CN113079450B - 探针式麦克风的校准装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种探针式麦克风的校准装置及方法，校准装置包括信号产生模块、数据采集及处理模块、主导声管、长支导声管、短支导声管和探针。主导声管、长支导声管、短支导声管和探针形成声信号的传播通道，且均使声信号以特定频率的平面波的形式进行传播。其中，每个待测麦克风安装孔均有一个对应的标准麦克风安装孔，每一对对应的待测麦克风安装孔和标准麦克风安装孔相对于主导声管的轴线的距离相等。数据采集及处理模块得到待测麦克风的灵敏度，并根据标准麦克风测得的相位和待测麦克风测得的相位得到两者的相位差。本发明实施例的校准装置可以同时对探针式麦克风的灵敏度和相位进行校准。

Description

探针式麦克风的校准装置及方法

技术领域

本发明实施例涉及声学测量技术领域，尤其涉及一种探针式麦克风的校准装置及方法。

背景技术

麦克风是一种将声信号转换为声频电信号的换能器，在航空声学、建筑声学、环境声学等诸多领域中广泛使用，使用麦克风来获取声学数据已成为一种标准的测量技术。

随着噪声控制工程的发展和测量技术的进步，需要的麦克风数量越来越多。目前国内外进行声模态分解和声阻抗提取的实验研究中，均须在管道壁面安装大量麦克风对声场进行测量。因此麦克风的测量精度尤为重要。不同麦克风在不同频率下的相位响应并不相同，尤其是不同厂家、不同批次或不同型号的麦克风之间的相位匹配并不一致，这对于需要相位匹配的测量将会产生较大误差。做声学测试前应该测量和评估麦克风在各种压力和温度等环境条件下的幅频特性和相频特性。

目前对麦克风特性的校准包括灵敏度校准和相位校准。灵敏度校准方法是：先使待测麦克风与活塞发声器耦合，接通活塞发声器的电源，使它在麦克风的膜片前产生一个恒定的声压。这时麦克风的输出经放大器放大后，可以用电压表来测量给定声压级时的输出电压。然后断开活塞发声器，将和活塞发声器产生的声压频率相同的电压串接入麦克风极头的输出端，调节电压大小以获得相同的输出电压，这时麦克风在该频率的灵敏度就是串接的电压和所加声压的比值。相位校准方法是：根据在自由声场条件下标准麦克风与待测麦克风的时间差来确定两者的相位差。

对于使用麦克风数量较多的实验，传统方法有以下缺点：

1、只能分别校准麦克风的灵敏度或相位，无法同时对这两者进行校准，校准效率低，若要进行大量麦克风的校准会耗费不少时间。

2、消耗时间过长可能致使校准和实验测量时的实验条件(温度、湿度等)变化，从而导致麦克风的灵敏度改变。另外，在单频下进行灵敏度校准要求麦克风的频响有非常好的线性度，这样才能使用单个频率的灵敏度作为整个频率范围内的灵敏度使用，如果想要使用频响曲线不够平直的传声器，需要在多个频率点下进行校准，但标准声源的校准频率不能任意选择。

3、由于灵敏度校准和相位校准的原理不同，需要两套不同的校准装置，成本较高。

4、为了消除环境噪声及管口声反射的影响，需要在自由声场中进行相位校准。为了给声学测试提供一个自由场空间，需要建设消声室，而消声室造价高、施工复杂。此外，消声室一旦建成就无法移动，当需要进行外场测量时，无法在现场及时地校准麦克风的相位。

发明内容

为了解决或者缓解至少一个上述技术问题，本发明实施例提供了一种探针式麦克风的校准装置及方法，可以同时对探针式麦克风的灵敏度和相位进行校准。

本发明实施例的一个方面，一种探针式麦克风的校准装置，包括信号产生模块、数据采集及处理模块、主导声管、长支导声管、短支导声管和探针；

所述信号产生模块用于产生特定频率的电信号，并把所述电信号转变为相应的声信号；

所述主导声管的一端与所述信号产生模块连接；所述长支导声管的一端与所述主导声管连接，所述长支导声管沿长度方向设置若干个用于安装标准麦克风的标准麦克风安装孔；所述短支导声管的一端与所述主导声管连接，另一端与所述探针的一端连接；所述探针沿长度方向设置若干个用于安装待测麦克风的待测麦克风安装孔；所述主导声管、所述长支导声管、所述短支导声管和所述探针形成所述声信号的传播通道，且均使所述声信号以所述特定频率的平面波的形式进行传播；

其中，每个待测麦克风安装孔均有一个对应的标准麦克风安装孔，每一对对应的待测麦克风安装孔和标准麦克风安装孔相对于所述主导声管的轴线的距离相等；

所述数据采集及处理模块用于根据标准麦克风测得的幅值和待测麦克风测得的电信号得到待测麦克风的灵敏度，并根据标准麦克风测得的相位和待测麦克风测得的相位得到两者的相位差。

本发明实施例的另一个方面，一种探针式麦克风的校准方法，采用上述的校准装置，校准方法包括：

在所述标准麦克风安装孔和所述待测麦克风安装孔中对应安装标准麦克风和待测麦克风；所述标准麦克风和所述待测麦克风分别与所述长支导声管的内壁横截面和所述探针的内壁横截面齐平；

在所述主导声管的一端提供特定频率的电信号，并把所述特定频率的电信号转变为相应的声信号；

将所述声信号以所述特定频率的平面波的形式传播至所述主导声管的另一端；将所述平面波从所述主导声管与所述长支导声管的连接处向所述长支导声管的另一端传播；将所述平面波从所述主导声管与所述短支导声管的连接处向所述探针与所述短支导声管的连接处传播；将所述平面波从所述短支导声管与所述探针的连接处向所述探针的另一端传播；

获得所述标准麦克风和所述待测麦克风输出的电信号；

根据所述标准麦克风测得的幅值P和所述待测麦克风测得的电信号Ui得到待测麦克风的灵敏度Mi＝P/Ui，并根据所述标准麦克风测得的相位θ和待测麦克风测得的相位θi得到两者的相位差△θ＝θi-θ，其中i为待测麦克风编号。

本发明实施例的探针式麦克风的校准装置和方法，采用了主导声管、长支导声管、短支导声管和探针形成的声信号传播通道，使声信号以特定频率的平面波的形式进行传播，由于平面波的波面是一系列相互平行的平面，位于长支导声管或探针的同一截面上不同位置的各个麦克风所采集到的声信号幅值和相位相等。同时，待测麦克风安装孔和标准麦克风安装孔相对于主导声管轴线的距离相等，相对应位置处的麦克风所采集到的声信号相同。因此，在长支导声管和探针上每个与长支导声管和探针的轴线垂直的测量截面上的标准麦克风和待测麦克风的幅值和相位相同，采用一套装置能同时校准探针式麦克风的灵敏度和相位，无需购买两套装置和搭建自由声场，节约成本。

附图说明

附图示出了本发明实施例的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本发明实施例的原理，其中包括了这些附图以提供对本发明实施例的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。

图1是本发明实施例的探针式麦克风校准装置的一种结构示意图。

图2是本发明实施例的探针式麦克风校准装置的另一种结构示意图。

附图标记说明：

1-信号产生模块；2-主导声管；3-长支导声管；4-短支导声管；5-探针；6-标准麦克风；7-待测麦克风；8-数据采集及处理模块；9-声源；10-信号发生器；11-吸声模块；12-平面波；13-法兰。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明实施例作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本发明实施例的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明实施例相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明实施例中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本发明实施例。

根据本发明实施例的一方面，提出一种探针式麦克风的校准装置，用于校准探针式麦克风的灵敏度和相位，参见图1所示，包括信号产生模块1、数据采集及处理模块8、主导声管2、长支导声管3、短支导声管4和探针5。

信号产生模块1用于产生特定频率的电信号，并把电信号转变为相应的声信号。也就是说，声信号的频率与电信号的频率相同，均为该特定频率。

主导声管2的一端与信号产生模块1连接；声信号可以沿着主导声管2进行传播。长支导声管3的一端与主导声管2连接，主导声管2内传播的声信号可以从两者连接处转入到长支导声管3进行传播。长支导声管3沿长度方向设置若干个用于安装标准麦克风6的标准麦克风安装孔。短支导声管4的一端与主导声管2连接，另一端与探针5的一端连接。主导声管2内传播的声信号可以从与短支导声管4的连接处转入到短支导声管4进行传播，然后从短支导声管4与探针5的连接处转入到探针5进行传播。探针5沿长度方向设置若干个用于安装待测麦克风7的待测麦克风安装孔。主导声管2、长支导声管3、短支导声管4和探针5形成声信号的传播通道，且均使声信号以特定频率的平面波12的形式进行传播。也就是说，主导声管2、长支导声管3、短支导声管4和探针5均设置成能够限定声信号在其中的传播形式，声信号只能以特定频率的平面波12的形式进行传播，该特定频率与电信号的频率相同。

其中，每个待测麦克风安装孔均有一个对应的标准麦克风安装孔，每一对对应的待测麦克风安装孔和标准麦克风安装孔相对于主导声管2的轴线的距离相等，从而在标准麦克风安装孔处安装的标准麦克风6接收到的声信号与对应的待测麦克风安装孔处安装的待测麦克风7接收到的声信号的幅值和相位相同。

数据采集及处理模块8与各个安装好的待测麦克风7和标准麦克风6连接，接收各个麦克风的输出信号，用于根据标准麦克风6测得的幅值和待测麦克风7测得的电信号得到待测麦克风7的灵敏度，并根据标准麦克风6测得的相位和待测麦克风7测得的相位得到两者的相位差。

本发明实施例的探针式麦克风的校准装置和方法，采用了主导声管2、长支导声管3、短支导声管4和探针5形成的声信号传播通道，使声信号以特定频率的平面波12的形式进行传播，由于平面波12的波面是一系列相互平行的平面，位于长支导声管3或探针5的同一截面上不同位置的各个麦克风所采集到的声信号幅值和相位相等。同时，待测麦克风安装孔和标准麦克风安装孔相对于主导声管2轴线的距离相等，相对应位置处的麦克风所采集到的声信号相同。因此，在长支导声管3和探针5上每个与长支导声管3和探针5的轴线垂直的测量截面上的标准麦克风6和待测麦克风7的幅值和相位相同，采用一套装置能同时校准探针式麦克风的灵敏度和相位，无需购买两套装置和搭建自由声场，节约成本。

在本发明一实施方式中，如图2所示，信号产生模块1包括声源9和信号发生器10；信号发生器10连接声源9，声源9与主导声管2的一端连接；信号发生器10用于产生特定频率的电信号，声源9用于将特定频率的电信号转换为相应的声信号，声源9可以采用扬声器。

在本发明一实施方式中，主导声管2、长支导声管3、短支导声管4和/或探针5的内壁横截面设置为多边形。采用多边形内壁横截面可以保证安装麦克风的内壁面是平面，便于麦克风与内壁面齐平。

在本发明一实施方式中，主导声管2与长支导声管3的连接处以及主导声管2与短支导声管4的连接处均位于主导声管2的另一端。主导声管2与长支导声管3连接处的位置与主导声管2与短支导声管4连接处的位置关于主导声管2的轴向对称。主导声管2将声信号传播到另一端，然后再转入长支导声管3和短支导声管4传播。

在本发明一实施方式中，主导声管2的轴向平行于声信号的传播方向；长支导声管3的轴向和短支导声管4的轴向均垂直于主导声管2的轴向；且探针5的轴向、短支导声管4的轴向和长支导声管3的轴向共线，从而主导声管2、长支导声管3、短支导声管4和探针5在同一个竖直平面内并呈倒T形。该布置结构组装方便，便于形成标准麦克风6和待测麦克风7关于主导声管2的对称结构。

在本发明一实施方式中，长支导声管3和探针5的内壁横截面设置为长方形且两者的内壁横截面大小相同；从而使两者内传播的声信号幅值和相位相同。特定频率的电信号的最大频率为：f＝c*min(1/Lx,1/Ly)/2，其中：f为最大频率；c为声速；Lx和Ly分别为内壁横截面的边长。也就是说，进行校准的麦克风的频率不得超过最大频率，在该最大频率以内的声信号均能以平面波12的形式传播，而大于该最大频率的声信号在传播时存在高阶模态，则位于长支导声管3或探针5的同一截面上不同位置的各个麦克风所采集到的声信号幅值和相位有差异，可能某些位置的幅值过小使测量不准确，或者幅值过大超出麦克风量程。可以看出，长支导声管3、短支导声管4和探针5的内壁横截面的长边决定了待测麦克风7的校准频率带宽，长支导声管3和探针5的长度决定了待测麦克风7的校准数量。

在本发明一实施方式中，标准麦克风安装孔离主导声管2与长支导声管3连接处的距离、待测麦克风安装孔离主导声管2与短支导声管4连接处的距离均不小于三倍的长支导声管3和探针5的内壁横截面的最大边长。该设置可以减少主导声管2与长支导声管3或短支导声管4的连接处因为直角转弯而出现的高阶模态的影响。

在本发明一实施方式中，信号产生模块1、主导声管2、长支导声管3、短支导声管4和探针5之间均通过法兰13密封连接。在法兰13连接处的内部设有用于定位的止口，增强了信号产生模块1、主导声管2、长支导声管3、短支导声管4与探针5间的密封性。

在本发明一实施方式中，如图2所示，探针式麦克风的校准装置还包括吸声模块11，吸声模块11采用吸声材料制成，吸声模块11分别安装在长支导声管3中与主导声管2和长支导声管3的连接处相对的一端，以及探针中与短支导声管4和探针的连接处相对的一端。吸声模块11的横截面形状与长支导声管3和探针的内壁横截面的形状匹配，以使得吸声模块11塞入的时候能够紧贴长支导声管3和探针的内壁。吸声模块11用来减小管口反射，因为管口反射可能会使管内不同位置的声信号幅值差异过大，影响测量精度。

以下为本发明实施例的探针式麦克风校准装置的一个应用实例的描述。

参见图1和图2所示，在本发明实施例中，探针式麦克风校准装置包括：信号产生模块1、主导声管2、长支导声管3、短支导声管4、探针5、标准麦克风6、待测麦克风7、数据采集及处理模块8和法兰13。信号产生模块1、主导声管2、长支导声管3、短支导声管4与探针5采用法兰13连接，连接处内部设计有用于定位的止口，增强了声源9、主导声管2、长支导声管3、短支导声管4与探针5间的密封性；长支导声管3和探针5上开有多个麦克风安装孔，用于安装标准麦克风6和待测麦克风7。

具体地，信号产生模块1用于提供特定频率、波形和输出电平的电信号，并把电信号转变为相应的声信号。信号产生模块1可以包括声源9和信号发生器10。其中，信号发生器10用于产生特定频率的电信号。需要注意，长支导声管3和探针5的内壁横截面的长边直接决定了校准频率的可选范围。例如，当长支导声管3和探针5为方管且边长为8mm时，此时特定频率的正弦波电信号的频率不得超过21250Hz。声源9用于在接收到特定频率的电信号时，产生相应的声信号。声源9可以采用扬声器，具体地，可以采用动圈式(电动式)、电容式(静电式)、压电式(晶体或陶瓷)、电磁式(压簧式)、电离子式和气动式等类型的扬声器。

主导声管2的一端与声源连接。主导声管2用于将声信号以该特定频率的平面波12的形式从声源端传播至主导声管2的另一端。当声源9发出的声信号的频率低于主导声管2的截止频率时，声信号在主导声管2中只能以平面波12的形式传播。具体地，主导声管2的安装位置为：主导声管2的一端与声源9连接，且主导声管2平行于声音的传播方向。主导声管2的内壁横截面的形状不随管道长度的增加而改变，且内壁横截面可以为长方形或正方形；外壁横截面的形状可以随管道长度的增加而改变，且外壁横截面可以为多种形状，例如圆形、长方形、正方形、翼型等。

长支导声管3的一端与主导声管2连接，且长支导声管3平行于声音的传播方向。长支导声管3用于将平面波从主导声管与长支导声管的连接处往长支导声管的另一端传播。长支导声管3的内壁横截面的形状不随管道长度的增加而改变，且内壁横截面可以为长方形或正方形；外壁横截面的形状可以随管道长度的增加而改变，且外壁横截面可以为多种形状，例如圆形、长方形、正方形、翼型等。

短支导声管4的一端与主导声管2连接，且短支导声管4平行于声音的传播方向。短支导声管4用于将平面波从主导声管与短支导声管的连接处往探针与短支导声管的连接处传播。短支导声管4的内壁横截面的形状不随管道长度的增加而改变，且内壁横截面可以为长方形或正方形；外壁横截面的形状可以随管道长度的增加而改变，且外壁横截面可以为多种形状，例如圆形、长方形、正方形、翼型等。

探针5的一端与短支导声管4连接，且探针5平行于声音的传播方向。探针5用于将平面波从短支导声管与探针的连接处往探针的另一端传播。探针5的内壁横截面的形状不随管道长度的增加而改变，且内壁横截面可以为长方形或正方形；外壁横截面的形状可以随管道长度的增加而改变，且外壁横截面可以为多种形状，例如圆形、长方形、正方形、翼型等。

标准麦克风6和待测麦克风7分别与长支导声管和探针的内壁面齐平安装。当平面波12形式的声信号在长支导声管3和探针5内传播时，标准麦克风6和待测麦克风7分别采集长支导声管3和探针5内的声信号，并将采集到的声信号转换为电信号，然后将电信号输送给数据采集及处理模块。安装标准麦克风6和待测麦克风7时，将标准麦克风6和待测麦克风7关于主导声管2的轴线对称安装，即每在长支导声管3的管壁上安装一个标准麦克风6，就在与该标准麦克风6关于主导声管2的轴线对称的位置上安装一个待测麦克风7。

数据采集及处理模块8，用于根据标准麦克风6测得的幅值P和待测麦克风7测得的电信号Ui得到待测麦克风的灵敏度Mi＝P/Ui，根据标准麦克风测得的相位θ和待测麦克风测得的相位θi得到两者的相位差△θ＝θi-θ，其中i为待测麦克风编号。

校准探针式麦克风特性的装置中，通过改变长支导声管3、短支导声管4和探针5的内壁横截面的长边来控制校准频率带宽，通过改变长支导声管3和探针5的长度来控制同时能够校准的麦克风数量。当长支导声管3和探针5是矩形管时，可校准的最高频率为：f＝c*min(1/Lx,1/Ly)/2，其中：f为最高频率；c为声速；Lx和Ly为长支导声管3和探针5的内壁横截面的两个边长。为了减少主导声管2与长支导声管3或短支导声管4的连接处因为直角转弯而出现的高阶模态的影响，标准麦克风6和待测麦克风7离主导声管2与长支导声管3或短支导声管4的连接处优选有一定距离，该距离可以是内壁横截面最大边长的三倍。

如图2所示，探针式麦克风的校准装置还包括吸声模块11，采用吸声材料。吸声模块11安装在长支导声管3和探针5中，且吸声模块11安装在与主导声管2和长支导声管3的连接处相对的一端和与短支导声管4和探针5的连接处相对的一端。吸声模块11的横截面的形状应与长支导声管3和探针5的内壁横截面的形状匹配，以使得吸声模块11塞入的时候能够紧贴长支导声管3和探针5的内壁。所述吸声模块11用来减小管口反射，因为管口反射可能会使管内不同位置的声信号幅值差异过大，影响测量精度。

当进行校准时，由于对称性以及长支导声管3和探针5内的声信号以平面波的形式传播，因此在长支导声管3和探针5内，每个与长支导声管3和探针5的轴线垂直的测量截面上的关于主导声管2的轴线对称安装的标准麦克风6和待测麦克风7的幅值和相位应该相同。当待测麦克风用于其他声学测试时，用校准时测得的灵敏度和相位差来修正待测麦克风的幅值和相位。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种探针式麦克风的校准方法，采用上述任一项实施例的校准装置，校准方法包括：

步骤一、在所述标准麦克风安装孔和所述待测麦克风安装孔中对应安装标准麦克风和待测麦克风；所述标准麦克风和所述待测麦克风分别与所述长支导声管的内壁横截面和所述探针的内壁横截面齐平。

步骤二、在所述主导声管的一端提供特定频率的电信号，并把所述特定频率的电信号转变为相应的声信号。

步骤三、将所述声信号以所述特定频率的平面波的形式传播至所述主导声管的另一端；将所述平面波从所述主导声管与所述长支导声管的连接处向所述长支导声管的另一端传播；将所述平面波从所述主导声管与所述短支导声管的连接处向所述探针与所述短支导声管的连接处传播；将所述平面波从所述短支导声管与所述探针的连接处向所述探针的另一端传播。当声源9发出的声信号的频率低于主导声管2、长支导声管3、短支导声管4和探针5的截止频率时，声信号在主导声管2、长支导声管3、短支导声管4和探针5中只能以平面波12的形式传播。

步骤四、获得所述标准麦克风和所述待测麦克风输出的电信号。标准麦克风6和待测麦克风7分别与探针和支导声管的内壁面齐平安装。当平面波12形式的声信号在长支导声管3和探针5内传播时，标准麦克风6和待测麦克风7分别采集长支导声管3和探针5内的声信号，并将采集到的声信号转换为电信号，然后将电信号发送给数据采集及处理模块。

步骤五、根据所述标准麦克风测得的幅值P和所述待测麦克风测得的电信号Ui得到待测麦克风的灵敏度Mi＝P/Ui，并根据所述标准麦克风测得的相位θ和待测麦克风测得的相位θi得到两者的相位差△θ＝θi-θ，其中i为待测麦克风编号。由于对称性以及长支导声管3和探针5内的声信号以平面波的形式传播，因此在长支导声管3和探针5内，每个与长支导声管3和探针5的轴线垂直的测量截面上的关于主导声管2的轴线对称安装的标准麦克风6和待测麦克风7的幅值和相位应该相同。用信号发生器10发出不同频率的电信号，即可达到待测麦克风7的频响曲线，从而实现了对待测麦克风7的校准。当待测麦克风用于其他声学测试时，用校准时测得的灵敏度和相位差来修正待测麦克风的幅值和相位。

使用本发明实施例的校准装置及方法，理论上待测麦克风的测量精度可以达到标准麦克风的测量精度，因此在声学测试中可以用低成本麦克风代替高精度麦克风，降低成本。

综上所述，本发明实施例的校准装置及方法具有以下优点：

第一，采用了长支导声管、短支导声管和探针，由于平面波的波面是一系列相互平行的平面，位于长支导声管或探针的同一截面上不同位置的各个麦克风所采集到的声信号幅值和相位相等。从而一套装置能同时校准探针式麦克风的灵敏度和相位，无需购买两套装置和搭建自由声场，节约成本。

第二，采用了对称性，长支导声管和探针对称位置处的麦克风所采集到的声信号应该相同，通过改变长支导声管和探针的长度可以对大量麦克风同时进行校准，大大节省了校准时间。

第三，通过控制长支导声管、短支导声管和探针的内壁横截面的长边使得较宽频率范围内的声信号以平面波的形式在管道内传播，实现对麦克风的扫频校准，绘制频响曲线，因此可以对频响线性度不好的麦克风进行校准，而传统方法只能进行单频校准。

第四，可以用高精度的麦克风来校准低成本的麦克风，使低成本的麦克风可用于高精度的声学测量，节约成本。

第五，校准装置操作简单，可以在环境较为严苛的测量现场对探针式麦克风进行校准。

第六，通用性强，只需改变长支导声管和探针的长度与内外壁横截面尺寸即可对不同数量和尺寸的麦克风进行校准。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本发明实施例，而并非是对本发明实施例的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本发明实施例的范围内。

Claims (7)

1.一种探针式麦克风的校准装置，其特征在于，包括信号产生模块、数据采集及处理模块、主导声管、长支导声管、短支导声管和探针；

所述信号产生模块用于产生特定频率的电信号，并把所述电信号转变为相应的声信号；

所述主导声管的一端与所述信号产生模块连接；所述长支导声管的一端与所述主导声管连接，所述长支导声管沿长度方向设置若干个标准麦克风安装孔；所述短支导声管的一端与所述主导声管连接，另一端与所述探针的一端连接；所述探针沿长度方向设置若干个待测麦克风安装孔；所述主导声管、所述长支导声管、所述短支导声管和所述探针形成所述声信号的传播通道，且均使所述声信号以所述特定频率的平面波的形式进行传播；

其中，每个待测麦克风安装孔均有一个对应的标准麦克风安装孔，每一对对应的待测麦克风安装孔和标准麦克风安装孔相对于所述主导声管的轴线的距离相等；

所述数据采集及处理模块用于根据标准麦克风测得的幅值和待测麦克风测得的电信号得到待测麦克风的灵敏度，并根据标准麦克风测得的相位和待测麦克风测得的相位得到两者的相位差；

所述长支导声管和所述探针的内壁横截面设置为矩形且两者的内壁横截面大小相同；所述特定频率的电信号的最大频率为：f＝c*min(1/Lx,1/Ly)/2，其中：f为所述最大频率；c为声速；Lx和Ly分别为内壁横截面的边长；通过改变所述长支导声管和所述探针的内壁横截面的长边的长度，能够改变校准频率带宽；

所述主导声管与所述长支导声管的连接处以及所述主导声管与所述短支导声管的连接处均位于所述主导声管的另一端且位置关于所述主导声管的轴向对称；

所述主导声管的轴向平行于所述声信号的传播方向；所述长支导声管的轴向和所述短支导声管的轴向均垂直于所述主导声管的轴向；且所述探针的轴向、所述短支导声管的轴向和所述长支导声管的轴向共线。

2.根据权利要求1所述的探针式麦克风的校准装置，其特征在于，所述信号产生模块包括声源和信号发生器；所述信号发生器连接所述声源，所述声源与所述主导声管的一端连接；所述信号发生器用于产生所述特定频率的电信号，所述声源用于将所述特定频率的电信号转换为相应的声信号。

3.根据权利要求1所述的探针式麦克风的校准装置，其特征在于，所述主导声管、所述长支导声管、所述短支导声管和/或所述探针的内壁横截面设置为多边形。

4.根据权利要求1所述的探针式麦克风的校准装置，其特征在于，所述标准麦克风安装孔离所述主导声管与所述长支导声管连接处的距离、所述待测麦克风安装孔离所述主导声管与所述短支导声管连接处的距离均不小于三倍的所述长支导声管和所述探针的内壁横截面的最大边长。

5.根据权利要求1所述的探针式麦克风的校准装置，其特征在于，所述信号产生模块、所述主导声管、所述长支导声管、所述短支导声管和所述探针之间均通过法兰密封连接。

6.根据权利要求1所 述的探针式麦克风的校准装置，其特征在于，还包括吸声模块，所述吸声模块分别安装在所述长支导声管中与所述主导声管和所述长支导声管的连接处相对的一端，以及所述探针中与所述短支导声管和所述探针的连接处相对的一端。

7.一种探针式麦克风的校准方法，其特征在于，采用权利要求1-6任一项所述的校准装置，校准方法包括：

在所述标准麦克风安装孔和所述待测麦克风安装孔中对应安装标准麦克风和待测麦克风；所述标准麦克风和所述待测麦克风分别与所述长支导声管的内壁横截面和所述探针的内壁横截面齐平；

在所述主导声管的一端提供特定频率的电信号，并把所述特定频率的电信号转变为相应的声信号；

将所述声信号以所述特定频率的平面波的形式传播至所述主导声管的另一端；将所述平面波从所述主导声管与所述长支导声管的连接处向所述长支导声管的另一端传播；将所述平面波从所述主导声管与所述短支导声管的连接处向所述探针与所述短支导声管的连接处传播；将所述平面波从所述短支导声管与所述探针的连接处向所述探针的另一端传播；其中，所述长支导声管和所述探针的内壁横截面设置为矩形且两者的内壁横截面大小相同；所述特定频率的电信号的最大频率为：f＝c*min(1/Lx,1/Ly)/2，其中：f为所述最大频率；c为声速；Lx和Ly分别为内壁横截面的边长；通过改变所述长支导声管和所述探针的内壁横截面的长边的长度，能够改变校准频率带宽；

获得所述标准麦克风和所述待测麦克风输出的电信号；

根据所述标准麦克风测得的幅值P和所述待测麦克风测得的电信号Ui得到待测麦克风的灵敏度Mi＝P/Ui，并根据所述标准麦克风测得的相位θ和待测麦克风测得的相位θi得到两者的相位差△θ＝θi-θ，其中i为待测麦克风编号。

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