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申请/专利权人：南京大学

摘要：一种扬声器热学参数的分频段识别方法，首先，测量扬声器的共振频率，选取扬声器的热学分频点；热学分频点处于中频段，应该远大于共振频率，同时远小于最大工作频率；其次，在分频点处，忽略强迫对流和涡流的影响，测量分频点处的音圈温度曲线，根据音圈温度的理论公式表达式，进行曲线拟合，得到线性热学参数；然后，在整个频段选取少数测量频点，测量音圈的温度曲线，基于线性热学参数，计算强迫对流和涡流的热学参数；最后，根据得到的所有热学参数，预测其他频点的扬声器音圈温度。在低于分频点的频段，忽略涡流的影响，选取少量测量频点，测量音圈稳定温度，计算得到总的强迫对流热阻，再拟合得到强迫对流参数：速度因子和位移因子。

主权项：1.一种扬声器热学参数的分频段识别方法，其特征是，首先，测量扬声器的共振频率，选取扬声器的热学分频点；热学分频点处于中频段，应该大于共振频率，同时小于最大工作频率；其次，在热学分频点处，忽略强迫对流和涡流的影响，测量分频点处的音圈温度曲线，根据音圈温度的理论公式，进行曲线拟合，得到线性热学参数；然后，在整个频段选取几组测量频点，测量音圈的温度曲线，基于线性热学参数，计算强迫对流和涡流的热学参数；最后，根据得到的所有热学参数，预测其他频点的扬声器音圈温度；在低于分频点的频段，忽略涡流的影响，选取几组测量频点，测量音圈稳定温度，计算得到总的强迫对流热阻，再拟合得到强迫对流参数：速度因子和位移因子；在高于分频点的频段，忽略强迫对流的影响，选取几组测量频点，测量音圈温度曲线，拟合得到音圈和磁体的稳定温度，进而计算得到涡流的焦耳热和涡流阻的参数；得到线性热学参数的具体步骤：根据动圈扬声器的结构图和传热学理论，通过等效类比方法，得到扬声器的热学模型；当馈给扬声器一个恒定的信号，扬声器的音圈温度将逐渐上升，并达到稳定；音圈温度随时间变化的表达式为： 在分频点处，驱动扬声器至温度平衡，测量扬声器的音圈温度曲线；基于音圈温度的表达式，拟合该曲线，得到音圈及磁体的稳定温度ΔTvss和ΔTmss，以及时间常数τv和τm；进而得到扬声器的线性热学参数：音圈到磁体和磁体到外界空气的热阻Rtv和Rtm，音圈和磁体的热容Ctv和Ctm；线性热学参数的计算公式如下： 在低于分频点的频段，选取几组测量频点，测量音圈的稳定温度；根据音圈的稳定温度，计算得到总的强迫对流热阻Rtcv+Rtax； 强迫对流热阻包含两个：速度相关的热阻Rtcv、位移相关的热阻Rtax；拟合两个热阻，能得到对应的速度因子rv和位移因子rx； 在高于分频点的频段，选取几组测量频点，测量和拟合音圈的温度曲线，计算得到涡流Ped和涡流阻Red；其中，涡流分成两个部分Ped1和Ped2，分流因子为α；拟合涡流阻的表达式，得到涡流阻的参数Kr和Xr； Ped＝i2Red 至此，所有的热学参数均已获得；基于已识别的线性热学参数、强迫对流热阻和涡流阻，即可预测其他频率输入下的音圈温度。

全文数据：一种扬声器热学参数的分频段识别方法技术领域本发明涉及一种分频段的参数识别方法，用于识别扬声器的热学参数，尤其是辅助分析扬声器的音圈温度。背景技术扬声器是一种将电能转换为声能并辐射到介质中的电声换能器。扬声器的电声转换效率很低，通常低于5％。绝大部分的电能转换为热能，并导致音圈等扬声器部件温度升高。过高的温度，限制了扬声器的最大功率，并导致参数漂移、功率压缩等问题，严重时甚至会烧坏扬声器。热学模型常用于分析扬声器的热学问题。通过对扬声器内部的热学过程建模，Henricksen提出了等效类比电路法，并给出了线性热学模型。Zuccatti和Button等人，陆续提出了二阶的线性热学模型。Klippel和Blasizzo等人，进一步提出了非线性热学模型，以准确分析强迫对流和涡流的影响。通常，非线性热学模型的参数包含了线性参数、强迫对流和涡流，参数的识别比较困难。本专利提出了一种分频段的参数识别方法，可以有效和准确的获得热学参数。在分频点，强迫对流和涡流的影响可以忽略，拟合音圈的温升曲线，可以直接得到线性的热学参数。在低于分频点的频段，涡流的影响可以忽略，强迫对流的参数可以获得。在高于分频点的额频段，强迫对流可以忽略，涡流的参数可以获得。发明内容本发明的目的，一种扬声器热学参数的分频段识别方法，尤其是提出了一种实用的热学参数识别方法，可以简便和有效的识别扬声器的热学参数。基于已识别的热学参数，热学模型可以分析扬声器音圈等部件的温度，辅助于扬声器的结构优化，和输入功率的控制。本发明的技术方案：一种扬声器热学参数的分频段识别方法，其特征是，首先，测量扬声器的共振频率，选取扬声器的热学分频点；热学分频点处于中频段，应该远大于共振频率，同时远小于最大工作频率；其次，在分频点处，忽略强迫对流和涡流的影响，测量分频点处的音圈温度曲线，根据音圈温度的理论公式表达式，进行曲线拟合，得到线性热学参数；然后，在整个频段选取少数测量频点，测量音圈的温度曲线，基于线性热学参数，计算强迫对流和涡流的热学参数；最后，根据得到的所有热学参数，预测其他频点的扬声器音圈温度。在低于分频点的频段，忽略涡流的影响，选取少量测量频点，测量音圈稳定温度，计算得到总的强迫对流热阻，再拟合得到强迫对流参数：速度因子和位移因子。在高于分频点的频段，忽略强迫对流的影响，选取少量测量频点，测量音圈温度曲线，拟合得到音圈和磁体的稳定温度，进而计算得到涡流的焦耳热和涡流阻的参数；图1为动圈扬声器的简化图。基于传热学理论和等效类比方法，可以得到扬声器的热学模型，如图2所示。当馈给扬声器一个恒定的信号，扬声器的音圈温度将逐渐上升，并达到稳定。音圈温度随时间变化的表达式为：在分频点处，驱动扬声器至温度平衡，测量扬声器的音圈温度曲线。基于音圈温度的表达式，拟合该曲线，可以得到音圈及磁体的稳定温度ΔTvss和ΔTmss，以及时间常数τv和τm，进而得到扬声器的线性热学参数：音圈到磁体和磁体到外界空气的热阻Rtv和Rtm，音圈和磁体的热容Ctv和Ctm。线性热学参数的计算公式如下：在低于分频点的频段，选取少量测量频点，测量音圈的稳定温度。根据音圈的稳定温度，计算得到总的强迫对流热阻Rtcv+Rtax。强迫对流热阻包含两个：速度相关的热阻Rtcv、位移相关的热阻Rtax。拟合两个热阻，可以得到对应的速度因子rv和位移因子rx。在高于分频点的频段，选取少量测量频点，测量和拟合音圈的温度曲线，计算得到涡流Ped和涡流阻Red。其中，涡流分成两个部分Ped1和Ped2，分流因子为α。拟合涡流阻的表达式，可以得到涡流阻的参数Kr和Xr。Ped＝i2Red至此，所有的热学参数均已获得。基于已识别的线性热学参数、强迫对流热阻和涡流阻，即可预测其它频率点驱动下，扬声器的音圈温度。本发明的关键点：通过选取分频点，将强迫对流和涡流的影响分离开，单独识别线性热学参数、强迫对流参数和涡流参数。在低频段，只考虑强迫对流的影响；分频点处，强迫对流和涡流均可忽略；高频段，只考虑涡流的影响。本发明的有益效果：本发明提高了热学参数识别的效率和准确度，从而加强了非线性热血模型的实用性，更好的分析扬声器的温度分布，辅助扬声器的结构优化和温度控制。通过对比该方法和已有的两种方法，见图7，可以发现，本发明的参数识别方法更加的准确，加强了热学模型在扬声器设计和使用中的作用。附图说明图1动圈扬声器的结构示意图；图2扬声器的非线性热学模型。其中，为音圈的焦耳热功率；Ped为涡流的焦耳热功率，分为Ped1和Ped2；Rtv为音圈到磁体的热阻，Ctv为音圈的热容，Rtm为磁体到外界空气的热阻，Ctm为磁体的热容；Rtcv、Rtax为强迫对流热阻；Ta、Tv、Tm分别为外界空气、音圈和磁体的温度。图3分频点处的音圈温升曲线的测量值和拟合值；图4中，a低频段的音圈稳定温度测量值，b总的强迫对流热阻；图5速度相关的和位移相关的强迫对流热阻理论值；图6中a涡流的测量值和拟合值，b涡流阻的测量值和拟合值；图7不同参数识别方法预测的音圈温升曲线与测量曲线，其中：a30Hz；b10000Hz。具体实施方式本发明提出了一种扬声器热学参数的识别方法，通过分频段的方式，分别识别线性热学参数、强迫对流参数和涡流参数，提高了热学参数识别的效率和准确性。下面结合实例进行阐述。用本发明实际测量了一款动圈式扬声器单元，识别其热学参数，单元的直径为13.5cm。图中防尘帽1、空气2、磁间隙3。首先，通过电声测量仪器，测量了单元的共振频率fs为66Hz，选取热学分频点为1000Hz。使用1000Hz的单频信号驱动扬声器，使其达到热学平衡，测量整个过程中的音圈温升曲线。根据音圈温度曲线的理论表达式，拟合测量曲线，见图3，获得扬声器的线性热学参数。在低于分频点的频段，选取几组测量点，测量音圈的稳定温度。根据强迫对流热阻的表达式，拟合计算得到总强迫对流热阻值，见图4，即可获得速度因子和位移因子。进而，得到速度相关和位移相关的强迫对流热阻理论值，如图5。在高于分频点的频段，选取几组测量点，测量音圈的温度曲线，并进行拟合，可以得到音圈和磁体的稳定温度。通过音圈和磁体的稳定温度，计算得到涡流的焦耳热功率，进而拟合得到涡流阻的参数，见图6。至此，所有的热学参数均已获得，见表1。表1扬声器的热学参数根据热学参数，可以预测其他频点驱动下的扬声器的音圈温度曲线。实验对比了本发明和已有的两种热学参数识别方法得到的热学参数。根据预测的音圈温度曲线和实测曲线的对比，结果显示本发明的预测曲线与实测曲线吻合度最高，见图7。

权利要求：1.一种扬声器热学参数的分频段识别方法，其特征是，首先，测量扬声器的共振频率，选取扬声器的热学分频点；热学分频点处于中频段，应该远大于共振频率，同时远小于最大工作频率；其次，在分频点处，忽略强迫对流和涡流的影响，测量分频点处的音圈温度曲线，根据音圈温度的理论公式表达式，进行曲线拟合，得到线性热学参数；然后，在整个频段选取少数测量频点，测量音圈的温度曲线，基于线性热学参数，计算强迫对流和涡流的热学参数；最后，根据得到的所有热学参数，预测其他频点的扬声器音圈温度。2.根据权利要求1所述的扬声器热学参数的分频段识别方法，其特征是，在低于分频点的频段，忽略涡流的影响，选取少量测量频点，测量音圈稳定温度，计算得到总的强迫对流热阻，再拟合得到强迫对流参数：速度因子和位移因子。3.根据权利要求1所述的扬声器热学参数的分频段识别方法，其特征是，在高于分频点的频段，忽略强迫对流的影响，选取少量测量频点，测量音圈温度曲线，拟合得到音圈和磁体的稳定温度，进而计算得到涡流的焦耳热和涡流阻的参数。4.根据权利要求1所述的扬声器热学参数的分频段识别方法，其特征是，得到线性热学参数的具体步骤：根据动圈扬声器的结构图和传热学理论，通过等效类比方法，得到扬声器的热学模型；当馈给扬声器一个恒定的信号，扬声器的音圈温度将逐渐上升，并达到稳定；音圈温度随时间变化的表达式为：在分频点处，驱动扬声器至温度平衡，测量扬声器的音圈温度曲线；基于音圈温度的表达式，拟合该曲线，得到音圈及磁体的稳定温度ΔTvss和ΔTmss，以及时间常数τv和τm；进而得到扬声器的线性热学参数：音圈到磁体和磁体到外界空气的热阻Rtv和Rtm，音圈和磁体的热容Ctv和Ctm；线性热学参数的计算公式如下：5.根据权利要求2所述的扬声器热学参数的分频段识别方法，其特征是，在低于分频点的频段，选取少量测量频点，测量音圈的稳定温度；根据音圈的稳定温度，计算得到总的强迫对流热阻Rtcv+Rtax。强迫对流热阻包含两个：速度相关的热阻Rtcv、位移相关的热阻Rtax。拟合两个热阻，可以得到对应的速度因子rv和位移因子rx。6.根据权利要求3所述的扬声器热学参数的分频段识别方法，其特征是，在高于分频点的频段，选取少量测量频点，测量和拟合音圈的温度曲线，计算得到涡流Ped和涡流阻Red；其中，涡流分成两个部分Ped1和Ped2，分流因子为α；拟合涡流阻的表达式，得到涡流阻的参数Kr和Xr；Ped＝i2Red至此，所有的热学参数均已获得。基于已识别的线性热学参数、强迫对流热阻和涡流阻，即可预测其他频率输入下的音圈温度。

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