专利名称：声场测量仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及机械动力装置噪声测量领域，尤其是涉及一种声场测量仪。
背景技术：
目前，声场信息的获得，除了通过测量声压信号、也采用测量声强信号来 获得。声强信号比声压信号更能表述声场的信息，但是，目前声强测量的效率、 频率范围、操作性、数据信息范围等限制它的使用，实际中大量的噪声测量还 是采用声压计。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种声场测量仪，适用于宽频带测 量声场。
本实用新型为解决上述技术问题而采用的技术方案是提出一种声场测量 仪，包括三维声强探头，包含三对声强话筒以及一主声压话筒，每对声强话 筒分别间隔地布置在三维坐标轴之一上，该主声压话筒布置在该三维坐标轴的 原点；以及多通道采集器，连接该三维声强探头，用以采集每一话筒所获取的信号。
在上述的声场测量仪中，上述的三维声强探头具有一支架，该支架具有分 别沿三维坐标轴延伸的三个延伸杆以及自三维坐标轴原点延伸的主话筒插入 管道，其中每一延伸杆分别设置一对所述的声强话筒，该主话筒插入管道用于 插入所述的主声压话筒。
在上述的声场测量仪中，上述的主声压话筒的声膜位于三维坐标轴的原点。
在上述的声场测量仪中，还包括至少一参考声压话筒，连接所述多通道采集器，用以采集至少一参考信号并输入所述多通道采集器。
在上述的声场测量仪中，上述的多通道采集器是由8通道计算机采集虚拟 仪器系统构成。
本实用新型由于采用以上技术方案，增加了多个话筒，可以组合成宽频三 维声强探头来进行宽频测量。并且采集参考信号有助于补充声场信号的采集， 使声强信号增加了各点声强信号之间的相位关系。本实用新型的声场测量仪可 以快速、高效地进行声场的宽频噪声测量。
为让本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，
以下结合附图对 本实用新型的具体实施方式
作详细说明，其中
图1A-1B是目前的宽频声强探头结构原理图。
图1C-1D是根据本实用新型的宽频声强探头结构原理图。 图2是本实用新型一实施例的宽频三维声强探头结构图。 图3是根据本实用新型一实施例的声压话筒示意图。
图4A-4C是根据本实用新型一实施例的装有六个话筒的三维声强支架示 意图。
图5A-5C是根据本实用新型一实施例的宽频三维声强探头示意图。 图6是本实用新型一实施例的宽频声场测量仪示意图。 图7A、 7B是本实用新型一实施例的增加了参考信号的声强测量与普通声 强测量的对比示意图。
具体实施方式
根据本实用新型的一实施例，为了扩展声强测量的频带，在现有的用于测 量一维声强的一对话筒的基础上，增加了一个用于展宽频带的话筒，并可以通 过多话筒组合成宽频三维声强探头。根据本实用新型的一实施例，还可以增加 声压参考信号来补充声场信号的采集。
为了说明本实用新型的声强探头结构，首先描述目前的声强探头结构作为 比较。图1A和1B是根据目前的宽频声强探头结构原理图。它采用一对(即两个)高精度配对的话筒A、 B—次完成三维空间中某点的声强测量。每对话筒的 间距与精度决定了声强探头的工作频率范围。三维声强探头则用三对(即六个) 高精度配对的话筒互相垂直组成。
声场中某点的声强I(t)描述为该点声压p(t)与该点空气质点速度V(t)的乘 积，I(t)-p(t)' V(t)。
当使用图1A的一对话筒来测量声强时，话筒A与话筒B分别测到声压信 号pA(t)、 pB(t)，话筒A与话筒B中间点的声压信号p(t)取pA(t)和pB(t)的平均 值，即
p(tHpA(t)+pB(t))/2。
质点速度v(t)正比于话筒A与话筒B分别测到声压信号pl(t)、 p2(t)差的 积分，即
v(t)=( / (pB(t)- pA(t))dt)/( P L)
式中P为气体密度，L为两话筒的距离。两话筒的距离L决定了双话筒声 强探头的工作频率范围，如图1B的声强-频率谱图中曲线F(L)所示。
相比之下，参照图1C和1D所示，本实用新型的一实施例采用增加一个用 于展宽频带的话筒、形成一组三个话筒Al、 A2、 B构成宽频的声强探头，一 次完成空间某点的展宽频率范围的一维声强测量。本实施例同样适用于三维声 强探头构建，用于宽频的三维声强测量。
当采用图1C所示的三话筒来展宽声强探头的工作频率范围时，话筒Al、 话筒A2和话筒B分别测到声压信号pAl(t)、 pA2(t)、 pB(t)，话筒Al与话筒B 中间点的声压信号pl(t)取pAl(t)和pB(t)的平均值，艮口
pl(t),Al(t)+pB(t))/2。
质点速度vl(t)正比于话筒A1与话筒B分别测到声压信号pAl(t)、 pB(t)
之差的积分，即
v(t)=( / (pB(t)- pAl(t))dt)/(PLl)。
式中P为气体密度，Ll为两话筒Al话筒B的距离。由于两话筒的距离 Ll决定了双话筒声强探头的工作频率范围，如图D的声强-频率谱图中曲线 F(L1)所示。同理，话筒A2与话筒B中间点的声压信号pl(t)取pA2(t)和pB(t) 的平均值，即p2(t)=(pA2(t)+pB(t))/2。
质点速度v2(t)正比于话筒A2与话筒B分别测到声压信号pA2(t)、 pB(t) 之差的积分，即
v2(t)=( i" (pB(t)- pA2(t))dt)/( P L2)
式中P为气体密度，L2为两话筒A2话筒B的距离。由于两话筒的距离 L2决定了双话筒声强探头的工作频率范围，如图1D的声强-频率谱图中曲线 F(L2)所示。
比较图1B和图1D的声强-频率谱图可知，本实施例通过增加一个话筒展 宽了声强探头的工作频率范围。并且，由于用两组话筒测量声强，因此可以降 低对话筒精度的要求，从而降低制造成本。
图2是本实用新型一实施例的宽频三维声强探头结构图。它是根据图1C 所示的一维声强探头构建而成。参照图2所示，本实施例的宽频的三维声强探 头10采用四个话筒AX、 AY、 AZ、 A组成三对声强话筒，另增加三个话筒BX、 BY、 BZ来展宽声强的测量频率和幅值范围。其中，话筒AX、 AY、 AZ分别 位于两两互相垂直的三维坐标轴X、 Y、 Z上，话筒BX、 BY、 BZ也分别位于 三维坐标轴X、 Y、 Z。话筒A则位于三维坐标轴的原点，是三维声场测量复 用的话筒。
如前文所述，由于每一维都用两组话筒测量声强，因此本实施例的宽频的 三维声强探头可以降低话筒的精度，从而降低制造成本。
图3、图4A-4C、图5A-5C示出本实用新型一实施例的三维声强探头的实 际构成图。参照图4A-4C所示，提供一个装有六个话筒的三维声强支架11，其 在X、 Y、 Z的每一维上均具有延伸杆12，并且自延伸杆的交点延伸出主话筒 插入管道13。每一延伸杆12上设置一对话筒。每对话筒面对面间隔相同距离 安装，比如10毫米。参照图5A-5C所示，将图3所示的声压话筒作为主声压 话筒A插入三维声强支架11中间的主话筒插入管道13内，形成宽频的三维声 强探头。其中主声压话筒A的的声膜14恰好位于三维坐标轴的原点。
图6是本实用新型一实施例的宽频声场测量仪示意图。参照图6所示，此 宽频声场测量仪IOO包含上述的宽频三维声强探头10、参考声压话筒20以及 一多通道采集器30。此多通道采集器30连接宽频三维声强探头10级参考声压探头20，其例如是由8通道计算机采集虚拟仪器系统构成，可以用于采集宽频 三维声强探头10所采集的7个信号以及参考声压话筒20所采集的l个信号。
值得一提的是，通常的声强测量并不采集参考信号。而较佳地，本实施例 采用参考声压话筒20采集参考信号来补充声场信号的采集。在本实用新型的 实施例中，增加的参考信号可以是一个或多个，可以是噪声信号、振动信号或 转速信号。增加参考信号，使声强信号多了各点声强信号之间的相位关系。图 7A显示采用增加参考信号测到声强与测点间的相位，图7B显示采用常规方法 测到的无相位信息的声强图。
本实用新型上述实施例的声场测量仪采用增加多个话筒来扩展频宽，并且 采集参考信号来补充声场信号的采集，因而可以快速、高效地进行声场的宽频
噪声测量。本实用新型可以使用在建筑、机械装置减振降噪的实测和研究中， 具有快速和精度高的特点。
虽然本实用新型已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本实用新 型，任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作些许 的修改和完善，因此本实用新型的保护范围当以权利要求书所界定的为准。
权利要求1.一种声场测量仪，其特征在于包括三维声强探头，包含三对声强话筒以及一主声压话筒，每对声强话筒分别间隔地布置在三维坐标轴之一上，该主声压话筒布置在该三维坐标轴的原点；以及多通道采集器，连接该三维声强探头，用以采集每一话筒所获取的信号。
2. 如权利要求1所述的声场测量仪，其特征在于，所述的三维声强探头 具有一支架，该支架具有分别沿三维坐标轴延伸的三个延伸杆以及自三维坐标 轴原点延伸的主话筒插入管道，其中每一延伸杆分别设置一对所述的声强话 筒，该主话筒插入管道用于插入所述的主声压话筒。
3. 如权利要求2所述的声场测量仪，其特征在于，其中所述的主声压话 筒的声膜位于三维坐标轴的原点。
4. 如权利要求1所述的声场测量仪，其特征在于，还包括至少一参考声压话筒，连接所述多通道采集器，用以采集至少一参考信号并输入所述多通道 采集器。
5. 如权利要求4所述的声场测量仪，其特征在于，所述的多通道采集器 是由8通道计算机采集虚拟仪器系统构成。
专利摘要本实用新型涉及一种声场测量仪，包括三维声强探头，包含三对声强话筒以及一主声压话筒，每对声强话筒分别间隔地布置在三维坐标轴之一上，该主声压话筒布置在该三维坐标轴的原点；以及多通道采集器，连接该三维声强探头，用以采集每一话筒所获取的信号。本实用新型的声场测量仪可以快速、高效地进行声场的宽频噪声测量。
文档编号G01H1/12GK201402182SQ20092007135
公开日2010年2月10日 申请日期2009年4月29日 优先权日2009年4月29日
发明者吴恒亮, 姜小荧, 韩彦民 申请人:中国船舶重工集团公司第七一一研究所