CN106507262B - 一种带有受控激励源的扬声器振膜测试仪 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种带有受控激励源的扬声器振膜测试仪，包括待测平台，受控激励源，激光位移传感器，控制装置；待测振膜固定于待测平台上，激光位移传感器固定在待测平台上；待测振膜与激光位移传感器同轴设置在待测平台上；控制装置将控制信号输入受控激励源，受控激励源根据所述控制信号产生激励信号；待测振膜由受控激励源所产生的激励信号激励产生振动；激光位移传感器检测振膜振动时的振动信息。本发明受控激励源可以较好的激发待测振膜振动，通过测量气压、振膜位移等多种途径得到振膜物理参数，具有较高的测试精度和较好的稳定性。

Description

一种带有受控激励源的扬声器振膜测试仪

技术领域

本发明涉及扬声器测试领域，尤其涉及一种带有受控激励源的扬声器振膜测试仪。

背景技术

扬声器是一种电-力-声换能器，是音响设备中的重要元件。振膜作为扬声器内部的重要部件，直接影响扬声器性能参数。所以，需要有一种可靠稳定的测试方法和依此构建的测试仪对扬声器振膜进行测试。

传统的测试方案通过扬声器驱动空气，进一步推动振膜；借由压力传感器或激光传感器来捕捉待测振膜的振幅曲线，从而获得振膜的谐振频率Fo值。

譬如在专利CN 201788018 U中使用声传感器，拾取腔体的压力变化，获得待测膜片的谐振频率Fo值；这种方法在实际测试中需要腔体压力变化有明显的共振峰，如果待测振膜的Q值较低，Fo测试结果的误差会较大，失去测试的意义。

在另一专利CN 104125532 A中使用激光拾取待测振膜的振幅，获得待测膜片的谐振频率Fo值。

但是这种系统由于对于驱动扬声器没有有效的监控，因此系统的稳定性受到驱动单元的影响较大，同时对于待测振膜与测试工装间的气密性的要求也比较高；在实际应用中有很多的局限性。

因此，需要新的激励方案，解决已有技术的缺点，提升测试精度及稳定性。

发明内容

本发明的一个目的在于提出一种带有受控激励源的扬声器振膜测试仪，通过对气压、位移等参数进行处理得到扬声器振膜力学和声学参数。

本发明的另一个目的在于提出一种对待测振膜放置状态进行实时监控的方案。

本发明的再一个目的在于提出一种针对不同尺寸、类型的振膜调整激励信号，提升测试准确度的自适应调整方案。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种带有受控激励源的扬声器振膜测试仪，用于测试扬声器振膜，其包括：

待测平台，受控激励源，激光位移传感器，控制装置；

待测振膜固定于待测平台上，激光位移传感器固定在待测平台上；优选的，待测振膜与激光位移传感器同轴设置在待测平台上；

控制装置将控制信号输入受控激励源，受控激励源根据所述控制信号产生激励信号；

待测振膜由受控激励源所产生的激励信号激励产生振动；

激光位移传感器检测振膜振动时的振动信息。

一种优选的的测试仪，其中，

所述受控激励源为扬声器激励源；优选的，所述扬声器激励源为带气压传感器反馈的扬声器激励系统；

优选的，还包括气压传感器，气压传感器检测受控激励源与振膜间的气压变化；

优选的，所述扬声器激励源与所述待测振膜间形成一个封闭腔体结构；优选的，封闭腔体内部设置气压传感器，气压传感器用于检测密封腔体内外气压差；优选的，由测试平台在所述扬声器激励源与所述待测振膜间形成一个封闭腔体结构；

更优选的，所述气压传感器可以是：探管式麦克风、电容式麦克风、mems结构的麦克风、专用mems气压传感器或专用mems气压传感器组合；更优选的，所述的专用mems气压传感器组合，包括一个宽频带频带为0Hz～1kHz的mems气压传感器，和一个高分辨率分辨率优于1mPa的mems麦克风；

优选的，还具有数据处理器，对测试结果进行处理；优选的，数据处理器通过对待测扬声器振膜产生的振动信息进行处理，可以得到振膜谐振频率Fo值、品质因子Q值、顺性Cms、振动质量Mms、位移曲线等力学和声学参数；

优选的，所述激光器可以是基于三角法原理的激光位移传感器，或者基于激光多普勒效应的激光振动传感器。

一种优选的的测试仪，其中，

所述受控激励源为带气压传感器反馈的步进推杆电机激励系统；

优选的，步进推杆电机与待测振膜之间由待测平台形成测试腔；优选的，测试腔内放置气压传感器，用于检测密封腔体内外气压差；

优选的，所述步进推杆电机推动气缸产生受控的气流；

优选的，该气流通过密封的导管传导到待测平台的测试腔；优选的，密封导管可以是硅胶管或金属管；

优选的，待测平台顶部固定放置待测振膜，待测振膜同轴上方设置激光位移传感器，用于检测振膜振幅、速度、加速度等参数；

优选的，还具有数据处理器，对测试结果进行处理；优选的，数据处理器通过对待测扬声器振膜产生的振动信息进行处理，可以得到振膜谐振频率Fo值、品质因子Q值、顺性Cms、振动质量Mms、位移曲线等力学和声学参数；

优选的，所述激光器可以是基于三角法原理的激光位移传感器，或者基于激光多普勒效应的激光振动传感器。

一种优选的的测试仪，其中，

所述受控激励源为带气压传感器反馈的气缸激励系统；

优选的，气缸与待测振膜之间由待测平台形成密封测试腔；优选的，密封测试腔内放置气压传感器，用于检测密封腔体内外气压差；

所述气缸推动气缸产生受控的气流；

该气流通过密封的导管传导到待测平台的测试腔；优选的，密封导管可以是硅胶管或金属管；

优选的，待测平台顶部固定放置待测振膜，待测振膜同轴上方设置激光位移传感器，用于检测振膜振幅、速度、加速度等参数；

优选的，还具有数据处理器，对测试结果进行处理；优选的，数据处理器通过对待测扬声器振膜产生的振动信息进行处理，可以得到振膜谐振频率Fo值、品质因子Q值、顺性Cms、振动质量Mms、位移曲线等力学和声学参数；

优选的，所述激光器可以是基于三角法原理的激光位移传感器，或者基于激光多普勒效应的激光振动传感器；

优选的，在测试时，气缸加载气压；位于密封腔上方的振膜被推动产生形变，气压传感器、激光位移传感器同时检测出初始气压初始值与位移初始值；优选的，密封腔存在专用泄漏装置，腔体内缓慢漏气，振膜缓慢回复为自由放置状态；优选的，在振膜回复的过程中同时检测气压变化值与位移变化值；优选的，对以上检测结果处理后可以得到振膜的顺性Cms、谐振频率值Fo等参数。

一种优选的的测试仪，其中，

所述受控激励源为音圈电机激励系统；优选的，由音圈电机作为激励源；

优选的，所述音圈电机激励系统谐振频率需低于待测振膜的谐振频率；

优选的，待测振膜固定放置于待测平台，所述音圈电机与所述待测振膜之间无气密性要求；优选的，所述音圈电机与所述待测振膜之间无需放置气压传感器；

优选的，待测振膜同轴上方设置激光位移传感器，用于检测振膜振幅、速度、加速度等参数；

包括悬臂，悬臂外端固定在测试平台上，悬臂中心部分固定待测振膜。悬臂由至少一个筋连接中心区域与外部区域；

优选的，通过筋的形状、数量设计调整，或者悬臂本身的材质、厚度调整，调整音圈电机振动部分的谐振频率，使音圈电机振动部分谐振频率低于待测振膜谐振频率；

优选的，音圈电机直接推动待测平台振动，待测平台带动固定在待测平台上的待测振膜振动；当所述音圈电机激励频率与振膜谐振频率相同时，振膜共振；激光位移传感器可以检测出振膜在不同激励频率下的振幅等信息，通过对测试数据进行处理可以得出振膜谐振频率Fo值与振膜品质因子Q值；

优选的，还具有数据处理器，对测试结果进行处理；优选的，数据处理器通过对待测扬声器振膜产生的振动信息进行处理，可以得到振膜谐振频率Fo值、品质因子Q值、顺性Cms、振动质量Mms、位移曲线等力学和声学参数；

优选的，所述激光器可以是基于三角法原理的激光位移传感器，或者基于激光多普勒效应的激光振动传感器。

一种测试扬声器振膜的方法，其中，

提供前述任一的测试仪；

控制装置将控制信号输入受控激励源，受控激励源根据所述控制信号产生激励信号；

待测振膜由受控激励源所产生的激励信号激励产生振动；

激光位移传感器检测振膜振动时的振动信息。

优选的，根据激励源方式的不同调整测试平台与激励源之间的气密性，受控激励源为气压传感器反馈的激励源时使用密封腔体，受控激励源为音圈电机时无需密封腔体；

优选的，固定振膜的工装可以水平方向平移调整；固定激光位移传感器的支架可以竖直方向上下调整。使激光位移传感器聚焦在待测振膜上。

一种优选的方法，其中，

设置于腔体内部的气压传感器拾取腔体内部和外界大气压之间的气压差，并反馈给数据处理器；

激光位移传感器拾取振膜位移、速度、加速度信号，并反馈给数据处理器；

数据处理器根据反馈信号调整激励幅度，保证不同待测振膜均有合适的振幅，提升激光位移传感器检测信噪比；

优选的，针对扬声器振膜，先进行初测校准；

优选的，在进行振膜测试时，所述气压传感器实时监测振膜振动时在封闭腔体气压与外界大气压的差异。当振膜未放置到位并存在泄漏时，气压传感器检测结果出现异常。气压传感器将异常信号反馈给数据处理器，并提示使用者重新放置待测振膜，确认待测振膜与激励扬声器之间保持密封后方可继续测试。

优选的，测试时数据处理器同时得到两种气压传感器的测试结果。系统首选高分辨率mems麦克风测试结果，但当测试气压值超过mems麦克风量程时，系统自动选取专用宽频带mems气压传感器测试结果。

优选的，获得振膜顺性参数的方式如下：振膜受力与位移关系曲线，F＝Δp*s，Δp为振膜两侧气压差，s为振膜有效振动面积；气压传感器检测Δp，振膜开放面积s由工装确定；振膜受力

k为振膜倔强系数，Cms为顺性系数；所以

中的系数a为常数，经气压传感器测量Δp、激光位移传感器测量x等参数后，a可以通过测试结果拟合计算得出，由于s已知，

能得到振膜顺性参数。

一种优选的方法，其中，

步进推杆电机提供低频气压，

优选的，低频气压可以提高测试振膜准静态参数和非线性参数的精度；

优选的，步进推杆电机与待测振膜之间由待测平台形成测试腔，腔内放置气压传感器，用于检测密封腔体内外气压差。

一种优选的方法，其中，

在测试时，气缸加载气压；位于密封腔上方的振膜被推动产生形变，气压传感器、激光位移传感器同时检测出初始气压初始值与位移初始值；

优选的，密封腔存在专用泄漏装置，腔体内缓慢漏气，振膜缓慢回复为自由放置状态；

优选的，在振膜回复的过程中同时检测气压变化值与位移变化值；

优选的，对以上检测结果处理后可以得到振膜的顺性Cms、谐振频率值Fo等参数。

一种优选的方法，其中，

音圈电机直接推动待测平台振动，待测平台带动固定在待测平台上的待测振膜振动；

当所述音圈电机激励频率与振膜谐振频率相同时，振膜共振；

激光位移传感器可以检测出振膜在不同激励频率下的振幅等信息；

通过对测试数据进行处理可以得出振膜谐振频率Fo值与振膜品质因子Q值；

优选的，通过调整筋的形状、数量、或者调整悬臂本身的材质、厚度，调整音圈电机振动部分的谐振频率，使音圈电机振动部分谐振频率低于待测振膜谐振频率，最终使激光位移传感器能够准确的检测到待测振膜的谐振频率等物理参数；

优选的，针对扬声器振膜，需要先进行初测校准。激光位移传感器拾取振膜位移、速度、加速度信号，并反馈给数据处理器。数据处理器根据反馈信号调整激励幅度，保证不同待测振膜均有合适的振幅，提升激光位移传感器检测信噪比；

优选的，在进行振膜测试时，如振膜未放置到位，激光位移传感器检测结果出现异常；激光位移传感器将异常信号反馈给数据处理器，并提示使用者重新放置待测振膜，确认待测振膜放置状态良好后方可继续测试；

优选的，通过共振法可以直接测得F₀：

其中m_ms为振膜等效振动质量，C_ms为振膜顺性。应用音圈电机激振，音圈电机运动振动部分质量m_v，振膜固定工装质量m_j，待测振膜质量m_d，悬臂等效质量m_s。总质量M＝m_v+m_j+m_d+m_s。音圈电机推力F_v＝BL*I，在低频范围F_v与弹片受力平衡，在振膜谐振频率附近F_v与M*a平衡，即F_v＝M*a＝BL*I，由于系统质量不变、BL值不变，输入电流不变，所以速度

为衡量。但当待测振膜受迫振动产生共振时，加速度在恒定值上将叠加待测振膜受迫振动产生的额外加速度a_t＝a+a′，其中a_t为总加速度，a为基本及速度，a′为待测振膜共振时的附加加速度。a′如与a相位相同，则a_t增加，如相位相反，则a_t减小。

本发明的有益效果为：

本发明提出的一种带有受控激励源的振膜测试仪，其中的数据处理器将受控信号输入受控激励源，受控激励源产生激励信号。待测振膜固定于待测平台上，激光位移传感器固定在平台上，位于振膜轴向正上方。受控激励源产生的激励信号激励待测振膜振动，气压传感器检测受控激励源与振膜间的气压变化，激光位移传感器检测振膜振动时的位移、速度和加速度等信息。数据处理器对测试结果进行运算、显示。通过对扬声器振膜进行测试，可以得到振膜谐振频率Fo值、品质因子Q值、顺性Cms、振动质量Mms、位移曲线等力学和声学参数。

本发明提出的一种带有受控激励源的振膜测试仪，需要先进行初测校准。设置于腔体内部的气压传感器拾取腔体内部和外界大气压之间的气压差，或者由激光位移传感器拾取振膜位移等参数，并反馈给数据处理器。数据处理器根据反馈信号调整激励幅度，保证不同待测振膜均有合适的振幅，提升气压传感器、激光位移传感器检测信噪比。

本发明提出的一种带有受控激励源的振膜测试仪，在进行振膜测试时，所述气压传感器实时监测振膜振动时在封闭腔体气压与外界大气压的差异，或者由激光位移传感器拾取振膜位移等参数。当振膜未放置到位，气压传感器检测结果出现异常，或者激光位移传感器检测结果异常。异常信号反馈至数据处理器，并提示使用者重新放置待测振膜，确认待测振膜与激励扬声器之间保持密封后方可继续测试。

气压传感器同时可以监测振膜是否放置到位，如出现泄漏现象，气压参数出现异常，气压传感器将异常信号反馈数据处理器，最终显示并提示使用者重新放置待测振膜。

气压传感器的另一个作用是：对不同尺寸、类型的扬声器振膜进行初测校准，将气压信号反馈数据处理器，数据处理器根据反馈信号调整激励源信号幅值，使不同扬声器振膜均被激发足够的振幅，目的是提升测试系统测试精度和稳定性。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的系统连接示意图；

图2是本发明实施例一提供的外观示意图；

图3是本发明实施例一提供的局部截面图；

图4是本发明实施例一提供的压强差及位移测试结果；

图5是本发明实施例一提供的测试结果处理，速度与压强差比值；

图6是本发明实施例二提供的外观示意图；

图7是本发明实施例二提供的气压差与位移测试结果；

图8所示的待测振膜位移与受力关系测试结果；

图9是本发明实施例三提供的外观示意图；

图10是本发明实施例四提供的系统连接示意图；

图11是本发明实施例四提供的外观示意图；

图12是本发明实施例四提供的局部截面图；

图13是本发明实施例四提供的悬臂外观图；

图14是本发明实施例四提供的悬臂振动系统基频模态振动方式仿真结果；

图15是本发明实施例四提供的待测振膜基频模态振动方式仿真结果；

图16是本发明实施例四提供的测试曲线。

图中，

1、激励源；101、扬声器；102、步进推杆电机；103、气缸；104、音圈电机；

2、气压传感器；

3、待测平台；301、上压合工装；302、下压合工装；303、基台；304、底座；305、支架；306、高度调节旋钮；307、振膜固定工装；

4、激光位移传感器；

5、数据处理器；501控制装置；502、信号预处理模块；503、数据采集与运算模块；504、显示装置；505、计算机；

6、待测振膜；

7、悬臂；

801、振动块；802、音圈；803、顶片；804、磁铁；805、磁碗；

9、泄露孔

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

实施例一

本实施例提供一种带有受控激励源的扬声器振膜测试仪，受控激励源选取带气压传感器反馈的扬声器激励系统，系统连接示意图如图1所示。本实施例包括：1、激励源；2、气压传感器；3、待测平台；4、激光位移传感器；5、数据处理器；501、控制装置；502、信号预处理模块；503、数据采集与运算模块；504、显示装置；505、计算机。其中，控制501、信号预处理模块502、数据采集与运算模块503、显示装置504、计算机505统称为数据处理器5。

控制装置501用于向激励源1输出激励信号；信号处理模块502用于接收气压传感器2、激光位移传感器4检测信号，并传输至数据采集与运算模块503和计算机505；数据采集与运算模块503与计算机505用于对检测信号进行处理、并且调整控制装置501的输入信号；显示装置504用于测试结果的显示。

图2是本实施例提供的外观示意图。包括待测平台3、激光位移传感器4、待测振膜6。其中，待测平台包括：301、上压合工装；302、下压合工装；303、基台；304、底座；305、支架；306、高度调节旋钮。待测振膜6由上压合工装301与下压合工装302固定。下压合工装302与基台303组合，形成密闭腔体。基台303固定于底座304上。激光位移传感器4安放于支架305上，位于待测振膜6轴向正上方，由高度调节旋钮控制高度，实现聚焦。

优选的，所述激光器可以是基于三角法原理的激光位移传感器，或者基于激光多普勒效应的激光振动传感器。

图3是本实施例提供的局部截面图，包括101、扬声器；2、气压传感器；301、上压合工装；302、下压合工装；303、基台；6、待测振膜。基台303上位于腔体内部的放置扬声器101；基台303上位于腔体内部同时放置气压传感器2。优选的，所述扬声器激励源与所述待测振膜间形成一个封闭腔体结构；优选的，封闭腔体内部设置气压传感器，气压传感器用于检测密封腔体内外气压差；优选的，由测试平台在所述扬声器激励源与所述待测振膜间形成一个封闭腔体结构；

更优选的，所述气压传感器可以是：探管式麦克风、电容式麦克风、mems结构的麦克风、专用mems气压传感器或专用mems气压传感器组合；更优选的，所述的专用mems气压传感器组合，包括一个宽频带mems气压传感器，和一个高分辨率mems麦克风；优选的，所述宽频带mems气压传感器频带为0Hz～1kHz，所述高分辨率mems麦克风分辨率优于1mPa；

测试时，扬声器101振动，使密封腔体内部气压发生变化，激励待测振膜6振动，气压传感器2检测密封腔内部气压变化，激光位移传感器4检测待测振膜6振动时的位移、速度和加速度等信息。数据处理器5对测试结果进行运算、显示。通过对待测振膜6进行测试，可以得到谐振频率Fo值、品质因子Q值、顺性Cms、振动质量Mms、位移曲线等力学和声学参数。

优选的，还具有数据处理器，对测试结果进行处理；优选的，数据处理器通过对待测扬声器振膜产生的振动信息进行处理，可以得到振膜谐振频率Fo值、品质因子Q值、顺性Cms、振动质量Mms、位移曲线等力学和声学参数；

图4是本实施例提供的气压差、位移测试结果。图中，C1为气压差测试结果，C2为位移测试结果。曲线C1与C2在100Hz到3000Hz出现两个峰，C1与C2在约450Hz处由于扬声器101与密封腔耦合出现峰。C1与C2约1300Hz处出现的峰值由待测振膜6共振产生。具体的，C1峰值频率1348Hz，C2峰值频率为1306Hz，C1与C2在1300Hz附近的峰值频率受到450Hz附近的峰值影响，C1与C2峰值频率不相等。

图5是本实施例提供的对测试结果进行处理，速度与压强差比值。已知公式v＝d*2*π*f，其中v代表速度，d代表位移，f代表频率。根据图中的位移测试结果及上述公式，可以计算得出速度v。将速度v与压强差p测试结果做比值，可以得图5中的比值曲线。比值曲线仅有一个峰，峰值位置在1258Hz。将速度v与压强差p做比值，可以有效去除扬声器、密封腔对测试结果的影响。目前传统扬声器振膜测试仪仅通过激光位移传感器测试位移曲线，通过提取位移或速度、加速度峰值位置得出待测振膜谐振频率，无法避免激励扬声器等部件对待测振膜的影响，本实施例所得结果更加准确。

本实施例在开始正式测试前，需要先进行初测校准。设置于腔体内部的气压传感器2拾取腔体内部和外界大气压之间的气压差，并反馈给数据处理器5。数据处理器5根据反馈信号调整激励幅度，保证不同待测振膜均有合适的振幅，提升气压传感器、激光位移传感器检测信噪比。

本实施例在进行振膜测试的过程中，所述气压传感器2实时监测待测振膜6振动时在封闭腔体气压与外界大气压的差异。当待测振膜6未放置到位，气压传感器2检测结果出现异常。异常信号反馈至数据处理器5，提示使用者重新放置待测振膜，确认待测振膜2与激励源1之间保持密封后方可继续测试。

实施例二

本实施例提供一种带有受控激励源的扬声器振膜测试仪，受控激励源选取带气压传感器反馈的气缸，系统连接示意图如图1所示。本实施例数据处理器5的系统连接、数据检测方式与实施例一相似，仅激励源1由扬声器101变为气缸103。

图6是本实施例提供的外观示意图。待测振膜6由上压合工装301与下压合工装302固定。下压合工装302与基台303组合，形成密闭腔体，密封腔设置泄露孔9。基台303上设置通道，与气缸103通过气管连接。基台303组装在底座304上，水平位置可调。基台303上位于腔体内部放置气压传感器2。激光位移传感器4固定在测试平台上3，激光位移传感器4安放于支架305上，位于待测振膜6轴向正上方，由高度调节旋钮控制高度，实现聚焦。

气缸103作为振膜测试仪的激励系统，在测试时，气缸103加载气压。位于密封腔上方的待测振膜6被推动产生形变，气压传感器2、激光位移传感器4同时检测出初始气压初始值与位移初始值。密封腔设置泄漏孔9，腔体内缓慢漏气，待测振膜6缓慢回复为自由放置状态。在待测振膜6回复的过程中同时检测气压变化值与位移变化值。对以上检测结果处理后可以得到振膜的顺性Cms等参数，振膜重量Mms已知，可以通过公式

计算得出待测振膜6的Fo值。

本实施例可通过气压传感器2对腔体内部气压进行检测并反馈给数据处理器5，实现对不同待测振膜6的激励幅度调整及测试过程中实时监测待测振膜6是否放置异常。通过气压传感器2、激光位移传感器4对待测振膜6进行测试，经数据处理器5进行运算，得到谐振频率Fo值、品质因子Q值、顺性Cms、振动质量Mms、位移曲线等力学和声学参数。

图7为本实施例气压差与位移测试结果。图中C4是气压差随时间变化测试结果，C5是位移随时间变化测试结果。测试时，随着气缸103快速加载脉冲气压后立即停止加压，密闭腔体内外气压差在100ms时达到极大值。密封腔设置泄露孔9，使腔体内部气压逐渐减小，从图7C4曲线可以看出，曲线C4在100ms前快速上升，100ms时达到极大值1000pa；从100ms开始，C4缓慢下降，最终在500ms时气压差基本减为0pa，说明密封腔内部外部气压基本一致。由于密封腔内外气压不一致，待测振膜受压力变形，形变量与气压差相关。图7中代表振膜位移测试结果的曲线C5在100ms前快速上升，在100ms处达到极大值400um，从100ms开始减小，并在500ms时基本减小为0um。如提取气压差ΔP最大值1000pa，最大位移值d为400um，且已知待测振膜6有效振动面s积为1cm²，则可以通过公式

计算出C_ms位4mm/N。振膜重量Mms已知，可以通过公式

计算得出待测振膜6的Fo值。

若将图7中0ms至100ms时间段的气压差值作为纵轴，待测振膜位移值作为横轴，可以得到如图8中C6所示的待测振膜6位移与气压差关系曲线，当待测振膜6位移较小时，可以近似认为位移与气压差满足线性关系。根据图8中位移与气压差关系曲线拟合可以得到系数a，系数a与待测振膜顺性Cms的关系为

其中s为待测振膜6的有效振动面积，所得Cms值为4mm/N。同时，可以根据本实施例所得气压差、位移结果计算出待测振膜6在不同位置的顺性值，当待测振膜6位移较小时，顺性Cms值不变，当待测振膜6位移较大时，顺性Cms值变小，从而实现对振膜材料及形变非线性的研究。

实施例三

本实施例提供一种带有受控激励源的扬声器振膜测试仪，受控激励源选取带气压传感器反馈的步进推杆电机激励系统，系统连接示意图如图1所示。本实施例数据处理器5的系统连接、数据检测、数据处理方式与实施例二相似，仅激励源1由气缸103变为步进推杆电机102。

图9是本实施例提供的外观示意图。待测振膜6由上压合工装301与下压合工装302固定。下压合工装302与基台303组合，形成密闭腔体。基台303上设置通道，与步进推杆电机102通过气管连接。基台303组装在底座304上，水平位置可调。基台303上位于腔体内部放置气压传感器2。激光位移传感器4固定在测试平台上3，激光位移传感器4安放于支架305上，位于待测振膜6轴向正上方，由高度调节旋钮控制高度，实现聚焦。

本实施例通过气压传感器2对腔体内部气压进行检测并反馈给数据处理器5，实现对不同待测振膜6的激励幅度调整及测试过程中实时监测待测振膜6是否放置异常。通过气压传感器2、激光位移传感器4对待测振膜6进行测试，经数据处理器5进行运算，得到谐振频率Fo值、品质因子Q值、顺性Cms、振动质量Mms、位移曲线等力学和声学参数。

与实施例二提供的气缸103相比，本实施例步进推杆电机102可以稳定提供可控制的低频气压，而实施例二中的气缸103仅能够提供脉冲气压，且实施例二需要泄露装置使密封腔缓慢泄露，本实施例无需额外设置泄露孔9。本实施例通过步进推杆电机102试气压提升、降低，具有气压稳定可控的优点。

本实施例与实施例二对于数据采集、处理的方式一致，可以通过气压差、位移曲线，通过拟合等方式计算出待测振膜6顺性Cms值，已知振膜质量Mms，可以计算出待测振膜6谐振频率Fo值。与目前传统扬声器振膜测试仪通过振膜共振法相比，本发明实施例二、实施例三所得出谐振频率值Fo相比更加精确、稳定，且测试结果不受测试系统激励源、结构件等干扰。

实施例四

本实施例提出一种带受控激励源的扬声器振膜测试仪，受控激励源选取音圈电机，系统连接示意图如图10所示。本实施例包括：1、激励源；3、待测平台；4、激光位移传感器；5、数据处理器；501、控制装置；502、信号预处理模块；503、数据采集与运算模块；504、现实与控制模块；505、计算机。其中，控制装置501、信号预处理模块502、数据采集与运算模块503、现实与控制模块504、计算机505统称为数据处理器5。

控制装置501用于向激励源1输出激励信号；信号处理模块502用于接收激光位移传感器4检测信号，并传输至数据采集与运算模块503和计算机505；数据采集与运算模块503与计算机505用于对检测信号进行处理、并且调整控制装置501的输入信号；显示装置504用于测试结果的显示。

图11为带音圈电机激励的扬声器振膜测试仪外观示意图，包括：3、待测平台；4、激光位移传感器；6、待测振膜；7、悬臂。其中，待测平台3由301、上压合工装；302、下压合工装；303、基台；304、底座；305、支架；306、高度调节旋钮组成。其中，作为激励源的音圈电机104在基台303内部。

支架305上安装激光位移传感器4,高度调节旋钮306可以调节激光位移传感器4的高度，实现聚焦。音圈电机104安装至基台303上，基台303安置与底座304上，且水平位置可调整。上压合工装301与下压合工装302用于固定悬臂7，悬臂7、振膜固定工装307与音圈电机104由螺丝锁紧。优选的，待测振膜同轴上方设置激光位移传感器，用于检测振膜振幅、速度、加速度等参数；优选的，所述激光器可以是基于三角法原理的激光位移传感器，或者基于激光多普勒效应的激光振动传感器。

图12为音圈电机和待测平台局部截面图，包括：104、音圈电机；301、上压合工装；302、下压合工装；303、基台；6、待测振膜；7、悬臂。音圈电机104由801、振动块；802、音圈；803、顶片；804、磁铁；805、磁碗组成。

音圈电机104中的顶片803、磁铁804与磁碗805由胶水粘接，形成静磁场，固定在基台303上，音圈802放置于静磁场，上部与振动块801固定；振动块801、悬臂7、振膜固定工装307通过螺丝锁紧；悬臂7由上压合工装301、下压合工装302通过螺丝锁紧固定。优选的，待测振膜固定放置于待测平台，所述音圈电机与所述待测振膜之间无气密性要求；优选的，所述音圈电机与所述待测振膜之间无需放置气压传感器；优选的，所述音圈电机激励系统谐振频率需低于待测振膜的谐振频率；

优选的，音圈电机直接推动待测平台振动，待测平台带动固定在待测平台上的待测振膜振动；当所述音圈电机激励频率与振膜谐振频率相同时，振膜共振；激光位移传感器可以检测出振膜在不同激励频率下的振幅等信息，通过对测试数据进行处理可以得出振膜谐振频率Fo值与振膜品质因子Q值；

优选的，还具有数据处理器，对测试结果进行处理；优选的，数据处理器通过对待测扬声器振膜产生的振动信息进行处理，可以得到振膜谐振频率Fo值、品质因子Q值、顺性Cms、振动质量Mms、位移曲线等力学和声学参数；

测试时，音圈电机接收交流电信号，音圈802在由顶片803、磁铁804与磁碗805形成静磁场中受力并振动。音圈802使振动块801、悬臂7、振膜固定工装307振动，并最终使振膜固定工装上的待测振膜6振动。当所述音圈电机104激励频率与待测振膜6谐振频率相同时，待测振膜6共振。此时，激光位移传感器4可以检测出待测振膜6在不同激励频率下的振幅等信息，通过对测试数据进行处理可以得出振膜谐振频率Fo值与振膜品质因子Q值。

本实施例中，音圈电机104直接推动待测平台3振动，不需要空气作为媒介直接激励待测振膜6振动。由音圈电机104作为激励源适合全频带测试，测试稳定性更好。

本实施例中，针对待测振膜6，需要先进行初测校准。激光位移传感器4拾取振膜位移、速度、加速度信号，并反馈给数据处理器5。数据处理器5根据反馈信号调整激励幅度，保证不同待测振膜6均有合适的振幅，提升激光位移传感器4检测信噪比。

本实施例中，在进行测试时，如待测振膜6未放置到位，激光位移传感器检4测结果出现异常。激光位移传感器4将异常信号反馈给数据处理器5，并提示使用者重新放置待测振膜6，确认待测振膜6放置状态良好后方可继续测试。

图13是本实施例提供的悬臂外观图，悬臂外端固定在上压合工装301、下压合工装302之间，悬臂中心部分与振膜固定工装307、音圈电机104的振动块801固定。悬臂7由若干条筋连接中心区域与外部区域。通过筋的形状、数量设计调整、或者悬臂本身的材质、厚度调整，调整音圈电机振动部分的谐振频率，使音圈电机104振动部分谐振频率低于待测振膜6的谐振频率，最终使激光位移传感器4能够准确的检测到待测振膜6的谐振频率等物理参数。

图14、图15是本实施例提供的悬臂振动系统模态振动方式仿真结果，悬臂振动系统包括：悬臂7、振膜固定工装307、待测振膜6、振动块801、音圈802。其中，悬臂7由20条“S”形筋组成，选取SUS301不锈钢，厚度为0.2mm。振膜固定工装307选取SUS301不锈钢，振动块801选取铜，音圈802为铜热风线，待测振膜6为4um PC。

图14为本实施例提供的悬臂振动系统悬臂基频振动模态仿真结果，悬臂系统基频Fo值仿真结果为176Hz。其中，深色是振幅较大区域，浅色区域是振幅相对较小区域。悬臂振动系统在基频，即176Hz附近振动时，悬臂7中间部分振幅最大，边缘靠近上、下压合工装301、302的区域基本无振幅。

图15为本实施例提供的悬臂振动系统的待测振膜6基频振动模态仿真结果，待测振膜6频Fo值仿真结果为约1400Hz。悬臂系统在1400Hz附近并达到振膜基频谐振频率时，激励振膜产生共振。其中，深色是振幅较大区域，浅色区域是振幅相对较小区域。待测振膜6的基频，即1400Hz附近，振膜中部区域振幅最大，待测振膜6边缘及悬臂7基本无振幅。

图16为本实施例提供的带音圈电机激励的扬声器振膜测试仪产品实测结果，测试频段为1000Hz-2000Hz。图中，C7为未加振膜时，振膜固定工装307平坦区域的加速度频响曲线，C8为增加待测振膜6后膜片中心点加速度位移曲线。待测振膜6选取一款9mm直径的4umPC耳机振膜。从图11中可以看出，未加振膜的加速度在1000Hz-2000Hz频段上的测试值在50m/s²至100m/s²波动。当增加待测振膜6之后，加速度在1420Hz出现峰值，加速度峰值由于振膜共振引起，1420Hz即为此款待测振膜的谐振频率Fo值。同时，可以对加速度频响曲线进行数据处理，得到品质因子Q值等其他参数。

通过比较仿真和实测结果可知，仿真待测振膜Fo值与实测Fo值基本一致。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种带有受控激励源的扬声器振膜测试仪，用于测试扬声器振膜，其特征在于，包括：

待测平台，受控激励源，激光位移传感器，控制装置；

待测振膜固定于待测平台上，激光位移传感器固定在待测平台上；并且，所述待测振膜与激光位移传感器同轴设置在待测平台上；

控制装置将控制信号输入受控激励源，受控激励源根据所述控制信号产生激励信号；

待测振膜由受控激励源所产生的激励信号激励产生振动；

激光位移传感器检测振膜振动时的振动信息；

所述受控激励源为带气压传感器反馈的步进推杆电机激励系统；

所述步进推杆电机与待测振膜之间由待测平台形成测试腔；所述测试腔内放置气压传感器，用于检测密封腔体内外气压差；

所述步进推杆电机推动气缸产生受控的气流；

该气流通过密封的导管传导到待测平台的测试腔；所述密封的导管是硅胶管或金属管；

所述待测平台顶部固定放置待测振膜，待测振膜同轴上方设置激光位移传感器，用于检测振膜振幅、速度、加速度参数；

还具有数据处理器，对测试结果进行处理；所述数据处理器通过对待测扬声器振膜产生的振动信息进行处理，能得到振膜谐振频率Fo值、品质因子Q值、顺性Cms、振动质量Mms、位移曲线参数；

所述激光位移传感器是基于三角法原理的激光位移传感器，或者基于激光多普勒效应的激光振动传感器。

2.一种带有受控激励源的扬声器振膜测试仪，用于测试扬声器振膜，其特征在于，包括：

待测平台，受控激励源，激光位移传感器，控制装置；

待测振膜固定于待测平台上，激光位移传感器固定在待测平台上；并且，所述待测振膜与激光位移传感器同轴设置在待测平台上；

控制装置将控制信号输入受控激励源，受控激励源根据所述控制信号产生激励信号；

待测振膜由受控激励源所产生的激励信号激励产生振动；

激光位移传感器检测振膜振动时的振动信息；

所述受控激励源为带气压传感器反馈的气缸激励系统；

气缸与待测振膜之间由待测平台形成密封测试腔；所述密封测试腔内放置气压传感器，用于检测密封腔体内外气压差；

所述气缸推动气缸产生受控的气流；

该气流通过密封的导管传导到待测平台的测试腔；所述密封的导管是硅胶管或金属管；

所述待测平台顶部固定放置待测振膜，待测振膜同轴上方设置激光位移传感器，用于检测振膜振幅、速度、加速度参数；

还具有数据处理器，对测试结果进行处理；所述数据处理器通过对待测扬声器振膜产生的振动信息进行处理，得到振膜谐振频率Fo值、品质因子Q值、顺性Cms、振动质量Mms、位移曲线参数；

所述激光位移传感器是基于三角法原理的激光位移传感器，或者基于激光多普勒效应的激光振动传感器；

在测试时，气缸加载气压；位于密封腔上方的振膜被推动产生形变，气压传感器、激光位移传感器同时检测出初始气压初始值与位移初始值；所述密封腔存在专用泄漏装置，腔体内缓慢漏气，振膜缓慢回复为自由放置状态；并且，在振膜回复的过程中同时检测气压变化值与位移变化值；对以上检测结果处理后得到振膜的顺性Cms、谐振频率值Fo参数。

3.一种测试扬声器振膜的方法，其特征在于，

控制装置将控制信号输入受控激励源，受控激励源根据所述控制信号产生激励信号；

待测振膜由受控激励源所产生的激励信号激励产生振动；

激光位移传感器检测振膜振动时的振动信息；

根据激励源方式的不同调整测试平台与激励源之间的气密性，受控激励源为气压传感器反馈的激励源时使用密封腔体，受控激励源为音圈电机时无需密封腔体；

固定振膜的工装能水平方向平移调整；固定激光位移传感器的支架能竖直方向上下调整，使激光位移传感器聚焦在待测振膜上；

步进推杆电机提供低频气压，

低频气压能提高测试振膜准静态参数和非线性参数的精度；

步进推杆电机与待测振膜之间由待测平台形成测试腔，腔内放置气压传感器，用于检测密封腔体内外气压差；

所述步进推杆电机推动气缸产生受控的气流；

该气流通过密封的导管传导到待测平台的测试腔；所述密封的导管是硅胶管或金属管；

所述待测平台顶部固定放置待测振膜，待测振膜同轴上方设置激光位移传感器，用于检测振膜振幅、速度、加速度参数；

还具有数据处理器，对测试结果进行处理；所述数据处理器通过对待测扬声器振膜产生的振动信息进行处理，能得到振膜谐振频率Fo值、品质因子Q值、顺性Cms、振动质量Mms、位移曲线参数。

4.一种测试扬声器振膜的方法，其特征在于，

控制装置将控制信号输入受控激励源，受控激励源根据所述控制信号产生激励信号；

待测振膜由受控激励源所产生的激励信号激励产生振动；

激光位移传感器检测振膜振动时的振动信息；

根据激励源方式的不同调整测试平台与激励源之间的气密性，受控激励源为气压传感器反馈的激励源时使用密封腔体，受控激励源为音圈电机时无需密封腔体；

固定振膜的工装能水平方向平移调整；固定激光位移传感器的支架能竖直方向上下调整，使激光位移传感器聚焦在待测振膜上；

在测试时，气缸加载气压；位于密封腔上方的振膜被推动产生形变，气压传感器、激光位移传感器同时检测出初始气压初始值与位移初始值；

密封腔存在专用泄漏装置，腔体内缓慢漏气，振膜缓慢回复为自由放置状态；

在振膜回复的过程中同时检测气压变化值与位移变化值；

对以上检测结果处理后得到振膜的顺性Cms、谐振频率值Fo参数。

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