[发明专利]测量扬声器的非线性和不对称性

说明书

扬声器参数是使用测试信号(120、130、140)针对各种前向和后向的音盆位移独立测量的，该测试信号允许在前向或后向的音盆运动的不同程度上测量参数。测试信号使用短暂的扫频信号(122/124、132/134、142/144)，如对数扫频信号，与基频低于例如10Hz的极低频(VLF)音频音调(126、136、146)相结合。极低频音频音调可以有正弦波形状(126)、方波形状(136)或削波正弦波形状(146)。

相关申请

本申请要求获得于2019年1月10日提交的序列号为62/790,769的美国临时专利申请的权益，其全部内容纳入本文。

技术领域

本申请广义地涉及扬声器，并且特别是针对缺陷来测试扬声器，这些缺陷可能导致由此产生的声音失真。

背景技术

扬声器在部件和组成中差别很大，最常见的是使用轻质振膜(或“音盆”)，通过柔性悬挂装置连接到刚性篮(或“框架”)上，该刚性篮约束细线线圈(“音圈”)在圆柱形磁隙中轴向移动。当电信号被施加到音圈上时，音圈中的电流会产生磁场，使其成为可变的电磁铁。音圈和磁性系统相互作用，产生机械力，机械力使音圈(以及由此使附接的音盆)来回移动，从而在所施加的电信号控制下再现声音。

尽管在用于制造扬声器的材料方面取得了重大进展，以及在扬声器本身的结构方面取得了进展，但扬声器仍然是容易发生故障和性能不达标的电子机械装置。扬声器的故障可能是由于扬声器的磁性系统错位造成的，但往往是在扬声器中(例如，在音圈和间隙之间)引入异物后发生的，减少了音圈来回移动的能力。这种异物可以包括灰尘、铁质碎片、非铁质碎片以及存在于各种环境中的一般碎屑。扬声器的故障又会带来巨大的维修费用，因为扬声器在汽车、计算机、电话和任何其他产生或传递声音的设备中已经无处不在，但通常被认为是最稳定的，因此被放置在需要大量劳动才能触及的地方。

因此，扬声器通常在安装前针对缺陷进行测试，以减少因制造、储存或其他一些条件而引入扬声器的异物而导致更换的可能性。传统的扬声器测试包括将扬声器连接到电信号，并且用麦克风听觉测量由此产生的声音。如果来自扬声器的声音足够清晰(例如声音没有表现出太大的失真)，则该扬声器通过测试并可使用。相反，如果来自扬声器的声音表现出过多的失真，则扬声器被认为不适合使用，并因质量差而被退回。

然而，以这种方式测试扬声器往往非常耗时，因为必须为测试装置产生各种音调，而且几乎没有办法说明由麦克风引入的失真。此外，由于异物的污染，扬声器的故障往往需要时间来显现。具体来说，异物在首次引入时可能不会明显降低来自扬声器声音的质量，但随着扬声器的使用，异物会降低扬声器的组件的质量，直到扬声器的声音无法接受为止。

本申请受让人出售的代顿(Dayton)音频测试系统(DATS)用非常短暂的(0.7秒)对数扫频信号驱动扬声器，以执行高分辨率的阻抗测量。这个扫频测试信号100如图2所示。使用当凭借扫频测试信号驱动扬声器时的输出，DATS软件可以得出非常详细的参数，该参数以标准的方式说明扬声器的特性，这对任何关注扬声器规格和性能的人都是有用的。

DATS用扫频驱动扬声器一次，以测量扬声器的自由空气性能和参数，并且然后重复扫频，以测量各种扬声器机电参数，如Fs(谐振频率)、Qts(扬声器在Fs处的总Q值)和Vas(扬声器的等效容积)。在第二次扫频之前，用户通常被要求将扬声器放在测试箱中，或在音盆上添加测试质量，以便允许进行参数测量。

像DATS这样的小信号测量系统可用于通过向DATS系统的输出增加功率放大器来驱动被测扬声器执行，来对扬声器的基本的大信号分析。这可以使扬声器被驱动到甚至可能超过正常使用的极限。以这种方式在越来越高的振幅下产生测试扫频，就有可能在每个测试的功率水平上测量扬声器参数的完整集合。这种方法提供了参数变化的测量，因为扬声器的驱动电平增加了。