CN111343560B

CN111343560B - 一种手机喇叭谐振频率fo测试和跟踪方法

Info

Publication number: CN111343560B
Application number: CN202010186763.5A
Authority: CN
Inventors: 刘伟吉; 何秀安; 刘保良
Original assignee: Xiamen Fuliye Electric Co ltd
Current assignee: Shanghai Fourier Semiconductor Co ltd
Priority date: 2020-03-17
Filing date: 2020-03-17
Publication date: 2021-06-18
Anticipated expiration: 2040-03-17
Also published as: CN111343560A

Abstract

本申请公开了一种手机喇叭fo测试和跟踪方法，运用BPF法获得幅频特性曲线，采用斜率法判断极值，并划分为几个工作模式：监测模式，快速查找模式和精确查找模式。其优点表现在：1)通过算法尽可能的简化了硬件，节省了面积和功耗。2)通过不同的应用场景设置，兼顾了面积、功耗、精度和速度。

Description

一种手机喇叭谐振频率fo测试和跟踪方法

技术领域

本申请涉及喇叭技术领域，尤其是涉及一种手机喇叭fo测试和跟踪方法。

背景技术

手机喇叭的简化电学模型如图1所示，其阻抗的表达式为：

Z(s)＝R_DC+sLe+Zp(s) ---(1)

其中

s＝jω＝j2πf ---(3)

一个典型手机喇叭阻抗的频幅曲线如图2所示。

在f1至f2的频率范围内，喇叭的阻抗主要由Zp确定。Zp的模和频率的表达式为：

|Zp(ω)|对|Zp(ωo)|归一化为

其中

Z_DC是喇叭线圈的直流电阻Rdc。它随喇叭的温度线性增加，因此多用来监控喇叭的温度。

fo为喇叭的谐振频率。在相同的激励下，一般喇叭振膜的振幅在fo位置最大。fo是由喇叭固有的机械和电学特性确定。如果使用环境或者喇叭结构发生改变，fo也会改变。手机厂商在手机组装阶段需要测试每个喇叭的Rdc和fo，以确定喇叭的好坏。手机在使用过程中也需要持续测量Rdc和fo，跟踪喇叭特性的变化，从而对喇叭进行必要的保护。

获得fo的方法有多种。一般都是根据喇叭阻抗的幅频特性曲线，寻找f1至f2之间阻抗的最大值，从而获得fo。

1)参数拟合法(解方程法)

根据式(5)，理论上只要在f1到f2取得2个频率的T值就可以求出Qo和fo。为了提高精度，可以多采几个频率点。由于(5)式的求解较复杂，需要处理器和软件配合，芯片内难以集成。

2)FFT法

通过电流和电压传感器获得喇叭的即时电流和电压。接着对电流和电压分别进行FFT分析，得到电压和电流的幅频特性曲线。然后电压幅频特性曲线和电流幅频特性曲线相除就得了阻抗的幅频特性曲线。最后查找阻抗的最大值，它对应的频率就是fo。

这种方法需要较大的数据存储器和比较强大的计算能力。因此硬件的开销比较大，大多需要手机处理器的配合，或者在芯片内集成DSP。

3)BPF法

与FFT法类似，也是用电压和电流传感器获得喇叭的即时电压和电流。不同的是，它用一系列的带通滤波器(BPF)直接获得各个频率点的电压和电流幅值，再相除就得到阻抗幅频特性曲线。传统的设计，如果不做简化处理，硬件消耗会非常巨大，面积大，或者需要高频率和高功耗。

一种BPF法实现的结构如图3所示。

如果测试频率精度为df，频率范围为fn–f1，那么需要的频率点数为：n＝(fn-f1)/df。

BPF的个数为：N＝2*n

如果df＝50Hz，f1＝200Hz，fn＝3k，则N＝112。显然，如果不做简化处理，硬件消耗会非常巨大。

一般情况下简化可以是：

1)同频点的电压和电流的滤波器的特性必须一致。因此可以分时复用。这样计算需要：n个BPF参数存储器和运算单元，所需要的时间为2T。T是BPF完成一次计算所需要的时间。

2)进一步，由于运算单元的结构相同，可以只用一个运算单元，2n个BPF都进行分时计算。这样计算需要：n个BPF参数存储器，1个运算单元，所需要的时间为2nT。显然，所有频点都完成一次计算，要么时间很长，要么计算的速度必须很高。

发明内容

本申请提供一种手机喇叭fo测试和跟踪方法。

本申请采用下述技术方案：

一种手机喇叭fo测试和跟踪方法，根据喇叭阻抗的幅频特性曲线，寻找f1至f2之间阻抗的最大值fo，包括以下步骤：

S1：判断是否需要精确测量fo

如是，则进入S2开始精确测量模式，

如否，则进入S3判断是否已有fo；

S2：开始精确测量模式后，获得fo，并进入监测模式；

S3：判断是否已有fo

如是，则进入监测模式，

如否，则进入快速查找模式；

S4：监测模式下，判断fo是否有变化

如是，则进入快速查找模式，

如否，则回到监测模式。

进一步地，所述幅频特性曲线通过带通滤波器法获得。

进一步地，所述幅频特性曲线通过如下方法获得：用一系列的带通滤波器直接获得各个频率点的电压和电流幅值，电压和电流幅值相除得到幅频特性曲线。

进一步地，通过斜率法判断幅频特性曲线的极值。

进一步地，判断幅频特性曲线的极值的方法为：选择3、5或7个频率点，如果左侧的是增加，右侧是减小，并且增加和减小的幅度大于一个数值，则中间点是极大值。

进一步地，监控模式下，开启3、5或7个带通滤波器获取电压和电流幅值。

进一步地，快速查找模式包括以下步骤：

I)等频率间隔启动1/4～1/2的带通滤波器，快速查找fo的大体位置，获得fo’；

II)在频率点fo’附近，用最小频率间隔，根据第I步的频率间隔，开启多个的带通滤波器，进行精确查找，获得fo。

进一步地，精确查找模式下，开启全部的带通滤波器获取电压和电流幅值。

本申请采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：

1)通过算法尽可能的简化了硬件，节省了面积和功耗。

2)通过不同的应用场景设置，兼顾了面积、功耗、精度和速度。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为手机喇叭的简化电学模型图。

图2为手机喇叭阻抗的频幅曲线图。

图3为一种BPF法的实现结构图。

图4为喇叭的阻抗幅频特性曲线。

图5为喇叭的阻抗幅频特性曲线。

图6为本申请实施例的实现方法的示意图。

图7为本申请实施例的工作流程图。

图8为本申请实施例的实现结构图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

由图4可知，在频率低于fn时，fo对应的Zi是最大值，也是极值。因此在理想的情况下，只需要3个相邻的频率点就可以确定。但是，实际上喇叭的阻抗幅频特性曲线并不完美，在某些频点会有额外的突起和凹陷，如图5所示。这样在小范围内查找容易有误判，常用的方法是增加最大值或极值的查找范围，这样会增加活动的BPF的数量。另外，喇叭发生故障后，fn有可能会处于右侧线性增加区。因此如果采用查找最大值的方法，即使扩大查找的频率范围也会有误报的可能。

所以，本申请采用斜率法判断极值，如图6所示，步骤如下：

选择3、5或7个频率点，如果左侧的是增加，右侧是减小，并且增加和减小的幅度大于一定的值，中间点一定是极大值。这种方法可以较好的解决阻抗幅频特性异常和查找范围落在线性增加区的问题。

同时，本申请将手机喇叭fo的测试和跟踪分为几个工作场景，在不同工作场景下采用不同的策略。

a)fo监控

该场景是已经知道fo的位置的情况下，监控它在工作中是否发生改变。此时只是对fo进行监测，测试速度快，功耗最低。所以只需要开启3、5或7个BPF就可以了。这几个频率点可以是相邻的，也可以是间隔几个频率点。

b)fo快速查找

该场景是用于fo监控发现fo的位置发生变化，或者其他需要快速对fo进行查找定位的情况。此时对精度有一定的要求，测试速度较快，功耗不能太高。在该场景下，包括如下步骤：

I)等频率间隔启动1/4～1/2的BPF，快速查找fo的大体位置，获得fo’。

II)在频率点fo’附近，用最小频率间隔，根据第I步的频率间隔，开启多个的BPF，进行精确查找，获得准确的fo。

c)fo精确查找

此时精度的要求最高，测试速度和功耗不是很重要。因此可以把所有频点都进行测试，在全频段进行查找。同时，如果加载新频点的BPF参数并进行测试，则可以进一步提高测试精度。

如图7所示，一种手机喇叭fo的测试和跟踪方法，包括以下步骤：

S1：判断是否需要精确测量fo？

如是，则进入S2开始精确测量模式；

如否，则进入S3判断是否已有fo。

S2：开始精确测量模式后，获得fo，并进入监测模式。

S3：判断是否已有fo？

如是，则进入监测模式；

如否，则进入快速查找模式。

S4：监测模式下，判断fo是否有变化？

如是，则进入快速查找模式；

如否，则回到监测模式。

实现上述方法的结构如图8所示。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims

1.一种手机喇叭谐振频率fo测试和跟踪方法，根据喇叭阻抗的幅频特性曲线，寻找f1至f2之间阻抗的最大值谐振频率fo，其特征在于，包括以下步骤：

S1：判断是否需要精确测量谐振频率fo

如是，则进入S2开始精确查找模式，

如否，则进入S3判断是否已有谐振频率fo；

S2：开始精确查找模式后，获得谐振频率fo，并进入监测模式；

S3：判断是否已有谐振频率fo

如是，则进入监测模式，

如否，则进入快速查找模式；

S4：监测模式下，判断谐振频率fo是否有变化

如是，则进入快速查找模式，

如否，则回到监测模式；

其中，判断幅频特性曲线的极值的方法为：选择3、5或7个频率点，如果左侧的是增加，右侧是减小，并且增加和减小的幅度大于一个数值，则中间点是极大值；

快速查找模式包括以下步骤：I)等频率间隔启动1/4～1/2的带通滤波器，快速查找谐振频率fo的大体位置，获得fo’；II)在频率点fo’附近，用最小频率间隔，根据第I步的频率间隔，开启多个的带通滤波器，进行精确查找，获得谐振频率fo；

精确查找模式下，开启全部的带通滤波器获取电压和电流幅值。

2.如权利要求1所述的手机喇叭谐振频率fo测试和跟踪方法，其特征在于，所述幅频特性曲线通过带通滤波器法获得。

3.如权利要求2所述的手机喇叭谐振频率fo测试和跟踪方法，其特征在于，所述幅频特性曲线通过如下方法获得：用一系列的带通滤波器直接获得各个频率点的电压和电流幅值，电压和电流幅值相除得到幅频特性曲线。

4.如权利要求1所述的手机喇叭谐振频率fo测试和跟踪方法，其特征在于，通过斜率法判断幅频特性曲线的极值。

5.如权利要求1所述的手机喇叭谐振频率fo测试和跟踪方法，其特征在于，监控模式下，开启3、5或7个带通滤波器获取电压和电流幅值。