CN101520438A - 扬声器振膜材料动态复弹性模量及阻尼测试仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于扬声器振膜材料动态复弹性模量及阻尼测试仪。该测试仪包括用于对被测试样产生声压激振的激振系统和用于采集、分析、处理被测试样产生的振动信号的激光拾振系统，激振系统包括音频扫频信号发生器、功率放大器和扬声器，激光拾振系统包括激光传感器、放大器和装有采集卡的计算机。扬声器和激光传感器分别置于被测试样的两侧。本发明采用了非接触的测量技术，由于没有在试样上粘贴金属，保证了试样的质量、刚度和阻尼不变，测试精度高，且安装调试简单，测试效率高。本发明不但适于为扬声器生产企业选择振膜材料提供依据，也可以为各种研究机构开发新型振膜材料提供理论指导。

Description

扬声器振膜材料动态复弹性模量及阻尼测试仪

技术领域

本发明涉及扬声器振膜的测试仪器，尤其涉及一种扬声器振膜材料动态复弹性模量及阻尼测试仪。

背景技术

扬声器发声的主要部件是振膜，而振膜的性能取决于振膜的几何形状、振膜的材料和振膜的加工工艺。当振膜的几何形状设计完成之后，振膜的材料和加工工艺对扬声器性能和音质有举足轻重的影响。对于纸浆类振膜音质柔和耐听，而且工艺成熟、成本低廉，其音色又为人们所习惯、接受和认可，因此，目前使用最多、应用最广的扬声器振膜材料仍是纸浆材料，即纸盆。由于振膜材料属于非金属材料，且柔性大，对其材料动态性能的研究一直是个难题。已有的动态测试方法为了获得试样的振动信号，采用在试样上粘贴金属材料的激振拾振方法，操作和调试复杂，测试误差大，且力学模型没有考虑纸盆材料的粘弹性特性，而是利用了完全弹性模型，所以没有实际的应用。而静态法测量时加载速度慢，存有弛豫过程，不能真实地反映材料内部结构变换。

为了得到音质优良的扬声器，均要求扬声器同时具备承受功率大、动态范围大、失真小、频响宽广平坦和瞬态响应良好的特性。而生产高性能的电声器件需要有可靠的材料测试仪器，通过测试获得材料的动态性能，以指导扬声器纸盆的设计和生产。因此，研发一种既方便、实用，又具有较高精度的复弹性模量及内阻尼测试仪器，可以有效的指导扬声器振膜的设计、研究和实际生产，为扬声器生产企业选择纸盆材料提供依据，也可以为新型纸盆材料的开发提供理论指导，具有深远的现实意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，采用非接触式的激振系统和拾振系统，被测材料采用悬臂梁模型，成功研制出一种测试精度、测试效率较高的扬声器振膜材料动态复弹性模量及阻尼测试仪。该测试仪用于轻薄试样的测量，完全克服了接触式测量系统与试样接触造成的误差。

为实现上述目的本发明采取的技术方案是：一种扬声器振膜材料动态复弹性模量及阻尼测试仪，其特征在于：包括用于对被测试样产生声压激振的激振系统和用于采集、分析、处理被测试样产生的振动信号的激光拾振系统，所述激振系统包括音频扫频信号发生器、功率放大器和扬声器，所述激光拾振系统包括激光传感器、放大器和装有采集卡的计算机，所述扬声器和激光传感器分别置于被测试样的两侧，所述音频扫频信号发生器与功率放大器连接，功率放大器与扬声器连接；所述激光传感器与放大器连接，放大器与计算机里的采集卡连接。

本发明所产生的有益效果是：

1.采用了非接触的测量技术，由于没有在试样上粘贴金属，保证了试样的质量、刚度和阻尼不变，测试精度高，且安装调试简单，测试效率高。

2.本发明基于材料的粘弹性特性建立了力学模型(悬臂梁模型)，使得理论模型更接近试样真实的受力情况，从而减小理论带来的分析误差，并通过模块化的软件设计，计算试样的复弹性模量及内阻尼，不仅计算精度高，且测试、存储方便。

3.本发明不但适于为扬声器生产企业选择振膜材料提供依据，也可以为各种研究机构开发新型振膜材料提供理论指导。

附图说明

图1为本发明的硬件系统连接框图并作为摘要附图；

图2为软件模块及功能方框图；

图3为本发明的幅频特性曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

本发明硬件系统(见附图)包括用于对被测试样产生声压激振的激振系统和用于采集、分析、处理被测试样产生的振动信号的激光拾振系统，激振系统包括音频扫频信号发生器、功率放大器和扬声器，激光拾振系统包括激光传感器、放大器和装有采集卡的计算机，扬声器和激光传感器分别置于被测试样的两侧，音频扫频信号发生器与功率放大器连接，功率放大器与扬声器连接；激光传感器与放大器连接，放大器与计算机里的采集卡连接。

音频扫频信号发生器采用的是产生正弦信号的音频扫频信号发生器。数据采集卡采集经过激光传感器检测到的试样的振动信号，该数据采集卡可安装在各种微处理器的插槽内，由微处理器进行采样、存储、分析处理并通过显示屏予以显示。

动态复弹性模量和内阻尼是指导纸盆研制和生产的重要指标，要求仪器测试精度高，操作简单。为了实现此目的，必需建立基于计算机的信号采集和分析系统。信号源能够在低频段产生稳定的正弦信号，且通过功率放大器，产生足够的功率推动扬声器工作以产生声压。

本发明的工作过程及工作原理为：音频信号发生器产生的稳态正弦信号，经过放大器放大，产生一定功率的电信号，从而驱动扬声器振动，振动信号激励空气产生声压，从而驱动试样振动产生位移。试样的振动信号由激光传感器检测，振动位移信号转换为电压信号，并由放大器放大，然后运行存在于计算机的信号采集程序，模拟电压信号由数据采集卡转换成数字信号，再由计算机程序进行分析处理。

首先建立试样的力学和数学模型，试样的力学模型为悬臂梁模型，被测试样1固定在悬臂梁模型上。将试样作为粘弹性体，即数学模型中考虑试样的粘性阻尼项，从而推导出试样的弹性模量和阻尼的理论计算公式。

测试时，确定基频所在的频段，以该频率区间为扫频范围，对试样进行逐个频率激振，然后记录并保存稳定振动频率及对应的幅值，绘制幅频特性曲线，从而计算试样的弹性模量和阻尼。在“数据采集”环境下采集信号，先调节信号发生器至某一频率，振模试样将在该激振源的激励下作受迫振动，当试样振动波形平稳时，记录此波形，并保存此时试样振动的振幅和频率。然后再调节信号发生器改变激振频率进行下一个频率的测试，直到分析完所有感兴趣的频率范围内的激振频率，采集完成后，将频率和振幅以文本文件格式存储。

数据的统计和分析在“数据处理”环境下进行，打开指定文件后可在窗口中绘制出试样振动的幅频特性曲线图，并进行样条拟合得到光滑曲线。通过“力学性能分析”模块进行分析运算。数据运算统计结果以报表的形式表达，包括测试试样的纸浆成份、形状尺寸、质量密度、谱峰频率、3dB带宽、动态复弹性模量和阻尼系数。

本发明的软件系统主要功能设计基于模块化的软件设计思想，设计故障检测仪的功能，使其具有可扩展性，主要的功能模块有：

(a)文件管理

采集和分析得到的数据保存到计算机，需要保存的数据有两种：幅频特性曲线数据和纸盆材料试样的力学性能数据。

(b)信号采集、显示

在激振的同时，利用激光传感器采集试样的振动时间历程，并监视振动波形，直观地判断振动是否已达到稳定。

(c)信号存储及分析

记录试样在各个振动频率下的振动波形，进而分析试样本身的固有频率，理论上最大振幅对应的频率近似为试样的固有频率。分析并存储试样振动的振幅和相应的频率。

(d)计算复弹性模量及内阻尼系数

打开存储在计算机中的历史记录数据，进行B样条数据拟和，绘制幅频特性曲线，计算试样的复弹性模量和阻尼系数。

本发明利用悬臂梁模型，被测试样是很细的一个试条，其它接触式测量手段改变了试条的质量和刚度，测量误差大。而静态测量方法则不能反映材料的动态特性。本发明采用完全非接触式的声压激振、激光拾振方式，并采用了正弦扫频激振法。建立了专用的振动台和采集分析软件。本发明可以应用在特种纸、纸盆生产及音箱生产领域。

Claims (1)

1、一种扬声器振膜材料动态复弹性模量及阻尼测试仪，其特征在于：包括用于对被测试样(1)产生声压激振的激振系统和用于采集、分析、处理被测试样(1)产生的振动信号的激光拾振系统，所述激振系统包括音频扫频信号发生器、功率放大器和扬声器，所述激光拾振系统包括激光传感器、放大器和装有采集卡的计算机，所述扬声器和激光传感器分别置于被测试样的两侧，所述音频扫频信号发生器与功率放大器连接，功率放大器与扬声器连接；所述激光传感器与放大器连接，放大器与计算机里的采集卡连接。

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