TW202201978A - 干擾量測系統及其運作方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種干擾量測系統及其方法，透過模擬摩擦動作在待測裝置上所形成的振動，以對待測裝置的電聲參數進行量測。

Description

干擾量測系統及其運作方法

本發明是關於一種干擾量測系統及其方法，特別是關於一種經由模擬如摩擦等機械能產生的影響，進而獲得電聲參數參考值的干擾量測系統及其方法。

揚聲器在人類的生活中已經被普遍的應用，凡舉喇叭、音響抑或是耳機等用品中比比皆是。目前主流的揚聲器種類包含動圈式揚聲器、電磁式揚聲器、電容式揚聲器及壓電式揚聲器等，可根據換能原理將聲波訊號與電訊號間相轉換的任何電聲換能器。

然，無論是何種揚聲器，其最主要所需的聲音電訊號有相當大一部份是需要經由如麥克風等傳聲器將自然界的聲能轉換成電訊號後儲存，再由揚聲器再現之。而如麥克風等傳聲器在開發中或量產前通常會依照主要電聲參數之評定值，以判斷其性能的優劣。其中主要電聲參數包括靈敏度、頻率響應、輸出阻抗、負載阻抗、指向特性、相位特性等。實際上，影響傳聲器輸出品質之因素甚多，且少部份因素基於成因複雜或未能以量化表示，以致無法被準確量測出來，而成為傳聲器品質之隱憂，如傳聲器收到過多摩擦雜訊影響而形成之摩擦雜音電訊號等。

定義上，摩擦（微型振動）可視為一種機械能，在一般情況下，當摩擦（微型振動）透過傳聲器的機械路徑傳遞至其振膜時，可經由機制轉換成為雜訊，在傳聲器未經額外平衡（Balanced）的前提下，雜訊與原音訊號將一併被揚聲器還原輸出成雜音與原音，進而影響原音的重現品質。

在摩擦形成因素眾多（如手部握持或碰觸）且影響雜訊訊號強弱因子甚是複雜（如握持力道大小、接觸面粗糙度或環境溫濕度）的基礎上，藉由量測摩擦雜訊以獲得實際參數資訊，實務上甚為困難。因此，現行的做法僅係根據受測者實際使用的體驗感受，以對摩擦雜音進行質性化的評估。然而，目前國際尚未存有對摩擦雜音評估明確地規範或標準，僅利用質性化評估作為衡量基礎，難免評定結果容易因人而異。是以，如何量化摩擦雜訊，以取得摩擦雜音客觀地評估結果，係為業界長期以來極欲解決的問題。

本發明的主要目的，在於解決上述習知技術之需求，提供一種干擾量測系統，以應用於摩擦雜訊之檢測。

為達到上述目的，本發明提供一種干擾量測系統，用以測量一待測裝置的電聲參數參考值，包括一發送裝置、一模擬裝置、一固定夾具、一待測裝置、一第一感測器、至少一第二感測器、以及處理模組。其中該發送裝置設有一發送單元，該模擬裝置另具有一機械能供應單元，且該發送單元與該機械能供應單元彼此訊號連接。該待測裝置係透過該固定夾具固定於該模擬裝置上並包含有該第一感測器，該至少一第二感測器可選擇地設於該模擬裝置、該固定夾具或其組合，其中該第一感測器與該至少一第二感測器分別與該處理模組電性連接。

本發明的另一目的，在於提供一種干擾量測系統的運作方法，包括步驟（A）提供前述提及的該干擾量測系統；首先執行步驟（B）藉由該發送單元發出一動作訊號至該機械能供應單元，使該模擬裝置及該固定夾具接收該機械能供應單元產生的一機械能；接著執行步驟（C）透過該第一感測器接收該機械能並轉換為一第一訊號，同時該第二感測器也接收來自該模擬裝置或該固定夾具所接收的該機械能並轉換為一第二訊號；最後進行步驟（D），該處理模組根據輸入的該第一訊號與該第二訊號進行運算以分別獲得一第一頻譜資訊與一第二頻譜資訊，並依照該第一頻譜資訊與該第二頻譜資訊進行擬合處理，藉以輸出該待測裝置的一參數參考值。

以上對本發明之簡述，目的在於對本發明之數種面向和技術特徵作一基本說明，發明簡述並非對本發明的詳細表述，因此其目的不在特別列舉本發明的關鍵性或重要元件，也不是用來界定本發明的範圍，僅為以簡明的方式呈現本發明之數種概念而已。

為能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與附圖。

請參照圖1及圖2，圖1係為本發明之系統架構圖，圖2係為本發明之干擾量測系統部份結構的示意圖。本發明係提出一種干擾量測系統10，此干擾量測系統10用以測量一待測裝置20的電聲參數參考值。如圖1所示，該干擾量測系統10主要包括發送裝置100、模擬裝置200、固定夾具300、第一感測器S1、第二感測器S2以及處理模組400，其中發送裝置100設有發送單元101，模擬裝置200另具有機械能供應單元201，發送單元101與機械能供應單元201訊號連接。在本發明的具體實施方式中，待測裝置20係透過固定夾具300固定於模擬裝置200上，且待測裝置20包含有第一感測器S1。而第二感測器S2可選擇地設於模擬裝置200、固定夾具300或其組合（200、300）的表面或內部。且第一感測器S1與第二感測器S2分別與處理模組400電性連接。

詳細而言，在本實施例中，發送單元101係直接電性連接至機械能供應單元201，並輸出動作訊號以驅使機械能供應單元201產生振動。具體來說，本實施例所稱的發送單元101可以是單晶片計算機、可程式化邏輯控制器（Programmable Logic Controller,  PLC）或個人電腦等任何據有運算和控制功能的設備，本發明並不加以限制。使用發送單元101主要的目的在於控制機械能供應單元201的機械能供應模式。

在某些實施例中，第一感測器S1及第二感測器S2可以是加速度計、陀螺儀、振動計或其他適當種類之機械能感測器，用以偵測第一感測器S1及第二感測器S2處所經歷的速度、加速度或位移，以產生多個與振動或位移有關的電訊號，並藉由傳輸單元傳輸至處理模組400。為便於說明起見，本實施例中將第一感測器S1轉換並輸出的振動訊號定義為第一訊號，並且將第二感測器S2轉換並輸出的振動訊號定義為第二訊號。由於本實施例的重點在於測定待測裝置20的品質是否達標。因此，一般而言，第一感測器S1係待測裝置20內建的感測器，方得測試待測裝置20是否符合標準。

為了配合圖1所示之連接關係，第一感測器S1與第二感測器S2更分別設有如連接線等傳輸單元（圖未示），用以與處理模組400電性連接，用以傳輸第一訊號及第二訊號至處理模組400進行訊號處理。詳細地，該傳輸單元亦可改為無線傳輸型的方式為之，本發明並不加以限制。

請繼續參照圖1，處理模組400主要設有訊號接收單元401、時頻單元402、分析單元403及擬合單元404。其中，訊號接收單元401、時頻單元402及分析單元403可為一個或者多個，僅依照需求決定其數量即可。在本實施例中係以一個訊號接收單元401、一個時頻單元402及一個分析單元403為例進行說明。值得一提的是，當訊號接收單元401、時頻單元402及分析單元403為多個時，可選定至少一個訊號接收單元401、至少一個時頻單元402及至少一個分析單元403是沿著位於第一感測器S1與擬合單元404間的第一路徑RD1被配置，並依此類推，以選定出位於該第二感測器S2與該擬合單元404間的第二路徑RD2。此時，第一路徑RD1用以處理第一感測器S1所輸出的第一訊號，且第二路徑RD2用以處理第二感測器S2所輸出的第二訊號。至於擬合單元404則基於處理後的第一訊號及第二訊號產生電聲參數參考值。

如圖2所示，圖2所示的實施例係圖1實施例系統架構的實際應用。在本實施例中，第一感測器S1係設於待測裝置20內部。本實施例之待測裝置20為一種傳聲器，更進一步來說可以是一種收音裝置，如麥克風。想當然爾，內建於待測裝置20的第一感測器S1即為一種可將聲能（即機械能）轉為電能的感測器。而第二感測器S2係可選擇地固定設置、黏著設置或利用鎖固件（如螺絲或插銷等）鎖設於固定夾具300上，然本發明並不受限於此。實際上，第二感測器S2可以完全設置在固定夾具300或模擬裝置200，亦可部分設於固定夾具300且部分設於模擬裝置200內部或表面。本實施例中，第二感測器S2的目的主要在於可偵測模擬裝置200輸出機械能總值，並將此機械能總值作為與待測裝置20比較用的基準值。

於圖2中，模擬裝置200係可為激振器等任何可以製造摩擦或聲響的儀器，但本發明並不侷限於此，只要是具有輸入電訊號而能使其中的機械能供應單元201輸出機械能之功能者皆可作為本發明的模擬裝置200。換言之，於本實施例中最佳的機械能實施方式即模擬各種可能產生摩擦雜音的振動或位移。

另外，在一般情形下，處理模組400可採用不同儀器設備，如頻譜分析儀／器（spectrum analyser）或訊號分析儀／器（signal analyzer）等，以實現對待測裝置20的量測。詳細地，訊號接收單元401係為處理模組400連接第一感測器S1及第二感測器S2之介面；時頻單元402係為配設於訊號接收單元401訊號輸出端的時／頻轉換器；分析單元403可被設計為用以產生頻譜的分析／處理器；擬合單元404可以是包括一個或多個CPU、GPU、FPGA或其等類似物的計算器或運算器。此外，在其他情況下，處理模組400亦可以是具有訊號接收單元401、時頻單元402、分析單元403及擬合單元404的任何裝置。

圖3為基於本發明之干擾量測方法的步驟流程圖，以下說明請搭配圖1參照圖3，以清楚理解本發明之技術特點。如圖3所示，干擾量測方法主要包括步驟（A）~（D）。在本實施例中，干擾量測方法30係根據圖1所示的干擾量測系統10所實施，此為步驟（A）。參照圖3，首先，步驟（B）會將發送裝置100的發送單元101根據指令輸出動作訊號，藉以驅動機械能供應單元201產生預設的機械能，例如振動，據以達到固定夾具300及設於其上的待測裝置20與模擬裝置200一併吸收機械能（如振動）之效果；接著，步驟（C）會透過第一感測器S1偵測待測裝置20的機械能吸收狀態以產生第一訊號，並由第二感測器S2偵測模擬裝置200、該固定夾具300或其組合（200、300）其中之一的另一機械能吸收狀態以形成第二訊號，第一感測器S1及第二感測器S2分別將第一訊號及第二訊號輸出至訊號接收單元401。由於本實施例係以振動作為機械能輸出與吸收之故，因此第一感測器S1及第二感測器S2係將機械能（振動）轉換為電訊號後輸出。接著，步驟（D），時頻單元402係分別針對同時輸入的第一訊號及第二訊號進行平行處理而同時產生多個頻域訊號，然後，分析單元403根據多個頻域訊號進行平行塑形，以形成多個頻譜資訊。亦即第一訊號形成之第一頻譜資訊及第二訊號形成之第二頻譜資訊，可透過擬合單元404將所述第一頻譜資訊及第二頻譜資訊依照預先設定的運算邏輯進行擬合，並輸出參數參考值。此處，平行處理係包括根據預先設定的轉換演算法對第一訊號及第二訊號進行轉換處理。另外，值得說明的是，在本實施例中，參數參考值係舉例說明為電聲參數，如頻率響應（Frequency response）或靈敏度（Sensitivity）等，但本發明並不限定於此，任何可藉由振動能轉換電訊號進行量測運算以獲得的參數參考值，均可適用於本發明。

在本實施例的步驟（D）中，第一頻譜資訊係被定義為自頻譜（auto spectrum），第二頻譜資訊係被定義為交叉頻譜（cross-spectrum）。又，在另一具體應用中，第一頻譜資訊亦可以是交叉頻譜（cross-spectrum），第二頻譜資訊亦可以是自頻譜（auto spectrum），端看本發明實際應用需求來決定。

在本實施例的步驟（D）中，所述運算邏輯係指根據第二頻譜資訊對第一頻譜資訊執行正規化（Normalization）處理，此時，參數參考值係為待測裝置20之靈敏度（Sensitivity）參考值，當靈敏度（Sensitivity）參考值超出／低於使用者之預設標準值時，則判斷待測裝置之抗振能力為弱／強。在其他可能的實施例中，所述運算邏輯亦可以是其他算術運算（Arithmetic Operation）、其他邏輯運算（Logic Operation）或其等之組合，僅係取決於使用者欲輸出之參數種類。

圖4係為本發明之另一系統架構圖，於圖4中，時頻單元402係具備有第一運算中心PC1、第二運算中心PC2以及通訊線L（圖4粗線處），通訊線L用來進行第一運算中心PC1及第二運算中心PC2與分析單元403之間的訊號發送。第一運算中心PC1係將從訊號接收單元401輸入的第一訊號予以轉換演算後輸出至分析單元403，第二運算中心PC2係將從訊號接收單元401輸入的第二訊號予以轉換演算後輸出至分析單元403。具體上，本實施例係透過快速傅立葉轉換（Fast Fourier Transform）將第一訊號及第二訊號由時域訊號轉換為頻域訊號後再進行輸出。然，在另一些實施例中，亦可以透過小波轉換（Wavelet Transform）演算法、傅立葉變換（Fourier Transform）演算法或其組合來實現。

詳細而言，在一些實施例中，處理模組400可另設有判斷單元405（如圖4三點鐘方向的點狀鏈線方框所示），用以根據預先設定的參數標準對照表進行待測裝置的抗振能力判斷。舉例而言，待測裝置的參數參考值遠低於參數標準時，表示待測裝置的抗振能力極佳，反之亦然。詳細地，此處所指稱的參數參考值係為靈敏度（Sensitivity）。在一些實施例中，判斷單元405可為比較器（Comparators），亦可為任何具有比較／判斷邏輯的裝置。

更詳細而言，如圖4雙框線所表示，處理模組400更設有濾波單元406，用於對輸入的第一訊號及第二訊號進行濾波處理，例如，對所接收訊號／頻譜中的頻外訊號及雜訊執行過濾。具體上，可將濾波單元406設置在訊號接收單元401前、分析單元403後或同時設置，以達到濾波處理之效果。且，在一些具有合併概念的實施例中，亦可將濾波單元406分別併入第一感測器S1和第二感測器S2中，以預先針對輸出的第一訊號和第二訊號進行前置濾波處理，在實際應用中，濾波單元406可以是濾波器或等化器，但均不以此為限。

請再參照圖4，干擾量測系統10更包括放大單元500（如圖4點狀鏈線倒三角框所示），在本實施例中，放大單元500係被配置在發送裝置100與模擬裝置200之間，發送單元101更透過放大單元500電信連接至機械能供應單元201，以經由放大單元500將動作訊號放大後輸出到機械能供應單元201。具體來說，所謂放大單元500係指放大器或混頻器，且放大單元500的種類或型號可以根據具體應用進行調整。

回到圖4，值得說明的是，在其他可能的實施例中，放大單元500可以是發送裝置100或處理模組400中的一個單元，也可以與濾波單元406合併為一體，僅依所需放大之訊號階段調整之，本發明並不侷限於此。

值得一提的是，於各種實施例中，時頻單元402、分析單元403及擬合單元404更包括與其等相關聯之暫存單元（圖未示），用以記憶執行轉換或運算之邏輯（如：函數、公式等）。

請繼續參照圖3及圖4，須補充說明的是，在一些具有合併概念的實施例中，可藉由基本構想將鄰近或相鄰的多個單元（如訊號接收單元401、時頻單元402、分析單元403、擬合單元404、判斷單元405及濾波單元406）進行合併而成為如積體電路等單元群集（圖未示），以降低輸出／輸入訊息之功率耗損。應注意，此處的合併並不改變第一訊號及第二訊號的處理順序，亦即，每個單元（如訊號接收單元401、時頻單元402、分析單元403、擬合單元404、判斷單元405及濾波單元406）可根據合併前之相同時間進行訊號轉換，亦即，合併概念可以在不擴大系統延遲的方式下被執行。

綜上所述，雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍的基礎上，當可作各種的更動和潤飾。因此，本發明的保護範圍當以後附的申請專利範圍所界定者為準。

10:干擾量測系統 100:發送裝置 101:發送單元 200:模擬裝置 201:機械能供應單元 300:固定夾具 20:待測裝置 400:處理模組 401:訊號接收單元 402:時頻單元 403:分析單元 404:擬合單元 405:判斷單元 406:濾波單元 500:放大單元 S1:第一感測器 S2:第二感測器 RD1:第一路徑 RD2:第二路徑 PC1:第一運算中心 PC2:第二運算中心 L:通訊線

圖1係為本發明實施例之系統架構圖。

圖2係為本發明實施例之干擾量測系統部份結構的示意圖。

圖3係為基於本發明實施例之干擾量測方法的步驟流程圖。

圖4係為本發明實施例之另一系統架構圖

10:干擾量測系統

100:發送裝置

101:發送單元

20:待測裝置

200:模擬裝置

201:機械能供應單元

400:處理模組

401:訊號接收單元

402:時頻單元

403:分析單元

404:擬合單元

S1:第一感測器

S2:第二感測器

RD1:第一路徑

RD2:第二路徑

Claims (9)

1. 一種干擾量測系統，包括： 一發送裝置，具有一發送單元； 一模擬裝置，具有一機械能供應單元，該機械能供應單元與該發送單元電性連接； 一固定夾具將一待測裝置固定於該模擬裝置上； 一第一感測器，設於該待測裝置； 至少一第二感測器，設於該模擬裝置、該固定夾具或其組合上；以及 一處理模組，分別與該第一感測器及該至少第二感測器訊號連接。
2. 如請求項1所述之干擾量測系統，其中，該發送裝置更透過一放大單元與該模擬裝置電性連接。
3. 如請求項1所述之干擾量測系統，其中，該處理模組更包含一訊號接收單元；一時頻單元；一分析單元；以及一擬合單元。
4. 如請求項3所述之干擾量測系統，其中，該處理模組更設有一濾波單元。
5. 一種干擾量測系統的運作方法，包括以下步驟： (A)    提供如請求項1所述之干擾量測系統； (B)    藉由該發送單元發出一動作訊號至該機械能供應單元，使該模擬裝置及該固定夾具接收該機械能供應單元產生的一機械能； (C)    透過該第一感測器偵接收該機械能並轉換為一第一訊號，同時該第二感測器也接收來自該模擬裝置、該固定夾具或其組合所接收的該機械能並轉換為一第二訊號；以及 (D)    該處理模組根據輸入的該第一訊號與該第二訊號進行運算以分別獲得一第一頻譜資訊與一第二頻譜資訊，並依照該第一頻譜資訊與該第二頻譜資訊進行擬合處理，藉以輸出該待測裝置的一參數參考值。
6. 如請求項5所述之干擾量測系統的運作方法，其中，在步驟（D）中，該處理模組更包括一訊號接收單元、一時頻單元、一分析單元以及一擬合單元；其中，該訊號接受單元用以接收該第一訊號和該第二訊號；該時頻單元係根據一轉換演算法將該第一訊號和該第二訊號轉換成至少二頻域訊號；該分析單元依據該至少二頻域訊號，形成對應的至少一第一頻譜資訊及至少一第二頻譜資訊；該擬合單元透過一運算邏輯計算每筆該至少一第一頻譜資訊與該至少一第二頻譜資訊，以產生該參數參考值。
7. 如請求項6所述之干擾量測系統的運作方法，其中，在步驟（D）中，該轉換演算法可以是一小波轉換演算法、一傅立葉變換演算法或其等之組合。
8. 如請求項6所述之干擾量測系統的運作方法，其中，在步驟（D）中，該運算邏輯包括：根據該第二頻譜資訊對該第一頻譜資訊執行正規化處理。
9. 如請求項6所述之干擾量測系統的運作方法，其中，在步驟（D）中，該處理模組進一步具有一判斷單元，可根據該參數參考值判斷該待測裝置之抗振能力。

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