基于手机的声校准装置的精度校准方法与流程

本发明涉及声学测量，具体涉及基于手机的声校准装置的精度校准方法。

背景技术：

1、随着现代噪声的污染越来越严重，现在很多城市都开展了对噪声的防治，声级计作为噪声测量的仪器，也被使用的越来越多，而且需要每天对声级计上传声器的灵敏度和频响进行检测，防止灵敏度漂移的太大。传声器的灵敏度的检测主要是通过声校准器来实现，从2017年开始，国家声级计标准中推荐的声级计频率计权声信号试验方法加入了多频声校准器检测法，但是目前市场上，多频点声校准器比较少，同时具有多频点多幅度声压校准的校准器也不多，已有的声校准器由单片机、放大电路、模数转换器、按键、传声器等部分组成，结构复杂，成本动辄几千甚至上万，十分昂贵，在工程应用上性价比偏低。

技术实现思路

1、1、发明要解决的技术问题

2、针对上述技术问题，本发明提供了基于手机的声校准装置的精度校准方法，它使成本只有几十元的简易声校准器具备媲美专业声校准器的精度。

3、2、技术方案

4、为解决上述问题，本发明提供的技术方案为：一种基于手机的声校准装置的精度校准方法，所述声校准装置包括手机和耦合器，所述耦合器内部设有麦克风、喇叭和与喇叭连接的电压显示模块，所述手机的输出端连接有耳机，所述耳机输出引脚与喇叭连接，耳机输入引脚与麦克风连接，所述精度校准方法具体如下：

5、(1)分别对喇叭和麦克风进行频响校准；

6、(2)手机通过计算温度数值对喇叭进行温度补偿；同时手机通过计算气压数值对喇叭进行气压补偿；

7、(3)手机通过公式(1)生成不同频率的正弦信号，该正弦信号通过校准后的喇叭播放；

8、

9、其中，x为正弦信号，a为振幅，ω为角频率，φ为初始相角；

10、(4)麦克风采集喇叭发出的反馈信号并输入手机，手机将反馈信号计算成声压级，若计算的声压级小于目标值则调大公式(1)中的a值，反之调小a值，确保喇叭输出的声压级是目标值；

11、(5)依据喇叭输出的目标声压级，对不同手机进行输出电压校准。

12、可选的，所述步骤(5)对不同手机输出电压的校准包括如下步骤：

13、(5.1)常温下将标准传声器放入耦合器的耦合腔内，手机生成标准校准信号；

14、(5.2)调节手机生成的信号幅度，使连接标准传声器的声级计显示目标值；

15、(5.3)查看与喇叭相连接的电压显示模块显示的电压，记为v伏；

16、(5.4)调节不同手机的生成信号幅度，使每个手机的电压显示模块均显示v伏，即能使喇叭输出的声压级为目标值。

17、可选的，所述步骤(1)中对喇叭和麦克风的校准具体如下：

18、(1.1)喇叭频响校准

19、(1.11)常温下将标准传声器放入耦合器的耦合腔内，手机生成需要校准的n个校准信号；

20、(1.12)与标准传声器相连的声级计读取到n个校准信号的声压级后，以临界声压级为基准，记录各个频点声压级与临界声压级的差；

21、(1.13)更换n个相同型号的喇叭，重复步骤(1.12)，记录各个频点声压级与临界声压级声压级的差；

22、(1.14)将n组数据取平均值后输入手机，作为喇叭各频点的频响补偿参数；

23、(1.15)手机播放校准信号，并将不同频率信号加入对应频率的频响补偿参数，确保喇叭发出的各校准频率的信号都是平直的；

24、(1.2)麦克风频响校准

25、(1.21)手机通过麦克风接收各个频率的校准信号计算成声压级，公式(2)以临界声压级为基准，记录各个频点声压级与临界声压级的差。

26、(1.22)更换n个相同型号的麦克风，重复步骤(1.21)，记录各个频点声压级与临界声压级的差。

27、(1.23)将n组数据取平均值后输入手机，作为麦克风各频点的频响补偿参数。

28、(1.24)手机通过麦克风测量反馈信号的声压级时，加入麦克风频响补偿参数，这样麦克风测得的各校准频率的频响都是平直的；

29、

30、其中，l为声压级，pa为测得的声压，n为一段时间的声压个数，p0为参考0db。

31、可选的，所述步骤(2)中对喇叭的温度补偿具体操作如下：

32、(2.11)将标准传声器放入耦合器的耦合腔内，然后将耦合器放入环境温度箱；

33、(2.12)手机通过喇叭发送n个频率的校准信号，同时通过麦克风接收信号并计算出声压级；

34、(2.13)逐步调整环境温度箱温度，每次调整均记录下各频率的麦克风测得的声压级；

35、(2.13)更换n个相同型号的喇叭，记录不同温度下各频率点与常温时对应频率点的差；

36、(2.14)将n组数据取平均值后得到一组不同温度下各频率点的补偿值；

37、(2.15)设y＝a1x2+a2x+a3为一个频率下的温度与补偿值函数，其中，x为温度、y为补偿声压级，使用最小二乘法计算出a1、a2、a3，按此方法求出所有频率点的温度补偿函数；

38、(2.16)在校准时，手机通过将测得的温度代入各频率点的温度补偿函数对各频率点进行温度补偿。

39、可选的，所述步骤(2)中对喇叭的气压补偿具体操作如下：

40、(2.21)将标准传声器放入耦合器的耦合腔内，将耦合器放入气压箱，手机通过喇叭发送n个频率的校准信号，同时通过麦克风接收信号并计算出声压级；

41、(2.22)逐步调整气压箱气压，每次调整均记录下各频率的麦克风测得的声压级；

42、(2.23)更换n个相同型号的喇叭，记录不同气压下各频率点与标准大气压下对应频率点的差；

43、(2.24)将n组数据取平均值后得到一组不同气压下各频率点的补偿值；

44、(2.25)设y＝a1x2+a2x+a3为一个频率下的气压与补偿值函数，x为气压、y为补偿声压级，使用最小二乘法计算出a1、a2、a3，按此方法求出所有频率点的气压补偿函数；

45、(2.26)在校准时，手机通过将测得的气压值代入各频率点的气压补偿函数实现精准的气压补偿。

46、可选的，所述步骤(2.16)中手机内部设有温度传感器，手机通过温度传感器测得温度值。

47、可选的，所述步骤(2.26)中手机内部设有气压计，手机通过气压计测得气压值。

48、可选的，所述步骤(2.26)中手机内部设有定位系统，通过定位系统获取当前海拔高度，通过手机重力加速度计获取g，代入公式(3)计算出当前海拔的气压值，再将气压值代入各频率点的气压补偿函数实现气压补偿；

49、

50、其中，p为气压，p0为标准大气压，e为自然常数，h为海拔，g为重力加速度，m为气体分子量29，r为常数8.51，t为热力学温度。

51、3、有益效果

52、采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

53、本技术实施例提出的a，目前手机已经成为每个人随身携带的必需品，手机通过耳机线与耦合器连接，对耦合器进行校准，利用手机的强大计算能力，用算法使该校准器有比较高的精度，使再加上喇叭、mems麦克风、耦合腔、电压显示模块，即能实现传统声校准器的所有功能，成本只需几十元，而且能实现50hz～16khz的任意频点的校准，且手机自带温度传感器和气压计，可以根据温度和气压变化，自动对频响补偿，即使更换不同手机，只要调节生成信号幅度使电压显示模块显示v伏，就能使喇叭输出的声压级为目标值。而不带气压计的手机可通过gps获取当前海拔高度h，通过手机重力加速度计获取g，代入公式(3)计算出当前海拔的气压值，再将气压值代入各频率点的气压补偿函数实现精准的气压补偿。