本發(fā)明涉及揚(yáng)聲器領(lǐng)域，更具體地，本發(fā)明涉及一種檢測揚(yáng)聲器音圈振動位移的方法、裝置及揚(yáng)聲器單體。

背景技術(shù)：

移動互聯(lián)時代，消費(fèi)類電子產(chǎn)品越來越受青睞，大量的智能設(shè)備出現(xiàn)在人們的日常生活里。揚(yáng)聲器作為一種發(fā)聲器件，被廣泛應(yīng)用于消費(fèi)電子產(chǎn)品中。目前常見的揚(yáng)聲器主要有動圈式揚(yáng)聲器、電磁式揚(yáng)聲器、電容式揚(yáng)聲器、壓電式揚(yáng)聲器等，動圈式揚(yáng)聲器因其具有制作相對簡單、成本低廉、有較好的低頻發(fā)聲優(yōu)勢等特點(diǎn)，而得以廣泛應(yīng)用。但在設(shè)備輕薄化、大功率化的趨勢下，功放輸出給揚(yáng)聲器的功率越來越高，揚(yáng)聲器振動位移也變得更大，對振幅控制準(zhǔn)確與否從很大程度上決定了揚(yáng)聲器的失真、聽感和使用壽命。找到合適的方法監(jiān)控?fù)P聲器的位移成為亟需解決的問題。

現(xiàn)有的功放技術(shù)通過預(yù)先測試得到的位移模型，根據(jù)音樂信號預(yù)測揚(yáng)聲器振動位移幅度，使用正反饋(前饋)的方法對揚(yáng)聲器進(jìn)行位移監(jiān)控。該技術(shù)存在以下缺點(diǎn)：

a)位移模型僅根據(jù)少量樣品建模取得，實(shí)際上每只產(chǎn)品的模型存在差異。

b)產(chǎn)品在使用過程中可能發(fā)生性能變化，該技術(shù)對產(chǎn)品參數(shù)變化的追蹤，僅依靠V-I Sense得到的阻抗數(shù)據(jù)，不夠準(zhǔn)確。

c)位移是預(yù)測數(shù)據(jù)，與實(shí)際并不完全一致，如果位移模型與實(shí)際不符則會加大預(yù)測誤差。

d)因?yàn)槲灰票Ｗo(hù)存在誤差，往往實(shí)際使用時需要加大位移保護(hù)余量，從而限制了揚(yáng)聲器輸出功率和性能的發(fā)揮。

現(xiàn)有的揚(yáng)聲器保護(hù)方案是在揚(yáng)聲器球頂部上添加一層駐極體層，與金 屬外殼上蓋構(gòu)成平行板電容器，通過監(jiān)測該電容的容值，從而計算得到振膜振動位移變化。但是該方案存在以下缺點(diǎn)：

包含駐極體層的球頂部加工工藝復(fù)雜，不易實(shí)現(xiàn)；

從駐極體層引線實(shí)現(xiàn)工藝復(fù)雜，生產(chǎn)成本高；

駐極體層引線導(dǎo)致球頂部振動不平衡，產(chǎn)生偏振和額外失真。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個目的是提供一種準(zhǔn)確檢測揚(yáng)聲器位移的新技術(shù)方案。

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種檢測揚(yáng)聲器音圈振動位移的方法，包括：

檢測所述音圈在平衡位置時、所述音圈與所述揚(yáng)聲器的磁路系統(tǒng)之間構(gòu)成的電容器的容值，作為第一容值；

檢測所述音圈振動到另一位置時所述電容器的容值，作為第二容值；

檢測所述音圈在所述另一位置和所述平衡位置時正對所述磁路系統(tǒng)的高度差；

檢測所述音圈振動到當(dāng)前位置時所述電容器的容值，作為當(dāng)前容值；

根據(jù)所述第一容值、所述第二容值、所述高度差和所述當(dāng)前容值，計算得到所述音圈的當(dāng)前振動位移。

可選的是，所述檢測所述音圈在所述另一位置和所述平衡位置時正對所述磁路系統(tǒng)的高度差具體為：

檢測所述音圈在所述初始位置時正對所述磁路系統(tǒng)的高度得到第一高度；

檢測所述音圈在所述另一位置時正對所述磁路系統(tǒng)的高度得到第二高度；

計算所述第二高度和所述第一高度的差值作為所述高度差。

可選的是，所述方法還包括：

將所述振動位移與所述揚(yáng)聲器的位移模型中對應(yīng)當(dāng)前頻率的參考位移進(jìn)行比較，如果所述振動位移與所述參考位移之間的差值超過設(shè)定值，則將對應(yīng)所述當(dāng)前容值的參考位移替換為所述振動位移。

根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種檢測揚(yáng)聲器音圈振動位移的裝置，包括：

第一檢測模塊，用于檢測所述音圈在平衡位置時、所述音圈與所述揚(yáng)聲器的磁路系統(tǒng)之間構(gòu)成的電容器的容值，作為第一容值；檢測所述音圈振動到另一位置時所述電容器的容值，作為第二容值；

高度檢測模塊，用于檢測所述音圈在所述另一位置和所述平衡位置時正對所述磁路系統(tǒng)的高度差；

第二檢測模塊，用于檢測所述音圈振動到當(dāng)前位置時所述電容器的容值，作為當(dāng)前容值；以及，

計算模塊，用于根據(jù)所述第一容值、所述第二容值、所述高度差和所述當(dāng)前容值，計算得到所述音圈的當(dāng)前振動位移。

可選的是，所述高度檢測模塊包括：

第一高度檢測單元，用于檢測所述音圈在所述初始位置時正對所述磁路系統(tǒng)的高度得到第一高度；

第二高度檢測單元，用于檢測所述音圈在所述第二位置時正對所述磁路系統(tǒng)的高度得到第二高度；

高度差計算單元，用于計算所述第二高度和所述第一高度的差值作為所述高度差。

可選的是，所述裝置還包括：

比較模塊，用于將所述振動位移與所述揚(yáng)聲器的位移模型中對應(yīng)當(dāng)前頻率的參考位移進(jìn)行比較；

替換模塊，用于如果所述振動位移與所述參考位移之間的差值超過設(shè)定值，則將對應(yīng)所述當(dāng)前容值的參考位移替換為所述振動位移。

根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種揚(yáng)聲器單體，包括前述檢測揚(yáng)聲器音圈位移的裝置。

根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供了一種揚(yáng)聲器單體，包括與所述揚(yáng)聲器單體的音圈連接的第一連接線、與所述揚(yáng)聲器單體的磁路系統(tǒng)連接的第二連接線、電容檢測電路和位移計算電路，所述電容檢測電路被設(shè)置為檢測所述第一連接線和所述第二連接線之間的容值，所述位移計算電路被設(shè)置 為通過所述電容值計算所述揚(yáng)聲器單體音圈的振動位移。

可選的是，所述磁路系統(tǒng)包括盆架、磁鐵和華司中至少一種。

可選的是，所述揚(yáng)聲器單體為動圈式揚(yáng)聲器。

本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在現(xiàn)有技術(shù)中，存在加工工藝復(fù)雜、不易實(shí)現(xiàn)、生成成本高、易產(chǎn)生偏振和額外失真的問題。本發(fā)明的實(shí)施例中，通過實(shí)時檢測音圈和磁路系統(tǒng)之間形成的電容器的容值，監(jiān)測音圈的振動位移，這樣，易于實(shí)現(xiàn)，且可規(guī)避振動不平衡造成的偏振和失真。因此，本發(fā)明所要實(shí)現(xiàn)的技術(shù)任務(wù)或者所要解決的技術(shù)問題是本領(lǐng)域技術(shù)人員從未想到的或者沒有預(yù)期到的，故本發(fā)明是一種新的技術(shù)方案。

通過以下參照附圖對本發(fā)明的示例性實(shí)施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征及其優(yōu)點(diǎn)將會變得清楚。

附圖說明

被結(jié)合在說明書中并構(gòu)成說明書的一部分的附圖示出了本發(fā)明的實(shí)施例，并且連同其說明一起用于解釋本發(fā)明的原理。

圖1為現(xiàn)有揚(yáng)聲器的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為根據(jù)本發(fā)明一種檢測揚(yáng)聲器音圈振動位移的方法的一種實(shí)施方式的流程圖；

圖3為根據(jù)本發(fā)明一種檢測揚(yáng)聲器音圈振動位移的裝置的一種實(shí)施結(jié)構(gòu)的方框原理圖；

圖4為根據(jù)本發(fā)明一種檢測揚(yáng)聲器音圈振動位移的裝置的另一種實(shí)施結(jié)構(gòu)的方框原理圖；

圖5為根據(jù)本發(fā)明一種揚(yáng)聲器單體的一種實(shí)施方式的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記說明：

1-音圈； 2-盆架；

3-磁鐵； 4-華司；

5-第一連接線； 6-第二連接線；

U1-電容測試電路； U2-位移計算電路。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在將參照附圖來詳細(xì)描述本發(fā)明的各種示例性實(shí)施例。應(yīng)注意到：除非另外具體說明，否則在這些實(shí)施例中闡述的部件和步驟的相對布置、數(shù)字表達(dá)式和數(shù)值不限制本發(fā)明的范圍。

以下對至少一個示例性實(shí)施例的描述實(shí)際上僅僅是說明性的，決不作為對本發(fā)明及其應(yīng)用或使用的任何限制。

對于相關(guān)領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的技術(shù)、方法和設(shè)備可能不作詳細(xì)討論，但在適當(dāng)情況下，所述技術(shù)、方法和設(shè)備應(yīng)當(dāng)被視為說明書的一部分。

在這里示出和討論的所有例子中，任何具體值應(yīng)被解釋為僅僅是示例性的，而不是作為限制。因此，示例性實(shí)施例的其它例子可以具有不同的值。

應(yīng)注意到：相似的標(biāo)號和字母在下面的附圖中表示類似項(xiàng)，因此，一旦某一項(xiàng)在一個附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對其進(jìn)行進(jìn)一步討論。

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的監(jiān)測音圈位移的揚(yáng)聲器加工工藝復(fù)雜、不易實(shí)現(xiàn)、生成成本高、易產(chǎn)生偏振和額外失真的問題，本發(fā)明提供了一種檢測揚(yáng)聲器音圈振動位移的方法、裝置及揚(yáng)聲器單體。

本發(fā)明檢測揚(yáng)聲器音圈振動位移的方法及裝置可以但不局限于應(yīng)用于動圈式揚(yáng)聲器，如圖1所示，動圈式揚(yáng)聲器包括帶動振膜振動的音圈1和磁路系統(tǒng)，其中磁路系統(tǒng)包括盆架2、磁鐵3和華司4，而揚(yáng)聲器振膜和音圈1的振幅控制準(zhǔn)確與否從很大程度上決定了揚(yáng)聲器的失真、聽感和使用壽命。

圖2為根據(jù)本發(fā)明一種檢測揚(yáng)聲器音圈振動位移的方法的一種實(shí)施方式的流程圖。

如圖2所示，包括如下步驟：

步驟S201，音圈在平衡位置時，檢測該音圈與磁路系統(tǒng)之間構(gòu)成的平行板電容器的容值，作為第一容值。其中，本發(fā)明中的磁路系統(tǒng)為盆架2、磁鐵3和華司4中的至少一種。下面以音圈1作為電容器的第一極板、盆架2作為平行板電容器的第二極板為例對本發(fā)明的方法進(jìn)行說明。

具體的，平衡位置為音圈1沒有發(fā)生振動時的位置，即揚(yáng)聲器沒有播放聲音時音圈1所處的位置。

步驟S202，檢測音圈振動至另一位置時上述電容器的容值，作為第二容值。

當(dāng)揚(yáng)聲器播放聲音時，音圈1將會在磁路系統(tǒng)中產(chǎn)生振動，第一極板與第二極板之間的正對面積發(fā)生變化，從而改變平板電容器的容值。當(dāng)音圈1振動至除平衡位置至外的任意位置時，檢測上述平行板電容器的容值作為第二容值。

步驟S203，檢測音圈在上述另一位置和平衡位置時正對磁路系統(tǒng)的高度差。

具體的，可以是通過激光測位移設(shè)備檢測音圈在初始位置時正對第二極板的高度得到第一高度；檢測音圈在另一位置時正對第二極板的高度得到第二高度；計算第二高度和第一高度的差值作為高度差。

步驟S204，檢測音圈振動至當(dāng)前位置時平行板電容器的容值，作為當(dāng)前容值。

為了能夠?qū)崟r監(jiān)測音圈的振動位移，需實(shí)時監(jiān)測音圈與上述磁路系統(tǒng)之間構(gòu)成的平行板電容器的容值。音圈振動至當(dāng)前位置時平行板電容器的容值作為當(dāng)前容值。

步驟S205，根據(jù)第一容值、第二容值、高度差和當(dāng)前容值，計算得到音圈的當(dāng)前振動位移。

具體的，由于當(dāng)前容值C_t的計算公式為：

Δh＝h₂-h₁ 公式(4)

其中，C₁為第一容值，C₂為第二容值，ε為介質(zhì)介電常數(shù)，d為兩個極板的等效間距，l為平行板電容器兩個極板正對面的固定長度邊邊長(大約為音圈的周長)，h_t為平行板電容器兩個極板(磁路系統(tǒng))的當(dāng)前正對 高度，h₁為音圈在平衡位置時兩個極板的正對高度，h₂為音圈在上述另一位置時兩個極板的正對高度，Δh為高度差，x_t為音圈的當(dāng)前振動位移。

因此，通過上述公式(1)至公式(4)可以推導(dǎo)出：

$x_t=\frac{C_1-C_t}{C_2-C_1}\mathrm{\Δ}h$

這樣，就可以根據(jù)第一容值、第二容值、高度差和當(dāng)前容值，計算得到實(shí)時的音圈振動位移。

在本發(fā)明的另一個實(shí)施例中，還可以是預(yù)先通過模型校準(zhǔn)得到表征容值與位移之間一一對應(yīng)關(guān)系的對照表，在揚(yáng)聲器的使用過程中，檢測到電容器的當(dāng)前容值后，查找對照表，確定揚(yáng)聲器音圈的當(dāng)前位移。

在工作于大功率、低頻條件下的音圈將會產(chǎn)生過大的位移，而過大的位移會導(dǎo)致失真急劇升高，甚至出現(xiàn)明顯的音圈與磁路系統(tǒng)的擦碰問題，這些都會造成產(chǎn)品系統(tǒng)的機(jī)械損傷。使用正反饋(前饋)的方法對揚(yáng)聲器進(jìn)行位移監(jiān)控，即預(yù)先測試得到表征電壓、頻率和位移關(guān)系的位移模型，根據(jù)位移模型和音樂信號預(yù)測揚(yáng)聲器振動位移幅度，如果預(yù)測的揚(yáng)聲器振動位移超過閾值，則降低揚(yáng)聲器的輸出，以保護(hù)揚(yáng)聲器、避免其損壞。

但是，由于揚(yáng)聲器在使用的過程中，可能會由于老化、溫度、材料特性、進(jìn)水等原因?qū)?dǎo)致位移模型與實(shí)際不符則會加大預(yù)測誤差，如果位移保護(hù)存在誤差，往往實(shí)際使用時需要加大位移保護(hù)余量，這樣，就限制了揚(yáng)聲器輸出功率和性能的發(fā)揮，因此，需要實(shí)時監(jiān)測揚(yáng)聲器音圈的位移變化，反饋到位移模型中。

在本發(fā)明的一個具體實(shí)施例中，本發(fā)明一種檢測揚(yáng)聲器音圈振動位移的方法還包括：將振動位移與揚(yáng)聲器的位移模型中對應(yīng)當(dāng)前頻率的參考位移進(jìn)行比較，如果振動位移與參考位移之間的差值超過設(shè)定值，則將對應(yīng)當(dāng)前容值的參考位移替換為振動位移，即將x_t反饋到位移模型中，這樣，即可實(shí)現(xiàn)對位移模型的負(fù)反饋，從而得到更加精確的位移模型，使得功放對揚(yáng)聲器的保護(hù)更加準(zhǔn)確，提升揚(yáng)聲器的輸出能力。

此時實(shí)際測得的位移可對功放算法里的位移模型形成反饋，相比僅使用前饋的位移預(yù)測更加準(zhǔn)確，更有能力保護(hù)揚(yáng)聲器，進(jìn)而減少揚(yáng)聲器的保護(hù)余量，提升揚(yáng)聲器的輸出功率。因?yàn)榉答佇畔⒏咏咏谡鎸?shí)位移，所 以對揚(yáng)聲器一致性和長時間工作造成的性能參數(shù)追蹤更加精確。

本發(fā)明方法還可以是監(jiān)控音圈的實(shí)際位移是否超出預(yù)設(shè)的安全閾值，如果超出就降低揚(yáng)聲器的輸入功率。也可以監(jiān)控該電容的變化數(shù)值是否超出預(yù)設(shè)的安全閾值，如果超出就降低揚(yáng)聲器的輸入功率。也可以監(jiān)控與該電容相連的電路的電流變化是否超出預(yù)設(shè)的安全閾值，如果超出就降低揚(yáng)聲器的輸入功率。

本發(fā)明還提供了一種檢測揚(yáng)聲器音圈振動位移的裝置，圖3示出了該裝置的一種實(shí)施結(jié)構(gòu)的方框原理圖。

根據(jù)圖3所示，該裝置300包括第一檢測模塊301、高度檢測模塊302、第二檢測模塊303和計算模塊304。

上述第一檢測模塊301用于檢測音圈在平衡位置時與揚(yáng)聲器的磁路系統(tǒng)之間構(gòu)成的電容器的容值，作為第一容值；檢測音圈振動到另一位置時電容器的容值，作為第二容值。

上述高度檢測模塊302用于檢測音圈在另一位置和平衡位置時正對磁路系統(tǒng)的高度差。

上述第二檢測模塊303用于檢測音圈振動到當(dāng)前位置時電容器的容值，作為當(dāng)前容值。

上述計算模塊304用于根據(jù)第一容值、第二容值、高度差和當(dāng)前容值，計算得到音圈的振動位移。

圖4為根據(jù)本發(fā)明一種用于檢測揚(yáng)聲器音圈振動位移的裝置的另一種實(shí)施結(jié)構(gòu)的方框原理圖。

如圖4所示，在本發(fā)明的一個具體實(shí)施例中，該高度檢測模塊302包括第一高度檢測單元401、第二高度檢測單元402和高度差計算單元403，第一高度檢測單元401用于檢測音圈在初始位置時正對磁路系統(tǒng)的高度得到第一高度；第二高度檢測單元402用于檢測音圈在第二位置時正對磁路系統(tǒng)的高度得到第二高度；高度差計算單元403用于計算第二高度和第一高度的差值作為高度差。

進(jìn)一步地，本發(fā)明裝置還包括比較模塊305和替換模塊306，比較模塊305用于將振動位移與揚(yáng)聲器的位移模型中對應(yīng)當(dāng)前頻率的參考位移進(jìn) 行比較；替換模塊306用于如果振動位移與參考位移之間的差值超過設(shè)定值，則將對應(yīng)當(dāng)前容值的參考位移替換為振動位移。

本發(fā)明還提供了一種揚(yáng)聲器單體，在一方面，該揚(yáng)聲器單體包括上述檢測揚(yáng)聲器音圈位移的裝置。

在另一方面，圖5為本發(fā)明揚(yáng)聲器單體的一種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)剖面圖，根據(jù)圖5所示，該揚(yáng)聲器單體包括與揚(yáng)聲器單體的音圈連接的第一連接線5、與揚(yáng)聲器單體的磁路系統(tǒng)連接的第二連接線6、電容檢測電路U1和位移計算電路U2，電容檢測電路U1被設(shè)置為檢測第一連接線5和第二連接線6之間的容值，位移計算電路U2被設(shè)置為通過電容值計算揚(yáng)聲器單體音圈1的振動位移。

音圈1與磁路系統(tǒng)之間構(gòu)成了平行板電容器，其中，磁路系統(tǒng)包括盆架2、磁鐵3和華司4，在本發(fā)明的實(shí)施例中，磁路系統(tǒng)為盆架2、磁鐵3和華司4中的至少一種，因此，第二連接線例如可以是連接在盆架2上，也可以是連接在磁鐵3上。

這樣，就不需要在球頂部添加額外駐極體層來監(jiān)測音圈位移，易于實(shí)現(xiàn)，且不需要在球頂部上引線，易于生產(chǎn)，從而可規(guī)避引線造成的振動不平衡造成的偏振和失真。

進(jìn)一步地，電容檢測電路U1可以是使用遠(yuǎn)高于音頻段的信號作為激勵源，通過測量電容的充放電時間來檢測電容器的容值，也可以是通過測量高頻信號經(jīng)過電容器后的衰減值來計算該電容器的容值。

在此基礎(chǔ)上，電容檢測電路U1和位移計算電路U2可以是通過智能功放控制單元，監(jiān)控音圈的實(shí)時位移，并在需要時減小揚(yáng)聲器的輸入功率，保護(hù)揚(yáng)聲器不會過于失真或者受到物理損傷。

為了便于驗(yàn)證，在本發(fā)明的一個具體實(shí)施例中，采用的揚(yáng)聲器單體為動圈式揚(yáng)聲器，該方法同樣適用于其他包含音圈1和磁路系統(tǒng)的揚(yáng)聲器。

本說明書中的各個實(shí)施例均采用遞進(jìn)的方式描述，各個實(shí)施例之間相同相似的部分相互參見即可，每個實(shí)施例重點(diǎn)說明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，尤其，對于裝置實(shí)施例部分而言，由于其基本相似于方法實(shí)施例，所以描述得比較簡單，相關(guān)之處參見方法實(shí)施例的部分說明即可，而 且各個實(shí)施例可以根據(jù)需要單獨(dú)使用或者相互結(jié)合使用。以上所描述的裝置實(shí)施例僅僅是示意性的，其中所述作為分離部件說明的模塊或單元可以是或者也可以不是物理上分開的，作為模塊或單元顯示的部件可以是或者也可以不是物理單元，即可以位于一個地方，或者也可以分布到多個網(wǎng)絡(luò)單元上?？梢愿鶕?jù)實(shí)際的需要選擇其中的部分或者全部模塊來實(shí)現(xiàn)本實(shí)施例方案的目的。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在不付出創(chuàng)造性勞動的情況下，即可以理解并實(shí)施。

雖然已經(jīng)通過例子對本發(fā)明的一些特定實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)說明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，以上例子僅是為了進(jìn)行說明，而不是為了限制本發(fā)明的范圍。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解。