KLIPPEL SCN原理及测量

KLIPPEL的SCN扫描测振仪系统是非常经典的一款集软硬件于一体的解决方案，从2006年开发至今，已经拥有庞大的用户群体，受益于其精确测量喇叭单元的几何形状和振膜的机械振动情况；软件分析可视化振动行为，并预测半空间任意点的声压输出和辐射特性；新颖的分解技术便于理解振动和辐射之间的相互作用，检测扬声器缺陷。

电声换能器（如低音单元、高音扬声器、耳机、微型扬声器等等）可以用几乎与输入信号属性无关的特性来描述。这些特性包含：谐振频率、损耗因数、以及等效电路模型中的其他集总参数（TS参数、非线性参数、热学参数）。

遗憾的是，集总参数模型仅适用于模拟低频段扬声器的驱动与机械系统，能描述声音信号由端口电信号（电压u和电流i）到驱动音圈运动产生机械信号（音圈速度v）的转换，是一维信号路径。在高频段，辐射体（可能是锥体、半球形膜片、振动盆、或是平板）不再是以刚性活塞模式振动了，因此需要一个包含了许多参数和状态变量的分布式力学参数模型来描述声输出。基本的振动参数及几何特性包含着有价值的信息，它们可以通过现代激光扫描技术精确测量。KLIPPEL SCN系统采用基于三角激光测量原理的激光传感器，可以以高信噪比测量到目标点与喇叭单体之间的距离，不仅提供振动数据，且可以高精度地获取辐射体的几何尺寸。

振动数据：描述辐射体振动的特性应当与测量期间设定的特定激励信号大小无关。以足够小的幅值进行测量，扬声器可以被视为一个线性系统，在参考信号与辐射体上点 rc 的力学状态信号之间是线性函数关系。SCN扫描获取到辐射体垂直于辐射平面的位移x(rc)，它不仅包含了交流信号，同时也包含了由于磁路或悬挂系统中的非线性所导致的直流分量，而速度和加速度也可以通过对位移进行微分运算得到。以端口的输入电压u作为参考信号，可以得到辐射体曲面上任意点的复传递函数：

几何数据：由每一个点 rc 的位置的描述就得到了被扫描辐射体的曲面形状，用笛卡尔坐标表示为（其中，yc 和 zc 位于被扫描平面上，xc是扫描点到这个面的垂直高度）：

用极坐标表示如下（其中，r 为半径，φ为角度）：

SCN扫描测量过程需要考虑以下方面：

环境条件：当需考察声辐射负载和气流的粘滞性时，扬声器单元应放置于自由空气中进行测量；当只考察力学部分时，扬声器单元应置于真空中进行测量。环境温度和空气的湿度均会改变振动盆和悬挂部件的特性。

表面处理：有时激光传感器需要辐射体的表面进行一些特殊的处理，比如涂上白点或是撒上白色的粉末以产生漫反射。这可以降低光学误差，增加被测信号的信噪比。但是无论如何，这附加的材料应该足够的薄，从而可以忽略其对振动特性的影响。

激励信号：要测量线性传递函数，我们推荐使用整形过的激励信号，从而在喇叭单元的输出端可以获得最佳的信噪比。一个连续的正弦扫频信号（线性调频信号）可以把基频响应和谐波失真分离开。如果给扬声器施加一个重复的信号，那么对被测量的信号进行平均，就可以提高信噪比。 然后，把时间信号转换到频域，传递函数的幅值和相位就可以得到了。

测量网格：扫描程序针对辐射体表面上一个二维网格点完成一系列的测量。我们推荐网格点的坐标采用笛卡乐坐标或是极坐标方式来表示，这是因为这两种坐标能够与轴对称形状或是矩形几何形状相匹配，大多数扬声器单元的振动部件均是这两种形状，而且这样得到的数据可以很容易地导入FEA或是BEA数值分析软件中进行处理。

Klippel SCN激光扫描系统提供多种扫描网格。Explore Scan探讨扫描已经有足够高精度来预估声压输出；Detailed Scan详细扫描则可用高精度来分析振膜各处位移情况以及一些不规则振动行为；Profile Scan概要扫描所花时间最少，但是只能用来检测完全轴对称的振动，不能精确预估声压输出；Rectangular Scan矩形扫描一般应用于TV喇叭和微型扬声器的扫描。