專利名稱：平板揚聲器驅(qū)動器電－力參數(shù)的測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及平板揚聲器驅(qū)動器電-力參數(shù)的測量方法，尤其是基于電阻抗的平板揚聲器驅(qū)動器電-力參數(shù)的測量方法。
背景技術(shù)：
20世紀90年代以來，平板揚聲器得到迅速發(fā)展，引起了人們的廣泛興趣。由于平板揚聲器不同于傳統(tǒng)揚聲器的物理特性(外形和重量)和聲學(xué)特性，近年來掀起了研發(fā)和推廣的高潮。
所謂平板揚聲器，指揚聲器的聲輻射器由平板構(gòu)成。一般來說，平板揚聲器輻射聲波時，平板工作在高階振動模態(tài)狀態(tài)中，不像傳統(tǒng)揚聲器的振膜工作在活塞振動狀態(tài)，因此，平板揚聲器有時也被稱為分布模態(tài)揚聲器(Distributed ModeLoudspeaker，簡稱DML)。本發(fā)明涉及的就是這種平板揚聲器。其示意圖如圖2所示圖2中橢圓所示的就是其驅(qū)動器，是電動式的，它是與平板一起振動的。
平板揚聲器有如下特點結(jié)構(gòu)簡單；單個揚聲器具有較大的帶寬，不需要分頻網(wǎng)絡(luò)；高頻指向性很寬；聲輻射具有擴散特性，不受環(huán)境干擾；其外形加以裝飾后具有很強的觀賞性，受到消費者的青睞。在其它領(lǐng)域(如水聲工程和噪聲控制)中，人們注意到它不同于傳統(tǒng)揚聲器的聲輻射性能，在發(fā)展新的聲學(xué)技術(shù)中能發(fā)揮獨特作用，因而受到科研工作者的重視。
然而，平板揚聲器在聲重放質(zhì)量上與傳統(tǒng)高保真揚聲器仍有較大差距。這是因為，平板揚聲器工作在高階振動模態(tài)狀態(tài)中，不像傳統(tǒng)揚聲器的振膜工作在活塞振動狀態(tài)，當(dāng)且僅當(dāng)振動平板達到處處振動不相干的理想狀態(tài)時，平板揚聲器的性能才能達到最優(yōu)；實際應(yīng)用時，驅(qū)動器策動薄板作彎曲諧振，僅在一定程度上達到了理論假設(shè)的要求，彎曲諧振的結(jié)果將引起聲壓頻率響應(yīng)曲線起伏較大。那么對其進行研究時就不能用普通揚聲器的研究方法，而應(yīng)該是分析其振動模態(tài)的情況。因此，首先要得到其驅(qū)動器的電力參數(shù)，然后才能進行進一步的分析并抑制平板揚聲器響應(yīng)的起伏，使平板揚聲器性能得到理想的發(fā)揮。
目前的研究工作是把驅(qū)動器作為集中元件來處理。對于傳統(tǒng)揚聲器單元的關(guān)于T-S參數(shù)的描述方法不適應(yīng)于驅(qū)動器，平板驅(qū)動器的每個電-力參數(shù)值都要準(zhǔn)確。至今在平板揚聲器驅(qū)動器電-力參數(shù)的測量方法方面未見報道。
驅(qū)動器的電阻抗是指驅(qū)動器粘在剛性界面上(如水泥地面等)時，驅(qū)動器的輸入端的阻抗隨頻率變化的曲線。驅(qū)動器的電阻抗是可以在普通環(huán)境中測量得到的。
目前電阻抗方面已經(jīng)公開發(fā)表的相關(guān)的方法1、普通揚聲器電阻抗模型中的音圈渦流模型；2、單獨的揚聲器單元加上一定的質(zhì)量，測量Bl值；3.由普通揚聲器的電阻抗得到T-S參數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種基于電阻抗的平板揚聲器驅(qū)動器電-力參數(shù)的測量方法。該方法也是基于電阻抗模型，不采用T-S參數(shù)，并通過測得驅(qū)動器質(zhì)量Mm，通過力-電參數(shù)的對應(yīng)關(guān)系計算得到Bl，根據(jù)Bl可以得到全部的力參數(shù)值。尤其是提供一種測量系統(tǒng)簡單，成本低，保證相對精度的基于電阻抗的平板揚聲器驅(qū)動器電-力參數(shù)的測量方法。
本發(fā)明的方法是這樣實現(xiàn)的基于電阻抗的平板揚聲器驅(qū)動器電-力參數(shù)的測量方法首先建立粘在剛性界面上的驅(qū)動器的電阻抗模型并測得電阻抗曲線，然后用優(yōu)化算法根據(jù)電阻抗曲線優(yōu)化模型元件參數(shù)值，使得由模型計算得到的電輸入阻抗曲線與實測的電輸入阻抗曲線相吻合，這樣得到電參數(shù)值。測得驅(qū)動器質(zhì)量Mm，通過力-電參數(shù)的對應(yīng)關(guān)系計算得到Bl，根據(jù)Bl可以得到全部的力參數(shù)值。為以后的計算、模態(tài)仿真等做好準(zhǔn)備，提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。
典型的優(yōu)化算法是遺傳算法。
本發(fā)明的特點是這是一種基于電阻抗的平板揚聲器驅(qū)動器電-力參數(shù)的測量方法。該方法基于電阻抗模型，不采用T-S參數(shù)，只要已知平板揚聲器驅(qū)動器的電輸入阻抗和驅(qū)動器質(zhì)量，就可以驅(qū)動器電-力參數(shù)。該方法儀器簡單，只需測量電信號，測量方便，具有可操作性，能夠產(chǎn)生很好的經(jīng)濟效益。測量精度高。
四

圖1是本發(fā)明的方法流程2是本發(fā)明所測的平板揚聲器結(jié)構(gòu)示意3是本發(fā)明剛性界面上的驅(qū)動器的電阻抗模型4是本發(fā)明平板和驅(qū)動器組成的平板揚聲器系統(tǒng)的電-力結(jié)合的模型5是采用本發(fā)明得到電阻抗優(yōu)化計算值和實際測量值的比較曲線五具體實施例方式驅(qū)動器的集總參數(shù)模型如圖3所示。其中，RE、LE、LEl、REl組成了音圈的電阻抗，考慮了音圈的渦流效應(yīng)。
圖4表示的是平板和驅(qū)動器組成的平板揚聲器系統(tǒng)的電-力結(jié)合的模型。Mm表示的驅(qū)動器的質(zhì)量，這與普通揚聲器單元不同，平板揚聲器的驅(qū)動器是與平板一起振動的。除了Mc和Zm之外，其他元件均是驅(qū)動器的組成元件，與圖3對應(yīng)。其中，Bl為揚聲器單元的機電耦合系數(shù)；圖中的ZLE表示音圈的阻抗，對應(yīng)于圖3中的RE、LE、LEl、REl(具體公式見式(2))；RS、CS、Mm分別為驅(qū)動器的力阻、力順和質(zhì)量，分別對應(yīng)于圖3中的RES、LCES、CMES。
設(shè)圖3中的輸入電阻抗為Zi，Eg為驅(qū)動源，Zi即為驅(qū)動器的電阻抗。那么電輸入阻抗Zi=ZLE+11RES+sCMES+1sLCET---(1)]]>ZLE=RE+sLE+sRElLElREl+sLEl---(2)]]>由圖4可見，根據(jù)電力類比關(guān)系，各元件的轉(zhuǎn)換關(guān)系為RS=B2L2RESMm=CMES*B2L2CS=LCESB2L2---(3)]]>
驅(qū)動器的電輸入阻抗受輻射聲阻抗在不同環(huán)境中的改變的影響極小，可以忽略，同時其測量方法是把驅(qū)動器正面粘在剛性界面上，比如說水泥地面上，直接測量單元兩端的電信號，無需傳聲器，這樣就不受環(huán)境的影響，可以認為電阻抗的測量不依賴于環(huán)境。
測量圖3、圖4中的平板揚聲器驅(qū)動器的電-力參數(shù)方法如下先在普通環(huán)境中測得電輸入阻抗曲線，然后運用優(yōu)化算法優(yōu)化電阻抗模型(圖3)線路中元件的參數(shù)值，使得由模型計算得到的電阻抗曲線與實測的電阻抗曲線相吻合，這樣就得到了圖3中驅(qū)動器的全部電參數(shù)。
下面進行Bl值的測量。根據(jù)圖3、4及式(3)可以知道，圖3中的CMES對應(yīng)于圖4中的Mm，對應(yīng)關(guān)系在(3)式中；由于電參數(shù)CMES已知，圖4中的Mm就是驅(qū)動器的質(zhì)量，可以用天平稱出，那么根據(jù)(3)式中間式子就可以把Bl值求出。
在全部電參數(shù)和Bl值已知的情況下，根據(jù)(3)式中的對應(yīng)關(guān)系其他兩個力學(xué)參數(shù)CS、RS也就可以求出。這樣整個平板揚聲器驅(qū)動器的電-力參數(shù)全部得到。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，首次提出了基于電阻抗的平板揚聲器驅(qū)動器電-力參數(shù)的測量方法。
下面舉例說明基于電阻抗的平板揚聲器驅(qū)動器電-力參數(shù)的測量方法的過程。
根據(jù)測量流程，首先建立如圖3所示剛性界面上的集中參數(shù)驅(qū)動器電阻抗等效線路模型，同時測量得到了驅(qū)動器的電輸入阻抗，然后用遺傳算法來優(yōu)化電學(xué)等效線路圖3中的參數(shù)值，使得由模型參數(shù)值根據(jù)(1)式計算得到的電阻抗曲線與實測的電阻抗曲線相吻合。
在此過程中我們采用了遺傳算法作為優(yōu)化算法遺傳算法是一種以達爾文的自然進化論和孟德爾的遺傳變異理論為基礎(chǔ)的求解優(yōu)化問題的仿生類算法，是一種智能化的全局搜索算法。遺傳算法包含選擇、交叉、變異等三個主要操作算子。該算法初始時隨機產(chǎn)生N組解，每一組解叫一個個體，這多組解的集合叫做一個種群。然后計算每個個體的適應(yīng)度，選擇操作使適應(yīng)度大的個體有較大復(fù)制概率，能加快算法的收斂速度，交叉操作通過對兩父代進行基因交換而產(chǎn)生更優(yōu)的個體，變異操作則能給群體帶來新的基因，避免陷入局部最優(yōu)。就是通過這三種算子的操作，優(yōu)化群體一代一代地不斷進化，最終收斂于最優(yōu)狀態(tài)。
定義誤差函數(shù)為方差
e(x‾)=Σi|Zic(j2πfi,x‾)-Zim(j2πfi)|2---(4)]]>其中i是離散點，Zim(s)為測量得到的電輸入阻抗值，Zic(s)為計算得到的電輸入阻抗值，x為給定的一組參數(shù)值。
在適應(yīng)度函數(shù)選擇上，我們采用了歸一化的函數(shù)，即f(x)＝1/(1+e(x))。整個的遺傳算法運算過程如下(1)初始化控制參數(shù)設(shè)置群體規(guī)模N；交叉概率PC；變異概率PM。
(2)在變量設(shè)定范圍內(nèi)隨機產(chǎn)生初始種群。
(3)對現(xiàn)有群體進行如下操作①計算群體中每個個體的適應(yīng)度f(xi)，i＝1，2，…，N；②按照賭輪機制實施選擇操作，適應(yīng)度大的個體的被選擇的概率大；③隨機選出兩個個體xi和xj作為父代，按照概率PC進行交叉操作，產(chǎn)生兩個新的個體xi’和xj’，計算四個個體的適應(yīng)度，選擇其中最大的兩個個體；④對交叉后的個體以概率PM進行變異操作，接收變異后的新解。
(4)如果滿足收斂條件，則退出進化過程，否則轉(zhuǎn)至(3)。
圖5是根據(jù)圖3電阻抗模型優(yōu)化計算值和實際測量值的比較?？梢娪蛇z傳算法優(yōu)化計算得到的電阻抗的優(yōu)化計算值與實際值是非常吻合的，這為進一步的計算打下了基礎(chǔ)。
經(jīng)過算法優(yōu)化后得到的圖3中的驅(qū)動器的電參數(shù)如下RE＝7.4Ω，LE＝1.1×10-4H，LEl＝2.1×10-4H，REl＝28.6Ω，RES＝7.5Ω，LCES＝1.58×10-3H，CMES＝8.7×10-3F，這樣電參數(shù)就已知。下面求力參數(shù)。
下面進行Bl值的測量。從上面的電參數(shù)中CMES＝8.7×10-3F，驅(qū)動器的質(zhì)量Mm＝6.0×10-3Kg，根據(jù)式(3)可以知道，Bl=MmCMES,]]>最后得到Bl＝2.63N/A。
在全部電參數(shù)和Bl值已知的情況下，根據(jù)(3)式中的對應(yīng)關(guān)系其他兩個力學(xué)參數(shù)CS、RS也就可以求出CS＝2.29×10-4m/N，RS＝0.92N·s/m。
這樣整個平板揚聲器驅(qū)動器的電-力參數(shù)全部得到。
權(quán)利要求
1.平板揚聲器驅(qū)動器電-力參數(shù)的測量方法其特征是首先建立驅(qū)動器的電阻抗模型并測得電阻抗曲線，然后用優(yōu)化算法根據(jù)電阻抗曲線優(yōu)化模型元件參數(shù)值，使得由模型計算得到的電輸入阻抗曲線與實測的電輸入阻抗曲線相吻合，這樣得到電參數(shù)值，測得驅(qū)動器質(zhì)量Mm，通過力-電參數(shù)的對應(yīng)關(guān)系計算得到Bl，根據(jù)Bl可以得到全部的力參數(shù)值。
2.由權(quán)利要求1所述的平板揚聲器驅(qū)動器電-力參數(shù)的測量方法其特征是驅(qū)動器的電阻抗模型采用武之地建立粘在剛性界面上的驅(qū)動器的電阻抗模型。
3.由權(quán)利要求1所述的平板揚聲器驅(qū)動器電-力參數(shù)的測量方法其特征是驅(qū)動器的電阻抗模型和平板揚聲器驅(qū)動器電-力模型中，電輸入阻抗Zi=ZLE+11RES+sCMES+1sLCET---(1)]]>ZLE=RE+sLE+sRElLElREl+sLEl---(2)]]>各元件的轉(zhuǎn)換關(guān)系為RS=B2L2RESMm=CMES*B2L2CS=LCESB2L2---(3)]]>Mm表示驅(qū)動器的質(zhì)量，Bl為揚聲器單元的機電耦合系數(shù)；ZLE表示音圈的阻抗，對應(yīng)于RE、LE、LEl、REl；RS、CS、Mm分別為驅(qū)動器的力阻、力順和質(zhì)量，分別對應(yīng)于RES、LCES、CMES。
全文摘要
基于電阻抗的平板揚聲器驅(qū)動器電－力參數(shù)的測量方法首先建立驅(qū)動器的電阻抗模型并測得電阻抗曲線，然后用優(yōu)化算法根據(jù)電阻抗曲線優(yōu)化模型元件參數(shù)值，使得由模型計算得到的電輸入阻抗曲線與實測的電輸入阻抗曲線相吻合，這樣得到電參數(shù)值，測得驅(qū)動器質(zhì)量Mm，通過力－電參數(shù)的對應(yīng)關(guān)系計算得到Bl，根據(jù)Bl可以得到全部的力參數(shù)值。
文檔編號H04R29/00GK1697568SQ200510038638
公開日2005年11月16日 申請日期2005年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月31日
發(fā)明者沈勇, 董永政, 沈小祥, 張素珍 申請人:南京大學(xué)