專利名稱：聲場測量儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及機(jī)械動(dòng)力裝置噪聲測量領(lǐng)域，尤其是涉及一種聲場測量儀。
背景技術(shù)：
目前，聲場信息的獲得，除了通過測量聲壓信號(hào)、也采用測量聲強(qiáng)信號(hào)來 獲得。聲強(qiáng)信號(hào)比聲壓信號(hào)更能表述聲場的信息，但是，目前聲強(qiáng)測量的效率、 頻率范圍、操作性、數(shù)據(jù)信息范圍等限制它的使用，實(shí)際中大量的噪聲測量還 是采用聲壓計(jì)。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種聲場測量儀，適用于寬頻帶測 量聲場。
本實(shí)用新型為解決上述技術(shù)問題而采用的技術(shù)方案是提出一種聲場測量 儀，包括三維聲強(qiáng)探頭，包含三對(duì)聲強(qiáng)話筒以及一主聲壓話筒，每對(duì)聲強(qiáng)話 筒分別間隔地布置在三維坐標(biāo)軸之一上，該主聲壓話筒布置在該三維坐標(biāo)軸的 原點(diǎn)；以及多通道采集器，連接該三維聲強(qiáng)探頭，用以采集每一話筒所獲取的信號(hào)。
在上述的聲場測量儀中，上述的三維聲強(qiáng)探頭具有一支架，該支架具有分 別沿三維坐標(biāo)軸延伸的三個(gè)延伸桿以及自三維坐標(biāo)軸原點(diǎn)延伸的主話筒插入 管道，其中每一延伸桿分別設(shè)置一對(duì)所述的聲強(qiáng)話筒，該主話筒插入管道用于 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于三維坐標(biāo)軸的原點(diǎn)。
在上述的聲場測量儀中，還包括至少一參考聲壓話筒，連接所述多通道采集器，用以采集至少一參考信號(hào)并輸入所述多通道采集器。
在上述的聲場測量儀中，上述的多通道采集器是由8通道計(jì)算機(jī)采集虛擬 儀器系統(tǒng)構(gòu)成。
本實(shí)用新型由于采用以上技術(shù)方案，增加了多個(gè)話筒，可以組合成寬頻三 維聲強(qiáng)探頭來進(jìn)行寬頻測量。并且采集參考信號(hào)有助于補(bǔ)充聲場信號(hào)的采集， 使聲強(qiáng)信號(hào)增加了各點(diǎn)聲強(qiáng)信號(hào)之間的相位關(guān)系。本實(shí)用新型的聲場測量儀可 以快速、高效地進(jìn)行聲場的寬頻噪聲測量。


為讓本實(shí)用新型的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，
以下結(jié)合附圖對(duì) 本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
作詳細(xì)說明，其中
圖1A-1B是目前的寬頻聲強(qiáng)探頭結(jié)構(gòu)原理圖。
圖1C-1D是根據(jù)本實(shí)用新型的寬頻聲強(qiáng)探頭結(jié)構(gòu)原理圖。 圖2是本實(shí)用新型一實(shí)施例的寬頻三維聲強(qiáng)探頭結(jié)構(gòu)圖。 圖3是根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施例的聲壓話筒示意圖。
圖4A-4C是根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施例的裝有六個(gè)話筒的三維聲強(qiáng)支架示 意圖。
圖5A-5C是根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施例的寬頻三維聲強(qiáng)探頭示意圖。 圖6是本實(shí)用新型一實(shí)施例的寬頻聲場測量儀示意圖。 圖7A、 7B是本實(shí)用新型一實(shí)施例的增加了參考信號(hào)的聲強(qiáng)測量與普通聲 強(qiáng)測量的對(duì)比示意圖。
具體實(shí)施方式
根據(jù)本實(shí)用新型的一實(shí)施例，為了擴(kuò)展聲強(qiáng)測量的頻帶，在現(xiàn)有的用于測 量一維聲強(qiáng)的一對(duì)話筒的基礎(chǔ)上，增加了一個(gè)用于展寬頻帶的話筒，并可以通 過多話筒組合成寬頻三維聲強(qiáng)探頭。根據(jù)本實(shí)用新型的一實(shí)施例，還可以增加 聲壓參考信號(hào)來補(bǔ)充聲場信號(hào)的采集。
為了說明本實(shí)用新型的聲強(qiáng)探頭結(jié)構(gòu)，首先描述目前的聲強(qiáng)探頭結(jié)構(gòu)作為 比較。圖1A和1B是根據(jù)目前的寬頻聲強(qiáng)探頭結(jié)構(gòu)原理圖。它采用一對(duì)(即兩個(gè))高精度配對(duì)的話筒A、 B—次完成三維空間中某點(diǎn)的聲強(qiáng)測量。每對(duì)話筒的 間距與精度決定了聲強(qiáng)探頭的工作頻率范圍。三維聲強(qiáng)探頭則用三對(duì)(即六個(gè)) 高精度配對(duì)的話筒互相垂直組成。
聲場中某點(diǎn)的聲強(qiáng)I(t)描述為該點(diǎn)聲壓p(t)與該點(diǎn)空氣質(zhì)點(diǎn)速度V(t)的乘 積，I(t)-p(t)' V(t)。
當(dāng)使用圖1A的一對(duì)話筒來測量聲強(qiáng)時(shí)，話筒A與話筒B分別測到聲壓信 號(hào)pA(t)、 pB(t)，話筒A與話筒B中間點(diǎn)的聲壓信號(hào)p(t)取pA(t)和pB(t)的平均 值，即
p(tHpA(t)+pB(t))/2。
質(zhì)點(diǎn)速度v(t)正比于話筒A與話筒B分別測到聲壓信號(hào)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(qiáng)探頭的工作頻率范圍，如圖1B的聲強(qiáng)-頻率譜圖中曲線F(L)所示。
相比之下，參照?qǐng)D1C和1D所示，本實(shí)用新型的一實(shí)施例采用增加一個(gè)用 于展寬頻帶的話筒、形成一組三個(gè)話筒Al、 A2、 B構(gòu)成寬頻的聲強(qiáng)探頭，一 次完成空間某點(diǎn)的展寬頻率范圍的一維聲強(qiáng)測量。本實(shí)施例同樣適用于三維聲 強(qiáng)探頭構(gòu)建，用于寬頻的三維聲強(qiáng)測量。
當(dāng)采用圖1C所示的三話筒來展寬聲強(qiáng)探頭的工作頻率范圍時(shí)，話筒Al、 話筒A2和話筒B分別測到聲壓信號(hào)pAl(t)、 pA2(t)、 pB(t)，話筒Al與話筒B 中間點(diǎn)的聲壓信號(hào)pl(t)取pAl(t)和pB(t)的平均值，艮口
pl(t),Al(t)+pB(t))/2。
質(zhì)點(diǎn)速度vl(t)正比于話筒A1與話筒B分別測到聲壓信號(hào)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。由于兩話筒的距離 Ll決定了雙話筒聲強(qiáng)探頭的工作頻率范圍，如圖D的聲強(qiáng)-頻率譜圖中曲線 F(L1)所示。同理，話筒A2與話筒B中間點(diǎn)的聲壓信號(hào)pl(t)取pA2(t)和pB(t) 的平均值，即p2(t)=(pA2(t)+pB(t))/2。
質(zhì)點(diǎn)速度v2(t)正比于話筒A2與話筒B分別測到聲壓信號(hào)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。由于兩話筒的距離 L2決定了雙話筒聲強(qiáng)探頭的工作頻率范圍，如圖1D的聲強(qiáng)-頻率譜圖中曲線 F(L2)所示。
比較圖1B和圖1D的聲強(qiáng)-頻率譜圖可知，本實(shí)施例通過增加一個(gè)話筒展 寬了聲強(qiáng)探頭的工作頻率范圍。并且，由于用兩組話筒測量聲強(qiáng)，因此可以降 低對(duì)話筒精度的要求，從而降低制造成本。
圖2是本實(shí)用新型一實(shí)施例的寬頻三維聲強(qiáng)探頭結(jié)構(gòu)圖。它是根據(jù)圖1C 所示的一維聲強(qiáng)探頭構(gòu)建而成。參照?qǐng)D2所示，本實(shí)施例的寬頻的三維聲強(qiáng)探 頭10采用四個(gè)話筒AX、 AY、 AZ、 A組成三對(duì)聲強(qiáng)話筒，另增加三個(gè)話筒BX、 BY、 BZ來展寬聲強(qiáng)的測量頻率和幅值范圍。其中，話筒AX、 AY、 AZ分別 位于兩兩互相垂直的三維坐標(biāo)軸X、 Y、 Z上，話筒BX、 BY、 BZ也分別位于 三維坐標(biāo)軸X、 Y、 Z。話筒A則位于三維坐標(biāo)軸的原點(diǎn)，是三維聲場測量復(fù) 用的話筒。
如前文所述，由于每一維都用兩組話筒測量聲強(qiáng)，因此本實(shí)施例的寬頻的 三維聲強(qiáng)探頭可以降低話筒的精度，從而降低制造成本。
圖3、圖4A-4C、圖5A-5C示出本實(shí)用新型一實(shí)施例的三維聲強(qiáng)探頭的實(shí) 際構(gòu)成圖。參照?qǐng)D4A-4C所示，提供一個(gè)裝有六個(gè)話筒的三維聲強(qiáng)支架11，其 在X、 Y、 Z的每一維上均具有延伸桿12，并且自延伸桿的交點(diǎn)延伸出主話筒 插入管道13。每一延伸桿12上設(shè)置一對(duì)話筒。每對(duì)話筒面對(duì)面間隔相同距離 安裝，比如10毫米。參照?qǐng)D5A-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(qiáng)支架11中間的主話筒插入管道13內(nèi)，形成寬頻的三維聲 強(qiáng)探頭。其中主聲壓話筒A的的聲膜14恰好位于三維坐標(biāo)軸的原點(diǎn)。
圖6是本實(shí)用新型一實(shí)施例的寬頻聲場測量儀示意圖。參照?qǐng)D6所示，此 寬頻聲場測量儀IOO包含上述的寬頻三維聲強(qiáng)探頭10、參考聲壓話筒20以及 一多通道采集器30。此多通道采集器30連接寬頻三維聲強(qiáng)探頭10級(jí)參考聲壓探頭20，其例如是由8通道計(jì)算機(jī)采集虛擬儀器系統(tǒng)構(gòu)成，可以用于采集寬頻 三維聲強(qiáng)探頭10所采集的7個(gè)信號(hào)以及參考聲壓話筒20所采集的l個(gè)信號(hào)。
值得一提的是，通常的聲強(qiáng)測量并不采集參考信號(hào)。而較佳地，本實(shí)施例 采用參考聲壓話筒20采集參考信號(hào)來補(bǔ)充聲場信號(hào)的采集。在本實(shí)用新型的 實(shí)施例中，增加的參考信號(hào)可以是一個(gè)或多個(gè)，可以是噪聲信號(hào)、振動(dòng)信號(hào)或 轉(zhuǎn)速信號(hào)。增加參考信號(hào)，使聲強(qiáng)信號(hào)多了各點(diǎn)聲強(qiáng)信號(hào)之間的相位關(guān)系。圖 7A顯示采用增加參考信號(hào)測到聲強(qiáng)與測點(diǎn)間的相位，圖7B顯示采用常規(guī)方法 測到的無相位信息的聲強(qiáng)圖。
本實(shí)用新型上述實(shí)施例的聲場測量儀采用增加多個(gè)話筒來擴(kuò)展頻寬，并且 采集參考信號(hào)來補(bǔ)充聲場信號(hào)的采集，因而可以快速、高效地進(jìn)行聲場的寬頻
噪聲測量。本實(shí)用新型可以使用在建筑、機(jī)械裝置減振降噪的實(shí)測和研究中， 具有快速和精度高的特點(diǎn)。
雖然本實(shí)用新型已以較佳實(shí)施例揭示如上，然其并非用以限定本實(shí)用新 型，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許 的修改和完善，因此本實(shí)用新型的保護(hù)范圍當(dāng)以權(quán)利要求書所界定的為準(zhǔn)。
權(quán)利要求1.一種聲場測量儀，其特征在于包括三維聲強(qiáng)探頭，包含三對(duì)聲強(qiáng)話筒以及一主聲壓話筒，每對(duì)聲強(qiáng)話筒分別間隔地布置在三維坐標(biāo)軸之一上，該主聲壓話筒布置在該三維坐標(biāo)軸的原點(diǎn)；以及多通道采集器，連接該三維聲強(qiáng)探頭，用以采集每一話筒所獲取的信號(hào)。
2. 如權(quán)利要求1所述的聲場測量儀，其特征在于，所述的三維聲強(qiáng)探頭 具有一支架，該支架具有分別沿三維坐標(biāo)軸延伸的三個(gè)延伸桿以及自三維坐標(biāo) 軸原點(diǎn)延伸的主話筒插入管道，其中每一延伸桿分別設(shè)置一對(duì)所述的聲強(qiáng)話 筒，該主話筒插入管道用于插入所述的主聲壓話筒。
3. 如權(quán)利要求2所述的聲場測量儀，其特征在于，其中所述的主聲壓話 筒的聲膜位于三維坐標(biāo)軸的原點(diǎn)。
4. 如權(quán)利要求1所述的聲場測量儀，其特征在于，還包括至少一參考聲壓話筒，連接所述多通道采集器，用以采集至少一參考信號(hào)并輸入所述多通道 采集器。
5. 如權(quán)利要求4所述的聲場測量儀，其特征在于，所述的多通道采集器 是由8通道計(jì)算機(jī)采集虛擬儀器系統(tǒng)構(gòu)成。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種聲場測量儀，包括三維聲強(qiáng)探頭，包含三對(duì)聲強(qiáng)話筒以及一主聲壓話筒，每對(duì)聲強(qiáng)話筒分別間隔地布置在三維坐標(biāo)軸之一上，該主聲壓話筒布置在該三維坐標(biāo)軸的原點(diǎn)；以及多通道采集器，連接該三維聲強(qiáng)探頭，用以采集每一話筒所獲取的信號(hào)。本實(shí)用新型的聲場測量儀可以快速、高效地進(jìn)行聲場的寬頻噪聲測量。
文檔編號(hào)G01H1/12GK201402182SQ20092007135
公開日2010年2月10日 申請(qǐng)日期2009年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月29日
發(fā)明者吳恒亮, 姜小熒, 韓彥民 申請(qǐng)人:中國船舶重工集團(tuán)公司第七一一研究所