專利名稱：基于系統(tǒng)辨識(shí)的揚(yáng)聲器單元非線性參數(shù)測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及揚(yáng)聲器單元的與音圈位移有關(guān)的非線性參數(shù)的測(cè)量，包括非線性力因數(shù)、非線性等效力順以及非線性音圈電感的測(cè)量。即在不同音圈位移下測(cè)量揚(yáng)聲器單元電阻抗曲線，根據(jù)建立的揚(yáng)聲器單元非線性電阻抗模型，對(duì)測(cè)得的電阻抗曲線進(jìn)行系統(tǒng)辨識(shí)從而獲得待測(cè)的非線性參數(shù)。
背景技術(shù)：
<一>測(cè)量揚(yáng)聲器單元非線性參數(shù)的意義到目前為止，在揚(yáng)聲器單元及其系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真中仍廣泛使用線性揚(yáng)聲器單元模型。線性揚(yáng)聲器單元模型忽略了其中的各個(gè)參數(shù)隨音圈位移的變化，這在揚(yáng)聲器單元小信號(hào)工作下是近似準(zhǔn)確的。但在很多實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合，揚(yáng)聲器單元在相對(duì)較大的信號(hào)下工作，這時(shí)揚(yáng)聲器單元的參數(shù)隨音圈位移的變化十分顯著，用線性揚(yáng)聲器單元模型已經(jīng)不能正確描述揚(yáng)聲器單元實(shí)際工作時(shí)的性能。因此建立揚(yáng)聲器單元非線性模型并測(cè)量其中的非線性參數(shù)就十分必要，可用于評(píng)價(jià)及改善揚(yáng)聲器單元大信號(hào)工作時(shí)的性能。
現(xiàn)有的常規(guī)音頻測(cè)量?jī)x器均不具有測(cè)量揚(yáng)聲器單元的與音圈位移有關(guān)的非線性參數(shù)的功能。
<二>現(xiàn)有技術(shù)或方法在揚(yáng)聲器單元非線性參數(shù)測(cè)量方面，已經(jīng)開(kāi)展的工作主要有A)Wolfgang Klippel.”Prediction of Speaker Performance at High Amplitudes”(揚(yáng)聲器單元大振幅工作下性能的預(yù)測(cè)方法，第111次[國(guó)際]音頻工程學(xué)會(huì)大會(huì)，The 111thConvention of the Audio Engineering Society，New York，2001.Preprint 5418)提出了一種測(cè)量揚(yáng)聲器單元大振幅工作下性能的方法，用激光裝置測(cè)量振膜的振動(dòng)，用熱絲風(fēng)速計(jì)(hot-wire anemometer)測(cè)量氣流速度。
B)Wolfgang Klippel.“Dynamical Measurement of Loudspeaker Suspension Parts(揚(yáng)聲器單元部件的動(dòng)態(tài)測(cè)量方法，第117次[國(guó)際]音頻工程學(xué)會(huì)大會(huì)The 117thConvention of the Audio Engineering Society，San Francisco，2004.Preprint 6179)提出了一種專用的裝置來(lái)測(cè)量揚(yáng)聲器單元紙盆、定心支片和折環(huán)的力順，用激光測(cè)振裝置來(lái)測(cè)量振速。
C)Wolfgang Klippel.“Distortion Analyzer-a New Tool for Assessing and ImprovingElectrodynamic Transducer(電動(dòng)傳感器失真分析的裝置，第108次[國(guó)際]音頻工程學(xué)會(huì)大會(huì)The 108th Convention of the Audio Engineering Society，Paris，2000.Preprint 5109)提出一種分析失真的裝置，可以用來(lái)測(cè)量電動(dòng)傳感器的非線性失真，用激光測(cè)振裝置測(cè)量電動(dòng)傳聲器振膜的振動(dòng)，然后進(jìn)行相關(guān)的分析。
這些工作都摒棄了常規(guī)音頻測(cè)量?jī)x器，但需要專門的測(cè)量設(shè)備和比較昂貴的激光測(cè)振裝置來(lái)進(jìn)行揚(yáng)聲器單元非線性參數(shù)的測(cè)量。
D)Wolfgang Klippel.“Measurement of Large Signal Parameters of ElectrodynamicTransducer”(測(cè)量音圈位移大信號(hào)參數(shù)的方法，第107次[國(guó)際]音頻工程學(xué)會(huì)大會(huì)，The 107th Convention of the Audio Engineering Society，New York，1999.Preprint 5008)提到了一種測(cè)量聲壓響應(yīng)隨音圈位移變化的方法將揚(yáng)聲器單元置于密閉箱中，通過(guò)改變密閉箱內(nèi)的氣壓來(lái)改變音圈的位移，并在不同音圈位移處測(cè)量其聲壓響應(yīng)，從而獲得揚(yáng)聲器單元的性能隨音圈位移的變化。
該方法的局限是對(duì)密閉箱的氣密性要求很高，從而給裝配帶來(lái)很大困難，而且音圈的位移不易獲得。
E)Mark Dodd.“Voice coil impedance as function of frequency and displacement”(音圈電感用為音圈位移的阻抗函數(shù)，第107次[國(guó)際]音頻工程學(xué)會(huì)大會(huì)，The 117thConvention of the Audio Engineering Society，San Francisco，2004.Preprint 6178)比較了現(xiàn)有的幾種不同的線性揚(yáng)聲器單元電阻抗模型，將線性揚(yáng)聲器單元電阻抗模型中用常量表示的力因數(shù)、等效力順及音圈電感均改成音圈位移的函數(shù)就得到非線性揚(yáng)聲器單元電阻抗模型。
本發(fā)明經(jīng)過(guò)研究比較之后采用了該論文中的非線性揚(yáng)聲器單元電阻抗模型如圖2，利用該模型進(jìn)行系統(tǒng)辨識(shí)獲得的理論計(jì)算結(jié)果與實(shí)際測(cè)量結(jié)果更加吻合。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于考慮到常規(guī)測(cè)量?jī)x器在音頻領(lǐng)域已經(jīng)非常普及，可以利用現(xiàn)有的常規(guī)測(cè)量?jī)x器，結(jié)合基于計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)辨識(shí)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)揚(yáng)聲器單元的與音圈位移有關(guān)的非線性參數(shù)的測(cè)量。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的建立非線性電阻抗模型，該模型中包含了待測(cè)的與音圈位移有關(guān)的非線性參數(shù)，用常規(guī)音頻測(cè)量?jī)x器測(cè)量揚(yáng)聲器單元的電阻抗曲線，將測(cè)得的電阻抗曲線導(dǎo)入計(jì)算機(jī)，利用已經(jīng)建立的非線性電阻抗模型對(duì)測(cè)得的電阻抗曲線進(jìn)行系統(tǒng)辨識(shí)從而獲得模型中的參數(shù)。用可調(diào)直流源饋給揚(yáng)聲器單元一定的直流電流來(lái)改變音圈的位移，在不同音圈位移處進(jìn)行電阻抗測(cè)量與系統(tǒng)辨識(shí)，最終獲得揚(yáng)聲器單元的與音圈位移有關(guān)的非線性參數(shù)。
根據(jù)圖2的非線性揚(yáng)聲器單元電阻抗模型，揚(yáng)聲器單元電阻抗可表示為ZE(ω)=Re+jωL(x)+Z(x)+[1R′+jωC′+1jωL′]-1]]>其中，1Z(x)=1jωLe(x)+1Red]]>R′=Bl(x)2RMS+2RMR]]>C′=MMD+2MMRBl(x)2]]>L′＝Cms(x)□Bl(x)2若在某一音圈位移x處測(cè)得的揚(yáng)聲器單元電阻抗曲線為ZM(ω)，則系統(tǒng)辨識(shí)的目標(biāo)即為采用一定的優(yōu)化算法，使得方差E(ω)=1nΣn[|ZE(ω)|-|ZM(ω)|]2]]>最小，n為電阻抗測(cè)量的頻率點(diǎn)數(shù)。本發(fā)明采用了遺傳算法進(jìn)行優(yōu)化，遺傳算法以其優(yōu)越的性能在電聲系統(tǒng)的優(yōu)化和測(cè)量中正得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，遺傳算法包含選擇、交叉、變異等三個(gè)主要操作算子，該算法的主要流程如圖3。用 作為遺傳算法的適應(yīng)度函數(shù)，k為常數(shù)，調(diào)節(jié)k可以調(diào)節(jié)個(gè)體之間適應(yīng)度的差異。
本發(fā)明的特點(diǎn)是利用本發(fā)明方法，無(wú)需購(gòu)買昂貴的專用測(cè)量裝置，利用計(jì)算機(jī)并結(jié)合系統(tǒng)辨識(shí)技術(shù)就可以利用現(xiàn)有的具有揚(yáng)聲器單元電阻抗測(cè)量功能的常規(guī)音頻測(cè)量?jī)x器來(lái)進(jìn)行揚(yáng)聲器單元的與音圈位移有關(guān)的非線性參數(shù)的測(cè)量，從而大大節(jié)約成本。
本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)是將系統(tǒng)辨識(shí)技術(shù)應(yīng)用于常規(guī)音頻測(cè)量?jī)x器從而利用現(xiàn)有的常規(guī)音頻測(cè)量?jī)x器進(jìn)行揚(yáng)聲器單元的與音圈位移有關(guān)的非線性參數(shù)的測(cè)量，避免使用昂貴的專用測(cè)量?jī)x器，大大節(jié)約測(cè)量揚(yáng)聲器單元非線性參數(shù)的成本。
四

圖1本發(fā)明基于系統(tǒng)辨識(shí)的揚(yáng)聲器單元非線性參數(shù)測(cè)量框2本發(fā)明采用的揚(yáng)聲器單元非線性電阻抗模型圖3本發(fā)明采用的遺傳算法流程4用本發(fā)明方法測(cè)得的揚(yáng)聲器單元a、b的非線性參數(shù)曲線；(a).單元a的Bl(x)曲線；(b).單元b的Bl(x)曲線；(C)單元a的Cms(x)曲線；(d).單元b的Cms(x)曲線；(e).單元a的L(x)曲線；(f).單元b的L(x)曲線；(g).單元a的Le(x)曲線；(h).單元b的Le(x)曲線五具體實(shí)施方式
本發(fā)明的具體實(shí)施例用本發(fā)明實(shí)際測(cè)量了兩只不同尺寸的揚(yáng)聲器單元的非線性參數(shù)，單元a直徑10cm，單元b直徑16cm，測(cè)量框圖如圖1所示，用可調(diào)直流源提供給揚(yáng)聲器單元不同的直流電流，從而使音圈偏離平衡位置不同的位移，饋給揚(yáng)聲器單元的直流電流與音圈位移如表1、表2。用具有揚(yáng)聲器單元電阻抗測(cè)量功能的常規(guī)音頻測(cè)量?jī)x器測(cè)量揚(yáng)聲器單元的電阻抗，將測(cè)量結(jié)果送入計(jì)算機(jī)，根據(jù)圖2的非線性電阻抗模型，用系統(tǒng)辨識(shí)技術(shù)得到模型中的各個(gè)參數(shù)揚(yáng)聲器單元的非線性力因數(shù)Bl(x)、非線性等效力順Cms(x)以及非線性音圈電感L(x)和Le(x)。測(cè)量結(jié)果如圖4所示表1饋給揚(yáng)聲器單元a的直流電流與音圈位移

表2饋給揚(yáng)聲器單元b的直流電流與音圈位移

權(quán)利要求
1.一種基于系統(tǒng)辨識(shí)技術(shù)的揚(yáng)聲器單元非線性參數(shù)測(cè)量方法，其特征是用饋給可調(diào)直流電流的方法使得其音圈偏移平衡位置一定的位移，在不同音圈位移下用具有揚(yáng)聲器單元電阻抗測(cè)量功能的常規(guī)音頻測(cè)量?jī)x器測(cè)量揚(yáng)聲器單元電阻抗特性，根據(jù)揚(yáng)聲器單元非線性電阻抗模型，用系統(tǒng)辨識(shí)技術(shù)獲得揚(yáng)聲器單元的非線性參數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的基于系統(tǒng)辨識(shí)的揚(yáng)聲器單元非線性參數(shù)測(cè)量方法，其特征是所述根據(jù)揚(yáng)聲器單元非線性電阻抗模型，用系統(tǒng)辨識(shí)技術(shù)獲得揚(yáng)聲器單元的非線性參數(shù)的方法是揚(yáng)聲器單元電阻抗表示為Zk(ω)=Re+jωL(x)+Z(x)+[1R′+jωC′+1jωL′]-1]]>其中，1Z(x)=1jωLe(x)+1Red]]>R′=Bl(x)2RMS+2RMR]]>C′=MMD+2MMRBl(x)2]]>L′＝Cms(x)□Bl(x)2若在某一音圈位移x處測(cè)得的揚(yáng)聲器單元電阻抗曲線為ZM(ω)，則系統(tǒng)辨識(shí)的目標(biāo)即為采用優(yōu)化算法得到的非線性參數(shù)，使得方差E(ω)=1nΣn[|ZE(ω)|-|ZM(ω)|]2]]>最小，n為電阻抗測(cè)量的頻率點(diǎn)數(shù)。
3.如權(quán)利要求1所述的基于系統(tǒng)辨識(shí)的揚(yáng)聲器單元非線性參數(shù)測(cè)量方法，其特征是將系統(tǒng)辨識(shí)技術(shù)應(yīng)用于常規(guī)音頻測(cè)量?jī)x器，從而可以利用現(xiàn)有的具有揚(yáng)聲器單元電阻抗測(cè)量功能的常規(guī)音頻測(cè)量?jī)x器進(jìn)行揚(yáng)聲器單元非線性參數(shù)的測(cè)量。
全文摘要
本發(fā)明提出了基于系統(tǒng)辨識(shí)技術(shù)應(yīng)用于常規(guī)音頻測(cè)量?jī)x器，測(cè)量揚(yáng)聲器單元非線性參數(shù)的方法。本發(fā)明僅用饋給可調(diào)直流電流的方法使得其音圈偏移平衡位置一定的位移，在不同音圈位移下用具有揚(yáng)聲器單元電阻抗測(cè)量功能的常規(guī)音頻測(cè)量?jī)x器測(cè)量揚(yáng)聲器單元電阻抗特性，根據(jù)揚(yáng)聲器單元非線性電阻抗模型，用系統(tǒng)辨識(shí)技術(shù)獲得揚(yáng)聲器單元的非線性參數(shù)。涉及與音圈位移有關(guān)的揚(yáng)聲器單元的非線性參數(shù)的測(cè)量，包括非線性力因數(shù)、非線性等效力順以及非線性音圈電感的測(cè)量。本發(fā)明可利用常規(guī)音頻測(cè)量?jī)x器測(cè)量揚(yáng)聲器單元的電阻抗曲線，對(duì)測(cè)得的揚(yáng)聲器單元電阻抗曲線進(jìn)行系統(tǒng)辨識(shí)。
文檔編號(hào)H04R29/00GK1761366SQ20051004152
公開(kāi)日2006年4月19日 申請(qǐng)日期2005年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月18日
發(fā)明者沈勇, 徐小兵, 鄔寧 申請(qǐng)人:南京大學(xué)