CN102651843B - 宽频带低失真等幅值等相位校准用驻波管耦合腔 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及声学计量技术领域，具体公开了一种宽频带低失真等幅值等相位校准驻波管耦合腔。该驻波管耦合腔中的驻波管下端安装有扬声器，并通过后端盖密封固定；中心开有通孔的变截面反射端与驻波管的上端密封固定，圆柱体结构的耦合腔密封固定在变截面反射端上端中心，且耦合腔一端中心开有直径与变截面反射端中心圆形通孔直径相同的圆柱槽；标准传声器与被校传声器对称安装在耦合腔内。耦合腔采用变截面的设计，在耦合腔内可起到稳定大振幅声波、降低波形失真度的效果；同时，该驻波管耦合腔可实现高动态范围、宽频率范围、低失真度的传声器灵敏度幅值和相位的校准，动态范围94dB～160dB，频率范围500Hz～800Hz，波形失真度＜1％，幅值一致性偏差＜0.3％，相位偏差＜0.1°。

Description

宽频带低失真等幅值等相位校准用驻波管耦合腔
技术领域
本发明属于声学计量技术领域，具体涉及一种宽频带低失真等幅值等相位校准驻波管耦合腔。
背景技术
按照《JJG175-1998测试电容传声器》检定规程规定，传声器的检定方法使用活塞发生器作为声源，在耦合腔内形成均匀压力场进行校准。
活塞发生器及耦合腔的主要结构形式为：使用直流电机带动偏心轮或曲柄驱动活塞的结构形式，活塞的周期运动使耦合腔内产生单一频率的动态压力场，耦合腔的空间尺寸要求小于波长的1/20。这种结构的活塞发生器频率单一，主要有250Hz和1000Hz两种，声压级输出范围有限，常见的有94dB、114dB、124dB三档，失真度达到1％，且无法实现传声器灵敏度的相位校准。
发明内容
本发明的目的在于提供一种宽频带低失真等幅值等相位校准用驻波管耦合腔，解决目前传声器灵敏度相对相位校准声压级低频率范围有限的问题，实现高动态范围，宽频率范围，低失真度的传声器灵敏度幅值和相位的校准。
本发明的技术方案如下：一种宽频带低失真等幅值等相位校准用驻波管耦合腔，该驻波管耦合腔包括耦合腔、变截面反射端、驻波管以及后端盖，其中，中空圆管结构的驻波管下端安装有扬声器，并通过后端盖密封固定；中心开有圆形通孔的圆柱盖状结构的变截面反射端与驻波管的上端密封固定连接，圆柱体结构的耦合腔密封固定在变截面反射端上端中心，且耦合腔与变截面反射端相接触的一端中心开有直径与变截面反射端中心圆形通孔直径相同的圆柱槽；标准传声器与被校传声器对称安装在耦合腔内。
所述的驻波管中空圆管内径d1为90mm～120mm。
所述的变截面反射端中心圆孔直径d2为20mm～30mm。
所述的变截面反射端的厚度d3为30mm～40mm。
所述的耦合腔中心圆柱槽的深度d4为25mm～50mm。
所述的扬声器安装在驻波管的中心，使扬声器的有效声面积集中在中心位置。
本发明的显著效果在于：本发明所述的一种宽频带低失真等幅值等相位校准用驻波管耦合腔中，耦合腔安装在驻波管的一端，采用变截面的设计，在耦合腔内可起到稳定大振幅声波、降低波形失真度的效果，使耦合腔内标准传声器和被校传声器感受到的声压幅值与相位一致；同时，该驻波管耦合腔可实现高动态范围、宽频率范围、低失真度的传声器灵敏度幅值和相位的校准，动态范围94dB～160dB，频率范围500Hz～800Hz，波形失真度＜1％，幅值一致性偏差＜0.3％，相位偏差＜0.1°。
附图说明
图1为本发明所述的一种宽频带低失真等幅值等相位校准用驻波管耦合腔结构示意图；
图2为图1局部放大图；
图中：1、耦合腔；2、变截面反射端；3、驻波管；4、扬声器；5、后端盖；6、标准传声器；7、被校传声器。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
如图1、图2所示，一种宽频带低失真等幅值等相位校准用驻波管耦合腔包括耦合腔1、变截面反射端2、驻波管3以及后端盖5，其中，内径d1＝90mm的中空圆管结构的驻波管3下端安装有扬声器4，并通过后端盖5密封固定；中心开有圆形通孔的圆柱盖状结构的变截面反射端2与驻波管3的上端密封固定连接，其中，变截面反射端2厚度d3＝30mm，变截面反射端2中心圆孔直径d2＝20mm；耦合腔1为一端中心开有圆柱槽的圆柱体结构，且耦合腔1中心圆柱槽的深度d4＝25mm，耦合腔1中心圆柱槽直径与变截面反射端2中心圆孔直径d2相同，耦合腔1密封固定在变截面反射端2上端中心，使耦合腔1、变截面反射端2、驻波管3以及后端盖5形成密闭的空腔；标准传声器6与被校传声器7对称安装在耦合腔1内，使贯穿耦合腔1的标准传声器6与被校传声器7的连接线与耦合腔1的轴线垂直。
实施例2
如图1、图2所示，一种宽频带低失真等幅值等相位校准用驻波管耦合腔包括耦合腔1、变截面反射端2、驻波管3以及后端盖5，其中，内径d1＝100mm的中空圆管结构的驻波管3下端安装有扬声器4，并通过后端盖5密封固定；中心开有圆形通孔的圆柱盖状结构的变截面反射端2与驻波管3的上端密封固定连接，其中，变截面反射端2厚度d3＝35mm，变截面反射端2中心圆孔直径d2＝25mm；耦合腔1为一端中心开有圆柱槽的圆柱体结构，且耦合腔1中心圆柱槽的深度d4＝35mm，耦合腔1中心圆柱槽直径与变截面反射端2中心圆孔直径d2相同，耦合腔1密封固定在变截面反射端2上端中心，使耦合腔1、变截面反射端2、驻波管3以及后端盖5形成密闭的空腔；标准传声器6与被校传声器7对称安装在耦合腔1内，使贯穿耦合腔1的标准传声器6与被校传声器7的连接线与耦合腔1的轴线垂直。
实施例3
如图1、图2所示，一种宽频带低失真等幅值等相位校准用驻波管耦合腔包括耦合腔1、变截面反射端2、驻波管3以及后端盖5，其中，内径d1＝120mm的中空圆管结构的驻波管3下端安装有扬声器4，并通过后端盖5密封固定；中心开有圆形通孔的圆柱盖状结构的变截面反射端2与驻波管3的上端密封固定连接，其中，变截面反射端2厚度d3＝40mm，变截面反射端2中心圆孔直径d2＝30mm；耦合腔1为一端中心开有圆柱槽的圆柱体结构，且耦合腔1中心圆柱槽的深度d4＝50mm，耦合腔1中心圆柱槽直径与变截面反射端2中心圆孔直径d2相同，耦合腔1密封固定在变截面反射端2上端中心，使耦合腔1、变截面反射端2、驻波管3以及后端盖5形成密闭的空腔；标准传声器6与被校传声器7对称安装在耦合腔1内，使贯穿耦合腔1的标准传声器6与被校传声器7的连接线与耦合腔1的轴线垂直。
本发明所述的一种宽频带低失真等幅值等相位校准用驻波管耦合腔中，耦合腔1的内径d1与变截面反射端2中心圆孔直径d2决定平面波驻波场的截止频率，变截面反射端2厚度d3和耦合腔1中心圆柱槽的深度d4决定波形失真度与使用频率范围。按照声波导管理论，声波在管中传播，变截面驻波管可产生大振幅驻波并抑制谐波失真度，经过多次反射达到稳态，标准传声器6与被校传声器7在壁面所感受到的声波为纯净简正波，且幅值与相位相等；驻波管3选取合适的管长，使声波传递函数的波峰和波谷出现在合适的位置，就可以在高声压级的条件下，获得低失真的波形。
由驻波管3及其耦合腔1组成的两级变截面圆管具有增加动态范围、降低失真度的作用，即高阶共振频率不是一阶共振频率的整数倍。两级突变截面驻波管的失谐性质能够很好地抑制一阶共振频率激励下的大振幅非线性驻波畸变产生的高次谐波，从而获得高动态范围纯净驻波场；同时，采用变截面的设计，在耦合腔1的腔内可起到稳定流场的效果，使耦合腔内标准传声器6与被校传声器7感受到的声压幅值与相位均相同。
扬声器4的有效声面积集中在中心位置，越靠近边缘声辐射越小，失真度越大，选择合适的耦合腔直径，可提高有效声辐射的通过率，滤掉部分失真度影响。

Claims (6)

1.一种宽频带低失真等幅值等相位校准用驻波管耦合腔，其特征在于：该驻波管耦合腔包括耦合腔(1)、变截面反射端(2)、驻波管(3)以及后端盖(5)，其中，中空圆管结构的驻波管(3)下端安装有扬声器(4)，并通过后端盖(5)密封固定；中心开有圆形通孔的圆柱盖状结构的变截面反射端(2)与驻波管(3)的上端密封固定连接，圆柱体结构的耦合腔(1)密封固定在变截面反射端(2)上端中心，且耦合腔(1)与变截面反射端(2)相接触的一端中心开有直径与变截面反射端(2)中心圆形通孔直径相同的圆柱槽；标准传声器(6)与被校传声器(7)对称安装在耦合腔(1)内。
2.根据权利要求1所述的一种宽频带低失真等幅值等相位校准用驻波管耦合腔，其特征在于：所述的驻波管(3)中空圆管内径d1为90mm～120mm。
3.根据权利要求1所述的一种宽频带低失真等幅值等相位校准用驻波管耦合腔，其特征在于：所述的变截面反射端(2)中心圆孔直径d2为20mm～30mm。
4.根据权利要求1或3所述的一种宽频带低失真等幅值等相位校准用驻波管耦合腔，其特征在于：所述的变截面反射端(2)的厚度d3为30mm～40mm。
5.根据权利要求1所述的一种宽频带低失真等幅值等相位校准用驻波管耦合腔，其特征在于：所述的耦合腔(1)中心圆柱槽的深度d4为25mm～50mm。
6.根据权利要求1所述的一种宽频带低失真等幅值等相位校准用驻波管耦合腔，其特征在于：所述的扬声器(4)安装在驻波管(3)的中心，使扬声器(4)的有效声面积集中在中心位置。
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