的真有效值数据误差很小，且每个通道的一致性较高，符合实际的设计指标，完全满足电声企业对功率试验的要求。
基于设计的大功率扬声器单元功率试验系统，很好地解决了当前市场上扬声器功率试验仪器的局限性，经过多次试验验证，此系统可以满足市场上多数大功率扬声器单元的功率试验要求。该功率试验系统操作简单，测量精度高，满足了企业测量大功率扬声器单元的需求，已经在多家企业中推广使用。
参考文献：
[1]周静雷 基于虚拟仪器的扬声器功率试验系统设计［J］． 微计算机信息，2015( 16) : 11．
[2]曹水轩，沙家正，沈勇，王晓楠． 动圈扬声器损坏上限功率及寿命分布研究［J］．电声技术， 2016.
论文作者:于博洋
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; 功率论文; 单元论文; 上位论文; 电压论文; 测试论文; 系统论文; 《防护工程》2019年第3期论文;