CN101296533B - 扬声器振膜等效质量及等效力顺的测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种扬声器振膜等效质量及等效力顺的测量方法，该方法的主要特点是建立了一制造动态条件且密闭的工作模型，并在该工作模型的动态条件下测试其电阻抗曲线，再根据测得的电阻抗曲线上波峰对应的频率值及已知的其他参数值计算出振膜的等效质量及等效力顺。相比现有技术在静态环境下测到的数据，本发明测得的数据精确度高，其误差可以控制在±5%以内。

Description

扬声器振膜等效质量及等效力顺的测量方法

技术领域

本发明涉及一种扬声器振膜物理参数的测量方法，尤其是等效质量和等效力顺两个参数的测量方法。

背景技术

扬声器是能将电信号转换成声信号并向周围媒体辐射的电声换能器。目前，扬声器的结构组成日趋稳定，其包括盆架，振膜，固定音圈的定心支片，音圈，磁路部分。在设计开发扬声器的过程中，工作人员应知道制造该扬声器所需振膜的物理参数，如等效质量和等效力顺。此外，对于制造振膜的厂商来说，知道振膜的等效质量和等效力顺的数值，既可以精确标示给使用的客户，又可方便工厂内部的出样质量控制，当某批产品出现问题可方便及时调整，如检查出某批振膜产品的力顺小了，质量大了，即可检查在下料方面是不是出现了问题。

因而，在组装扬声器之前及生产出振膜后对振膜单独测量，得出其等效质量和等效力顺参数是非常有必要的。

现有的测量振膜等效质量和等效力顺参数的方法是通常有以下两种：（1）、采用静态测量，即在静态环境下，利用天平或其他秤量工具以称重的方法得出振膜的质量，再用加质量块测量出振膜在此形变下得出的力顺；（2）、在静态环境下，利用称重方法得出振膜的质量，用利用加速度传感器得到振膜的振动频率f，再根据

反推计算得到力顺，

Cms表示为力顺，Mms表示为质量。

以上的方法均存在不足:在静态条件下得到的振膜的质量及力顺与实际组装成扬声器工作状态下所测得的结果差异比较大，故在静态环境下测的参数精确度不高。

因而，有必要研究一种精确度高的扬声器振膜等效质量及等效力顺的测量方法。

发明内容

本发明需解决的技术问题是克服现有技术在静态环境下测得等效质量及等效力顺数据精确度不高的不足，提供一种精确度高，操作简便的扬声器振膜等效质量及等效力顺的测量方法。

根据上述需解决的技术的问题，设计了一种扬声器振膜等效质量及等效力顺的测量方法，其步骤包括：

（1）、建立一制造动态条件且密闭的工作模型，所述的工作模型包括顶部开有定位孔及底部开有入声孔的腔体、待测的振膜和驱动扬声器，待测振膜固定在所述的定位孔内且其上的中孔用胶布封住，驱动扬声器上发音的喇叭抵接入声孔以实现向密闭腔体内辐射声波，从而驱动待测振膜产生耦合振动；

（2）、提供一电声测试设备，并使驱动扬声器的电信息输入端与电声测试设备电连接以实现制造出耦合振动，再通过该设备测试出所述工作模型在此耦合振动状态下的电阻抗曲线，读出该电阻抗曲线上两波峰对应的频率值w₁和w₂；

（3）、根据上述频率值w₁及w₂和腔体及驱动扬声器的已知参数值计算出待测振膜的等效质量及等效力顺。

所述的根据频率值w₁及w₂和腔体及驱动扬声器的已知参数值计算出待测振膜的等效质量及等效力顺的计算方法是：

由所述工作模型的电阻抗表示式

和

其声阻抗表示式

其中B是指磁场有效磁场强度，l是指提供磁场力的音圈的有效长度，Bl是指磁场的力因子，Zm是指力阻抗，S是指扬声器的有效辐射面积，可知要使Ze最大，即Ze取电阻抗曲线的波峰值时，则Za趋向于0，即Za=0，该工作模型声阻抗Za的表达式为

$\mathrm{Za}\left(w\right)=\mathrm{jw}(\mathrm{Mas}+\mathrm{Mar})+\frac{1}{\mathrm{jwCas}}+\frac{1}{\mathrm{jwCal}+\frac{1}{\mathrm{jw}(\mathrm{Mast}+\mathrm{Mart})+\frac{1}{\mathrm{jwCast}}}},$

w为频率自变量，令

简化 $\mathrm{Za}=\frac{\mathrm{jwCas}(w^2\mathrm{mCast}-1)+j(w^2\mathrm{MCas}-1)(\mathrm{wCast}-w^3\mathrm{mCalCast}+\mathrm{wCal})}{\mathrm{wCas}(\mathrm{wCast}-w^3\mathrm{mCalCast}+\mathrm{wCal})}=0$

得到一个一元四次方程式：

Cas(w²mCast-1)+(w²MCas-1)(Cast-w²mCalCast+Cal)=0

令w²=x，将以上的一元四次方程转换为一元二次方程：

MmCasCa1Castx²+[MCas(Cal+Cast)+mCalCast+CasCastm]x-(Cas+Cal+Cast)=0

由该一元二次方程得到

$\left\{\begin{array}{cc}{x}_1+x_2=\frac{\mathrm{MCas}(\mathrm{Cal}+\mathrm{Cast})+\mathrm{mCalCast}+\mathrm{mCasCast}}{\mathrm{mMCasCalCast}}=K_1& \left(1\right)\\ x_1{x}_2=\frac{\mathrm{Cas}+\mathrm{Cal}+\mathrm{Cast}}{\mathrm{MmCasCalCast}}=K_2& \left(2\right)\end{array}\right.$

其中K₁=x₁+x₂=w₁ ²+ω₂₂    K₂=x₁x₂=w₁ ²w₂ ²,简化计算之用，根据w₁和w₂的数值可算出K₁和K₂的数值；

将上面(1)、(2)式转化为力学元件表示式如下：

$\left\{\begin{array}{cc}\frac{M_m\mathrm{Cms}({S_1}^2\mathrm{Cml}+{S_2}^2\mathrm{Cmst})+m_m(\mathrm{Cml}\mathrm{Cmst}{S_1}^2+\mathrm{CmsCmst}{S_1}^2)}{{S_1}^2{m}_m{M}_m\mathrm{CmsCmlCmst}}=K_1& \left(3\right)\\ \frac{{S_1}^2\mathrm{Cms}+{S_1}^2\mathrm{Cml}+{S_2}^2\mathrm{Cmst}}{M_m{m}_m{S_1}^2\mathrm{CmsCmlCmst}}=K_2& \left(4\right)\end{array}\right.$

上述(3)、(4)表示式中的M_m、m_m、Cms、Cml、Cmst分别对应M、m、Cas、Cal、Cast的力学表示,

再由(3)、(4)表示式计算出等效力顺Cmst和等效质量m_m的表示式如下：

$\mathrm{Cmst}=\frac{({S_1}^2\mathrm{Cms}+{S_1}^2\mathrm{Cml})(K_1{M}_m\mathrm{CmsCml}\mathrm{}-\mathrm{Cml}-\mathrm{Cms})-K_2{S_1}^2{M_m}^2\mathrm{Cm}{s}^2\mathrm{Cm}{l}^2}{K_2{S_2}^2{M_m}^2{\mathrm{Cms}}^2\mathrm{Cml}+{S_2}^2(\mathrm{Cms}+\mathrm{Cml})-K_1{M}_m\mathrm{CmsCml}{S_2}^2}---\left(5\right)$

$m_m=\frac{{S_1}^2\mathrm{Cms}+{S_1}^2\mathrm{Cml}+{S_2}^2\mathrm{Cmst}}{K_2{S_1}^2{M}_m\mathrm{CmsCmlCmst}}---\left(6\right)$

将已知参数值及K₁和K₂的数值代入方程（5）和（6）即可得到等效力顺Cmst和等效质量m_m，该等效力顺Cmst即为待测振膜的等效力顺，等效质量m_m减去封住待测振膜中孔胶布的质量即为待测振膜的等效质量，

Cast表示待测振膜的等效声顺，Mast表示待测振膜的等效声质量，Mart表示待测振膜一面的同振质量；

所述的腔体及驱动扬声器的已知参数值为：Mas表示驱动扬声器的等效声质量，Cas表示驱动扬声器的等效声顺，Mar表示驱动扬声器一面的辐射质量，Cal表示密闭腔体的等效声顺，S₁表示驱动扬声器的有效辐射面积，S₂表示待测振膜的有效辐射面积。

相比现有技术，本发明具有以下优点：

通过驱动扬声器向密闭腔体辐射声波以产生耦合振动，从而制造出动态条件，再在此动态条件下测得工作模型的电阻抗曲线，根据测得的电阻抗曲线上的数值及已知的其他参数值计算出振膜的等效质量及等效力顺。相比现有技术在静态环境下测到的数据，本发明在动态环境下测得的数据精确度高，其误差可以控制在±5%以内。

附图说明

图1是本发明工作模型结构的剖示示意图；

图2是本发明工作模型的等效声学线路图；

图3是图2的简化图；

图4本发明电声测试设备所测得的电阻抗曲线示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。

本发明扬声器振膜等效质量及等效力顺的测量方法包括三个步骤：

第一个步骤：建立一制造动态条件且密闭的工作模型，如图1所示，该工作模型包括一顶部开有定位孔21及底部开有入声孔22的腔体2、待测的振膜1和一驱动扬声器4。

待测振膜1的中孔用胶布3封住，其固定在定位孔21内，固定方式可通重物固定振膜的周缘，并确定与腔体2密闭。

驱动扬声器4上发音喇叭40抵接于入声孔22上并确定与腔体2密闭。

腔体2、待测振膜1、驱动扬声器4三者构成密闭的工作模型如同一耦合器，通过驱动扬声器4的作用是用于向密闭的腔体2内辐射声波以使振膜1及腔体2同驱动扬声器4一起产生耦合振动。

第二个步骤：提供一台电声测试设备，然后通过导线使驱动扬声器的电信号输入端与该设备测试设备的输出端电连接，电连接后，驱动扬声器4工作，即发出声波并驱动待测振膜1产生耦合振动，该电声测试设备在此耦合振动的状态下测试出电阻抗曲线，如图四所示，得到的电阻抗曲线有两个波峰，并读出两个波峰对应的频率值为w₁和w₂。根据实际操作，电声测试设备采用MLSSA型号的电声测试设备最佳，其测得的电声阻抗曲线最清晰、明显。

第三个步骤：根据上述得到的频率值w₁和w₂和已知的腔体及驱动扬声器的各参数值计算出待测振膜的等效质量m_m及等效力顺Cmst。

其计算方法和公式推算原理：

已知工作模型中驱动扬声器的电阻抗

和声阻抗其中B是指磁场有效磁场强度，l是指提供磁场力的音圈的有效长度，Bl是指磁场的力因子，Zm是指力阻抗，S是指扬声器的有效辐射面积，可知要使Ze最大，即Ze为阻抗曲线的波峰值时，则Za趋向于0，即取Za=0，如图2所示，该工作模型的声学电路图，省去声阻部分，如图3所示，得到

$\mathrm{Za}\left(w\right)=\mathrm{jw}(\mathrm{Mas}+\mathrm{Mar})+\frac{1}{\mathrm{jwCas}}+\frac{1}{\mathrm{jwCal}+\frac{1}{\mathrm{jw}(\mathrm{Mast}+\mathrm{Mart})+\frac{1}{\mathrm{jwCast}}}},$ W为频率自变量，令

w为频率自变量，令

简化 $\mathrm{Za}=\frac{\mathrm{jwCas}(w^2\mathrm{mCast}-1)+j(w^2\mathrm{MCas}-1)(\mathrm{wCast}-w^3\mathrm{mCalCast}+\mathrm{wCal})}{\mathrm{wCas}(\mathrm{wCast}-w^3\mathrm{mCalCast}+\mathrm{wCal})}=0$

得到一个一元四次方程式：

Cas(w²mCast-1)+(w²MCas-1)(Cast-w²mCalCast+Cal)=0

令w²=x，将以上的一元四次方程转换为一元二次方程：

MmCasCa1Castx²+[MCas(Cal+Cast)+mCalCast+CasCastm]x-(Cas+Cal+Cast)=0

由该一元二次方程得到

$\left\{\begin{array}{cc}{x}_1+x_2=\frac{\mathrm{MCas}(\mathrm{Cal}+\mathrm{Cast})+\mathrm{mCalCast}+\mathrm{mCasCast}}{\mathrm{mMCasCalCast}}=K_1& \left(1\right)\\ x_1{x}_2=\frac{\mathrm{Cas}+\mathrm{Cal}+\mathrm{Cast}}{\mathrm{MmCasCalCast}}=K_2& \left(2\right)\end{array}\right.$

其中K₁=x₁+x₂=w₁ ²+w₂ ²   K₂=x₁x₂=w₁ ²w₂ ²,简化计算之用，w₁和w₂的值对应所测得的电阻抗曲线中两个波峰的频率值，由此，可算出K₁和K₂的数值；

将上面(1)、(2)式转化为力学元件表示式如下：

$\left\{\begin{array}{cc}\frac{M_m\mathrm{Cms}({S_1}^2\mathrm{Cml}+{S_2}^2\mathrm{Cmst})+m_m(\mathrm{Cml}\mathrm{Cmst}{S_1}^2+\mathrm{CmsCmst}{S_1}^2)}{{S_1}^2{m}_m{M}_m\mathrm{CmsCmlCmst}}=K_1& \left(3\right)\\ \frac{{S_1}^2\mathrm{Cms}+{S_1}^2\mathrm{Cml}+{S_2}^2\mathrm{Cmst}}{M_m{m}_m{S_1}^2\mathrm{CmsCmlCmst}}=K_2& \left(4\right)\end{array}\right.$

上述(3)、(4)表示式中的M_m、m_m、Cms、Cml、Cmst分别对应M、m、Cas、Cal、Cast的力学表示,

再由(3)、(4)表示式计算出等效力顺Cmst和等效质量m_m的表示式如下：

$\mathrm{Cmst}=\frac{({S_1}^2\mathrm{Cms}+{S_1}^2\mathrm{Cml})(K_1{M}_m\mathrm{CmsCml}-\mathrm{Cml}-\mathrm{Cms})-K_2{S_1}^2{M_m}^2\mathrm{Cm}{s}^2\mathrm{Cm}{l}^2}{K_2{S_2}^2{M_m}^2{\mathrm{Cms}}^2\mathrm{Cml}+{S_2}^2(\mathrm{Cms}+\mathrm{Cml})-K_1{M}_m\mathrm{CmsCml}{S_2}^2}---\left(5\right)$

$m_m=\frac{{S_1}^2\mathrm{Cms}+{S_1}^2\mathrm{Cml}+{S_2}^2\mathrm{Cmst}}{K_2{S_1}^2{M}_m\mathrm{CmsCmlCmst}}---\left(6\right)$

将已知参数值及K₁和K₂的数值代入方程（5）和（6）即可得到等效力顺Cmst和等效质量m_m，该等效力顺Cmst即为待测振膜的等效力顺，等效质量m_m减去封住待测振膜中孔胶布的质量即为待测振膜的等效质量。

Cast表示待测振膜的等效声顺，Mast表示待测振膜的等效声质量，Mart表示待测振膜一面的同振质量，

腔体及驱动扬声器的已知参数值为：Mas表示驱动扬声器的等效声质量，Cas表示驱动扬声器的等效声顺，Mar表示驱动扬声器一面的辐射质量，Cal表示密闭腔体的等效声顺，S₁表示驱动扬声器的有效辐射面积，S₂表示待测振膜的有效辐射面积。

相比现有技术，本发明具有以下优点：

由腔体与驱动扬声器以及待测振膜构成密闭工作模型，再通过驱动扬声器向腔体辐射声波以产生耦合振动，从而制造出动态环境，在此动态条件下进行测量和计算得出的数据误差可以控制在±5%以内，精确度较高。

以上所述的仅是本发明的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.扬声器振膜等效质量及等效力顺的测量方法，其特征在于：该测量方法的步骤包括：

（1）、建立一制造动态条件且密闭的工作模型，所述的工作模型包括顶部开有定位孔及底部开有入声孔的腔体、待测的振膜和驱动扬声器，待测振膜固定在所述的定位孔内且其上的中孔用胶布封住，驱动扬声器上发音的喇叭抵接入声孔以实现向密闭腔体内辐射声波，从而驱动待测振膜产生耦合振动；

（2）、提供一电声测试设备，并使驱动扬声器的电信息输入端与电声测试设备电连接以实现制造出耦合振动，再通过该设备测试出所述工作模型在此耦合振动状态下的电阻抗曲线，读出该电阻抗曲线上两波峰对应的频率值w₁和w₂；

（3）、根据上述频率值w₁及w₂和腔体及驱动扬声器的已知参数值计算出待测振膜的等效质量及等效力顺，具体为：

由所述工作模型的电阻抗表示式

和其声阻抗表示式

其中B是指磁场有效磁场强度，l是指提供磁场力的音圈的有效长度，Bl是指磁场的力因子，Zm是指力阻抗，S是指扬声器的有效辐射面积，可知要使Ze最大，即Ze取电阻抗曲线的波峰值时，则Za趋向于0，即Za=0，该工作模型声阻抗Za的表达式为

$\mathrm{Za}\left(w\right)=\mathrm{jw}(\mathrm{Mas}+\mathrm{Mar})+\frac{1}{\mathrm{jwCas}}+\frac{1}{\mathrm{jwCal}+\frac{1}{\mathrm{jw}(\mathrm{Mast}+\mathrm{Mart})+\frac{1}{\mathrm{jwCast}}}},$

w为频率自变量，令

简化 $\mathrm{Za}=\frac{\mathrm{jwCas}(w^2\mathrm{mCast}-1)+j(w^2\mathrm{MCas}-1)(\mathrm{wCast}-w^3\mathrm{mCalCast}+\mathrm{wCal})}{\mathrm{wCas}(\mathrm{wCast}-w^3\mathrm{mCalCast}+\mathrm{wCal})}=0$

得到一个一元四次方程式：

Cas(w²mCast-1)+(w²MCas-1)(Cast-w²mCalCast+Ca1)=0

令w²=x，将以上的一元四次方程转换为一元二次方程：

MmCasCa1Castx²+[MCas(Cal+Cast)+mCalCast+CasCastm]x-(Cas+Cal+Cast)=0

由该一元二次方程得到

$\left\{\begin{array}{cc}{x}_1+x_2=\frac{\mathrm{MCas}(\mathrm{Cal}+\mathrm{Cast})+\mathrm{mCalCast}+\mathrm{mCasCast}}{\mathrm{mMCasCalCast}}=K_1& \left(1\right)\\ x_1{x}_2=\frac{\mathrm{Cas}+\mathrm{Cal}+\mathrm{Cast}}{\mathrm{MmCasCalCast}}=K_2& \left(2\right)\end{array}\right.$

其中K₁=x₁+x₂=w₁ ²+w₂ ²  K₂=x₁x₂=w₁ ²w₂ ²，K₁、K₂仅为代号，简化计算之用，根据w₁和w₂的数值可算出K₁和K₂的数值；

将上面(1)、(2)式转化为力学元件表示式如下：

$\left\{\begin{array}{cc}\frac{M_m\mathrm{Cms}({S_1}^2\mathrm{Cml}+{S_2}^2\mathrm{Cmst})+m_m(\mathrm{Cml}\mathrm{Cmst}{S_1}^2+\mathrm{CmsCmst}{S_1}^2)}{{S_1}^2{m}_m{M}_m\mathrm{CmsCmlCmst}}=K_1& \left(3\right)\\ \frac{{S_1}^2\mathrm{Cms}+{S_1}^2\mathrm{Cml}+{S_2}^2\mathrm{Cmst}}{M_m{m}_m{S_1}^2\mathrm{CmsCmlCmst}}=K_2& \left(4\right)\end{array}\right.$

上述(3)、(4)表示式中的M_m、m_m、Cms、Cml、Cmst分别对应

M、m、Cas、Cal、Cast的力学表示，

再由(3)、(4)表示式计算出等效力顺Cmst和等效质量m_m的表示式如下：

$\mathrm{Cmst}=\frac{({S_1}^2\mathrm{Cms}+{S_1}^2\mathrm{Cml})(K_1{M}_m\mathrm{CmsCml}\mathrm{}-\mathrm{Cml}-\mathrm{Cms})-K_2{S_1}^2{M_m}^2\mathrm{Cm}{s}^2\mathrm{Cm}{l}^2}{K_2{S_2}^2{M_m}^2{\mathrm{Cms}}^2\mathrm{Cml}+{S_2}^2(\mathrm{Cms}+\mathrm{Cml})-K_1{M}_m\mathrm{CmsCml}{S_2}^2}---\left(5\right)$

$m_m=\frac{{S_1}^2\mathrm{Cms}+{S_1}^2\mathrm{Cml}+{S_2}^2\mathrm{Cmst}}{K_2{S_1}^2{M}_m\mathrm{CmsCmlCmst}}---\left(6\right)$

将已知参数值及K₁和K₂的数值代入方程（5）和（6）即可得到等效力顺Cmst和等效质量m_m，该等效力顺Cmst即为待测振膜的等效力顺，等效质量m_m减去封住待测振膜中孔胶布的质量即为待测振膜的等效质量，

Cast表示待测振膜的等效声顺，Mast表示待测振膜的等效声质量，Mart表示待测振膜一面的同振质量；所述的腔体及驱动扬声器的已知参数值为：Mas表示驱动扬声器的等效声质量，Cas表示驱动扬声器的等效声顺，Mar表示驱动扬声器一面的辐射质量，Cal表示密闭腔体的等效声顺，S₁表示驱动扬声器的有效辐射面积，S₂表示待测振膜的有效辐射面积。

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