CN117278925A - 一种激光多普勒扬声器测试系统、方法、装置及介质 - Google Patents

一种激光多普勒扬声器测试系统、方法、装置及介质 Download PDF

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哈海学
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Abstract

本发明提供一种激光多普勒扬声器测试系统、方法、装置及介质,涉及扬声器测试技术领域,该系统包括待测声学换能系统;激光测振系统,用于测量待测电声换能器振膜表面振动速度,输出光学振动信号;麦克风,用于检测待测电声换能器振动时辐射声信号,同时监测周围噪声作用,当周围噪声超过定义量级时,测试系统终止工作;动态信号系统,包括功率放大器和动态信号采集卡,用于输出通道输出电压,经功率放大器放大后激励待测电声换能器振动,动态信号采集卡同步采集光学振动信号和声学信号。本发明系统采用激光传感器获取待测电声换能器振膜振动的速度量,无箱体检测,高信噪比检测,结果可以关联标准消声室测试结果。

Description

一种激光多普勒扬声器测试系统、方法、装置及介质
技术领域
本发明涉及扬声器测试技术领域,尤其涉及一种激光多普勒扬声器测试系统、方法、装置及介质。
背景技术
扬声器是将电信号转换为声音的设备,其构造影响了声音的质量和性能。以下是常见扬声器的构造要素:振膜(Diaphragm)、磁系统(Magnetic System)、线圈(VoiceCoil)、悬浮系统(Suspension System)、密封箱体(Enclosure)。
为了评估扬声器的性能和质量以下是常见的扬声器测试指标:频率响应(Frequency Response)、失真(Distortion)、灵敏度(Sensitivity)、谐振频率(ResonanceFrequency)、阻抗(Impedance)、指向性(Directivity)、相位响应(Phase Response)。这些测试指标有助于评估扬声器的性能,帮助制造商和工程师选择适合特定应用的扬声器,并优化音频系统的设计。喇叭制造商在生产线上进行检测以评估扬声器性能的必要性是不可忽视的。这一步骤有助于确保每个生产出的扬声器都符合规格和质量标准,从而提供一致的高品质产品。产线检测是质量控制的关键环节。它确保了生产出的扬声器在性能方面与设计规格一致,避免产品的变化性能对用户体验造成负面影响。
当前扬声器检测在实施过程中也存在一些困难:
主观性和感知差异:声音质量是一个高度主观的评价标准,因此不同人可能对同一声音有不同的感知。在在线声学测试中,如何在不同用户之间达成一致的声音质量评估是一个困难之处。特别是当前对异音等主观声学量的抓取,大量依赖人的主观听感判断,这在很大程度上限制了测量精度。同时,这种细微不良量的抓取,依赖低噪声水平的听音环境,对硬件设施的要求很高。
非线性声学特性:扬声器和音响系统的声学特性通常是非线性的,意味着声音在不同功率和频率下会有不同的行为。在实验室阶段拥有隔声性能良好的消声室和进行大功率测试的复杂设备,可以进行充分的实验。产线端受制于硬件环境和测试设备的限制,通常只能进行小功率测试。
环境噪音和变化:在线声学测试很难完全控制测试环境中的噪音。环境噪音可能会掩盖产品本身的声音特性,影响测试结果的准确性。此外,环境的变化(例如不同的房间、不同的测试箱体,不同的背景噪音等)也会影响测试的可重复性。特别的,当前的扬声器制造商,为了提高生产效率普遍采用半开放式的测试箱系统,进一步对测试信号的信噪比构成了技术上的挑战。
发明内容
为此,本发明实施例提供了一种激光多普勒扬声器测试系统、方法、装置及介质,用于解决现有技术中现有的扬声器检测对硬件设施的要求很高、产线端受制于硬件环境和测试设备的限制以及环境噪音影响测试结果准确性等问题。
为了解决上述问题,本发明实施例提供一种激光多普勒扬声器测试系统,所述系统包括:
待测声学换能系统,所述待测声学换能系统包括电声换能器;
激光测振系统,所述激光测振系统包括激光传感器,所述激光测振系统用于测量待测电声换能器振膜表面振动速度,输出光学振动信号;
麦克风,所述麦克风用于检测待测电声换能器振动时辐射声信号,同时监测周围噪声作用,当周围噪声超过定义量级时,测试系统终止工作;
动态信号系统,所述动态信号系统包括功率放大器和动态信号采集卡,所述动态信号系统用于输出通道输出电压,经所述功率放大器放大后激励待测电声换能器振动,所述动态信号采集卡同步采集光学振动信号和声学信号;
其中,所述激光测振系统、麦克风、功率放大器均与所述动态信号采集卡电性连接,所述待测声学换能系统与所述功率放大器电性连接。
优选地,所述系统还包括信号处理模块,所述信号处理模块与所述动态信号采集卡电性连接,所述信号处理模块用于对采集到的光学振动信号进行处理,计算得到声压级、谐波失真和异音,实现声学指标的测量
优选地,所述电声换能器包括扬声器。
本发明实施例还提供了一种光多普勒扬声器测试方法,采用上述所述的激光多普勒扬声器测试系统,实现声学指标的测量,所述方法包括:
对所述激光多普勒扬声器测试系统采集到的光学振动信号进行预处理,关联振动速度和声压;
将所述激光多普勒扬声器测试系统采集到的光学振动信号换算为声压信号;
将所述声压信号分别经过传递函数计算,快速傅里叶变换和瞬态幅值分析计算得到声压级、谐波失真和异音,实现声学指标的测量。
优选地,对所述激光多普勒扬声器测试系统采集到的光学振动信号进行预处理,关联振动速度和声压的方法包括:
采用下述公式表示振动速度与声压的物理关系:
式中,p为声压,j为复数常量,ω为角频率,ρ0为空气密度,a为等效辐射半径,r为距离辐射源距离,ua为振动速度,k为波数,θ为辐射夹角,J1为一阶贝塞尔函数;
并定义辐射因子,其计算公式为:
式中,θ为辐射夹角。
优选地,将所述声压信号经过传递函数计算得到声压级的方法包括:
定义声压级SPL的计算公式为:
式中,p为声压信号,p0=2×10-5pa为参考声压。
优选地,将声压信号经过快速傅里叶变换得到谐波失真的方法包括:
定义谐波失真HD计算公式如下:
HD=Ei/Etotal
式中,i为失真的阶数,E为对应的声能或声压幅值;
定义总谐波失真THD计算公式如下:
式中,i为失真的阶数,E为对应的声能或声压幅值。
优选地,将声压信号经过瞬态幅值分析计算得到异音的方法包括:
定义异音R&B为总声能与谐波声能之差,其计算公式如下:
式中,i为失真的阶数,E为对应的声能或声压幅值。
本发明实施例还提供了一种电子装置,所述电子装置包括处理器、存储器和总线系统,所述处理器和存储器通过该总线系统相连,所述存储器用于存储指令,所述处理器用于执行存储器存储的指令,以实现上述所述的激光多普勒扬声器测试方法。
本发明实施例还提供了一种计算机存储介质,所述计算机存储介质存储有计算机软件产品,所述计算机软件产品包括的若干指令,用以使得一台计算机设备执行上述所述的激光多普勒扬声器测试方法。
从以上技术方案可以看出,本发明申请具有以下优点:
本发明实施例提供了一种激光多普勒扬声器测试系统、方法、装置及介质,该系统包括待测声学换能系统、激光测振系统、麦克风、动态信号系统以及信号处理模块,通过采集待测电声换能器(扬声器)的光学振动信号,并对其进行处理,计算得到声压级、谐波失真和异音,实现声学指标的测量;本发明针对扬声器出现的非同相振动,可以通过对激光传感器测点进行合理的空间部署,等效测量出扬声器振膜振动平均速度,实现信号测量。本发明系统采用激光传感器获取待测电声换能器振膜振动的速度量,无箱体检测,高信噪比检测,结果可以关联标准消声室测试结果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施案例或现有技术中的技术方案,下边将对实施例中所需要使用的附图做简单说明,通过参考附图会更清楚的理解本发明的特征和优点,附图是示意性的而不应该理解为对本发明进行任何限制,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,可以根据这些附图获得其他的附图。其中:
图1为根据实施例中提供的一种激光多普勒扬声器测试系统的结构示意图;
图2为根据实施例中提供的一种激光多普勒扬声器测试方法的流程示意图;
图3为实施例中声压级响应曲线图;
图4为实施例中总谐波失真曲线图。
说明书附图标记:10、待测声学换能系统;20、激光测振系统;30、麦克风;41、功率放大器;42、动态信号采集卡。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案与优点更加清楚,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,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,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,都属于本发明保护的范围。
实施例一
针对现有扬声器检测存在的困难,如图1所示,本发明实施例提出一种激光多普勒扬声器测试系统,该系统包括:
待测声学换能系统10,所述包括电声换能器;
激光测振系统20,所述激光测振系统20包括激光传感器,所述激光测振系统20用于测量待测电声换能器振膜表面振动速度,输出光学振动信号;
麦克风30,所述麦克风30用于检测待测电声换能器振动时辐射声信号,同时监测周围噪声作用,当周围噪声超过定义量级时,测试系统终止工作;
动态信号系统,所述动态信号系统包括功率放大器41和动态信号采集卡42,所述动态信号系统用于输出通道输出电压,经所述功率放大器41放大后激励待测电声换能器振动,所述动态信号采集卡42同步采集光学振动信号和声学信号;
其中,所述激光测振系统20、麦克风30、功率放大器41均与所述动态信号采集卡42电性连接,所述待测声学换能系统10与所述功率放大器41电性连接。
从上述技术方案可知,本发明提供了一种激光多普勒扬声器测试系统,该系统包括待测声学换能系统、激光测振系统、麦克风、动态信号系统以及信号处理模块,通过采集待测电声换能器(扬声器)的光学振动信号,并对其进行处理,计算得到声压级,谐波失真和异音,实现声学指标的测量;本发明针对扬声器出现的非同相振动,可以通过对激光传感器测点进行合理的空间部署,等效测量出扬声器振膜振动平均速度,实现信号测量。本发明系统采用激光传感器获取待测电声换能器振膜振动的速度量,无箱体检测,高信噪比检测,结果可以关联标准消声室测试结果。
在本实施例中,激光多普勒扬声器测试系统具体包括待测声学换能系统10、激光测振系统20、麦克风30以及动态信号系统。激光测振系统20、麦克风30、功率放大器41均与动态信号采集卡42电性连接,待测声学换能系统10与所述功率放大器41电性连接。
进一步地,激光多普勒扬声器测试系统还包括信号处理模块。信号处理模块与动态信号采集卡42电性连接。信号处理模块用于对采集到的光学振动信号进行处理,计算得到声压级,谐波失真和异音,实现声学指标的测量。
在本实施例中,待测声学换能系统10包括电声换能器。电声换能器为扬声器。
在本实施例中,激光测振系统20包括激光传感器,用于测量待测电声换能器振膜表面振动速度,输出光学振动信号。通常电声换能器的有效工作区间小于等于分裂振动频率,即近似工作在同相共振区域。当扬声器出现非同相振动时,通过对激光传感器测点进行合理的空间部署,等效测量出扬声器振膜振动平均速度。
在本实施例中,麦克风30用于检测待测电声换能器振动时辐射声信号,同时监测周围噪声作用,当周围噪声超过定义量级时,测试系统终止工作。
在本实施例中,动态信号系统包括功率放大器41和动态信号采集卡42,动态信号系统用于输出通道输出电压,经所述功率放大器41放大后激励待测电声换能器振动,动态信号采集卡42同步采集光学振动信号和声学信号。
实施例二
如图2所示,本发明提供一种激光多普勒扬声器测试方法,该方法包括:
对所述激光多普勒扬声器测试系统采集到的光学振动信号进行预处理,关联振动速度和声压;
将所述激光多普勒扬声器测试系统采集到的光学振动信号换算为声压信号;
将所述声压信号分别经过传递函数计算,快速傅里叶变换和瞬态幅值分析计算得到声压级,谐波失真和异音,实现声学指标的测量。
本发明提供一种激光多普勒扬声器测试方法,采用实施例一所述的激光多普勒扬声器测试系统,实现声学指标的测量。因此激光多普勒扬声器测试方法中的具体实施方式可见前文激光多普勒扬声器测试系统的实施例部分,为了避免冗余,在此不再赘述。
进一步地,为了得到声压级、谐波失真和异音等声学指标,必须对激光多普勒扬声器测试系统采集到的光学振动信号进行预处理,关联振动速度和声压。采用下述公式表示振动速度与声压的物理关系:
式中,p为声压,j为复数常量,ω为角频率,ρ0为空气密度,a为等效辐射半径,r为距离辐射源距离,ua为振动速度,k为波数,θ为辐射夹角,J1为一阶贝塞尔函数。
并定义辐射因子,其计算公式为:
式中,θ为辐射夹角。
当辐射夹角为零时,辐射因子为1,如下述公式所示:
在此情况下可以将辐射问题简化为同轴辐射。
进一步地,将激光多普勒扬声器测试系统采集到的光学振动信号换算为声压信号。将声压信号分别经过传递函数计算,快速傅里叶变换和瞬态幅值分析计算得到声压级、谐波失真和异音,实现声学指标的测量。
具体地,将声压信号分别经过传递函数计算,快速傅里叶变换和瞬态幅值分析计算得到声压级、谐波失真和异音的方法具体包括:
定义声压级SPL的计算公式为:
式中,p为声压,p0=2×10-5pa为参考声压。
通过计算得到如图3所示的实测声压级响应曲线图。
定义谐波失真HD计算公式如下:
HD=Ei/Etotal
式中,i为失真的阶数,E为对应的声能或声压幅值;
定义总谐波失真THD计算公式如下:
式中,i为失真的阶数,E为对应的声能或声压幅值。
通过计算得到如图4所示的实测得到总谐波失真曲线图。
定义异音R&B为总声能与谐波声能之差,其计算公式如下:
式中,i为失真的阶数,E为对应的声能或声压幅值。
实施例三
本发明实施例还提供了一种电子装置,所述电子装置包括处理器、存储器和总线系统,所述处理器和存储器通过该总线系统相连,所述存储器用于存储指令,所述处理器用于执行存储器存储的指令,以实现上述所述的激光多普勒扬声器测试方法。
实施例四
本发明实施例还提供了一种计算机存储介质,所述计算机存储介质存储有计算机软件产品,所述计算机软件产品包括的若干指令,用以使得一台计算机设备执行上述所述的激光多普勒扬声器测试方法。
注意,上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解,本发明不限于这里所述的特定实施例,对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此,虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明,但是本发明不仅仅限于以上实施例,在不脱离本发明构思的情况下,还可以包括更多其他等效实施例,而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
本领域内的技术人员应明白,本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此,本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
显然,上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例,并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围。

Claims (10)

1.一种激光多普勒扬声器测试系统,其特征在于,包括:
待测声学换能系统,所述待测声学换能系统包括电声换能器;
激光测振系统,所述激光测振系统包括激光传感器,所述激光测振系统用于测量待测电声换能器振膜表面振动速度,输出光学振动信号;
麦克风,所述麦克风用于检测待测电声换能器振动时辐射声信号,同时监测周围噪声作用,当周围噪声超过定义量级时,测试系统终止工作;
动态信号系统,所述动态信号系统包括功率放大器和动态信号采集卡,所述动态信号系统用于输出通道输出电压,经所述功率放大器放大后激励待测电声换能器振动,所述动态信号采集卡同步采集光学振动信号和声学信号;
其中,所述激光测振系统、麦克风、功率放大器均与所述动态信号采集卡电性连接,所述待测声学换能系统与所述功率放大器电性连接。
2.根据权利要求1所述的激光多普勒扬声器测试系统,其特征在于,所述系统还包括信号处理模块,所述信号处理模块与所述动态信号采集卡电性连接,所述信号处理模块用于对采集到的光学振动信号进行处理,计算得到声压级、谐波失真和异音,实现声学指标的测量。
3.根据权利要求1所述的激光多普勒扬声器测试系统,其特征在于,所述电声换能器包括扬声器。
4.一种激光多普勒扬声器测试方法,其特征在于,所述方法采用权利要求1至3任意一项所述的激光多普勒扬声器测试系统,实现声学指标的测量,具体包括:
对所述激光多普勒扬声器测试系统采集到的光学振动信号进行预处理,关联振动速度和声压;
将所述激光多普勒扬声器测试系统采集到的光学振动信号换算为声压信号;
将所述声压信号分别经过传递函数计算,快速傅里叶变换和瞬态幅值分析计算得到声压级、谐波失真和异音,实现声学指标的测量。
5.根据权利要求4所述的激光多普勒扬声器测试方法,其特征在于,对所述激光多普勒扬声器测试系统采集到的光学振动信号进行预处理,关联振动速度和声压的方法包括:
采用下述公式表示振动速度与声压的物理关系:
式中,p为声压,j为复数常量,ω为角频率,ρ0为空气密度,a为等效辐射半径,r为距离辐射源距离,ua为振动速度,k为波数,θ为辐射夹角,J1为一阶贝塞尔函数;
并定义辐射因子,其计算公式为:
式中,θ为辐射夹角。
6.根据权利要求4所述的激光多普勒扬声器测试方法,其特征在于,将所述声压信号经过传递函数计算得到声压级的方法包括:
定义声压级SPL的计算公式为:
式中,p为声压,p0=2×10-5pa为参考声压。
7.根据权利要求4所述的激光多普勒扬声器测试方法,其特征在于,将声压信号经过快速傅里叶变换得到谐波失真的方法包括:
定义谐波失真HD计算公式如下:
HD=Ei/Etotal
式中,i为失真的阶数,E为对应的声能或声压幅值;
定义总谐波失真THD计算公式如下:
式中,i为失真的阶数,E为对应的声能或声压幅值。
8.根据权利要求4所述的激光多普勒扬声器测试方法,其特征在于,将声压信号经过瞬态幅值分析计算得到异音的方法包括:
定义异音R&B为总声能与谐波声能之差,其计算公式如下:
式中,i为失真的阶数,E为对应的声能或声压幅值。
9.一种电子装置,其特征在于,所述电子装置包括处理器、存储器和总线系统,所述处理器和存储器通过该总线系统相连,所述存储器用于存储指令,所述处理器用于执行存储器存储的指令,以实现权利要求4至8任意一项所述的激光多普勒扬声器测试方法。
10.一种计算机存储介质,其特征在于,所述计算机存储介质存储有计算机软件产品,所述计算机软件产品包括的若干指令,用以使得一台计算机设备执行权利要求4至8任意一项所述的激光多普勒扬声器测试方法。
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