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换能器非线性 (曲线形状)

特性:

KLIPPEL R&D系统

力因数Bl(x)和位移x之间的关系

LSI3, PWT, SIM, AUR

机械顺性Cms(x)和位移x之间的关系

LSI3, PWT, SIM, AUR, SPM, MSPM

机械刚性Kms(x)和位移x之间的关系

LSI3, PWT, SIM, AUR, SPM, MSPM

增量刚性Kinc(x)和位移x之间的关系

LSI3, PWT

电感L(x,i)和位移x及电流i之间的关系

LSI3, PWT, SIM, AUR

机械阻Rms(v)和速度v之间的关系

LSI3

力-挠度曲线F(x)

CAL, SPM, MSPM

扬声器固有的非线性决定了大信号性能,例如最大输出、信号失真和稳定性。非线性可以由集总元件表示,该集总元件的参数随内部状态信号 (电流、位移、速度、声压)而变化,在下面的等效电路中显示为红色元件.

 

 

IEC标准62458定义了主要的非线性及其静态、准静态、增量和完全动态的测量方法。只有全动态测量才能使换能器在正常运行条件下工作,并且检测所有与位移x、电流i和音圈速度v相关的大信号参数,例如力因数Bl(x)、刚性Kms(x)、顺性Cmx(x)、电感L(x)、 Rms(v).

 

 

非线性参数可以表示为非线性曲线 (例如瞬时力因数值Bl(x)与x之间的关系)或幂级数展开的形式,为扬声器设计中的数值模拟和预测提供完整的信息。非线性参数可以以高精度解释非线性失真的产生,但又比非线性失真测量的结果更容易解读.

单值参数是根据非线性特征得出的。例如,音圈偏移是从Bl(x)曲线中的对称点得出的以mm表示的单值参数。这些值可用于产线终端测试期间的界限设置以及生产过程的自动控制。扬声器非线性的超快速测量和长时监测可以使用特殊的测试信号或普通音频信号来完成.

根据IEC标准62458定义的换能器非线性的动态测量技术。
根据IEC标准62458定义的换能器非线性的动态测量技术。

模组

备注

大信号识别 (LSI3)

LSI3通过使用针对被测设备自适应调整的非线性模型直接测量非线性。噪声信号作为激励,并自动调整其带宽以确保换能器的持续激励。通过使用保护系统可以自动确定允许的工作范围。可选激光传感器可用于检查音圈运动的方向 (线圈向内还是向外)和校准机械参数.LSI共有三个版本,分别用于低音扬声器、高音扬声器和扬声器系统 (安装在箱体中的换能器).

功率测试 (PWT)

PWT使用任意激励信号 (音乐),也可以对低音扬声器的集总参数进行完整识别。与LSI不同的是,电压和工作范围由用户确定.

悬挂部件测量(SPM)

SPM测量弹波、悬挂系统、球顶和无源辐射器的非线性刚性和顺性。用户可以指定由目标位移定义的工作范围,然后SPM会自动调整激励信号.

仿真 (SIM)

SIM需要换能器的非线性参数作为输入来预测大信号性能。该模组提供了曲线编辑器,可从LSI或任何其他有限元设计工具导入参数或手动合成曲线.

可听化 (AUR)

AUR需要换能器非线性来模拟大信号实时性能,进行非线性失真的可听化。参数以数字格式从LSI复制到AUR模块.


机械悬挂的刚性不是恒定的,而是随位移x的变化而变化,从而对共振以下的频谱分量产生明显的失真。
机械悬挂的刚性不是恒定的,而是随位移x的变化而变化,从而对共振以下的频谱分量产生明显的失真。
上图显示了电机几何结构 (极尖、线圈的大小和位置)与非线性力因数特性Bl(x)之间的关系,Bl(x)是关于音圈位移x的函数。力因数Bl的瞬时变化
上图显示了电机几何结构 (极尖、线圈的大小和位置)与非线性力因数特性Bl(x)之间的关系,Bl(x)是关于音圈位移x的函数。力因数Bl的瞬时变化调制所有信号分量,并在音频带中产生带有显著互调失真的非线性驱动力F。


KLIPPEL产品模板

模板名称

应用

LSI Tweeter Nonlin. Para Sp2

使用灵敏电流传感器2测量fs > 400 Hz的高音扬声器

LSI Headphone Nonlin. P. Sp2

使用灵敏电流传感器2测量耳机 (fs < 300 Hz)的非线性参数

LSI Woofer Nonl. P. Sp1

使用标准电流传感器1测量低音扬声器 (fs < 300 Hz)的非线性参数

LSI Woofer Nonl.+Therm. Sp1

使用标准电流传感器SP1测量低音扬声器 (fs < 300 Hz)的非线性和热参数

LSI Woofer+Box Nonl. P Sp1

使用标准电流传感器SP1测量在自由空气、密闭或开口箱中工作的低音扬声器 (fs < 300 Hz)的非线性参数

LSI Microspeaker Nonl. P. Sp2

使用灵敏电流传感器2测量微型扬声器 (fs > 300 Hz)的非线性参数

Diagnost. MIDRANGE Sp1

使用标准电流传感器1对谐振频率在30 Hz < fs < 200 Hz之间的中频驱动单元进行全面的测试

Diagnost. RUB&BUZZ Sp1

使用不断增加的电压 (馈入到高功率设备)进行Rub&Buzz批量测试

Diagnostics MICROSPEAKER Sp2

使用灵敏电流传感器2对谐振频率在100 Hz < fs < 2 kHz之间的微型扬声器进行全面的测试

Diagnostics TWEETER (Sp2)

使用灵敏电流传感器2对谐振频率在100 Hz < fs < 2 kHz之间的高音扬声器进行全面的测试

Diagnostics VENTED BOX SP1

使用标准电流传感器1对开口箱系统进行全面的测试

Diagnostics WOOFER (Sp1)

使用标准电流传感器1对谐振频率在30 Hz < fs < 200 Hz之间的超低音扬声器进行全面的测试

Diagnostics WOOFER Sp1,2

使用电流传感器1和2对谐振频率在30 Hz < fs < 200 Hz之间的超低音扬声器进行全面的测试

Equivalent Input Dist. AN 20

根据应用笔记AN20测量等效输入失真

Force - Deflection Curve

使用LSI的结果计算得到力-挠度曲线

Separate suspension

根据应用笔记AN2分离折环和弹波的刚性

SPM Suspension Part

基于单信号 (ONE-SIGNAL)方法测量弹波和小音盆的非线性刚性

SIM closed box analysis

从LSI BOX导入大信号参数仿真最大位移、直流位移、压缩、SPL、失真

SIM vented box analysis

从LSI BOX导入大信号参数,仿真最大位移、直流位移、压缩、SPL、谐波失真

PWT 8 Woofers Param. ID Noise

使用内部测试信号 (无循环、无步进)对低音扬声器进行参数识别

PWT Woofer Param. ID MUSIC

使用外部测试信号 (无ON/OFF循环、无步进)对低音扬声器进行参数识别

PWT Woofer param. ID NOISE

使用内部测试信号 (无ON/OFF循环、无步进)对低音扬声器进行参数识别

AUR auralization

大信号性能的实时可听化


标准

音频工程学会
AES2 Recommended practice Specification of Loudspeaker Components Used in Professional Audio and Sound Reinforcement (AES2推荐的用于专业音频和声音增强的扬声器组件的实用规范)

国际电工委员会
IEC 60268-5 Sound System Equipment, Part 5: Loudspeakers (IEC60268-5声音系统设备,第5部分: 扬声器)
IEC 62458 Sound System Equipment – Electroacoustic Transducers - Measurement of Large Signal Parameters (IEC62458 声音系统设备 - 电声换能器 - 大信号参数的测量)
IEC 62459 Sound System Equipment – Electroacoustic Transducers – Measurement of Suspension Parts (IEC62459 声音系统设备 - 电声换能器 - 悬挂部件的测量)




论文和预印本

“Loudspeaker Nonlinearities. Causes, Parameters, Symptoms”
“Loudspeaker Nonlinearities. Causes, Parameters, Symptoms” (Know-How Poster)
“Assessing the Large Signal Performance of Loudspeakers” 
“Large Signal Performance of Tweeters” 
“Measurement of Large Signal Parameters”


W. Klippel, “Dynamic Measurement of Loudspeaker Suspension Parts,” J. of Audio Eng. Soc. 55, No. 6, pp. 443-459 (2007 June).

D. Clark, “Precision Measurement of Loudspeaker Parameters,“ J. of Audio Eng. Soc., Volume 45, pp. 129 – 140, (1997 March).

W. Klippel, “Measurement of Large-Signal Parameters of Electro-dynamic Transducer,” presented at the 107th Convention of the Audio Eng. Soc., New York, September 24-27, 1999, Preprint 5008.

M. Dodd, et al., “Voice Coil Impedance as a Function of Frequency and Displacement,” presented at the 117th Convention of the Audio Eng. Soc., 2004 October 28–31, San Francisco, CA, USA.

W. Klippel, et al. “Fast Measurement of Motor and Suspension Nonlinearities in Loudspeaker Manufacturing,” presented at the 127th Convention of the Audio Eng. Soc., 2009 October 9-12, New York, NY, USA.

R. H. Small, “Assessment of Nonlinearity in Loudspeakers Motors,” in IREECON Int. Convention Digest (1979 Aug.), pp. 78-80.

A. J. M. Kaizer, “Modeling of the Nonlinear Response of an Electrodynamic Loudspeaker by a Volterra Series Expansion,” J. of Audio Eng. Soc., Volume 35, pp. 421-433 (1987 June).

W. Klippel, “Dynamical Measurement of Non-Linear Parameters of Electro-dynamical Loudspeakers and their Interpretation”, J. of Audio Eng. Soc. 30 (12), pp. 944 - 955, (1990).

M. Knudsen, et al., “Determination of Loudspeaker Driver parameters Using a System Identification Technique,” J. of Audio Eng. Soc., Volume 37, No. 9.

W. Klippel, “Nonlinear Modeling of the Heat Transfer in Loudspeakers,” J. of Audio Eng. Soc. 52, Volume 1, 2004 January.