CN110022522A - 采用激振器激励的扬声器振动部件共振频率测量***及测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明专利提出了一种采用激振器激励的扬声器振动部件共振频率测量***及测量方法。本发明所提出的测量***包括信号采集处理***、功率放大器、测量支架、激振器、夹具、加速度传感器和激光位移传感器。本发明用于测量扬声器振动部件的共振频率f0。被测的扬声器振动部件由夹具夹持，该夹具固定在激振器上，加速度传感器安装在夹具上；激光位移传感器固定在测量支架上。信号采集处理***产生电压信号驱动激振器、对激光位移传感器和加速度传感器的输出信号进行采集、分析处理、保存和显示。本发明可准确测量被测振动部件外圈固定部分实际振动的加速度，可确保被夹具夹持住的被测振动部件在测量频率范围内上下平稳振动，从而准确地测量得到被测振动部件振动位移的频率响应曲线；再通过所测量得到被测振动部件振动的频率响应曲线，计算得到被测振动部件的共振频率。
Description
技术领域
本发明属于电声技术应用领域，涉及一种采用激振器激励的扬声器振动部件共振频率测量***及测量 方法。采用本发明可测量扬声器振动部件(包括纸盆、振膜和定心支片等)的共振频率，可广泛应用于扬 声器振动部件的质量检验(控制)、扬声器设计和研发。
背景技术
扬声器振动部件简介：
扬声器是一个电-力-声耦合的***，主要由磁路***、振动***和支撑辅助***三部分组成。
扬声器振动部件主要包括：纸盆、定心支片和振膜(分别如图19、20、21所示)。这三类振动部件一 般都包括三部分：1.外圈固定部分(111)，用于在安装时粘接在盆架上；2.弹性变形部分(112)，能以较 大幅度比较线性地弹性变形；3.中心刚性部分(113)，是主要的声辐射区域(定心支片本身没有中心部分， 在测量时一般用刚性夹具在中心夹持，将夹具作为中心部分)。如果近似认为中心刚性部分的各点同步运 动，扬声器振动部件可以视为一个单弹簧(弹性变形部分)单振子(主要是中心刚性部分)的弹簧振子系 统。这个弹簧振子***的第一阶共振频率称为扬声器振动部件的共振频率。
扬声器的振动部件作为扬声器发声的主要部件，它的共振频率是它的一项重要技术指标之一，该指标 对扬声器的整体性能起着至关重要的作用。
现有的技术和方法：
较早的测量扬声器振动部件共振频率的方法主要为间接测量法。中国专利申请公开书200710125713.0 披露了一种通过测试激励扬声器的电阻抗曲线从而得到振膜(纸盆)谐振频率的方法。该方法将被测振膜 (纸盆)固定在激励扬声器正上方，用正弦扫频信号驱动激励扬声器，激励扬声器的纸盆振动并向外辐射 声波使得被测振膜(纸盆)随之振动，被测振膜(纸盆)和激励扬声器之间的空气腔体对激励扬声器产生 反作用，导致流经激励扬声器的电流发生变化，测量该激励扬声器的电阻抗曲线，该曲线峰值所对应的频 率即为被测振膜(纸盆)的谐振频率。但是，该方法有一定的局限性，它比较适合测量谐振Q值较大、尺寸较大、且质量适中的振膜(纸盆)，并且要求激励扬声器的谐振频率要远小于被测振膜(纸盆)的谐振 频率。因此，该方法的通用性和准确性存在一定问题。
目前应用比较广泛的测量扬声器振动部件共振频率的方法是采用间接激励的直接测量法。这类方法仍 然采用间接激励(利用扬声器发出声音，通过声场传递，间接激励被测振动部件振动)，同时通过激光位 移传感器等技术手段直接测量被测振动部件的振动情况。中国专利申请公开书CN201310157000.8披露了 一种通过激光位移传感器直接读取扬声器振膜(纸盆)的位移信号，并根据扬声器振膜(纸盆)在不同频 率振动时的振动位移曲线图求出被测振膜(纸盆)共振频率的方法。这类方法都隐含着“在各个频率点振 动部件中心部分受到的激励力相同”这一前提，但是，采用间接激励时无法准确测量被测件中心部分实际 受力情况，而且受力情况受到被测振动部件形状、夹具形状、扬声器性能、声场环境等诸多因素影响，难 以控制。激励力的不稳定会反应在振动位移曲线中，造成曲线的波动，从而影响共振频率测量结果的准确 性。
为了解决上述测量方法存在的问题，本发明提出了一种的扬声器振动部件(包括纸盆、振膜和定心支 片等)共振频率测量***及测量方法，它采用激振器直接激励被测振动部件外圈固定部分振动，利用加速 度传感器测量被测振动部件外圈固定部分的振动加速度(包括幅度和相位)，利用激光位移传感器测量被 测振动部件中心刚性部分的振动位移，从而准确地得到被测振动部件振动位移的频率响应曲线；再通过所 测量得到被测振动部件振动的频率响应曲线，计算得到被测振动部件的共振频率。
发明内容
本发明提出了一种采用激振器激励的扬声器振动部件共振频率测量***及测量方法，能够较为准确地 测量扬声器振动部件(包括纸盆、振膜和定心支片等)的共振频率。
本发明解决技术问题所采用的技术方案为：
本发明提出的一种采用激振器激励的扬声器振动部件共振频率测量***包括信号采集处理***、功率 放大器、测量支架、激振器、夹具、加速度传感器和激光位移传感器，被测的扬声器振动部件由所述的夹 具夹持，所述的夹具设于激振器上，所述的激振器设于测量支架上，所述的加速度传感器设于夹具上；所 述的激光位移传感器设于测量支架上，所述的信号采集处理***与加速度传感器、激光位移传感器相连， 所述的信号采集处理***通过功率放大器与激振器相连，所述的信号采集处理***产生指定频率的电压信 号，通过功率放大器放大后驱动激振器，所述的激振器带动被夹具夹持住的被测振动部件振动；所述的信 号采集处理***通过激光位移传感器采集被测振动部件的中心刚性部分的振动位移信号，通过所述的加速 度传感器采集被测振动部件外圈固定部分的振动加速度信号；所述的信号采集处理***对这些信号进行处 理分析，得到被测扬声器振动部件的共振频率。
所述的测量支架为一个立方体框架，所述的激光位移传感器固定在测量支架上部，所述的激光位移传 感器的发出的测量激光束指向被测扬声器振动部件的某一固定点。所述的夹具由一对上下夹板组成，上、 下夹板共同紧密夹持被测振动部件的外边；所述的夹具固定在激振器上；所述的激振器设于测量支架的下 部，所述的加速度传感器至少有三只且设于所述的夹具与被测振动部件接触位置附近，所述的各加速度传 感器不处于同一直线上。所述的各加速度传感器在夹具外边沿呈三角分布，分别与三只激振器稳固连接，所述的三只激振器呈水平设于激振器架内在水平平面上，各激振器的激振方向垂直向上。所述的被测振动 部件包括扬声器纸盆、振膜和定心支片。
本发明所述的采用激振器激励的扬声器振动部件共振频率测量方法为：将被测扬声器振动部件安装在 夹具上；信号采集处理***产生指定频率的电压信号，通过功率放大器放大后激励激振器工作，所述的激 振器带动被夹具夹持住的被测振动部件振动；所述的信号采集处理***通过激光位移传感器采集被测振动 部件中心刚性部分的振动位移信号，通过加速度传感器采集被测振动部件外圈固定部分的振动加速度信号； 用指定频率范围内各频率的电压信号进行上述测量并计算得到被测振动部件振动的频率响应曲线；根据上 述频率响应曲线计算得到共振频率。
所述的被测振动部件振动的频率响应曲线是指以被测振动部件外圈固定部分的振动信号为输入，以被 测振动部件中心刚性部分的振动信号为输出的频率响应曲线，所述的振动信号为加速度信号、或速度信号 或位移信号。
所述的根据频率响应曲线得到共振频率的方法包括两种：一种方法是根据所测量得到的被测振动部件 振动的频率响应曲线，计算得到曲线峰值所对应的频率，该频率近似认为是该被测振动部件的共振频率； 另一种方法是根据频率响应曲线，拟合得到被测振动部件的固有角频率和衰减因子，根据公式计算得到共 振频率。
所述的测量得到被测振动部件振动的频率响应曲线方法为：
首先设定测量的频率范围和频率间隔，然后由低频到高频，测量每个频率点对应的被测振动部件中心 刚性部分的振动信号(输出)与被测振动部件外圈固定部分的振动信号(输入)的比值，即构成被测振动 部件振动的频率响应曲线，在测量每个频率点的振动信号之前，需自适应调整三只激振器各自的输入电压， 使得被夹具夹持住的被测振动部件进行平稳振动。
所述的使得被夹具夹持住的被测振动部件进行平稳振动的参数设定方法包括：1、输出振动加速度向 量与输入电压向量的数学关系式和求解与之相应的线性方程；2、自适应调整输入电压。现具体说明如下：
1、输出振动加速度向量与输入电压向量的数学关系式和求解与之相应的线性方程
将三只激振器分别标记为e、f和g，并将三只加速度传感器分别标记为h、i和j。给三只激振器设定 输入电压，这三只激振器一同带动被夹具夹持住的被测振动部件进行上下振动；固定在夹具上的三只加速 度传感器分别测量被测振动部件外圈固定部分3个位置处的振动加速度信号。当三只激振器进行第n次振 动时，三只激振器的输入电压分别记为和而三只加速度传感器采集到的被测振动部 件外圈固定部分的振动加速度分别记为和将三只激振器的输入电压向量表示为：
而三只加速度传感器输出的振动加速度向量可表示为：
可以认为输出向量和输入向量之间有如下线性关系式：
上式中，Mn为系数矩阵，它可表示为：
其中，表示第n次振动时激振器p在加速度传感器q位置处的系数分量。
因为系数矩阵Mn中有9个未知数，所以，可以根据三只激振器前面连续振动3次所得到的输入输出 数据，求解得到该系数矩阵Mn。
根据第n-2次、第n-1次和第n次这3次振动时的输入和输出，可列出如下线性方程：
上述方程式也可记为UnMn＝An，其中，Un和An分别为线性方程的输入矩阵和输出矩阵，求解该线性方程， 可以得到：
Mn＝Un -1·An
其中，n>＝3。
2、自适应调整输入电压
设定三只激振器的前3次振动的初始输入电压向量分别为和并设第3次振动之后的被测 振动部件外圈固定部分的振动加速度期望值允许的加速度误差值为e0。则自适应调整输入电压的具体 步骤如下：
1)根据预先设定的三只激振器的初始输入电压向量和激励激振器工作，三只加速度传感器 采集到的被测振动部件外圈固定部分的第1、2和3次振动加速度向量分别为和
2)在三只激振器进行第n次(n>＝3)振动之后，可以根据下列公式计算得到下一次(即第n+1次) 振动时的它们的输入电压向量：
其中，系数矩阵Mn需要通过求解最近前3次振动的输出输入线性方程得到，即Mn＝Un -1·An。
3)将中的作为输入电压信号激励三只激振器工作，三只加速度传感器实际输出的振动加速度向 量为则和期望值之间的差值e为：
若该差值小于预先设定的加速度误差值e0(包括幅度和相位)，则调整结束；否则，转至步骤2)，继 续下一次调整。
具体测量被测振动部件振动的频率响应曲线的方法为：
首先，设定输入电压的幅度、相位、频率范围和频率间隔，并设定被测振动部件外圈固定部分振动加 速度的期望值和允许加速度的误差值；然后，由低频到高频，测量每个频率点对应的被测振动部件中心刚 性部分的振动信号与被测振动部件外圈固定部分的振动信号的比值，即构成被测振动部件振动的频率响应 曲线。方法流程图如图11所示。
其中，单个频率点的测量过程如下：假设输入电压信号频率为f，该频率点的输出输入比值的测量过 程为：首先自适应调整激振器的输入电压，使得被夹具夹持住的被测振动部件进行平稳振动；将加速度传 感器采集得到的被测振动部件外圈固定部分的振动加速度记为a1，激光位移传感器采集得到的被测振动部 件中心刚性部分的振动位移记为x；利用加速度和位移的关系式a＝-(2πf)2·x或速度和位移的关系 v＝j2πf·x，信号采集处理***可将振动位移x转换为加速度a或速度v，也可将振动加速度a1转换为速 度v1或位移x1，这样，当输入频率为f的电压信号时，被测振动部件中心刚性部分振动信号(输出)与被测振动部件外圈固定部分振动信号(输入)比值h(f)的计算公式为：
上述位移、速度、加速度的值均为复数形式。
根据上述频率响应曲线计算得到共振频率的方法为：
所述的计算得到被测振动部件共振频率的方法有两种：一种方法是根据所测量得到的被测振动部件振 动的频率响应曲线，计算得到曲线峰值所对应的频率，该频率可近似认为是该被测振动部件的共振频率； 另一种方法是根据上述频率响应曲线，拟合得到被测振动部件的固有角频率和衰减因子，根据公式计算得 到共振频率。
所述的方法2比较复杂，接下来将从理论公式推导、拟合过程、计算这三个方面出发具体介绍该方法。
1、理论公式推导
本发明提出的采用激振器激励的扬声器振动部件共振频率测量***，它的核心是一个由激振器激励被 夹具夹持住的被测振动部件进行振动的振动***。设被测振动部件的质量为m、固有角频率为ω0、衰减因 子为γ，设被测振动部件中心刚性部分的振动位移为x＝Xejωt，其中X为振幅、ω为角频率，易知被测振 动部件中心刚性部分的振动加速度为速度为同理可设被测振动部件外圈固定部分的 振动位移为x1＝X1ejωt、振动加速度为速度为那么被测振动部件振动的频率响应 理论计算公式可以表示为
2、拟合过程
输入实际测量得到的在所设定测量频率范围内的所有频率点的输出输入比值数据h(f)，根据公式 ω＝2πf，将比值h与频率f的对应关系转换成比值h与角频率ω的对应关系，并选用非线性参数拟合方法， 根据实际测量得到的频率响应h(ω)的曲线，与理论公式H(ω)的曲线进行拟合，可得到被测振动部件的固 有角频率ω0和衰减因子γ。
3、计算
将拟合得到的固有角频率ω0和衰减因子γ的值代入共振频率的表达式即可计算得到被测 振动部件的共振频率。
附图说明
图1测量***方框示意图。
图2测量装置正视示意图。
图3测量装置左视示意图。
图4测量装置右视示意图。
图5测量装置后视示意图。
图6测量装置俯视示意图。
图7测量装置主体示意图。
图8激振器固定位置示意图。
图9被测振动部件和夹具剖视示意图。
图10被测振动部件和夹具拆分结构示意图。
图11测量被测振动部件振动加速度和夹具振动加速度频率响应曲线的方法流程图。
图12被测振动部件振动加速度和夹具振动加速度的频率响应曲线图。
图13曲线拟合工具界面示意图。
图14曲线拟合工具拟合方式选择示意图。
图15曲线拟合工具拟合参数选择示意图。
图16曲线拟合工具参数拟合结果示意图。
图17曲线拟合工具拟合曲线和实测曲线对比示意图。
图18参数拟合结果和共振频率计算结果示意图。
图19纸盆结构示意图。
图20定心支片结构示意图。
图21振膜结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
如图所示，本发明提出的一种采用激振器激励的扬声器振动部件共振频率测量***包括信号采集处理 ***、功率放大器、测量支架、激振器、夹具、加速度传感器和激光位移传感器，被测的扬声器振动部件 由所述的夹具夹持，所述的夹具设于激振器上，所述的激振器设于测量支架上，所述的加速度传感器设于 夹具上；所述的激光位移传感器设于测量支架上，所述的信号采集处理***与加速度传感器、激光位移传 感器相连，所述的信号采集处理***通过功率放大器与激振器相连，所述的信号采集处理***产生指定频 率的电压信号，通过功率放大器放大后驱动激振器，所述的激振器带动被夹具夹持住的被测振动部件振动； 所述的信号采集处理***通过激光位移传感器采集被测振动部件的中心刚性部分的振动位移信号，通过所 述的加速度传感器采集被测振动部件外圈固定部分的振动加速度信号；所述的信号采集处理***对这些信 号进行处理分析，得到被测扬声器振动部件的共振频率。
所述的测量支架为一个立方体框架，所述的激光位移传感器固定在测量支架上部，所述的激光位移传 感器的发出的测量激光束指向被测扬声器振动部件的某一固定点。所述的夹具由一对上下夹板组成，上、 下夹板共同紧密夹持被测振动部件的外边；所述的夹具固定在激振器上；所述的激振器设于测量支架的下 部，所述的加速度传感器至少有三只且设于所述的夹具与被测振动部件接触位置附近，所述的各加速度传 感器不处于同一直线上。所述的各加速度传感器在夹具外边沿呈三角分布，分别与三只激振器稳固连接，所述的三只激振器呈水平设于激振器架内在水平平面上，各激振器的激振方向垂直向上。所述的被测振动 部件包括扬声器纸盆、振膜和定心支片。
本发明所述的采用激振器激励的扬声器振动部件共振频率测量方法为：将被测扬声器振动部件安装在 夹具上；信号采集处理***产生指定频率的电压信号，通过功率放大器放大后激励激振器工作，所述的激 振器带动被夹具夹持住的被测振动部件振动；所述的信号采集处理***通过激光位移传感器采集被测振动 部件中心刚性部分的振动位移信号，通过加速度传感器采集被测振动部件外圈固定部分的振动加速度信号； 用指定频率范围内各频率的电压信号进行上述测量并计算得到被测振动部件振动的频率响应曲线；根据上 述频率响应曲线计算得到共振频率。
所述的被测振动部件振动的频率响应曲线是指以被测振动部件外圈固定部分的振动信号为输入，以被 测振动部件中心刚性部分的振动信号为输出的频率响应曲线，所述的振动信号为加速度信号、或速度信号 或位移信号。
所述的根据频率响应曲线得到共振频率的方法包括两种：一种方法是根据所测量得到的被测振动部件 振动的频率响应曲线，计算得到曲线峰值所对应的频率，该频率近似认为是该被测振动部件的共振频率； 另一种方法是根据频率响应曲线，拟合得到被测振动部件的固有角频率和衰减因子，根据公式计算得到共 振频率。
现根据附图，具体说明所下：如图1至图8所示，本发明的扬声器振动部件共振频率测量***包括信 号采集处理***(1)、功率放大器(2)、测量支架(3)、激振器(4)、夹具(5)、加速度传感器(6)和 激光位移传感器(7)。激振器(4)固定在测量支架(3)底端，激光位移传感器(7)固定在测量支架(3) 顶端；被测的扬声器振动部件(8)由夹具(5)夹持，该夹具(5)安装在激振器(4)上方，在该夹具(5) 的上方还安装有加速度传感器(6)。
测量支架(3)为一个立方体框架，在其底端设有一组用于放置和固定激振器(4)的横梁(9)，顶端 设有一根用于安装直线导轨(10)的横梁(11)，该直线导轨(10)用于固定激光位移传感器(7)；在底 端的正方形框架和四根竖梁之间，分别安装了减振块(12)。三只激振器(4)水平放置并固定在底端的横 梁(9)上，横梁(9)可前后调整其水平位置，三只激振器(4)可左右调整其水平位置，这样，激振器 可以前后、左右移动，以固定不同大小的夹具。直线导轨(10)安装在顶端的横梁(11)上，激光位移传 感器(7)固定在直线导轨(10)上；顶端的横梁(11)可以左右调整其水平位置，而直线导轨(10)可 以前后调整其水平位置，激光位移传感器(7)可通过直线导轨(10)上下移动，这样，固定在直线导轨 (10)上的激光位移传感器(7)就可以上下、前后和左右移动，满足不同距离、不同位置的对焦要求。 激光的对焦点应尽可能调整于被测振动部件较平缓处。
如图9和图10所示，本发明的夹具(5)由一对上下夹板组成，上夹板(13)和下夹板(14)共同紧 密夹持被测振动部件(9)的外边；夹具(5)的三等分点处各有一个通孔，三根紧定螺丝从上往下分别穿 过夹具(5)的三个通孔固定在三只激振器(4)的轴心上，在三根紧定螺丝的顶部分别安装了三只加速度 传感器(6)。
本发明的信号采集处理***(1)输出电压信号，通过功率放大器(2)放大后驱动激振器(4)，激振 器(4)带动被夹具(5)夹持住的被测振动部件(8)振动；信号采集处理***(1)通过激光位移传感器 (7)采集被测振动部件(8)的振动位移信号，通过加速度传感器(6)采集夹具(5)的振动加速度信号； 信号采集处理***(1)对这些信号进行处理分析和保存，并显示处理结果。
基于上述扬声器振动部件共振频率测量***，对扬声器振动部件共振频率测量方法的测量分为二2个 步骤：步骤一：测量得到被测振动部件振动的频率响应曲线；步骤二：根据上述频率响应曲线计算得到共 振频率。接下来将具体介绍这两个步骤。
步骤一：测量得到被测振动部件振动的频率响应曲线
首先设定测量的频率范围和频率间隔，然后由低频到高频，测量每个频率点对应的被测振动部件中心 刚性部分的振动信号(输出)与被测振动部件外圈固定部分的振动信号(输入)的比值，即构成被测振动 部件振动的频率响应曲线。在测量每个频率点的振动信号之前，需自适应调整三只激振器各自的输入电压， 使得被夹具夹持住的被测振动部件进行平稳振动。
所述的振动信号可以为加速度信号、或速度信号或位移信号。在本实施例中，以加速度信号为例具体 介绍本发明提出的扬声器振动部件共振频率测量方法。
所述的使得被夹具夹持住的被测振动部件进行平稳振动的方法分别从1、输出振动加速度向量与输入 电压向量的数学关系式和求解与之相应的线性方程；2、自适应调整输入电压这两个方面详细说明。
1、输出振动加速度向量与输入电压向量的数学关系式和求解与之相应的线性方程
将三只激振器分别标记为e、f和g，并将三只加速度传感器分别标记为h、i和j。给三只激振器设定 输入电压，这三只激振器一同带动被夹具夹持住的被测振动部件进行上下振动；固定在夹具上的三只加速 度传感器分别测量被测振动部件外圈固定部分3个位置处的振动加速度信号。当三只激振器进行第n次振 动时，三只激振器的输入电压分别记为和而三只加速度传感器采集到的被测振动部 件外圈固定部分的振动加速度分别记为和将三只激振器的输入电压向量表示为：
而三只加速度传感器输出的振动加速度向量表示为：
可以认为输出向量和输入向量之间有如下线性关系式：
上式中，Mn为系数矩阵，它可表示为：
其中，表示第n次振动时激振器p在加速度传感器q位置处的系数分量。
因为系数矩阵Mn中有9个未知数，所以，可以根据三只激振器前面连续振动3次所得到的输入输出 数据，求解得到该系数矩阵Mn。
根据第n-2次、第n-1次和第n次这3次振动时的输入和输出，可列出如下线性方程：
上述方程式也可记为UnMn＝An，其中，Un和An分别为线性方程的输入矩阵和输出矩阵，求解该线性方程， 可以得到：
Mn＝Un -1·An
其中，n>＝3。
2、自适应调整输入电压
设定三只激振器的前3次振动的初始输入电压向量分别为和并设第3次振动之后的夹具 的振动加速度期望值允许的加速度误差值为e0。则自适应调整输入电压的具体步骤如下：
1)根据预先设定的三只激振器的初始输入电压向量和激励激振器工作，三只加速度传感器 采集到的夹具的第1、2和3次振动加速度向量分别为和
2)在三只激振器进行第n次(n>＝3)振动之后，可以根据下列公式计算得到下一次(即第n+1次) 振动时的它们的输入电压向量：
其中，系数矩阵Mn需要通过求解最近前3次振动的输出输入线性方程得到，即Mn＝Un -1·An。
3)将中的作为输入电压信号激励三只激振器工作，三只加速度传感器实际输出的振动加速度向 量为则和期望值之间的差值e为：
若该差小于预先设定的加速度误差值e0(包括幅度和相位)，则调整结束；否则，转至步骤2)，继续下一 次调整。
测量被测振动部件振动的频率响应曲线的具体方法为：
首先，设定输入电压的幅度、相位、频率范围和频率间隔，并设定被测振动部件外圈固定部分振动加 速度的期望值和允许加速度的误差值；然后，由低频到高频，测量每个频率点对应的被测振动部件中心刚 性部分的振动加速度信号与被测振动部件外圈固定部分的振动加速度信号的比值，即构成被测振动部件振 动的频率响应曲线。方法流程图如图11所示。
其中，单个频率点的测量过程如下：假设输入电压信号频率为f，该频率点的输出输入比值的测量过 程为：首先自适应调整激振器的输入电压，使得被夹具夹持住的被测振动部件进行平稳振动；将加速度传 感器采集得到的被测振动部件外圈固定部分的振动加速度记为a1，激光位移传感器采集得到的被测振动部 件中心刚性部分的振动位移记为x；利用加速度和位移的关系式a＝-(2πf)2·x，信号采集处理***可 将振动位移x转换为加速度a，这样，当输入频率为f的电压信号时，被测振动部件振动加速度信号(输 出)与夹具振动加速度信号(输入)比值h(f)的计算公式为：
上述位移和加速度的值均为复数形式。
现以一款6.5英寸的扬声器纸盆为例，对测量扬声器振动部件振动的频率响应曲线的方法进行具体说 明。
设定三只激振器的输入电压信号的频率范围为40～100Hz、频率间隔为1Hz，并设定加速度期望值为 5ei0m/s2，加速度误差值为0.05ei1m/s2；从低频到高频，待被夹具夹持住的被测振动部件进行平稳振动后， 测量每个频率点对应的被测振动部件中心刚性部分的振动加速度信号(输出)与被测振动部件外圈固定部 分的振动加速度信号(输入)的比值，即为被测振动部件振动的频率响应曲线，如图12所示。
步骤2：根据上述频率响应曲线计算得到共振频率
所述的计算得到被测振动部件共振频率的方法有两种：一种方法是根据所测量得到的被测振动部件振 动的频率响应曲线，计算得到曲线峰值所对应的频率，该频率可近似认为是该被测振动部件的共振频率； 另一种方法是根据上述频率响应曲线，拟合得到被测振动部件的固有角频率和衰减因子，根据公式计算得 到共振频率。
现以一款6.5英寸的扬声器纸盆为例，对第一种方法进行说明。
根据图12中所示的实际测量得到的被测振动部件振动的频率响应曲线，可以计算得到在频率为56Hz 时，该曲线有最大值，也即该被测振动部件的共振频率近似为56Hz。
所述的第二种方2比较复杂，接下来将从理论公式推导、拟合过程和计算这三个方面出发具体介绍该 方法。
1、理论公式推导
本发明提出的采用激振器激励的扬声器振动部件共振频率测量***，它的核心是一个由激振器激励被 夹具夹持住的被测振动部件进行振动的振动***。设被测振动部件的质量为m、固有角频率为ω0、衰减因 子为γ，设被测振动部件中心刚性部分的振动位移为x＝Xejωt，其中X为振幅、ω为角频率，易知被测振 动部件中心刚性部分的振动加速度为同理可设被测振动部件外圈固定部分的振动位移为x1＝ X1ejωt、振动加速度为那么被测振动部件振动的频率响应理论计算公式可以表示为
2、拟合过程
输入实际测量得到的在所设定测量频率范围内的所有频率点的输出输入比值数据h(f)，根据公式 ω＝2πf，将比值h与频率f的对应关系转换成比值h与角频率ω的对应关系，并选用非线性参数拟合方法， 根据实际测量得到的频率响应h(ω)的曲线，与理论公式H(ω)的曲线进行拟合，可得到被测振动部件的固 有角频率ω0和衰减因子γ。
3、计算
将上述拟合得到的固有角频率ω0和衰减因子γ代入共振频率的表达式即可计算得到被测 振动部件的共振频率。
现以一款6.5英寸的扬声器纸盆为例，对第二种方法进行说明。
拟合过程所用的数据分析处理软件包括一切可进行曲线拟合的商用软件，包括Matlab、Origin和1stOpt 等。现以Matlab软件为例进行具体说明。在实际拟合过程中，是根据频率响应的幅值的平方来进行拟合的。
将实际测量得到的频率响应幅值的平方记为h2(f)，并将频率响应理论值的平方记为H2(ω)，根据 步骤二中的推导过程，实际测量得到的频率响应幅度值的平方h2(f)的计算公式为
h2(f)＝h(f)2
而频率响应理论值的平方H2(ω)的计算公式为
令a＝ω0 2，B＝4γ2，上式可简化为
具体拟合过程如下：打开Matlab软件，导入实际测量得到的被测振动部件振动加速度信号和夹具振动 加速度信号比值的频率响应h(f)，根据公式ω＝2πf，将比值h与频率f的对应关系转换成比值h与角频 率ω的对应关系，绘制实际测量得到的频率响应h(ω)的曲线，并计算该频率响应的平方值h2(ω)；在 软件命令窗口中输入cftool并回车，显示拟合界面(如图13所示)，在右侧的拟合方式中选择Custom Equation并输入频率响应理论值的平方H2(ω)的理论公式(如图14所示)，在左侧的参数栏Fit name一栏 中填写拟合曲线的名称H2并将X data、Ydata和weights的值依次选为w、h2和h2(如图15所示)，界 面下方左侧为拟合得到的结果(如图16所示)，右侧为实测曲线和拟合曲线的对比图(如图17所示)。
根据拟合得到的B和a的值，计算固有角频率ω0和衰减因子γ，计算公式如下：
将上述拟合得到的固有角频率ω0和衰减因子γ代入共振频率的表达式即可计算得到被测 振动部件的共振频率。
该6.5英寸纸盆的参数拟合结果和共振频率的计算结果如图18所示。
最后，应该说明的是：以上实施例仅用以说明本发明而非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管 本说明书参照上述的实施例对本发明做了详细的说明，但是，本领域的技术人员应当理解，仍然可以对本 发明进行修改或等同替换；而一切不脱离发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的 权利要求范围当中。
Claims (8)
1.一种采用激振器激励的扬声器振动部件共振频率测量***，其特征在于该***包括信号采集处理***、功率放大器、测量支架、激振器、夹具、加速度传感器和激光位移传感器，被测的扬声器振动部件由所述的夹具夹持，所述的夹具设于激振器上，所述的激振器设于测量支架上，所述的加速度传感器设于夹具上；所述的激光位移传感器设于测量支架上，所述的信号采集处理***与加速度传感器、激光位移传感器相连，所述的信号采集处理***通过功率放大器与激振器相连，所述的信号采集处理***产生指定频率的电压信号，通过功率放大器放大后驱动激振器，所述的激振器带动被夹具夹持住的被测振动部件振动；所述的信号采集处理***通过激光位移传感器采集被测振动部件的中心刚性部分的振动位移信号，通过所述的加速度传感器采集被测振动部件外圈固定部分的振动加速度信号；所述的信号采集处理***对这些信号进行处理分析，得到被测扬声器振动部件的共振频率。
2.根据权利要求1所述的扬声器振动部件共振频率测量***，其特征在于所述的测量支架为一个立方体框架，所述的激光位移传感器固定在测量支架上部，所述的激光位移传感器的发出的测量激光束指向被测扬声器振动部件的某一固定点。
3.根据权利要求1所述的扬声器振动部件共振频率测量***，其特征在于所述的夹具由一对上下夹板组成，上、下夹板共同紧密夹持被测振动部件的外边；所述的夹具固定在激振器上；所述的激振器设于测量支架的下部，所述的加速度传感器至少有三只且设于所述的夹具与被测振动部件接触位置附近，所述的各加速度传感器不处于同一直线上。
4.根据权利要求1所述的扬声器振动部件共振频率测量***，其特征在于所述的被测振动部件包括扬声器纸盆、振膜和定心支片。
5.一种采用激振器激励的扬声器振动部件共振频率测量方法，其特征在于所述的测量方法为：将被测扬声器振动部件安装在夹具上；信号采集处理***产生指定频率的电压信号，通过功率放大器放大后激励激振器工作，所述的激振器带动被夹具夹持住的被测振动部件振动；所述的信号采集处理***通过激光位移传感器采集被测振动部件中心刚性部分的振动位移信号，通过加速度传感器采集被测振动部件外圈固定部分的振动加速度信号；用指定频率范围内各频率的电压信号进行上述测量并计算得到被测振动部件振动的频率响应曲线；根据所述的频率响应曲线计算得到共振频率。
6.根据权利要求5所述的采用激振器激励的扬声器振动部件共振频率测量方法，其特征在于所述的测量得到被测振动部件振动的频率响应曲线方法为：首先设定测量的频率范围和频率间隔，然后由低频到高频，测量每个频率点对应的被测振动部件中心刚性部分的振动信号与被测振动部件外圈固定部分的振动信号的比值，即构成被测振动部件振动的频率响应曲线，在测量每个频率点的振动信号之前，需自适应调整三只激振器各自的输入电压，使得被夹具夹持住的被测振动部件进行平稳振动。
7.根据权利要求5所述的采用激振器激励的扬声器振动部件共振频率测量方法，其特征在于所述的被测振动部件振动的频率响应曲线是指以被测振动部件外圈固定部分的振动信号为输入，以被测振动部件中心刚性部分的振动信号为输出的频率响应曲线，所述的振动信号为加速度信号、或速度信号或位移信号。
8.根据权利要求5所述的采用激振器激励的扬声器振动部件共振频率测量方法，其特征在于所述的根据频率响应曲线得到共振频率的方法包括两种：一种方法是根据所测量得到的被测振动部件振动的频率响应曲线，计算得到曲线峰值所对应的频率，该频率近似认为是该被测振动部件的共振频率；另一种方法是根据频率响应曲线，拟合得到被测振动部件的固有角频率和衰减因子，根据公式计算得到共振频率。
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