CN107677359A - 声阻抗测试仪和声阻抗测试方法 - Google Patents

声阻抗测试仪和声阻抗测试方法 Download PDF

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Abstract

公开了一种声阻抗测试仪和声阻抗测试方法，通过将具有不同参考声阻的传输管道设置在基体内的测试腔体，将测试腔体分割为两个腔体并测试两个腔体内的声压，待测物安装于基体的端部，根据检测到的声压以及参考声阻可以快速稳定的计算获取待测物的声阻以及气密性。

Description

声阻抗测试仪和声阻抗测试方法
技术领域
本发明涉及一种声学领域的测量技术，具体涉及一种声阻抗测试仪和声阻抗测试方法。
背景技术
随着电声器件的发展，对声阻尼材料的声阻性能以及电声器件的气密性要求越来越高。目前的声阻测试方法一般采用驻波管法或气流压差法进行测试。一般采用驻波管法的样品尺寸较大，不适合小尺寸材料，同时驻波管法仅用于研究吸声系数，不能进行快速稳定的在线测试。气流压差法的气流发生机构为储气罐或压缩空气，当测试声压较低时，测试的稳定性差，不适合类似手机壳体结构的气密性检测。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种声阻抗测试仪和声阻抗测试方法，可以快速、稳定的在线检测声阻尼材料的声阻性能以及电声器件的气密性。
根据本发明的第一方面，提供一种声阻抗测试仪，包括：
基体，设置有两端开口的测试腔体；
气源输出模块，固定于所述基体的一侧，适于为所述测试腔体提供声压；
传输管道，以可拆卸的方式固定于所述测试腔体内，适于将所述测试腔体分割为第一腔体和第二腔体；
信号采集模块，包括第一压力传感器和第二压力传感器，分别设置于所述第一腔体和所述第二腔体内；以及，
信号处理模块，用于根据所述第一压力传感器和所述第二压力传感器检测的压力获取声阻抗。
优选地，所述基体包括：
第一壳体，与所述气源输出模块固定连接；
第二壳体，与所述第一壳体固定连接形成测试腔体；
待测物适配器，设置于所述测试腔体的端部，适于固定待测物；
其中，所述第一壳体上设置有第一通孔，与所述测试腔体连通，所述待测物适配器上设置有第二通孔，与所述测试腔体连通。
优选地，所述第一通孔与所述测试腔体垂直连通，所述第二通孔与所述测试腔体轴向连通。
优选地，所述第二壳体包括：
第一部分，设置有至少两个第三通孔，分别用于固定所述第一压力传感器和所述第二压力传感器；
第二部分，与所述第一部分固定连接，用于密封所述第三通孔。
优选地，所述气源输出模块包括：
扬声器，适于为所述测试腔体提供声压。
优选地，所述第一压力传感器和所述第二压力传感器为电容式压力传感器、探管式麦克风或硅基微机电结构型气压传感器。
优选地，所述传输管道的横截面形状为方环形或圆环形。
第二方面，提供一种声阻抗测试方法，包括：
将待测物固定于待测物适配器上；
通过气源输出模块向测试腔体内提供声压；
通过信号采集模块检测并采集测试腔体内的声压值；
根据信号采集模块采集的声压值以及传输管道的参考声阻计算获取待测物的声阻抗。
优选地，通过信号采集模块检测并采集测试腔体内的声压值包括：
通过第一压力传感器检测并采集第一腔体内的第一声压；
通过第二压力传感器检测并采集第二腔体内的第二声压。
优选地，所述待测物的声阻抗的计算公式为：
其中，Rr为待测物的声阻抗，V1为第一声压，V2为第二声压，Rx为传输管道的参考声阻。
本公开提供了一种声阻抗测试仪和声阻抗测试方法，通过将具有不同参考声阻的传输管道设置在基体内的测试腔体，将测试腔体分割为两个腔体并测试两个腔体内的声压，待测物安装于基体的端部，根据检测到的声压以及参考声阻可以快速稳定的计算获取待测物的声阻以及气密性。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1是本发明实施例的声阻抗测试仪的连接示意图；
图2是本发明实施例的声阻抗测试仪基体和气源输出模块的正视图；
图3是本发明实施例的声阻抗测试仪基体和气源输出模块的后视图；
图4是本发明实施例的声阻抗测试仪基体和气源输出模块的立体示意图一；
图5是本发明实施例的声阻抗测试仪基体和气源输出模块的立体示意图二；
图6是本发明实施例的声阻抗测试仪基体和气源输出模块的全剖图；
图7是本发明实施例的声阻抗测试仪对不同产品气密性测试的声阻值变化曲线图。
具体实施方式
以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。
此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。
除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本公开提供了一种声阻抗测试仪，可以快速、稳定的在线检测声阻尼材料的声阻性能以及电声器件的气密性。图1为本实施例声阻抗测试仪连接示意图，图2-图6为本实施例声阻抗测试仪的基体和气源输出模块的结构示意图。如图所示，声阻抗测试仪包括基体1、气源输出模块2、传输管道3、信号采集模块4和信号处理模块5。将待测物通过加压密封的方式固定于基体1上，然后运行声阻抗测试仪，气源输出模块2为声阻抗测试仪提供声压，信号采集模块4检测并采集气源输出模块2附近的声压和待测物附近的声压，信号处理模块5根据信号采集模块4采集的声压进行运算处理获取待测物的声阻抗。
基体1包括第一壳体11、第二壳体12和待测物适配器13。第一壳体11、第二壳体12和待测物适配器13为不锈钢材质，通过精密机加工的方式获得。第一壳体11与第二壳体12通过螺栓固定连接，其固定连接后形成具有两端开口的测试腔体，测试腔体沿壳体长度方向形成，用于测试声阻尼材料的声阻性能以及电声器件的气密性。第一壳体11上设置有第一通孔A，与测试腔体垂直连通。气源输出模块2通过第一通孔A为测试腔体提供声压。第二壳体12包括第一部分121和第二部分122。第一部分121上设置有两个第三通孔C，两个第三通孔C沿第一部分121的长度方向设置，分别用于固定第一压力传感器41和第二压力传感器42。第二部分122通过螺栓、卡扣或其它方式与第一部分121固定连接，用于密封第三通孔C，并有效地将第一压力传感器41和第二压力传感器42与信号处理模块5和电源模块8进行连接，以获取待测物的声阻抗。待测物适配器13设置于测试腔体的端部，通过螺栓与第一壳体11和第二壳体12固定，用于固定待测物。待测物适配器13具有沿轴向方向设置的第二通孔B，与测试腔体轴向连通。测试时，待测物放置于待测物适配器13上通过加压密封固定。待测物适配器13的形状尺寸根据待测物的形状进行配合设计，通过快速更换待测物适配器13实现不同产品的快速切换测试。
气源输出模块2固定于第一壳体11的外侧，与基体1和待测物将测试腔体密封。气源输出模块2产生的声压通过第一通孔A传输至测试腔体内。气源输出模块2包括扬声器21和功率放大器22。扬声器21作为气源为测试腔体提供声压。功率放大器22适于将电信号放大输入至扬声器21，扬声器21接收到放大的电信号后，产生声压。扬声器21的外形可以为圆形、方形等形状，优选地，扬声器的外形为圆形，直径为20mm-100mm。扬声器21接收低频交流电信号后振动产生对应频率的交流气流，为测试腔体内部提供声压。优选的，扬声器21的谐振频率为50Hz-200Hz，输入扬声器的电信号为10Hz-50Hz的低频交流信号。
传输管道3以可拆卸的方式固定于测试腔体内，将测试腔体分割为第一腔体和第二腔体。第二壳体12的两个第三通孔C分别与第一腔体和第二腔体连通。传输管道3为具有细长通孔的结构，用于提供参考声阻Rx。传输管道3材质为不锈钢，通过精密机加工的方式获得。传输管道3的横截面形状可以设计为方环形或圆环形。传输管道3的形状、长度和截面积不同，其提供的参考声阻Rx也不同，因此，传输管道3可以根据待测物的不同进行更换，以使得测试结果更加准确。传输管道3更换时，首先将第一壳体11和第二壳体12拆开，然后从其内部取出传输管道3并更换其它参考声阻的传输管道3，最后再将第一壳体11和第二壳体12组装，完成更换。传输管道3的形状和截面积确定后，传输管道3的参考声阻Rx为恒定值。传输管道3的参考声阻Rx可以通过已有声阻测试设备或校准器测试获得。校准器测试的具体方法为：在基体1上加载已知声阻的校准器，运行声阻抗测试仪，信号采集模块4可以检测获取声压测试结果，根据声压测试结果以及校准器的声阻，可以计算得出传输管道3的参考声阻Rx。例如：当传输管道3的截面为圆形，直径为0.52mm，管道的有效长度为17.5mm，根据校准器测试参考声阻的方法，此传输管道3的参考声阻Rx＝180M Nsm-5；当传输管道3的截面为长方形，管道的有效长度为14mm，截面的长为0.5mm，截面宽为0.3mm，根据校准器测试参考声阻的方法，此传输管道3的参考声阻为Rx＝230M Nsm-5。
信号采集模块4包括第一压力传感器41、第二压力传感器42和信号调节单元43。第一压力传感器41和第二压力传感器42，分别设置于与第一腔体和第二腔体连通的第三通孔C内。第一压力传感器41用于检测气源输出模块2附近的声压，第二压力传感器42用于检测待测物附近的声压。信号调节单元43用于将第一压力传感器41和第二压力传感器42采集的声压信号进行放大处理。第一压力传感器41和第二压力传感器42为电容式压力传感器、探管式麦克风或硅基微机电结构型气压传感器。两个压力传感器的类型、型号可以选择相同或者不同。
信号处理模块5包括中央处理器和A/D-D/A转换器。信号处理模块5用于产生驱动气流发生器的固定频率正弦信号和对采集的模拟信号进行数字量化运算处理。信号处理模块5将第一压力传感器41和第二压力传感器42检测的声压信号进行运算处理获取声阻抗。通过计算获取的声阻抗可以判断出待测物是否漏气以及泄漏量的大小。测试时，可以通过设定待测物的泄漏量上限以作为检测待测物是否合格的依据。
声阻抗测试仪还包括人机交互模块6、通信模块7和电源模块8。人机交互模块6包括控制单元和显示单元。操作者可以通过控制单元实现设定测试参数、测试过程控制等功能。信号处理模块5将信号采集模块4采集的声压信号进行运算获得待测物的声阻抗值，并显示于人机交互模块6的显示单元，供操作者参考。显示单元为显示器和/或警示灯。显示器可以用于显示声阻抗的具体参数结果，而警示灯可以通过不同颜色的灯亮达到对不同检查结果的提示。例如：警示灯为红色和绿色两只警示灯，检测结束后，绿色灯亮即为待测物合格，红色灯亮为待测物不合格。可选地，声阻抗测试仪还可以设置声音警报器，通过警报声音来提示操作者的注意。通信模块7包括光耦、继电器等组件，可以实现声阻抗测试仪与外界PLC工业控制器接口的光电隔离。通过通信模块7与PLC的信号交互，实现在线自动化测试。电源模块8将外界输入的交流电源转换为稳定的直流电，向测试仪各个模块供电，保证测试仪的可以正常运行。
在进行正式测试前可以进行初测，如果第二压力传感器42的测试结果V2接近0Vrms或者第二压力传感器42的测试结果V2接近第一压力传感器41的测试结果V1，说明传输管道3不适用，此时应针对不同声阻的待测物更换相应的传输管道3，使V2≈0.5*V1，以提高待测物的测试精度和稳定性。
当待测物为网布等柔性声阻材料时，需要测量待测物的声阻值。首先将网布固定于待测物适配器13上，运行声阻抗测试仪，扬声器21振动发声，在测试腔体内产生声压，第一压力传感器41和第二压力传感器42进行检测获得测量结果，并将测量结果传至信号处理模块5进行运算处理获得待测物的声阻值，并通过人机交互模块6显示。测得的结果以电压值表示，电压与压力传感器测得的声压成正比关系。根据第一、第二压力传感器41、42测量的声压值以及传输管道3的参考声阻Rx，通过计算可以获得待测物声阻值、声抗值等参数。当本实施例采用的传输管道3为圆形管道，直径0.52mm，管长17.5mm，参考声阻Rx＝180MNsm-5，根据公式可以计算得出不同待测网布的声阻值，公式如下：
其中，Rr为待测物的声阻抗，V1为第一声压，V2为第二声压，Rx为传输管道3的参考声阻。
根据上述公式计算3种不同网布的声阻值，结果如下表1所示：
表1 3种不同网布的电压测试结果及声阻Rr结果
当需要检测待测物的气密性时，可以根据第一、第二压力传感器41、42测量的声压值以及传输管道3的参考声阻值，通过计算得出待测物声阻值参数，通过声阻值结果判断待测物气密性是否达标。如果待测物的气密性良好，则声阻值测量结果接近无穷大；如果待测物存在漏气问题，则声阻值测量结果通常小于100M Nsm-5。
测试待测物的气密性时，首先选取趋于合格和刚好合格的待测物样品，分别在本实施例的声阻抗测试仪上进行测试，通过第一压力传感器41、第二压力传感器42的测量结果V1、V2以及传输管道3的参考声阻Rx，可以得到待测物的临界声阻测试结果Rr，根据临界产品的声阻测试结果确定合格产品的临界值，然后开始进行正式测试。当待测物的声阻测试结果Rr大于临界值，即判定此产品气密性良好，为合格产品；当待测物的声阻测试结果Rr小于临界值，即判定此产品漏气，为残次品，通过报警器提示。图7为本实施例的声阻抗测试仪对不同产品气密性测试的声阻值变化曲线图。不同产品为同一批次不同的产品，按照时间顺序进行依次测试。其中，纵轴表示产品的声阻值Rr，横轴表示不同产品的编号，产品的编号从1到100。此产品的临界值设定为100M Nsm-5。从图7可以看出，待测物的声阻Rr测量值从编号为90左右的产品开始突然下降至低于临界值，说明此编号开始的产品有泄露的问题，此时应该停止生产并查找不良原因，待问题解决后继续生产。
通过将具有不同参考声阻的传输管道设置在基体内的测试腔体，将测试腔体分割为两个腔体并测试两个腔体内的声压，待测物安装于基体的端部，根据检测到的声压以及参考声阻可以快速稳定的计算获取待测物的声阻以及气密性。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种声阻抗测试仪，包括：
基体(1)，设置有两端开口的测试腔体；
气源输出模块(2)，固定于所述基体(1)的一侧，适于为所述测试腔体提供声压；
传输管道(3)，以可拆卸的方式固定于所述测试腔体内，适于将所述测试腔体分割为第一腔体和第二腔体；
信号采集模块(4)，包括第一压力传感器(41)和第二压力传感器(42)，分别设置于所述第一腔体和所述第二腔体内；以及，
信号处理模块(5)，用于根据所述第一压力传感器(41)和所述第二压力传感器(42)检测的压力获取声阻抗。
2.根据权利要求1所述的声阻抗测试仪，其特征在于，所述基体(1)包括：
第一壳体(11)，与所述气源输出模块(2)固定连接；
第二壳体(12)，与所述第一壳体(11)固定连接形成测试腔体；
待测物适配器(13)，设置于所述测试腔体的端部，适于固定待测物；
其中，所述第一壳体(11)上设置有第一通孔(A)，与所述测试腔体连通，所述待测物适配器(13)上设置有第二通孔(B)，与所述测试腔体连通。
3.根据权利要求2所述的声阻测试仪，其特征在于，所述第一通孔(A)与所述测试腔体垂直连通，所述第二通孔(B)与所述测试腔体轴向连通。
4.根据权利要求2所述的声阻抗测试仪，其特征在于，所述第二壳体(12)包括：
第一部分(121)，设置有至少两个第三通孔(C)，分别用于固定所述第一压力传感器(41)和所述第二压力传感器(42)；
第二部分(122)，与所述第一部分(121)固定连接，用于密封所述第三通孔(C)。
5.根据权利要求1所述的声阻抗测试仪，其特征在于，所述气源输出模块(2)包括：
扬声器(21)，适于为所述测试腔体提供声压。
6.根据权利要求1所述的声阻抗测试仪，其特征在于，所述第一压力传感器(41)和所述第二压力传感器(42)为电容式压力传感器、探管式麦克风或硅基微机电结构型气压传感器。
7.根据权利要求1所述的声阻抗测试仪，其特征在于，所述传输管道(3)的横截面形状为方环形或圆环形。
8.一种声阻抗测试方法，包括：
将待测物固定于待测物适配器(13)上；
通过气源输出模块(2)向测试腔体内提供声压；
通过信号采集模块(4)检测并采集测试腔体内的声压值；
根据信号采集模块(4)采集的声压值以及传输管道(3)的参考声阻计算获取待测物的声阻抗。
9.根据权利要求8所述的声阻抗测试方法，其特征在于，通过信号采集模块(4)检测并采集测试腔体内的声压值包括：
通过第一压力传感器(41)检测并采集第一腔体内的第一声压；
通过第二压力传感器(42)检测并采集第二腔体内的第二声压。
10.根据权利要求9所述的声阻抗测试方法，其特征在于，所述待测物的声阻抗的计算公式为：
<mrow> <msub> <mi>R</mi> <mi>r</mi> </msub> <mo>=</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>V</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>V</mi> <mn>2</mn> </msub> </mrow> <msub> <mi>V</mi> <mn>1</mn> </msub> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mo>*</mo> <msub> <mi>R</mi> <mi>x</mi> </msub> </mrow>
其中，Rr为待测物的声阻抗，V1为第一声压，V2为第二声压，Rx为传输管道(3)的参考声阻。
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