專利名稱：基于電阻抗的揚聲器低頻頻率響應(yīng)的非消聲室測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及揚聲器的低頻頻率響應(yīng)的測量方法，尤其是基于電阻抗的揚聲器低頻頻率響應(yīng)的非消聲室測量方法。
背景技術(shù)：
揚聲器是能將電信號轉(zhuǎn)換成聲信號并向周圍媒體輻射的電聲換能器。揚聲器可指揚聲器單元或揚聲器系統(tǒng)。揚聲器系統(tǒng)又稱音箱或揚聲器箱，其類型有封閉式揚聲器箱、管道倒相式揚聲器箱、空紙盆倒相式揚聲器箱、四階帶通箱、六階帶通箱等。這里指的揚聲器箱包含揚聲器單元、箱體和管道或空紙盆，不包括分頻網(wǎng)絡(luò)。本發(fā)明涉及的幾種揚聲器的示意圖如圖1所示。
揚聲器的頻率響應(yīng)是用曲線來表示揚聲器的輸出聲壓級與頻率之間的關(guān)系，這個曲線通常是在自由場條件或半空間自由場條件下測得的。低頻響應(yīng)是指低頻時揚聲器可以用集中參數(shù)系統(tǒng)模型來表示時的頻率響應(yīng)。
按照國家標準，揚聲器的低頻頻率響應(yīng)應(yīng)在消聲室中用傳聲器測量，如圖2所示。在消聲室中規(guī)定距離處某一頻率以上，可視為自由場。消聲室低頻下限越低，就要求消聲室的尺寸越大，造價就越高。如果在普通房間里進行測量，傳聲器得到的信號中包含了環(huán)境的影響信息，必然導致測量不能準確反映揚聲器的聲學特性。通常的時域選擇法其低頻測量也會受到房間的影響。
為了在普通房間里測量揚聲器的頻率響應(yīng)，有人提出采用近場法測量。但是當輻射聲波的部分多于一個時，用一個傳聲器很難確定準確的測量位置，或者用多個傳聲器，操作也很復(fù)雜。如圖3所示。
揚聲器的電阻抗是指揚聲器單元的輸入端的阻抗隨頻率變化的曲線。揚聲器的電阻抗是可以在普通環(huán)境中測量得到的。
目前已經(jīng)公開發(fā)表的相關(guān)的方法1、揚聲器電阻抗模型中的音圈渦流模型，各種已知揚聲器的電阻抗模型，揚聲器單元、封閉式揚聲器箱、管道倒相式揚聲器箱已經(jīng)提出了加入音圈渦流的電阻抗模型。
2、單獨的揚聲器單元加上一定的質(zhì)量，測量Bl值。
目前在由電阻抗得到頻率響應(yīng)方面主要有以下幾方面工作1、(1993年)提出了揚聲器單元和管道倒相式揚聲器箱的未考慮音圈渦流的電阻抗模型值，優(yōu)化模型中的元件值，得到T-S參數(shù)，提出揚聲器單元和管道倒相式揚聲器箱的非消聲室測量方法，根據(jù)T-S參數(shù)及測量體積(非Bl)得到低頻響應(yīng)。但是在結(jié)構(gòu)模型較復(fù)雜的系統(tǒng)中，該方法受到了公式的限制。參見Withold Waldman，Non-linear leastsquares estimation of Thiele-small parameters from impedance measurements，preprint3511。(第94次AES會議文集，1993年柏林)
2、(2001年)Klippel提出了揚聲器單元的考慮音圈渦流的電阻抗模型，然后根據(jù)阻抗曲線優(yōu)化模型參數(shù)，在二次測量中使用了激光加速度計測量位移，得到低頻響應(yīng)。缺點是激光器造價較高，系統(tǒng)復(fù)雜。參見Klippel，F(xiàn)ast and accurate measurement of lineartransducer parameters，preprint 5308(第110次AES會議文集，2001年阿姆斯特丹)。
綜上情況，現(xiàn)有技術(shù)如未考慮音圈渦流的電阻抗模型值顯然精度不夠，而二次測量中使用了激光加速度計測量位移的方法對測量設(shè)備的要求較高。由此可見，由電輸入阻抗得到低頻響應(yīng)方面還沒有方便及應(yīng)用價值大的方法出現(xiàn)，還未有提出對于覆蓋多種類型揚聲器的測量方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于電阻抗的揚聲器低頻頻率響應(yīng)的非消聲室測量方法，只要已知揚聲器的考慮音圈渦流的電阻抗模型，任何一種揚聲器都可以求出其低頻頻率響應(yīng)，測量系統(tǒng)簡單，造價較小，本發(fā)明的測量方法亦能保證一定的相對精度。本發(fā)明的目的還在于提出所有已知電阻抗模型的揚聲器單元和揚聲器箱的非消聲室測量低頻響應(yīng)方法。該方法也是基于電阻抗，采用集中參數(shù)阻抗元件值，不采用T-S參數(shù)，不受元件值多少的限制。Bl的測量可以采用附加質(zhì)量法。
基于電阻抗的揚聲器低頻頻率響應(yīng)的非消聲室測量方法對于任何一種揚聲器(包括揚聲器箱)，首先根據(jù)揚聲器的構(gòu)造建立揚聲器系統(tǒng)的集中參數(shù)電阻抗模型，且包含音圈渦流影響的集中參數(shù)電阻抗模型，并在普通環(huán)境中測得電輸入阻抗曲線，然后用優(yōu)化算法(典型的采用遺傳算法)根據(jù)電輸入阻抗曲線優(yōu)化模型元件參數(shù)值，使得由模型計算得到的電輸入阻抗曲線與實測的電輸入阻抗曲線相吻合，用優(yōu)化后的參數(shù)值即可計算得到低頻幅頻頻率響應(yīng)的形狀。如果在單元上加上一定質(zhì)量，用附加質(zhì)量法測得機電耦合系數(shù)Bl，再測得其它參數(shù)就可以得到真正的低頻頻率響應(yīng)。
本發(fā)明首次提出了所有已知模型的揚聲器的基于電阻抗的低頻頻率響應(yīng)的非消聲室測量方法。只要已知系統(tǒng)的電阻抗模型和實測的電輸入阻抗曲線，就可以求出低頻頻率響應(yīng)。本發(fā)明方法的流程如圖18所示。
其中低頻頻率響應(yīng)是指既包含了其曲線形狀，又包含了聲壓幅值大小的頻響曲線。
優(yōu)化算法(如遺傳算法等)能根據(jù)電輸入阻抗曲線優(yōu)化模型元件參數(shù)值，使得由模型計算得到的電輸入阻抗曲線與實測的電輸入阻抗曲線相吻合。
本發(fā)明的特點是考慮音圈渦流的電阻抗模型值精度高，二次測量只要測量電阻抗值，無須使用激光加速度計等測量位移的造價高的設(shè)備。而且根據(jù)本方法提出對于覆蓋多種類型揚聲器的測量方法。只要已知系統(tǒng)的電阻抗模型和實測的電輸入阻抗曲線，就可以求出低頻頻率響應(yīng)。其中低頻頻率響應(yīng)是指既包含了其曲線形狀，又包含了聲壓幅值大小的頻響曲線。裝置簡單，測量的精度高，便于工業(yè)生產(chǎn)中大規(guī)模的應(yīng)用。


圖1幾種揚聲器示意圖，包括單個揚聲器單元、封閉式揚聲器、管道倒相式揚聲器箱、空紙盆倒相式揚聲器箱、四階帶通箱、六階帶通箱，這是最常用的幾種揚聲器模型。
圖2消聲室測量示意圖，圖3近場法測量示意4揚聲器低頻電聲結(jié)合類比線路示意圖，圖5揚聲器低頻電學等效線路示意6四階帶通箱結(jié)構(gòu)簡圖，圖7四階帶通箱低頻聲學類比線路8四階帶通箱低頻電學等效線路9揚聲器單元和封閉式揚聲器箱的結(jié)構(gòu)簡10揚聲器單元和封閉式揚聲器箱低頻聲學類比線路圖11揚聲器單元和封閉式揚聲器箱的低頻電學等效線路圖12管道倒相式揚聲器箱的結(jié)構(gòu)簡圖和低頻聲學類比線路圖13管道倒相式揚聲器箱的低頻電學等效線路圖14空紙盆倒相式揚聲器箱的結(jié)構(gòu)簡圖和低頻聲學類比線路圖15空紙盆倒相式揚聲器箱的低頻電學等效線路圖16四階帶通箱電阻抗的優(yōu)化計算值和實際測量值比較17四階帶通箱基于電阻抗測量的低頻響應(yīng)與消聲室中傳聲器測量的低頻響應(yīng)的比較18為本發(fā)明方法的流程具體實施方式
圖18為本發(fā)明方法的流程，為本發(fā)明的基本方法。
低頻時，揚聲器單元和揚聲器箱的電聲結(jié)合的類比線路示意圖可以用圖4表示。Bl、SD分別為揚聲器單元的機電耦合系數(shù)、有效輻射面積。ZLE表示音圈的電阻抗，ZAS表示揚聲器單元振動系統(tǒng)的聲阻抗，ZAP表示輻射聲波的元件的聲阻抗，省略號代表可能存在其它元件。UD為揚聲器單元的體積速度，UO為向空氣中輻射聲波的元件中的體積速度，若輻射聲波的元件多于一個時，UO為各元件體積速度的矢量和。若為揚聲器單元或者封閉式揚聲器箱時，ZAP和ZAS合為同一個元件；為四階帶通箱時，為不同元件，且中間有其它元件。
圖4是考慮音圈渦流的電阻抗模型。
圖5是揚聲器的低頻電學等效線路示意圖。ZES對應(yīng)于圖4中的ZAS，ZEP對應(yīng)于ZAP。設(shè)輸入電壓為Eg，輸出電壓為EO。輸入阻抗為Zi，即為揚聲器系統(tǒng)的電輸入阻抗。由圖4可見，根據(jù)電聲類比關(guān)系，從聲學類比線路轉(zhuǎn)換為電學等效線路，要經(jīng)過電路類型的轉(zhuǎn)換，圖4中聲學線路的體積速度UO對應(yīng)于圖5中的輸出電壓EO。各元件的轉(zhuǎn)換關(guān)系為ZE=(Bl)2ZASD2---(1)]]>E0=UoBlSD---(2)]]>
其中ZA表示聲學類比線路中的元件，ZE表示電學等效線路中相應(yīng)的元件。
而低頻時自由場中聲壓振幅的表達式為|p|=fρ2r|U0|---(3)]]>f為頻率，ρ為空氣密度，r為輻射距離。
把式(2)代入式(3)可得1米處的聲壓|p|=EgρR24Bl|sE0Eg|---(4)]]>R為SD對應(yīng)的揚聲器單元的有效輻射半徑，s＝j(luò)2πf。
在測量揚聲器的頻率響應(yīng)時，傳聲器會接收到環(huán)境信息，使測量結(jié)果不準確。因此用傳聲器直接測量揚聲器的頻率響應(yīng)是要在消聲室中進行的。而揚聲器的電輸入阻抗受輻射聲阻抗在不同環(huán)境中的改變的影響極小，可以忽略，同時其測量方法是直接測量單元兩端的電信號，無需傳聲器，這樣就不受環(huán)境的影響，可以認為普通環(huán)境下測得的電輸入阻抗與消聲室中的測量結(jié)果是一致的，電輸入阻抗的測量不依賴于消聲室。
(4)式中的EO/Eg可以用圖5的電學等效線路中的元件根據(jù)阻抗分壓關(guān)系表示。如果先在普通環(huán)境中測得電輸入阻抗曲線，然后運用遺傳算法優(yōu)化電學等效線路中元件的參數(shù)值，使得由模型計算得到的電輸入阻抗曲線與實測的電輸入阻抗曲線相吻合，利用優(yōu)化得到的元件的參數(shù)值就可以求出EO/Eg，再知道(4)式中其它參數(shù)的值，那么就得到低頻頻率響應(yīng)，從而實現(xiàn)基于電阻抗的低頻響應(yīng)的非消聲室測量。
Bl值的測量可以采用附加質(zhì)量法。
遺傳算法是一種現(xiàn)有的成熟的算法，是以達爾文的自然進化論和孟德爾的遺傳變異理論為基礎(chǔ)的求解優(yōu)化問題的仿生類算法，是一種智能化的全局搜索算法。遺傳算法包含選擇、交叉、變異等三個主要操作算子。該算法初始時隨機產(chǎn)生N組解，每一組解叫一個個體，這多組解的集合叫做一個種群。然后計算每個個體的適應(yīng)度，選擇操作使適應(yīng)度大的個體有較大復(fù)制概率，能加快算法的收斂速度，交叉操作通過對兩父代進行基因交換而產(chǎn)生更優(yōu)的個體，變異操作則能給群體帶來新的基因，避免陷入局部最優(yōu)。就是通過這三種算子的操作，優(yōu)化群體一代一代地不斷進化，最終收斂于最優(yōu)狀態(tài)。
定義誤差函數(shù)為方差e(x‾)=Σi|Zic(j2πfi,x‾)-Zim(j2πfi)|2]]>其中i是離散點，Zim(s)為測量得到的電輸入阻抗值，Zic(s)為計算得到的電輸入阻抗值，x為給定的一組參數(shù)值。
在適應(yīng)度函數(shù)選擇上，我們采用了歸一化的函數(shù)，即f(x)＝1/(1+e(x))。整個的遺傳算法運算過程如下(1)初始化控制參數(shù)設(shè)置群體規(guī)模N；交叉概率PC；變異概率PM。
(2)在變量設(shè)定范圍內(nèi)隨機產(chǎn)生初始種群。
(3)對現(xiàn)有群體進行如下操作①計算群體中每個個體的適應(yīng)度f(xi)，i＝1，2，…，N；②按照賭輪機制實施選擇操作，適應(yīng)度大的個體的被選擇的概率大；③隨機選出兩個個體xi和xj作為父代，按照概率PC進行交叉操作，產(chǎn)生兩個新的個體xi’和xj’，計算四個個體的適應(yīng)度，選擇其中最大的兩個個體；④對交叉后的個體以概率PM進行變異操作，接收變異后的新解。
(4)如果滿足收斂條件，則退出進化過程，否則轉(zhuǎn)至(3)。
利用本發(fā)明計算四階帶通箱的低頻頻率響應(yīng)四階帶通箱的結(jié)構(gòu)簡圖和低頻聲學類比線路如圖6、7所示。其中，揚聲器單元中與音圈有關(guān)的聲阻抗用ZLS來表示；RAS、CAS、MAS分別為揚聲器振動系統(tǒng)的聲阻、聲順和聲質(zhì)量；CAB1為封閉箱體的聲順；CAB2、RAB2分別為開口箱體的聲順和聲阻；RAL為開口箱體的泄漏聲阻；MAP、RAP為聲導管的聲質(zhì)量和聲阻。
利用圖4的轉(zhuǎn)化關(guān)系根據(jù)圖7，四階帶通箱的低頻電學等效線路如圖8所示。其中，RE、LE、LE1、RE1組成了音圈的電阻抗，考慮了音圈的渦流效應(yīng)，對應(yīng)于聲學類比線路圖中的ZLS；RES、CMES、LCES、LCEB1分別對應(yīng)于圖7中的RAS、MAS、CAS、CAB1；LCEB2、REB2分別對應(yīng)于CAB2、RAB2；REL、CMEP、REP分別對應(yīng)于RAL、MAP、RAP。令ZFB=sREB2LCEB2REB2+sLCEB2---(5)]]>ZFP=11REP+sCMEP---(6)]]>ZLE=RE+sLE+sRE1LE1RE1+sLE1---(7)]]>那么電輸入阻抗Zi=ZLE+11RES+sCMES+1sLCES+1sLCEB1+1REL+ZFB+ZFP---(8)]]>E0EG=Zi-ZLEZiZFPREL+ZFP+ZFB---(9)]]>利用電阻抗求解四階帶通箱低頻頻率響應(yīng)的過程如下首先在普通環(huán)境下測量得到系統(tǒng)的電阻抗，利用遺傳算法根據(jù)測得的電輸入阻抗優(yōu)化得到低頻電學等效線路中各元件的值，再把元件值帶入(8)(9)式得到EO/Eg，然后把(9)式帶入(4)式，只要再知道(4)式中其它參數(shù)值，就可以計算得到低頻時自由場聲壓值，從而實現(xiàn)頻率響應(yīng)的非消聲室測量。揚聲器單元和封閉式揚聲器箱的低頻模型，見圖9-11揚聲器單元和封閉式揚聲器箱的結(jié)構(gòu)簡圖和低頻聲學類比線路如圖9、10所示。其中，揚聲器單元中與音圈有關(guān)的聲阻抗用ZLS來表示；RAS、CAS、MAS分別為揚聲器振動系統(tǒng)的聲阻、聲順和聲質(zhì)量；CAB表示封閉箱的聲順。在表示揚聲器單元時，CAT＝CAS；表示封閉箱時，CAT是CAS與CAB的串聯(lián)值。
利用圖4的轉(zhuǎn)化關(guān)系根據(jù)圖10，揚聲器單元和封閉式揚聲器箱的低頻電學等效線路如圖11所示。其中，RE、LE、LE1、RE1組成了音圈的電阻抗，考慮了音圈的渦流效應(yīng)，對應(yīng)于聲學類比線路圖中的ZLS；RES、CMES、LCET分別對應(yīng)于圖10中的RAS、MAS、CAT。那么電輸入阻抗Zi=ZLE+11RES+sCMES+1sLCET---(10)]]>E0Eg=Zi-ZLEZi---(11)]]>管道倒相式揚聲器箱的低頻模型管道倒相式揚聲器箱的結(jié)構(gòu)簡圖和低頻聲學類比線路如圖12所示。其中，揚聲器單元中與音圈有關(guān)的聲阻抗用ZLS來表示；RAS、CAS、MAS分別為揚聲器振動系統(tǒng)的聲阻、聲順和聲質(zhì)量；CAB、RAB分別為箱體的聲順和聲阻；RAL為箱體的泄漏聲阻；MAP、RAP為聲導管的聲質(zhì)量和聲阻。
利用圖4的轉(zhuǎn)化關(guān)系根據(jù)圖12，管道倒相式揚聲器箱的低頻電學等效線路如圖13所示。其中，RE、LE、LE1、RE1組成了音圈的電阻抗，考慮了音圈的渦流效應(yīng)，對應(yīng)于聲學類比線路圖中的ZLS；RES、CMES、LCES分別對應(yīng)于圖12中的RAS、MAS、CAS；LCEB、REB分別對應(yīng)于CAB、RAB；REL、CMEP、REP分別對應(yīng)于RAL、MAP、RAP。如圖13所示。令ZVB=sREBLCEBREB+sLCEB---(12)]]>ZVP=11REP+sCMEP---(13)]]>ZLE=RE+sLE+sRE1LE1RE1+sLE1---(14)]]>那么電阻抗Zi=ZLE+11RES+sCMES+1sLCES+1REL+ZVB+ZVP---(15)]]>E0Eg=Zi-ZLEZiZVBREL+ZVP+ZVB---(16)]]>
空紙盆倒相式揚聲器箱的低頻模型空紙盆倒相式揚聲器箱的結(jié)構(gòu)簡圖和低頻聲學類比線路如圖14所示。其中，揚聲器單元中與音圈有關(guān)的聲阻抗用ZLS來表示；RAS、CAS、MAS分別為揚聲器振動系統(tǒng)的聲阻、聲順和聲質(zhì)量；CAB、RAB分別為箱體的聲順和聲阻；RAL為箱體的泄漏聲阻；MAP、RAP、CAP為空紙盆的聲質(zhì)量、聲阻和聲順。
利用圖4的轉(zhuǎn)化關(guān)系根據(jù)圖14，空紙盆倒相式揚聲器箱的低頻電學等效線路如圖15所示。其中，RE、LE、LE1、RE1組成了音圈的電阻抗，考慮了音圈的渦流效應(yīng)，對應(yīng)于聲學類比線路圖中的ZLS；RES、CMES、LCES分別對應(yīng)于圖14中的RAS、MAS、CAS；LCEB、REB、REL分別對應(yīng)于CAB、RAB、RAL；CMEP、REP、LCEP分別對應(yīng)于MAP、RAP、CAP。令ZPB=sREBLCEBREB+sLCEB---(17)]]>ZPP=11REP+sCMEP+1sLCEP---(18)]]>ZLE=RE+sLE+sRE1LE1RE1+sLE1---(19)]]>那么電阻抗Zi=ZLE+11RES+sCMES+1sLCES+1REL+ZPB+ZPP---(20)]]>E0Eg=Zi-ZLEZiZPBREL+ZPP+ZPB---(21)]]>參見圖15。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，首次提出了所有揚聲器類型的基于電輸入阻抗的非消聲室低頻測量方法。只要已知揚聲器的低頻集中參數(shù)電阻抗模型和在普通環(huán)境下測得的電輸入阻抗，就可以求得低頻頻率響應(yīng)。該方法克服了消聲室的限制，無需傳聲器，只需測量電信號，在普通計算機上優(yōu)化，測量簡單，具有可操作性，能夠產(chǎn)生很好的經(jīng)濟效益。
具體測量過程實施例下面以四階帶通箱為例，說明由電阻抗實現(xiàn)揚聲器低頻響應(yīng)的非消聲室測量的過程。
根據(jù)測量流程，首先建立如圖8所示的集中參數(shù)低頻電阻抗等效線路模型，同時測量得到了四階帶通箱的電輸入阻抗，然后用遺傳算法來優(yōu)化電學等效線路圖8中的參數(shù)值，使得由模型參數(shù)值根據(jù)(8)式計算得到的電阻抗曲線與實測的電阻抗曲線相吻合，令LCET＝LCESLCEB1/(LCES+LCEB1)。
得到參數(shù)如下RE＝7.4Ω，LE＝2.38×10-4H，LE1＝1.25×10-3H， RE1＝14.17Ω，
RES＝40.8Ω， LCET＝1.77×10-2H， CMES＝3.5×10-4F， LCEB2＝2.3×10-2H，REB2＝450Ω， REL＝2.1Ω， CMEP＝2.07×10-4F， REP＝330Ω。
把參數(shù)值帶入(8)式計算得到電阻抗的理論值。圖16是電輸入阻抗優(yōu)化計算值和實際值的比較?？梢娪蛇z傳算法優(yōu)化計算得到的電輸入阻抗的優(yōu)化計算值與實際值是吻合的。
優(yōu)化參數(shù)結(jié)果得到以后，下面把參數(shù)值代入(8)式得到電輸入阻抗，再代入(9)式得到輸入輸出電壓之比EO/Eg，最后根據(jù)(4)式得到聲壓響應(yīng)的理論值，另外已測參數(shù)如下Eg＝2.83V，R＝55mm，Bl＝6.61N/A。
圖17是基于電阻抗測量的低頻響應(yīng)與在南京大學消聲室中使用傳聲器測量的低頻響應(yīng)的比較圖。消聲室測量用儀器如下B&K 2012音頻分析儀、B&K 2706A功率放大器、B&K 4191傳聲器和B&K 2669前置放大器。
由圖可見，從35Hz～200Hz基于電阻抗測量的低頻響應(yīng)與消聲室中使用傳聲器測量的低頻響應(yīng)的差別在1dB范圍內(nèi)。由此可見，本方法與在大型消聲室中測量的低頻響應(yīng)吻合很好。
權(quán)利要求
1.基于電阻抗的揚聲器低頻頻率響應(yīng)的非消聲室測量方法其特征是對于任何一種揚聲器，首先根據(jù)揚聲器的構(gòu)造建立系統(tǒng)的集中參數(shù)電阻抗模型，且包含音圈渦流影響的集中參數(shù)電阻抗模型，并在普通環(huán)境中測得電輸入阻抗曲線，然后用優(yōu)化算法根據(jù)電輸入阻抗曲線優(yōu)化模型元件參數(shù)值，使得由模型計算得到的電輸入阻抗曲線與實測的電輸入阻抗曲線相吻合，用優(yōu)化后的參數(shù)值即可計算得到低頻幅頻頻率響應(yīng)的形狀。如果再測得機電耦合系數(shù)BI及其它參數(shù)，就可以得到真正的低頻頻率響應(yīng)。
2.如權(quán)利要求1所述的基于電阻抗的揚聲器低頻頻率響應(yīng)的非消聲室測量方法其特征是建立揚聲器系統(tǒng)的集中參數(shù)電阻抗模型的方法是，根據(jù)電聲類比關(guān)系，從聲學類比線路轉(zhuǎn)換為電學等效線路，經(jīng)過電路類型的轉(zhuǎn)換，聲學線路中向外輻射聲波的元件的體積速度U0對應(yīng)電學等效線路的輸出電壓E0；各元件的轉(zhuǎn)換關(guān)系為ZE=(Bl)2ZASD2----(1)]]>E0=U0BlSD----(2)]]>其中ZA表示聲學類比線路中的元件，ZE表示電學等效線路中相應(yīng)的元件，BI、SD分別為揚聲器單元的機電耦合系數(shù)、有效輻射面積。而低頻時自由場中聲壓振幅的表達式為|p|=fρ2r|U0|----(3)]]>f為頻率，ρ為空氣密度，r為輻射距離?？傻?米處的聲壓|p|=EgρR24Bl|sE0Eg|----(4)]]>R為SD對應(yīng)的揚聲器單元的有效輻射半徑，s＝j(luò)2πf，Eg為電學等效線路的輸入電壓。(4)式中的E0/Eg可以用揚聲器的低頻電學等效線路中的元件根據(jù)阻抗分壓關(guān)系表示。如果先在普通環(huán)境中測得電輸入阻抗曲線，然后運用遺傳算法優(yōu)化電學等效線路中元件的參數(shù)值，使得由模型計算得到的電輸入阻抗曲線與實測的電輸入阻抗曲線相吻合，利用優(yōu)化得到的元件的參數(shù)值就可以求出E0/Eg，再知道(4)式中其它參數(shù)的值，那么就得到低頻頻率響應(yīng)，從而實現(xiàn)基于電阻抗的低頻響應(yīng)的非消聲室測量。
3.如權(quán)利要求1所述的基于電阻抗的揚聲器低頻頻率響應(yīng)的非消聲室測量方法其特征是四階帶通箱的低頻頻率響應(yīng)用以下述方法測量四階帶通箱的低頻聲學類比線路中揚聲器單元與音圈有關(guān)的聲阻抗用ZLS來表示；RAS、CAS、MAS分別為揚聲器振動系統(tǒng)的聲阻、聲順和聲質(zhì)量；CAB1為封閉箱體的聲順；CAB2、RAB2分別為開口箱體的聲順和聲阻；RAL為開口箱體的泄漏聲阻；MAP、RAP為聲導管的聲質(zhì)量和聲阻。四階帶通箱的低頻電學等效線路中，RE、LE、LE1、RE1組成了音圈的電阻抗，考慮了音圈的渦流效應(yīng)，對應(yīng)于聲學類比線路中的ZLS；RES、CMES、LCES、LCEB1分別對應(yīng)于聲學類比線路中的RAS、MAS、CAS、CAB1；LCEB2、REB2分別對應(yīng)于CAB2、RAB2；REL、CMEP、REP分別對應(yīng)于RAL、MAP、RAP。令ZFB=sREB2LCEB2REB2+sLCEB2----(5)]]>ZFP=11REP+sCMEP----(6)]]>ZLE=RE+sLE+sRE1LE1RE1+sLE1----(7)]]>那么電輸入阻抗Zi=ZLE+11RES+sCMES+1sLCES+1sLCEB1+1REL+ZFB+ZFP----(8)]]>E0Eg=Zi-ZLEZiZFPREL+ZFP+ZFB----(9)]]>首先在普通環(huán)境下測量得到四階帶通箱系統(tǒng)的電阻抗，利用遺傳算法根據(jù)測得的電輸入阻抗優(yōu)化得到低頻電學等效線路中各元件的值，再把元件值帶入(8)(9)式得到E0/Eg，然后把(9)式帶入(4)式，只要再知道(4)式中其它參數(shù)值，就可以計算得到低頻時自由場聲壓值，從而實現(xiàn)頻率響應(yīng)的非消聲室測量。
4.如權(quán)利要求1所述的基于電阻抗的揚聲器低頻頻率響應(yīng)的非消聲室測量方法其特征是揚聲器單元和封閉式揚聲器箱的低頻頻率響應(yīng)用以下述方法測量揚聲器單元和封閉式揚聲器箱的低頻聲學類比線路中，揚聲器單元中與音圈有關(guān)的聲阻抗用ZLS來表示；RAS、CAS、MAS分別為揚聲器振動系統(tǒng)的聲阻、聲順和聲質(zhì)量；CAB表示封閉箱的聲順。在表示揚聲器單元時，CAT＝CAS；表示封閉箱時，CAT是CAS與CAB的串聯(lián)值；揚聲器單元和封閉式揚聲器箱的低頻電學等效線路中，RE、LE、LE1、RE1組成了音圈的電阻抗，考慮了音圈的渦流效應(yīng)，對應(yīng)于聲學類比線路中的ZLS；RES、CMES、LCET分別對應(yīng)于RAS、MAS、CAT；那么電輸入阻抗Zi=ZLE+11RES+sCMES+1sLCET----(10)]]>E0Eg=Zi-ZLEZi----(11)]]>首先在普通環(huán)境下測量得到揚聲器單元或封閉式揚聲器箱的電阻抗，利用遺傳算法根據(jù)測得的電輸入阻抗優(yōu)化得到低頻電學等效線路中各元件的值，再把元件值帶入(10)(11)式得到E0/Eg，然后把(11)式帶入(4)式，只要再知道(4)式中其它參數(shù)值，就可以計算得到低頻時自由場聲壓值，從而實現(xiàn)頻率響應(yīng)的非消聲室測量。
5.如權(quán)利要求1所述的基于電阻抗的揚聲器低頻頻率響應(yīng)的非消聲室測量方法其特征是管道倒相式揚聲器箱的低頻頻率響應(yīng)用以下述方法測量管道倒相式揚聲器箱的低頻聲學類比線路中，揚聲器單元中與音圈有關(guān)的聲阻抗用ZLS來表示；RAS、CAS、MAS分別為揚聲器振動系統(tǒng)的聲阻、聲順和聲質(zhì)量；CAB、RAB分別為箱體的聲順和聲阻；RAL為箱體的泄漏聲阻；MAP、RAP為聲導管的聲質(zhì)量和聲阻；管道倒相式揚聲器箱的低頻電學等效線路中，RE、LE、LE1、RE1組成了音圈的電阻抗，考慮了音圈的渦流效應(yīng)，對應(yīng)于聲學類比線路中的ZLS；RES、CMES、LCES分別對應(yīng)于聲學類比線路中的RAS、MAS、CAS；LCEB、REB分別對應(yīng)于CAB、RAB；REL、CMEP、REP分別對應(yīng)于RAL、MAP、RAP；令ZVB=sREBLCEBREB+sLCEB----(12)]]>ZVP=11REP+sCMEP----(13)]]>ZLE=RE+sLE+sRE1LE1RE1+sLE1----(14)]]>那么電阻抗Zi=ZLE+11RES+sCMES+1sLCES+1REL+ZVB+ZVP----(15)]]>E0Eg=Zi-ZLEZiZVBREL+ZVP+ZVB----(16)]]>首先在普通環(huán)境下測量得到管道倒相式揚聲器箱的電阻抗，利用遺傳算法根據(jù)測得的電輸入阻抗優(yōu)化得到低頻電學等效線路中各元件的值，再把元件值帶入(15)(16)式得到E0/Eg，然后把(16)式帶入(4)式，只要再知道(4)式中其它參數(shù)值，就可以計算得到低頻時自由場聲壓值，從而實現(xiàn)頻率響應(yīng)的非消聲室測量。
6.如權(quán)利要求1所述的基于電阻抗的揚聲器低頻頻率響應(yīng)的非消聲室測量方法其特征是空紙盆倒相式揚聲器箱的低頻頻率響應(yīng)用以下述方法測量空紙盆倒相式揚聲器箱的低頻聲學類比線路中，揚聲器單元中與音圈有關(guān)的聲阻抗用ZLS來表示；RAS、CAS、MAS分別為揚聲器振動系統(tǒng)的聲阻、聲順和聲質(zhì)量；CAB、RAB分別為箱體的聲順和聲阻；RAL為箱體的泄漏聲阻；MAP、RAP、CAP為空紙盆的聲質(zhì)量、聲阻和聲順；空紙盆倒相式揚聲器箱的低頻電學等效線路中，RE、LE、LE1、RE1組成了音圈的電阻抗，考慮了音圈的渦流效應(yīng)，對應(yīng)于聲學類比線路中的ZLS；RES、CMES、LCES分別對應(yīng)于聲學類比線路中的RAS、MAS、CAS；LCEB、REB、REL分別對應(yīng)于CAB、RAB、RAL；CMEP、REP、LCEP分別對應(yīng)于MAP、RAP、CAP；令ZPB=sREBLCEBREB+sLCEB----(17)]]>ZPP=11REP+sCMEP+1sLCEP----(18)]]>ZLE=RE+sLE+sRE1LE1RE1+sLE1----(19)]]>那么電阻抗Zi=ZLE+11RES+sCMES+1sLCES+1REL+ZPB+ZPP----(20)]]>E0Eg=Zi-ZLEZiZPBREL+ZPP+ZPB----(21)]]>首先在普通環(huán)境下測量得到空紙盆倒相式揚聲器箱的電阻抗，利用遺傳算法根據(jù)測得的電輸入阻抗優(yōu)化得到低頻電學等效線路中各元件的值，再把元件值帶入(20)(21)式得到E0/Eg，然后把(21)式帶入(4)式，只要再知道(4)式中其它參數(shù)值，就可以計算得到低頻時自由場聲壓值，從而實現(xiàn)頻率響應(yīng)的非消聲室測量。
全文摘要
基于電阻抗的揚聲器低頻頻率響應(yīng)的非消聲室測量方法對于任何一種揚聲器，根據(jù)揚聲器的構(gòu)造建立系統(tǒng)的集中參數(shù)電阻抗模型，且包含音圈渦流影響的集中參數(shù)電阻抗模型，并在普通環(huán)境中測得電輸入阻抗曲線；用優(yōu)化算法根據(jù)電輸入阻抗曲線優(yōu)化模型元件參數(shù)值，使得由模型計算得到的電輸入阻抗曲線與實測的電輸入阻抗曲線相吻合，用優(yōu)化后的參數(shù)值即可計算得到低頻幅頻頻率響應(yīng)的形狀。再測得機電耦合系數(shù)BI及其它參數(shù)，就可以得到真正的低頻頻率響應(yīng)。本發(fā)明首次提出了所有已知模型的揚聲器的基于電阻抗的低頻頻率響應(yīng)的非消聲室測量方法。其中低頻頻率響應(yīng)是指既包含了其曲線形狀，又包含了聲壓幅值大小的頻響曲線。
文檔編號H04R29/00GK1585566SQ200410044909
公開日2005年2月23日 申請日期2004年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月4日
發(fā)明者沈勇, 董永政, 周靜雷, 鄔寧 申請人:南京大學