聲場測量儀的製作方法
2023-10-23 07:21:02
專利名稱：聲場測量儀的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及機械動力裝置噪聲測量領域，尤其是涉及一種聲場測量儀。
背景技術：
目前，聲場信息的獲得，除了通過測量聲壓信號、也採用測量聲強信號來 獲得。聲強信號比聲壓信號更能表述聲場的信息，但是，目前聲強測量的效率、 頻率範圍、操作性、數據信息範圍等限制它的使用，實際中大量的噪聲測量還 是採用聲壓計。
實用新型內容
本實用新型所要解決的技術問題是提供一種聲場測量儀，適用於寬頻帶測 量聲場。
本實用新型為解決上述技術問題而採用的技術方案是提出一種聲場測量 儀，包括三維聲強探頭，包含三對聲強話筒以及一主聲壓話筒，每對聲強話 筒分別間隔地布置在三維坐標軸之一上，該主聲壓話筒布置在該三維坐標軸的 原點；以及多通道採集器，連接該三維聲強探頭，用以採集每一話筒所獲取的信號。
在上述的聲場測量儀中，上述的三維聲強探頭具有一支架，該支架具有分 別沿三維坐標軸延伸的三個延伸杆以及自三維坐標軸原點延伸的主話筒插入 管道，其中每一延伸杆分別設置一對所述的聲強話筒，該主話筒插入管道用於 插入所述的主聲壓話筒。
在上述的聲場測量儀中，上述的主聲壓話筒的聲膜位於三維坐標軸的原點。
在上述的聲場測量儀中，還包括至少一參考聲壓話筒，連接所述多通道採集器，用以採集至少一參考信號並輸入所述多通道採集器。
在上述的聲場測量儀中，上述的多通道採集器是由8通道計算機採集虛擬 儀器系統構成。
本實用新型由於採用以上技術方案，增加了多個話筒，可以組合成寬頻三 維聲強探頭來進行寬頻測量。並且採集參考信號有助於補充聲場信號的採集， 使聲強信號增加了各點聲強信號之間的相位關係。本實用新型的聲場測量儀可 以快速、高效地進行聲場的寬頻噪聲測量。
為讓本實用新型的上述目的、特徵和優點能更明顯易懂，
以下結合附圖對 本實用新型的具體實施方式
作詳細說明，其中
圖1A-1B是目前的寬頻聲強探頭結構原理圖。
圖1C-1D是根據本實用新型的寬頻聲強探頭結構原理圖。 圖2是本實用新型一實施例的寬頻三維聲強探頭結構圖。 圖3是根據本實用新型一實施例的聲壓話筒示意圖。
圖4A-4C是根據本實用新型一實施例的裝有六個話筒的三維聲強支架示 意圖。
圖5A-5C是根據本實用新型一實施例的寬頻三維聲強探頭示意圖。 圖6是本實用新型一實施例的寬頻聲場測量儀示意圖。 圖7A、 7B是本實用新型一實施例的增加了參考信號的聲強測量與普通聲 強測量的對比示意圖。
具體實施方式
根據本實用新型的一實施例，為了擴展聲強測量的頻帶，在現有的用於測 量一維聲強的一對話筒的基礎上，增加了一個用於展寬頻帶的話筒，並可以通 過多話筒組合成寬頻三維聲強探頭。根據本實用新型的一實施例，還可以增加 聲壓參考信號來補充聲場信號的採集。
為了說明本實用新型的聲強探頭結構，首先描述目前的聲強探頭結構作為 比較。圖1A和1B是根據目前的寬頻聲強探頭結構原理圖。它採用一對(即兩個)高精度配對的話筒A、 B—次完成三維空間中某點的聲強測量。每對話筒的 間距與精度決定了聲強探頭的工作頻率範圍。三維聲強探頭則用三對(即六個) 高精度配對的話筒互相垂直組成。
聲場中某點的聲強I(t)描述為該點聲壓p(t)與該點空氣質點速度V(t)的乘 積，I(t)-p(t)' V(t)。
當使用圖1A的一對話筒來測量聲強時，話筒A與話筒B分別測到聲壓信 號pA(t)、 pB(t)，話筒A與話筒B中間點的聲壓信號p(t)取pA(t)和pB(t)的平均 值，即
p(tHpA(t)+pB(t))/2。
質點速度v(t)正比於話筒A與話筒B分別測到聲壓信號pl(t)、 p2(t)差的 積分，即
v(t)=( / (pB(t)- pA(t))dt)/( P L)
式中P為氣體密度，L為兩話筒的距離。兩話筒的距離L決定了雙話筒聲 強探頭的工作頻率範圍，如圖1B的聲強-頻率譜圖中曲線F(L)所示。
相比之下，參照圖1C和1D所示，本實用新型的一實施例採用增加一個用 於展寬頻帶的話筒、形成一組三個話筒Al、 A2、 B構成寬頻的聲強探頭，一 次完成空間某點的展寬頻率範圍的一維聲強測量。本實施例同樣適用於三維聲 強探頭構建，用於寬頻的三維聲強測量。
當採用圖1C所示的三話筒來展寬聲強探頭的工作頻率範圍時，話筒Al、 話筒A2和話筒B分別測到聲壓信號pAl(t)、 pA2(t)、 pB(t)，話筒Al與話筒B 中間點的聲壓信號pl(t)取pAl(t)和pB(t)的平均值，艮口
pl(t),Al(t)+pB(t))/2。
質點速度vl(t)正比於話筒A1與話筒B分別測到聲壓信號pAl(t)、 pB(t)
之差的積分，即
v(t)=( / (pB(t)- pAl(t))dt)/(PLl)。
式中P為氣體密度，Ll為兩話筒Al話筒B的距離。由於兩話筒的距離 Ll決定了雙話筒聲強探頭的工作頻率範圍，如圖D的聲強-頻率譜圖中曲線 F(L1)所示。同理，話筒A2與話筒B中間點的聲壓信號pl(t)取pA2(t)和pB(t) 的平均值，即p2(t)=(pA2(t)+pB(t))/2。
質點速度v2(t)正比於話筒A2與話筒B分別測到聲壓信號pA2(t)、 pB(t) 之差的積分，即
v2(t)=( i" (pB(t)- pA2(t))dt)/( P L2)
式中P為氣體密度，L2為兩話筒A2話筒B的距離。由於兩話筒的距離 L2決定了雙話筒聲強探頭的工作頻率範圍，如圖1D的聲強-頻率譜圖中曲線 F(L2)所示。
比較圖1B和圖1D的聲強-頻率譜圖可知，本實施例通過增加一個話筒展 寬了聲強探頭的工作頻率範圍。並且，由於用兩組話筒測量聲強，因此可以降 低對話筒精度的要求，從而降低製造成本。
圖2是本實用新型一實施例的寬頻三維聲強探頭結構圖。它是根據圖1C 所示的一維聲強探頭構建而成。參照圖2所示，本實施例的寬頻的三維聲強探 頭10採用四個話筒AX、 AY、 AZ、 A組成三對聲強話筒，另增加三個話筒BX、 BY、 BZ來展寬聲強的測量頻率和幅值範圍。其中，話筒AX、 AY、 AZ分別 位於兩兩互相垂直的三維坐標軸X、 Y、 Z上，話筒BX、 BY、 BZ也分別位於 三維坐標軸X、 Y、 Z。話筒A則位於三維坐標軸的原點，是三維聲場測量復 用的話筒。
如前文所述，由於每一維都用兩組話筒測量聲強，因此本實施例的寬頻的 三維聲強探頭可以降低話筒的精度，從而降低製造成本。
圖3、圖4A-4C、圖5A-5C示出本實用新型一實施例的三維聲強探頭的實 際構成圖。參照圖4A-4C所示，提供一個裝有六個話筒的三維聲強支架11，其 在X、 Y、 Z的每一維上均具有延伸杆12，並且自延伸杆的交點延伸出主話筒 插入管道13。每一延伸杆12上設置一對話筒。每對話筒面對面間隔相同距離 安裝，比如10毫米。參照圖5A-5C所示，將圖3所示的聲壓話筒作為主聲壓 話筒A插入三維聲強支架11中間的主話筒插入管道13內，形成寬頻的三維聲 強探頭。其中主聲壓話筒A的的聲膜14恰好位於三維坐標軸的原點。
圖6是本實用新型一實施例的寬頻聲場測量儀示意圖。參照圖6所示，此 寬頻聲場測量儀IOO包含上述的寬頻三維聲強探頭10、參考聲壓話筒20以及 一多通道採集器30。此多通道採集器30連接寬頻三維聲強探頭10級參考聲壓探頭20，其例如是由8通道計算機採集虛擬儀器系統構成，可以用於採集寬頻 三維聲強探頭10所採集的7個信號以及參考聲壓話筒20所採集的l個信號。
值得一提的是，通常的聲強測量並不採集參考信號。而較佳地，本實施例 採用參考聲壓話筒20採集參考信號來補充聲場信號的採集。在本實用新型的 實施例中，增加的參考信號可以是一個或多個，可以是噪聲信號、振動信號或 轉速信號。增加參考信號，使聲強信號多了各點聲強信號之間的相位關係。圖 7A顯示採用增加參考信號測到聲強與測點間的相位，圖7B顯示採用常規方法 測到的無相位信息的聲強圖。
本實用新型上述實施例的聲場測量儀採用增加多個話筒來擴展頻寬，並且 採集參考信號來補充聲場信號的採集，因而可以快速、高效地進行聲場的寬頻
噪聲測量。本實用新型可以使用在建築、機械裝置減振降噪的實測和研究中， 具有快速和精度高的特點。
雖然本實用新型已以較佳實施例揭示如上，然其並非用以限定本實用新 型，任何本領域技術人員，在不脫離本實用新型的精神和範圍內，當可作些許 的修改和完善，因此本實用新型的保護範圍當以權利要求書所界定的為準。
權利要求1.一種聲場測量儀，其特徵在於包括三維聲強探頭，包含三對聲強話筒以及一主聲壓話筒，每對聲強話筒分別間隔地布置在三維坐標軸之一上，該主聲壓話筒布置在該三維坐標軸的原點；以及多通道採集器，連接該三維聲強探頭，用以採集每一話筒所獲取的信號。
2. 如權利要求1所述的聲場測量儀，其特徵在於，所述的三維聲強探頭 具有一支架，該支架具有分別沿三維坐標軸延伸的三個延伸杆以及自三維坐標 軸原點延伸的主話筒插入管道，其中每一延伸杆分別設置一對所述的聲強話 筒，該主話筒插入管道用於插入所述的主聲壓話筒。
3. 如權利要求2所述的聲場測量儀，其特徵在於，其中所述的主聲壓話 筒的聲膜位於三維坐標軸的原點。
4. 如權利要求1所述的聲場測量儀，其特徵在於，還包括至少一參考聲壓話筒，連接所述多通道採集器，用以採集至少一參考信號並輸入所述多通道 採集器。
5. 如權利要求4所述的聲場測量儀，其特徵在於，所述的多通道採集器 是由8通道計算機採集虛擬儀器系統構成。
專利摘要本實用新型涉及一種聲場測量儀，包括三維聲強探頭，包含三對聲強話筒以及一主聲壓話筒，每對聲強話筒分別間隔地布置在三維坐標軸之一上，該主聲壓話筒布置在該三維坐標軸的原點；以及多通道採集器，連接該三維聲強探頭，用以採集每一話筒所獲取的信號。本實用新型的聲場測量儀可以快速、高效地進行聲場的寬頻噪聲測量。
文檔編號G01H1/12GK201402182SQ20092007135
公開日2010年2月10日 申請日期2009年4月29日 優先權日2009年4月29日
發明者吳恆亮, 姜小熒, 韓彥民 申請人:中國船舶重工集團公司第七一一研究所