CN107277730B - 用于电声换能器的音质测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于电声换能器的音质测试系统，其包括扫频装置、声波导管、麦克风、及分析装置；扫频装置用于输出扫频信号激励所述电声换能器产生声音信号；声波导管包括圆锥管道、与所述圆锥管道连通的圆柱管道、及设置在所述圆锥管道上的入射口；所述声音信号经由所述入射口进入所述声波导管中，并依次经过所述圆锥管道的放大和所述圆柱管道的传播到达所述麦克风；麦克风被设置为将拾取到的声音信号转换为电信号，并将所述电信号输出至所述分析装置；分析装置被设置为根据所述电信号计算并输出对应所述扫频信号的高阶谐波失真。

Description

用于电声换能器的音质测试系统

技术领域

本发明涉及音质测试技术领域，更具体地，本发明涉及一种用于电声换能器的音质测试系统。

背景技术

电声换能器是指能够将声能转换为电能的声学器件。在电声工程中，扬声器(Speak，SPK)、受话器((Receiver)是典型的能够将电能转换成声能的声学器件，二者在手机等电子设备上均有应用，前者通常作为喇叭使用，后者通常作为听筒使用。

随着手机等电子设备性能的提高和普及，电子设备厂商和用户对电声换能器的性能要求越来越高，其中，音质是最直接的体现形式之一。因此，电声换能器在出厂之前需要经过音质测试，以确定音质是否满足出厂要求。

目前，电声换能器的音质测试以人工听音为主，使用的设备包括扫频仪。在测试时，扫频仪以设定的激励信号(例如频率为200Hz-5kHz，电压为1.2或者1.5倍的额定电压)驱动被测试电声换能器发声，测试人员进行听音，并凭借经验进行音质的判断。该种测试方法存在较多的限制和不稳定因素，例如，不同测试人员的评判标准、听觉疲劳、人员成本等，而且长期大电压听音会对人耳造成损伤，为了不影响测试人员的身体健康，测试人员需要经常换岗，这也将导致测试成本增加、及测试精度的稳定性降低，因此，有必要提供一种不依赖于测试人员听音的音质测试系统。

发明内容

本发明实施例的一个目的是提供一种进行音质测试的新的技术方案。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于电声换能器的音质测试系统，其包括扫频装置、声波导管、麦克风、及分析装置；

所述扫频装置用于输出扫频信号激励所述电声换能器产生声音信号；

所述声波导管包括圆锥管道、与所述圆锥管道连通的圆柱管道、及设置在所述圆锥管道上的入射口；所述声音信号经由所述入射口进入所述声波导管中，并依次经过所述圆锥管道的放大和所述圆柱管道的传播到达所述麦克风；

所述麦克风被设置为将拾取到的声音信号转换为电信号，并将所述电信号输出至所述分析装置；以及，

所述分析装置被设置为根据所述电信号计算并输出对应所述扫频信号的高阶谐波失真。

可选的是，所述音质测试系统还包括障板，所述障板被设置为用于安装所述电声换能器。

可选的是，所述声波导管与所述障板的相对位置使得所述入射口的中轴线垂直、且穿过所述电声换能器的振膜。

可选的是，所述障板垂直于所述入射口的中轴线设置，且所述障板与所述入射口之间的距离大于或者等于1cm，且小于或者等于1.5cm。

可选的是，所述入射口的中轴线、所述圆锥管道的中轴线、及所述圆柱管道的中轴线重合。

可选的是，所述圆柱管道的内径等于所述圆锥管道的最大内径。

可选的是，所述圆柱管道的内径使得自身的截止频率大于进行异音识别的频率区间所对应的高阶谐波频率上限。

可选的是，所述麦克风在所述圆柱管道的末端与所述圆柱管道的管壁密封连接，且所述麦克风的拾音孔被密封在所述圆柱管道中。

可选的是，所述音质测试系统还包括功率放大器，所述功率放大器被设置为对所述扫频信号进行放大处理后激励所述电声换能器产生声音信号。

可选的是，所述分析装置被设置为通过在同一坐标系下绘制失真曲线和参考曲线的操作输出对应所述扫频信号的高阶谐波失真、及对应所述扫频信号的异音识别结果；

其中，所述失真曲线为反映所述扫频信号的频率与高阶谐波失真之间的对应关系的曲线；所述参考曲线为反映所述扫频信号的频率与合格电声换能器的高阶谐波失真上限之间的对应关系的曲线。

本发明的一个有益效果在于，在本发明的音质测试系统中，利用声波导管的高识别率、麦克风代替人耳听音、及分析装置代替人脑进行异音识别实现了高效、高准确度的自动音质测试。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。

图1为根据本发明音质测试系统的一种实施例的结构示意图；

图2为图1中声波导管的一种左视示意图；

图3为图2中A-A向剖视示意图；

图4a为简谐波在圆柱管道中传播的示意图；

图4b为高次谐波在圆柱管道中传播的示意图；

图5为失真曲线与参考曲线的结构示意图；

图6为根据本发明音质测试系统的一种实施例的硬件结构示意图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

图1为根据本发明音质测试系统的一种实施例的结构示意图。

根据图1所示，本发明音质测试系统包括扫频装置110、声波导管140、麦克风150、及分析装置160。

该扫频装置110用于输出扫频信号激励电声换能器130产生声音信号。这说明，扫频装置110的扫频信号输出端与电声换能器130的信号输入端连接。

该扫频信号例如可以是正弦波信号。

该扫频装置110例如在100Hz～20KHz的扫频区间输出扫频信号。

该扫频装置110在扫频区间的扫频间隔可以根据需要设定，例如等间隔扫频、倍频扫频等。

在倍频扫频的实施例中，后一扫频信号的频率与前一扫频信号的频率的比值例如为2¹/₁₂。

在本实施例中，该音质测试系统还可以进一步包括功率放大器120，该功率放大器120被设置为对扫频装置110输出的扫频信号进行放大处理后激励电声换能器130产生声音信号。这说明，扫频装置110的扫频信号输出端可以经由功率放大器120与电声换能器130的信号输入端连接。

如图1至图3所示，声波导管140包括圆锥管道141、与圆锥管道141连通的圆柱管道142、及设置在圆锥管道141上的入射口143。入射口143被设置为供电声换能器130产生的声音信号进入声波导管140中。

以上圆锥管道141和圆柱管道142中的形状限定应理解为是对于对应管道的内腔形状的限定，而不是对于对应管道的外观形状的限定。

声波导管140可以通过削去圆锥管道141的尖端的结构形成与圆锥管道141的内腔相通的入射口143。这样，入射口143的口径将等于圆锥管道141的最小内径。

以上入射口143的中轴线、圆锥管道141的中轴线、及圆柱管道142的中轴线可以重合。

圆柱管道142的内径可以等于圆锥管道141的最大内径。

如图3所示，声波导管140可以由两段以上导管通过螺纹连接组成，以便于根据测试需求连接成各种长度。

该声波导管140的圆锥管道141类似于锥形号筒，能够对通过的声音信号进行放大，以提高声波导管140中传播声音信号的强度以及异音的识别率。

采用圆锥管道141放大声音信号的优势在于：圆锥管道141不存在截止频率，因此不会对通过的声音信号产生“过滤”作用，能够保证测试结果的准确性。

到达圆锥管道141末端的声音信号随后进入圆柱管道142进行传播。

圆柱管道142存在一个截止频率f_c：

公式(1)中：c₀为声音在空气中的传播速度，a为圆柱管道142的内径的一半。

当扫频信号的频率小于或者等于该截止频率f_c时，圆柱管道142中只有一种波形，称为简振波，如图4a所示，简谐波在圆柱管道142中以平面波的形式传播。

当扫频信号的频率大于该截止频率f_c时，声音信号在圆柱管道142中传播会产生高次谐波，如图4b所示，高次谐波在圆柱管道142中以不断接触管壁并反射的方式传递。

圆柱管道142的内径可以被设置为使得自身的截止频率大于设定的进行异音识别的频率区间所对应的高阶谐波频率上限。这可以使得经由圆柱管道142传播产生的高次谐波不会对异音识别的准确性带来任何影响。

进行异音识别的频率区间主要分布在低频段，例如100Hz～800Hz，或者100Hz～500Hz等。

以圆柱管道142的内径为7.13mm为例，根据以上公式(1)，圆柱管道142的截止频率大约为28KHz，在进行异音识别的频率区间的频率上限选择为500hz、高阶谐波所对应的频率范围是5KHz-17.5KHz、扫频区间的频率上限为20KHz的实施例中，该截止频率远大于进行异音识别的频率区间所对应的高阶谐波频率上限(即17.5KHz)。

麦克风150安装在圆柱管道142的末端，以使电声换能器120产生的声音信号经由入射口143进入声波导管140中，并顺次经过圆锥管道141的放大和圆柱管道142的传播到达麦克风150。

在安装麦克风150时，可以对麦克风150与圆柱管道142的管壁之间的缝隙进行密封处理，实现麦克风150与圆柱管道142的管壁之间的密封连接，并将麦克风150的拾音孔密封在圆柱管道142的内腔中。该种连接结构可以最大限度地避免声压泄露，有利于提高异音识别率。

参见公式(1)可知，圆柱管道142的内径越大，其截止频率f_c越小，因此，为了获取较大的截止频率f_c，以避免该截止频率f_c包含在进行异音识别的频率区间所对应的高阶谐波频率范围内，圆柱管道142的内径应该尽可能地小。进一步地，由于麦克风150需要安装在圆柱管道142中，圆柱管道142的内径还至少要能够进行麦克风150的安装，因此，可以结合根据截止频率f_c选定的圆柱管道142的内径来选择使用的麦克风150的尺寸。

在本实施例中，音质测试系统还可以包括障板170，电声换能器130安装在障板170上。

障板170为在电声换能器130的圆周外接出的一块平板，障板170的作用是增加前后干涉的通路长度，增加低频信号的强度。该前后干涉指：电声换能器130从振膜背面辐射出的声波与从振膜正面辐射出的声波相遇、并发生相互抵消的现象。

该障板170可以包括与电声换能器130适配的定位夹具，以将电声换能器130可靠地固定在障板170上。

声波导管140的设置可以使得入射口143的中轴线垂直、且穿过电声换能器130的振膜，以增加进入声波导管140中的声能。例如，声波导管140的设置使得电声换能器130的振膜的中心位于入射口143的中轴线上。

由于入射口143的孔径较小，因此，通过将入射口143对准振膜的不同位置，可以实现对振膜不同位置的音质测试。

麦克风150被设置为将拾取到的声音信号转换为电信号，并将电信号输出至分析装置160。

分析装置160被设置为根据麦克风150输出的电信号计算、并输出对应扫频信号的高阶谐波失真Rub&Buzz(f)：

公式(2)中的H_n(f)表示n阶谐波的能量，H₁(f)为基波能量，f代表扫频信号的频率。

以上高阶谐波是指10阶以上(包括10阶)的谐波。例如，可以选择10阶～35阶进行高阶谐波失真的计算。

分析装置160通过对电信号进行傅里叶级数分解可以得到基波和各阶谐波。

进一步地，分析装置160可以被设置为通过在同一坐标系下绘制失真曲线(例如图5中失真曲线L1、L2)和参考曲线(例如图5中参考曲线L0)的操作输出对应扫频信号的高阶谐波失真、及对应扫频信号的异音识别结果。

该失真曲线为反映扫频信号的频率与高阶谐波失真之间的对应关系的曲线。

该参考曲线为反映扫频信号的频率与合格电声换能器的高阶谐波失真上限之间的对应关系的曲线。

对应各扫频信号的频率的高阶谐波失真上限可以通过本发明音质测试系统测试一定数量的合格电声换能器得到。

关于异音识别结果，测试人员通过查看失真曲线超过参考曲线的情况，便可获知被测试的电声换能器是否为具有异音的不合格产品。

图5示出了参考曲线L0和多个被测试的电声换能器的失真曲线。

以失真曲线L1为例，失真曲线L1具有超出参考曲线L0的部分，因此，失真曲线L1标记的电声换能器为不合格产品。

以失真曲线L2为例，失真曲线L2完全位于参考曲线L0的下方，因此，失真曲线L2对应的电声换能器为合格产品。

图6是根据本发明音质测试系统的一种硬件结构的结构示意图。

在图6所示实施例中，音质测试系统包括终端610，该终端610安装有soundcheck测试应用和声卡620。

终端610可以是PC机、笔记本等。

soundcheck测试应用具有信号发声模块611和分析模块612。

图1中的扫频装置110包括以上信号发声模块611和声卡620的数模转换模块。数模转换模块用于对信号发声模块611输出的数字量的扫频信号进行数模转换处理，以输出模拟量的扫频信号激励电声换能器产生声音信号。

图1中的分析装置160包括以上分析模块612和声卡620的模数转换模块。该模数转换模块用于对麦克风150输出的模拟量的电信号进行模数转换处理，以输出数字量的电信号给分析模块612进行高阶谐波失真的计算。

终端610包括处理器和存储器，存储器用于存储soundcheck测试应用，soundcheck测试应用用于控制处理器进行操作以执行信号发声模块611和分析模块612的功能。

该存储器可以包括高速随机存储器，还可以包括非易失性存储器，如一个或者多个磁性存储装置、闪存、或者其他非易失性固态存储器。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (9)

1.一种用于电声换能器的音质测试系统，其特征在于，包括扫频装置、声波导管、麦克风、及分析装置；

所述扫频装置用于输出扫频信号激励所述电声换能器产生声音信号；

所述声波导管包括圆锥管道、与所述圆锥管道连通的圆柱管道、及设置在所述圆锥管道上的入射口；所述声音信号经由所述入射口进入所述声波导管中，并依次经过所述圆锥管道的放大和所述圆柱管道的传播到达所述麦克风；所述圆柱管道的内径使得自身的截止频率大于进行异音识别的频率区间所对应的高阶谐波频率上限；

所述麦克风被设置为将拾取到的声音信号转换为电信号，并将所述电信号输出至所述分析装置；以及，

所述分析装置被设置为根据所述电信号计算并输出对应所述扫频信号的高阶谐波失真。

2.根据权利要求1所述的音质测试系统，其特征在于，所述音质测试系统还包括障板，所述障板被设置为用于安装所述电声换能器。

3.根据权利要求2所述的音质测试系统，其特征在于，所述声波导管与所述障板的相对位置使得所述入射口的中轴线垂直、且穿过所述电声换能器的振膜。

4.根据权利要求2所述的音质测试系统，其特征在于，所述障板垂直于所述入射口的中轴线设置，且所述障板与所述入射口之间的距离大于或者等于1cm，且小于或者等于1.5cm。

5.根据权利要求1所述的音质测试系统，其特征在于，所述入射口的中轴线、所述圆锥管道的中轴线、及所述圆柱管道的中轴线重合。

6.根据权利要求5所述的音质测试系统，其特征在于，所述圆柱管道的内径等于所述圆锥管道的最大内径。

7.根据权利要求1所述的音质测试系统，其特征在于，所述麦克风在所述圆柱管道的末端与所述圆柱管道的管壁密封连接，且所述麦克风的拾音孔被密封在所述圆柱管道中。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的音质测试系统，其特征在于，所述音质测试系统还包括功率放大器，所述功率放大器被设置为对所述扫频信号进行放大处理后激励所述电声换能器产生声音信号。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的音质测试系统，其特征在于，所述分析装置被设置为通过在同一坐标系下绘制失真曲线和参考曲线的操作输出对应所述扫频信号的高阶谐波失真、及对应所述扫频信号的异音识别结果；

其中，所述失真曲线为反映所述扫频信号的频率与高阶谐波失真之间的对应关系的曲线；所述参考曲线为反映所述扫频信号的频率与合格电声换能器的高阶谐波失真上限之间的对应关系的曲线。