CN107135458B - 一种扬声器承受功率的测量方法及其测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种扬声器承受功率的测量方法及其测量装置，该方法包括步骤：获取环境温度下扬声器音圈的电阻R0；叠加粉红噪声，使扬声器持续工作若干个单位时间，并记录每一单位时间节点时该扬声器音圈分别对应的电阻Rn；获取扬声器音圈的温度在进入平衡后的扬声器音圈的电阻值Rt以及加载在扬声器音圈上的电流值I，计算出扬声器的承受功率Wt。测量装置包括单片机以及连接在功放与扬声器之间的测量电路，测量电路包括电容、电流源、第一滤波器、第二滤波器和电压表，电流源通过第一滤波器并联在扬声器两端，电压表通过第二滤波器并联在扬声器两端，电容串联在测量电路的回路上。本发明可准确地测得扬声器的承受功率，测量速度快，耗时短。

Description

一种扬声器承受功率的测量方法及其测量装置

技术领域

本发明涉及扬声器承受功率测量技术领域，尤其涉及一种测量准确，测量速度快的扬声器承受功率的测量方法和测量装置。

背景技术

绝大多数扬声器音圈在200摄氏度下工作一段时间会损坏，根据音圈、骨架、胶水等使用材料的不同，这个数值会不同，需要用户设定。以环境温度为25摄氏度计算，如果允许扬声器音圈为200摄氏度，则允许的温升为175摄氏度。为了提高扬声器的耐用性能和使用寿命，需要对扬声器进行承受功率的测量，确保扬声器不会工作在承受功率之上，避免了扬声器的烧毁。因此，扬声器设计者有必要知道扬声器的承受功率究竟是多少，以便作出更精确的设计和控制。然而，现有的一些扬声器功率测量方法和测量装置存在误差较大，准确度差，且测量耗时长，不利于提高测量效率。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种测量准确，测量速度快的扬声器承受功率的测量方法和测量装置。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种扬声器承受功率的测量方法，包括步骤：

1)获取环境温度下扬声器音圈的电阻R₀；

2)叠加粉红噪声，使扬声器持续工作若干个单位时间，并记录每一单位时间节点时该扬声器音圈分别对应的电阻R_n；

3)获取扬声器音圈的温度在进入平衡后的扬声器音圈的电阻值R_t以及加载在扬声器音圈上的电流值I，计算出扬声器的承受功率W_t＝R_tI²。

优选地，在步骤2)中，还包括一加速测量过程，该加速测量过程包括步骤：

a)获取工作在前若干个单位时间内扬声器音圈的各对应电阻值R₁、R₂、R₃、R_1+i的值；

b)判断电阻值R₁、R₂、R₃、R_i+1的值是否递增明显；

c)递增明显，则保持原叠加的粉红噪声的功率不变；

d)递增不明显，则增加叠加的粉红噪声的功率值。

优选地，在步骤1)中，环境温度下扬声器音圈的电阻R₀的测量过程是：确定扬声器在环境温度状态，通过功放输出一参考直流电压，在时间常数为一秒的时间内通过加载在扬声器两端的电压表读取当前环境温度下扬声器的电压U₀，然后根据电流源的电流I，依据公式式R＝U₀/I得出环境温度下扬声器音圈的电阻R₀。

优选地，在步骤3)中，扬声器音圈的温度进入平衡的判断依据为：以后若干个单位时间内扬声器音圈的各对应电阻值R_n-2、R_n-1、R_n的值是否递增明显，无明显递增则为进入温度平衡状态。

优选地，扬声器的环境温度状态是指扬声器在被加载参考直流电压前位于环境温度条件下，且保持不工作至少1小时以上。

同时，本发明还合案提出了一种基于上述扬声器承受功率的测量方法的测量装置，该测量装置包括单片机以及连接在功放与扬声器之间的测量电路，所述单片机与所述测量电路连接，所述测量电路包括电容C2、电流源I1、第一滤波器、第二滤波器和电压表M1，所述电流源I1通过所述第一滤波器并联在扬声器两端，所述电压表M1通过所述第二滤波器并联在扬声器两端，所述电容C2串联在所述测量电路的回路上，且位于所述电流源I1与功放之间。

优选地，所述第一滤波器包括串联的电感L1和电容C1，所述电流源I1与所述电容C1并联。

优选地，所述第二滤波器包括串联的电阻R1和电容C3，所述电压表M1与所述电容C3并联，所述电阻R1的一端和所述电感L1的一端均接入所述电容C2的负极端。

优选地，所述单片机还连接有用于输入测量参数和显示测量数据的人机互动装置。

优选地，所述测量参数包括预设在所述单片机内的不同材质扬声器音圈所对应的温度系数。

本发明的有益效果：本发明的扬声器承受功率的测量方法通过加载在扬声器音圈上的功率和扬声器音圈的温升的近似线性关系可准确地测得扬声器的承受功率。同时，依据加载在扬声器音圈上的功率越大，扬声器音圈的阻值变化就越大，扬声器承受功率的测量就越准确这一原理，为兼顾不同未知承受功率的扬声器的测量，实行了加速测量过程，通过加速测量过程一方面兼顾了小承受功率扬声器的测量，另一方面兼顾了大承受功率扬声器的测量，不仅增加了测量的可靠性，还大大增加了测量速度，使得测量耗时得到了显著减少，同时准确更高。本发明的扬声器承受功率的测量装置结构简单，可根据不同材质扬声器音圈设置对应的温度系数，并通过单片机灵活快速地输入测量参数以及监控记录测量过程中的数据，并灵活地叠加调整粉红噪声的单位功率的功率值，测量更方便和直观。

附图说明

图1为本发明的测量流程图；

图2为本发明的加速测量过程的流程图；

图3为本发明在测量过程中扬声器在叠加了不同功率值的粉红噪声时温升与时间的函数关系图；

图4为本发明在测量过程中扬声器的承受功率与温升的函数关系图；

图5为本发明的测量装置的电路原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

本发明提供了一种扬声器承受功率的测量方法，如图1所示，包括步骤：

S1、获取环境温度下扬声器音圈的电阻R₀；

S2、叠加粉红噪声，使扬声器持续工作若干个单位时间，并记录每一单位时间节点时该扬声器音圈分别对应的电阻R_n；

S3、获取扬声器音圈的温度在进入平衡后的扬声器音圈的电阻值R_t以及加载在扬声器音圈上的电流值I，计算出扬声器的承受功率W_t＝R_tI²。

作为优选，在步骤S2中，还包括一加速测量过程，通过该加速测量过程可加速扬声器承受功率的测量速度，缩短测量时间。如图2所示，该加速测量过程包括步骤：

S201、获取工作在前若干个单位时间内扬声器音圈的各对应电阻值R₁、R₂、R₃、R_1+i的值；

S202、判断电阻值R₁、R₂、R₃、R_i+1的值是否递增明显；

S203、递增明显，则保持原叠加的粉红噪声的功率不变；

S204、递增不明显，则增加叠加的粉红噪声的功率值。

优选地，在上述的一种扬声器承受功率的测量方法中，在步骤S1中，环境温度下扬声器音圈的电阻R₀的测量过程是：确定扬声器在环境温度状态，通过功放输出一参考直流电压，在时间常数为一秒的时间内通过加载在扬声器两端的电压表读取当前环境温度下扬声器的电压U₀，然后根据电流源的电流I，依据公式式R＝U₀/I得出环境温度下扬声器音圈的电阻R₀。

优选地，在上述的一种扬声器承受功率的测量方法中，在步骤S3中，扬声器音圈的温度进入平衡的判断依据为：以后若干个单位时间内扬声器音圈的各对应电阻值R_n-2、R_n-1、R_n的值是否递增明显，无明显递增则为进入温度平衡状态。

优选地，在上述的一种扬声器承受功率的测量方法中，扬声器的环境温度状态是指扬声器在被加载参考直流电压前位于环境温度条件下，且保持不工作至少1小时以上。

同时，本发明还合案提出了一种基于上述扬声器承受功率的测量方法的测量装置，需要说明的是，本发明中的测量装置仅作为一种优选实施例进行说明，在依赖本测量方法的基础上，该测量装置还可包括其他形式。具体如图5所示，该测量装置包括单片机以及连接在功放与扬声器之间的测量电路。单片机与测量电路连接，测量电路包括电容C2、电流源I1、第一滤波器、第二滤波器和电压表M1。电流源I1通过第一滤波器并联在扬声器两端，电压表M1通过第二滤波器并联在扬声器两端。电容C2串联在测量电路的回路上，且位于电流源I1与功放之间。

优选地，在上述的一种扬声器承受功率的测量装置中，第一滤波器包括串联的电感L1和电容C1，电流源I1与电容C1并联。第二滤波器包括串联的电阻R1和电容C3，电压表M1与电容C3并联，电阻R1的一端和电感L1的一端均接入电容C2的负极端。大容量电容C2将功放送给扬声器的直流电压隔离开，在扬声器音圈上只剩下交流成份。电流源I1可通过第一滤波器将恒流直流电馈送到扬声器音圈上，但扬声器音圈上的交流成份却因第一滤波器上的电感L1阻隔，从而避免交流电流对电流源I1造成损坏。电流源I1为毫安级，在扬声器音圈上产生的功率与扬声器承受功率相比可忽略不计。通过第二滤波器将交流成分滤除，通过电压表M1可读取到扬声器音圈上的直流电压U。

优选地，在上述的一种扬声器承受功率的测量装置中，单片机还连接有用于输入测量参数和显示测量数据的人机互动装置。具体的，该人机互动装置包括输入设备和显示设备，输入设备可以是键盘、鼠标以及触控面板等形式，用于输入和设置测量用的参数。显示设备用于输出显示测量过程中扬声器音圈的实时阻抗变化和温升变化，以及在对应不同温升时音圈电阻值的函数曲线。测量参数包括预设在单片机内的不同材质扬声器音圈所对应的温度系数，在测量不同材质构成的扬声器音圈的承受功率时，通过调用预先存储的对应温度系数即可方便单片机快速计算和统计。

具体的，如图5所示，电路中a点和b点之间的压降即为电压表M1读取到的直流电压值U，由于电阻R1设置阻值较小，该电压表M1读取到的直流电压值U即可等效为扬声器音圈两端的电压值。在环境温度下，电压表M1读取到的电压值为U₀，通过公式R₀＝U₀/I即可得出环境温度下扬声器音圈的电阻R₀。在温升过程中，电压表M1读取到的直流电压值U即可等效为扬声器音圈两端的当前电压值U_t，通过R_t＝U_t即可得出温升过程中扬声器音圈的电阻R_t。为方便理解，下面以具体的测量实验进行说明，首先，通过功放输出0.4V，即上述称之为的参考直流电压，而电流源设计为0.1A，即此时功放输出的功率为0.04W。由于扬声器音圈的承受功率一般都在1W～1000W之间，因此功放输出0.04W的功率时，该对应的参考直流电压不会损坏扬声器，通过电压表M1上显示的电压值为U0即可得到环境温度下扬声器音圈的电阻R0。在功放输出0.4V直流电压基础上，叠加4W的粉红噪声，持续工作30分钟，即持续工作30个单位时间。由金属的温度系数可知，随着粉红噪声功率令扬声器音圈发热，扬声器音圈的阻值会增加。令从第1分钟开始工作30分钟，阻值分别为R₁、R₂、R₃……R₃₀，那么R₁、R₂、R₃的阻值变化会相对增加较快，而R₂₈、R₂₉、R₃₀阻值变化会相对增加较慢，前若干个单位时间内阻值的增加和后若干个单位时间内阻值的增加速度可能相差几倍。倍数越多越证明进入温度平衡，即后若干个单位时间内阻值没有显著变化。应当理解的是，阻值是否递增明显是指电压表M1上的数值变化是否明显，变化依据递增的线性关系进行判断。不同材质的扬声器音圈其温升与阻值具有一定的线性关系，如铜的温度每上升100度，其阻值则增加39％左右，大致呈现线性关系。基于此，在30个单位时间后，比较R₀和R₃₀，看阻值增加的百分比，即可推算出音圈温度上升了多少。而加载在扬声器音圈上的功率和扬声器音圈的温升又是接近线性的关系，在温升有限制时，加载在扬声器音圈上的承受功率的限制值也就可计算出来了。

为了更加清楚地说明这一过程，下面结合图3和图4进行进一步说明，图3为本发明在测量过程中扬声器在叠加了不同功率值的粉红噪声时温升与时间的函数关系图。设定在如下实验条件下：1、扬声器的承受功率为500W；2、环境温度为25℃，允许扬声器音圈的承受温度为200℃(此时，允许的温升为175℃)。以曲线a、b、c为例进行说明，Y轴表示温升，X轴表示时间，曲线a是叠加了0.1W的粉红噪声，曲线b是叠加了10W的粉红噪声，曲线c是叠加了50W的粉红噪声。由于加载的粉红噪声的功率值相对越大(前提是该粉红噪声的功率为扬声器的承受功率的几分之一)，在达到同样的温升175℃时，曲线c能更快地达到175℃然后进入温度平衡，曲线b次之，曲线a近乎Y＝0的水平直线。因此，叠加的粉红噪声的功率值对测量的速度具有重要影响。而在未知待测量的扬声器的承受功率之前，如果叠加的粉红噪声的功率较之扬声器的承受功率要大，那么很容易烧毁该扬声器。因此，为避免这一现象，一开始叠加较小功率的粉红噪声，然后根据扬声器音圈阻值的上升速度来逐步增加粉红噪声的功率，这一过程可通过单片机进行自动监控设定。

如图4所示，为本发明在测量过程中扬声器的承受功率与温升的函数关系图。假定铜的温度系数为α，温升用T_t标示，在进入温度平衡时，电压表M1的值为U_t，那么有下列表达式：

R_t＝U_t/I； (1)

T_t＝(R_t-R₀)/α*R₀； (2)

R_t＝R₀(1+αT_t)； (3)

W_t＝R_t*I²； (4)

＝R₀(1+αT_t)*I²

＝R₀I²+αR₀I²T_t； (5)

＝C+βT_t； (6)

以上述演算的说明，式(1)为进入温度平衡时，扬声器音圈的阻值，式(2)为进入温度平衡时扬声器音圈的温升值，式(3)为依据式(2)反推得到的扬声器音圈的电阻值，式(4)为扬声器音圈的承受功率的表达式，通过将式(3)的R_t代表式R₀(1+αT_t)代入式(4)中的R_t，得到了式(5)R₀I²+αR₀I²T_t，由于R₀为初始测得的常量值，而I为电流源I1给定的恒定值，故R₀I²也为固定常数值，在此，以字母C作为常量代替。同时，由于α为温度系数，也是一个固定常数值，因此，αR₀I²也为固定常数值，在此，以字母β作为变量T_t的系数。最终，扬声器音圈的承受功率的表达式为W_t＝C+βT_t，得到式(6)。由此可见，加载在扬声器音圈上的功率和扬声器音圈的温升是线性的关系。因此，在温升有限制时，根据扬声器音圈的温升即可计算出加载在音圈上的承受功率。

最后，应当说明的是，本发明所提出的承受功率测量方法和测量装置不局限于在扬声器承受功率的测量应用上，只要是使用了金属线圈的设备，诸如变压器、电感器和电机绕组等都可以应用本发明提出的承受功率测量方法和测量装置进行各自承受功率的测量。应用于其他金属线圈设备的承受功率测量方法和测量装置同样落入本发明要求的保护范围。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种扬声器承受功率的测量方法，其特征在于，包括步骤：

1）获取环境温度下扬声器音圈的电阻R0；

2）叠加粉红噪声，使扬声器持续工作N个单位时间，并记录每一单位时间节点时该扬声器音圈分别对应的电阻RN；其中N为大于零的正整数；

3）获取扬声器音圈的温度在进入平衡后的扬声器音圈的电阻值Rt以及加载在扬声器音圈上的电流值I，计算出扬声器的承受功率Wt=RtI2；

在步骤2）中，还包括一加速测量过程，该加速测量过程包括步骤：

a）获取工作在前若干个单位时间内扬声器音圈的各对应电阻值R1、R2、R3、R1+i的值；其中i为大于零的正整数；

b）判断电阻值R1、R2、R3、R1+i的值是否递增明显；

c）递增明显，则保持原叠加的粉红噪声的功率不变；

d）递增不明显，则增加叠加的粉红噪声的功率值。

2.根据权利要求1所述的一种扬声器承受功率的测量方法，其特征在于，在步骤1）中，环境温度下扬声器音圈的电阻R0的测量过程是：确定扬声器在环境温度状态，通过功放输出一参考直流电压，在时间常数为一秒的时间内通过加载在扬声器两端的电压表读取当前环境温度下扬声器的电压U0，然后根据电流源的电流I，依据公式R＝U0/I得出环境温度下扬声器音圈的电阻R0。

3.根据权利要求1所述的一种扬声器承受功率的测量方法，其特征在于，在步骤3）中，扬声器音圈的温度进入平衡的判断依据为：以后若干个单位时间内扬声器音圈的各对应电阻值RN-2、RN-1、RN的值是否递增明显，无明显递增则为进入温度平衡状态。

4.根据权利要求2所述的一种扬声器承受功率的测量方法，其特征在于，扬声器的环境温度状态是指扬声器在被加载参考直流电压前位于环境温度条件下，且保持不工作至少1小时以上。

5.一种基于权利要求1至4任一项所述扬声器承受功率的测量方法的测量装置，其特征在于，包括单片机以及连接在功放与扬声器之间的测量电路，所述单片机与所述测量电路连接，所述测量电路包括电容C2、电流源I1、第一滤波器、第二滤波器和电压表M1，所述电流源I1通过所述第一滤波器并联在扬声器两端，所述电压表M1通过所述第二滤波器并联在扬声器两端，所述电容C2串联在所述测量电路的回路上，且位于所述电流源I1与功放之间。

6.根据权利要求5所述的一种扬声器承受功率的测量装置，其特征在于，所述第一滤波器包括串联的电感L1和电容C1，所述电流源I1与所述电容C1并联。

7.根据权利要求6所述的一种扬声器承受功率的测量装置，其特征在于，所述第二滤波器包括串联的电阻R1和电容C3，所述电压表M1与所述电容C3并联，所述电阻R1的一端和所述电感L1的一端均接入所述电容C2的负极端。

8.根据权利要求5所述的一种扬声器承受功率的测量装置，其特征在于，所述单片机还连接有用于输入测量参数和显示测量数据的人机互动装置。

9.根据权利要求8所述的一种扬声器承受功率的测量装置，其特征在于，所述测量参数包括预设在所述单片机内的不同材质扬声器音圈所对应的温度系数。

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