專利名稱：電致發(fā)聲裝置的自適應(yīng)發(fā)聲方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機動車輛喇叭，尤其無觸點的電子喇叭的電子模塊如何適應(yīng)組裝后的喇叭機 械特性及隨著時間的推移自身狀態(tài)和環(huán)境的變化仍能高效發(fā)聲，符合性能、壽命指標。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的觸點式汽車喇叭，主要因為其觸點的壽命比較短，很多都用電子穩(wěn)頻的方式控制 觸點的通斷，穩(wěn)頻的方法很多，如基于RC振蕩、晶體、陶瓷及用集成電路、單片機等，無論 其采用那種方法，雖然解決了觸點壽命的問題，但仍有以下幾個問題難以解決
1、 生產(chǎn)制造過程復雜。
需要逐個喇叭匹配頻率參數(shù)，即找到聲級最高的頻率點，再焊接相應(yīng)參數(shù)的器件或在單片 機等可編程器件中寫入相應(yīng)的參數(shù)。因為喇叭本身機械制造工藝的關(guān)系，喇叭整體自振頻率 分布在一定的范圍內(nèi)，使電路的穩(wěn)頻頻率與機械自振頻率不同，從而影響其發(fā)聲的聲級。
2、 因為環(huán)境溫度的影響及其他短時或長期的機械作用影響，使自振頻率發(fā)生了偏移，從而導 致頻率不匹配，聲級變化，目前無法解決。
3、 電子電路本身決定控制頻率的器件的參數(shù)受到溫度等影響，從而導致頻率不匹配，聲級變 化，目前靠提高器件穩(wěn)定性來解決，成本高。
4、 因為長期違背自然特性使用，使膜片壽命降低。
5 、以上的問題其實也同樣存在于另 一個控制參數(shù)——通電率上。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是為了解決上述這些問題。
先看一下喇叭結(jié)構(gòu)示意圖，圖1是一般的采用電子模塊控制的喇叭的結(jié)構(gòu)圖。圖2是本 發(fā)明用到的傳感部分的結(jié)構(gòu)示意。圖中人為定義了膜片動鐵心組合的運動方向即6上升方向 和7下降方向，它包括一般電子喇叭的內(nèi)部構(gòu)成，2動鐵心與5動鐵心臺階與1膜片鉚接在 一起，1膜片外圍被固定在12外殼上，3線圈及其骨架與4靜鐵心固定在12外殼底部。
一、 測控方法。
喇叭鳴叫工作時，是以"線圖通電周期+線圏斷電周期'，的不斷循環(huán)驅(qū)動膜片運動發(fā)出 聲音，此每秒循環(huán)的次數(shù)即頻率，通電周期占"通電周期+斷電周期"的比例即通電率。以 線圈通電時的電流變化波形為一個波，接近剛通電時刻的稱為波頭，接近將斷電時刻的稱為 波尾。
1、 電流波形特征搜索法。 a)基本依據(jù)
平衡波是電流最小，效率最高的標志，電流陡升頻率點(未陡升時)是聲級最大的標 志。根據(jù)電流波形特征與最大聲級頻率點的關(guān)系，確定最大聲級頻率點。通電時的電 流波形在逐漸接近并低于最大聲級頻率點時波尾高，在最大聲級頻率點波形首尾平衡 (我稱之為平衡波)，在高于該頻率點時波頭高。該波形特征在以一定頻率鳴叫的開 始若干個周期內(nèi)并不顯現(xiàn)，在工作電壓低時特征顯現(xiàn)需更多個工作周期，且隨著電壓 的降低在一定通電率下波形特征可能會有所變化，如沒有標準的平衡波，或平衡波的 頻率范圍很窄，比較容易看到的是波最高峰在波頭或在波尾的變化，這頭尾中間的變 化點即對應(yīng)著最大聲級頻率點。在低電壓波形特征不明顯時，加大通電率，增加頻率 變化等可使特征顯現(xiàn)。低電壓時實際有2個變化點，一個時靠近通電周期開始處的上 升段，經(jīng)歷由普通變緩再變陡的過程，另一個是近結(jié)束處，經(jīng)歷由普通變陡的過程，用 微分可以找到變化點，前一個變化點的再變陡的點對應(yīng)最大聲級點。
b) 對應(yīng)關(guān)系在一定頻率鳴叫下，電流上表現(xiàn)有最小電流點和電流陡升點，前者對 應(yīng)平衡波，后者對應(yīng)尾峰消失點，前者頻率比后者低，有時兩者會是合一的，最 佳頻率點即在此2點之間，電流陡升點對應(yīng)聲級陵落點，其前面尚未陵升處即最 大聲級點。取平衡波點更利于嘲叭的壽命，穩(wěn)定性好；取尾峰消失點，聲級最大， 兩者聲級相差很小。
c) 硬件電流取樣經(jīng)過放大處理后，可以如圖5所示，直接接入A/D,用軟件進行 處理，也可以如圖3、圖4等先由硬件處理，這樣實時性務(wù)纖些。
d) 步驟
i. 檢測工作電壓，確定后面采用的通電率，也可對頻率范圍做調(diào)整，電壓低則 最大聲級頻率點也會低一點，例如可能11. 4V比13V低約2Hz， 9V又低約4Hz。
ii. 從某一頻率開始，變化頻率，掃過該喇叭可能的最大聲級頻率段，邊掃邊檢 測波形的前峰和后峰，例如，從高頻往低頻掃，僅用AD判斷的話，在剛巧出 現(xiàn)尾峰高于頭峰時，即停止掃描；在只能看到單個峰時，也可以判斷峰在頭 變?yōu)樵谖仓畷r；或微分判斷波前部由緩再變陵之時。加大頻率間隔可以縮短 掃描過程，例如以2Hz為變化步長。
iii. 上一步驟進行時，也可以由本周期測得的特征數(shù)據(jù)計算決定下一個掃頻測試 周期的頻率，例如，本周期測得的前峰很大，后峰很小，則可以加大降頻的 幅度。
iv. 由上一步驟，經(jīng)過運算校正(根據(jù)事先的實驗數(shù)據(jù))，可以粗略地確定最大聲 級頻率點，例如以頭、尾峰的差值，對頻率做更細的調(diào)整，直接用此頻率開 始正式鳴叫。但我們還可以進行更準確的測定。
v. 進一步的測定
1.頻率回溯再測。例如原來是降頻掃描的，則再以更小的步長升頻掃描到前 一個頻率點，或跳選中點頻率。這樣可以細化頻率點，例如到0. 5Hz精度。
2.鳴叫若干周期后看平衡波，如前峰高則調(diào)低頻率，后峰高則調(diào)高頻率。直 至出現(xiàn)平衡波，或前述的最大聲級點特征。如此可反復多次。
vi. 以上述確定的頻率和工作電壓確定的通電率或固定通電率開始正式鳴叫。
vii. 在鳴叫中，還可以選擇實時調(diào)整，例如用"iv. 2"方法。
2、 電流波形特征的直接反饋趨近法.
此方法可以用軟件或硬件為主實現(xiàn)，根據(jù)"電流波形特征軟件法"所述的髙于最 大聲級頻率點和低于時的前、后峰特點，直接反饋調(diào)整頻率，例如以前、后峰之差或 最高峰相位的移動或前述的其他可量化特征來反饋調(diào)整頻率，純電路實現(xiàn)則可以時基 電路等，用單片機或?qū)Ｓ眉呻娐范伎?。差的越大反饋量也越大，這樣才能快速到位。
3、 波頭波尾差值鑒別法
在出現(xiàn)波頭、波尾峰時，可以簡單地4艮據(jù)波頭、波尾峰值差來鑒別最大聲級頻率 點，波尾峰最小的波是聲級最大的。但在峰不現(xiàn)時，則波頭能量越大，聲級越大。通 過實測的電流波形數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析及試驗(可以通過A/D轉(zhuǎn)化測得數(shù)據(jù))可以找到這樣 一個波頭波尾的分界線，這個分界線前面的電流之和(可以是A/D采樣值之和，正值 之和或平方和等，也可以是電路積分)減去后面電流之和為最大時正好基本對應(yīng)最大 聲級點，如此，則頻率偏大還是偏小，看差值大小，小則頻率偏高，其閥值與電壓也 有關(guān)，可以通過各個電壓下的實驗來確定。電壓低時前峰可能不現(xiàn)，但"和"的規(guī)律 仍存在，閥值點也可通過起始工作時掃描頻率來獲知。
此方法，既可用于前面"1、"的搜索法依據(jù)，也可用于"2、"的直接反饋趨近法 的依據(jù)。
4 、 以上方法也可以與余振法等結(jié)^^吏用。 二、傳感的裝置和方法。
1、 電流取樣
a) 喇叭線圏工作電流變化影響所及的回路上用電阻取樣。如喇叭線團連接正電源的 回路上串接；或喇叭線圏連接功率管的回路上，功率管與地之間；或總回路串接
(通電時喇叭線團以外的電流很d 、，可以忽略)。
b) 或用類似感應(yīng)線圖等感應(yīng)與喇叭線圖電流一起變化的磁場。感應(yīng)線圏不局限于圖 示位置。
2、 直接電源電壓取洋式
從喇叭電源的入端取樣電源電壓的變化，它一般反映了喇叭電流的變化，當然，在其電源 引入端或取樣端要加瞬態(tài)抑制二極管，引入后宜去除其直流分量，視信號大小可選擇放大， 根據(jù)波形的變化(如經(jīng)微分電路，或積分電路后)再行判定其對應(yīng)膜片振動底端的特征點。 應(yīng)針對電源電壓可能出現(xiàn)的變化范圍設(shè)置防護措施，如加瞬態(tài)抑制二極管。此方法需要電源 到喇叭的線路電阻比較穩(wěn)定，如果變化很大則不適用。
三、信號處理和鑒出。
除采用一般的放大、濾波等電路進行傳感信號的處理以外，本發(fā)明還有以下特點。 微分電路鑒出峰值點的方法
在峰值點微分值會經(jīng)歷+ 0 -(表示從正值到零到負值，下同。)或-0 +的變化，2次從0 點到0點同樣序列(如+ 0-到+ 0-,或-0 +到-0+ )的變化間隔時間即一個變化周期，2 次不同序列從0到0 (如+0-到-0 + )的變化即半周。以此可以測出余振的頻率，但當余 振波在一條斜線上時，需要作些矯正工作，如先低頻濾波將基線變成直線或根據(jù)經(jīng)驗值和計 算作出校正。
微分電路的簡易替代方法
微分電路部分除可以采用運放構(gòu)成之外，還可以僅用電阻電容在比較器的輸入端構(gòu)成，其 方法為傳感器放大出來的信號連接到電壓比較器的輸入端1,在輸入端1和輸入端2之間 連接1個電阻，輸入端2連接到穩(wěn)定電平(如地或電源正)。對于已經(jīng)配置電壓比較器的單片 機來說，這個方法是簡捷廉價的。
如果同時配置A/D,如圖5，微分電路+比較器電路也可以輔助軟件找出峰值點，再由軟件 采樣其峰值大小即幅值，用于邊工作邊調(diào)整的方法。


圖1是一般的采用電子模塊控制的喇叭的結(jié)構(gòu)圖。圖中人為定義了膜片動鐵心組合的運 動方向即上升和下降方向。
圖2是本發(fā)明用到的傳感部分的結(jié)構(gòu)示意。
圖3微分電路部分除可以采用運放構(gòu)成之外，還可以僅用電阻電容在比較器的輸入端構(gòu) 成，其方法為傳感器放大出來的信號連接到電壓比較器的輸入端1,在輸入端1和輸入端2 之間連接1個電阻，輸入端2連接到穩(wěn)定電平(如地或電源正)。本發(fā)明其他用到微分電路的 部分也可以用這個方法代換。對于已經(jīng)配置電壓比較器的單片機來說，這個方法是簡捷廉價的。
圖4是用檢測信號變化率。還可用于識別峰值，計算信號周期。
圖5是在A/D轉(zhuǎn)換后用軟件檢測控制。圖6是不采用微處理器，而用組合邏輯電路實現(xiàn)。 上述硬件框3至圖5中各個單元的作用如下。
取樣傳感放大單元將各式傳感所得的信號，視其大小需要放大的予以放大。
比較器單元由取樣單元1取得的信號與基準信號比較，輸出邏輯電平，如和零電位比較, 大于零電位時輸出高電平，小于零電位時輸出低電平。
微處理器、振蕩基準源單元因為每次鳴叫都是先測后控制，所以本身的基準源精度差點 問題不大，可以用單片機內(nèi)部自帶的振蕩源。判斷比較器單元輸出電平的變化，或A/D值的 變化，計算最佳頻率和或最佳通電率，并以此頻率和或通電率的電平變化輸出給驅(qū)動單元。
驅(qū)動單元將輸入的電平變化，控制功率管的通斷，從而控制喇叭線圏的通斷電。
喇叭線圏單元如圖1的3，其通斷電吸合和放開動鐵心，帶動膜片發(fā)出聲音。
微分電路單元將信號作微分后輸出。如通常以運放電路為主實現(xiàn)的。
文中在一個例子或?qū)崿F(xiàn)中涉及2個硬件電路框圖的，主要是變化其輸入部分，如增加不 同的輸入部分，匸徵處理器和執(zhí)行部分仍是一套。
具體實施例方式
例電流波形特征搜索法
用一定阻值的電阻絲串接在能反映線圏電流變化的回路中，如線圖和正電壓之間，或驅(qū) 動線圈的MOSFET與地之間，前者經(jīng)過電容隔直后去放大器，放大器可以用運放組成，要求低 的也可用三極管。放大到適合A/D幅值，因為主要看波形上部的變化，故其下部可以削去， 增大其上部的分辨率，此比例視實驗數(shù)據(jù)而定。如需采樣電源電壓來決定參數(shù)，則用分壓電 阻，使達到最大工作電壓時分出5v電壓，也可額定電壓時分出5v (這樣的話，大于額定電 壓的不去調(diào)整，會趨保守值)，要避免100多伏的電源干擾電壓，此分壓接到單片機的A/D輸 入端，或用比較器來分段鑒別也可?？刂贫擞脝纹瑱C的I/O 口輸出，通過9014開關(guān)管驅(qū)動 M0SFET控制線圏通斷電。步驟在前面已經(jīng)詳細介紹。
電流的采樣，也可以通過感應(yīng)線圏對喇叭線圏的磁感應(yīng)獲得，也可利用其他磁感應(yīng)獲得。 雖然在例舉的硬件電路框圖中包含有微處理器，在實際應(yīng)用中也可以是其他的可編程時 序器件，在時序要求比較簡單的應(yīng)用中也完全可以用數(shù)字、模擬混合的組合電路來實現(xiàn)。
傳感部分的內(nèi)容適合于任意反饋控制形式的實現(xiàn)。 本發(fā)明包含所有這些處于權(quán)利要求范圍內(nèi)的選擇、修改、變化。
權(quán)利要求
1.一種電致發(fā)聲裝置的自適應(yīng)發(fā)聲方法和裝置，其特征在于，每次上電后在正常鳴叫前有一個測試喇叭參數(shù)的過程或調(diào)整喇叭控制參數(shù)的鳴叫過程，此過程決定了該次鳴叫的部分或所有控制參數(shù)，以此控制喇叭鳴叫，其組成包括傳感、信號處理、判斷和控制驅(qū)動。
2. —種電致發(fā)聲裝置的自適應(yīng)發(fā)聲方法和裝置，其特征在于，每次上電后鳴叫時以喇叭線 圏電流的特征為依據(jù)調(diào)整線圏的通斷電頻率，以此控制喇叭鳴叫，其組成包括傳感、信 號處理、組合邏輯和驅(qū)動。
3. —種電致發(fā)聲裝置的自適應(yīng)發(fā)聲方法和裝置，其特征在于，在鳴叫過程中調(diào)整控制參數(shù)， 以達到要求指標，其組成包括傳感、信號處理、組合邏輯和驅(qū)動。
全文摘要
本發(fā)明涉及電致發(fā)聲裝置的自適應(yīng)高效發(fā)聲的各個方面，包括傳感、信號處理、控制，及測試和控制方法。解決包括便捷生產(chǎn)、使用性能的穩(wěn)定性、使用壽命等問題。
文檔編號H04R29/00GK101102623SQ200610028608
公開日2008年1月9日 申請日期2006年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月3日
發(fā)明者剛 阮 申請人:剛 阮