CN114894298A - 一种消音室自动测量装置及方法 - Google Patents

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CN114894298A CN202210574812.1A CN202210574812A CN114894298A CN 114894298 A CN114894298 A CN 114894298A CN 202210574812 A CN202210574812 A CN 202210574812A CN 114894298 A CN114894298 A CN 114894298A
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顾诚诚
阮张锋
陈海咏
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Abstract

本发明公开了一种消音室自动测量装置及方法，所述装置包括：固体声源，其设置在消音室地网中心；线缆将固体声源和消音室中的任意一顶角连接；传声器；电机控制系统，其与传声器连接，数据控制分析模块，分别与固体声源和电机控制系统连接；数据控制分析模块用于向固体声源发送控制信号，使得固体声源发声；数据控制分析模块还用于发送移动命令，电机控制系统根据移动命令控制传声器沿着线缆的起始位置向终点位置移动；传声器在线缆上的每个采样点处采集声压级信号，并反馈至数据控制分析模块，数据控制分析模块用于对接收到的声压级信号进行曲线因子分析和反平方律处理得到消音室内自由声场偏差结果。本发明能够消除人为误差，提高测量效率。

Description

一种消音室自动测量装置及方法
技术领域
本发明涉及仪器检定的技术领域，特别涉及一种消音室自动测量装置及方法。
背景技术
随着科学技术和生产的发展及与之相应的越来越严格的噪声控制(环境保护)的要求，消声室的建设需求有了很大的提高。消声室作为一个在声学领域最基本的设备，常用于各种声学设备的使用与测量，为了保证设备及产品的精度质量，必须保证所测数据测量结果的准确性，特别是在一些汽车实验室，数据结果可能直接影响到其产品的准确性，对于汽车安全也至关重要。如设备及工业产品噪声级及声功率级的测量，扬声器、乐器声学特性的分析，生理、心理声学方面的研究都离不开消声室。作为消声室，它的作用就是为声学测试和实验提供一个无反射声影响的自由声场，因此其声学性能指标是用户非常关心的问题，它直接影响产品测试和评价的结果。
目前消声室的计量(校准)主要依据的标准规范有JJF 1147-2006《消声室和半消声室声学特性校准规范》、GB/T 6882-2016《声学声压法测定噪声源声功率级和声能量级消声室和半消声室精密法》、ISO 3745:2012/AMD.1:2017《Acoustics—Determination ofsound power levels and sound energy levels of noise sources using soundpressure—Precision methods for anechoic rooms and hemi-anechoic rooms》，并利用上述规范来确定自由声场的频率范围与空间范围。
虽然规范中详细地规定了消声室中声学特性的测量和评价方法，但完全以该规范为参考进行测量、计算，其现有的测量方法将导致测试结果产生不可避免的误差。例如理论曲线和测量曲线常常存在“远端对齐”的现象，与此同时，在实际应用中由于传声器等设备的重力影响，会造成传声器的传声路径出现弯曲，不再是规范中的一根理想直线，因此，无法精确有效地对消声室实验的声场特性进行评价。
目前消声室的计量存在以下问题：
目前每根传声器路径上采用手动移动传声器以0.1m等距离步进测量声压级。由此会导致消声室的计量存在耗时长，测量繁琐，引入人为误差的问题。
目前传声器路径规程上是理想状态下的一根直线，在实际应用中由于传声器等设备重力影响造成直线(铁丝)出现弯曲，即实际测量路径并不是直线的，而是弯曲的，由此导致对消声室的声场特性的校准(计量)结果产生附加误差的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种消音室自动测量装置及方法，用于解决上述消声室的计量存在耗时长，测量繁琐，引入人为误差以及消声室的声场特性的校准(计量)结果产生附加误差的问题。
为了解决以上问题，本发明通过下技术方案实现：
一种消音室自动测量装置，应用于消音室1中，包括：固体声源6，其设置在所述消音室地网中心；作为测量路径的线缆4，其第一端设置在所述固体声源6处，作为所述测量路径的起始位置，其第二端设置在所述消音室1中的任意一顶角处，作为所述测量路径的终点位置；传声器3，其设置在所述线缆4上；电机控制系统，其与所述传声器3连接，数据控制分析模块，其设置在所述消音室1外部，且分别与所述固体声源6和所述电机控制系统连接；所述数据控制分析模块用于向所述固体声源6发送控制信号，使得所述固体声源6发声；所述数据控制分析模块还用于向所述电机控制系统发送移动命令，所述电机控制系统根据接收到的所述移动命令控制所述传声器3沿着所述线缆4的所述起始位置向所述终点位置移动；所述传声器3在所述线缆4上的每个采样点处采集声压级信号，并将所述声压级信号反馈至所述数据控制分析模块，所述数据控制分析模块用于对接收到的所述声压级信号进行曲线因子分析和反平方律处理得到所述消音室内自由声场偏差结果。
可选地，所述电机控制系统包括：定滑轮2，其设置在所述消音室1中的任意一顶角处；电机驱动模块5，其设置在所述消音室1的地网上；滑轮传动线缆11，其一端绕过所述定滑轮2与所述传声器3连接，另一端与所述电机驱动模块5连接；电机传动控制机箱9，其设置在所述消音室1外部，且分别与所述电机驱动模块5和所述数据控制分析模块连接，所述数据控制分析模块用于通过所述电机传动控制机箱9向所述电机驱动模块5发送所述移动命令；所述电机驱动模块5根据接收到的所述移动命令收缩所述滑轮传动线缆11以带动所述传声器3移动。
可选地，所述数据控制分析模块包括：计算机8，其与所述电机传动控制机箱9连接；PULSE多通道分析仪7，其分别与所述计算机8，所述传声器3和声源功率放大器10连接，所述声源功率放大器10与所述固体声源6连接。所述PULSE多通道分析仪7用于向所述声源功率放大器10发送激励信号，所述声源功率放大器10用于将所述激励信号进行放大后输出给所述固定声源6，以控制所述固定声源6发声；所述PULSE多通道分析仪7还用于接收所述传声器3所采集的每一采样点处的所述声压级信号并传输至所述计算机8。
可选地，所述计算机8用于对所述测量路径进行曲线因子分析得到所述测量路径的总变形量；根据所述测量路径的所述总变形量并结合所述反平方率算法对每一所述采样点处的所述声压级信号进行计算，得到理论反平方率声压级；将每一采样点处的所述理论反平方率声压级减去对应的所述采样点的所述声压级信号得到每一采样点处的声压级偏差值，所有所述采样点处的所述声压级偏差值为所述消音室内自由声场偏差结果。
可选地，所述固体声源6为十二面体无指向性声源。
另一方面，本发明还提供一种采用如上文所述的消音室自动测量装置进行消音室自动测量方法，包括：步骤S1、控制所述固体声源发声。步骤S2、所述传声器以预设时间间隔和步长沿着线缆从所述起始位置至所述终点位置移动。步骤S3、获取所述声压级信号。步骤S4、对所述声压级信号进行曲线因子分析和反平方律处理得到所述消音室内自由声场偏差结果。
可选地，所述步骤S3还包括：步骤S3.1、在开始测试之前，对所述传声器所处位置进行修正，以使所述传声器位于所述起始位置。步骤S3.2、控制传声器沿所述起始位置朝所述终点位置移动，每移动一次，则此位置称之为采样点，所述传声器在此采样点采集所述声压级信号，直至所述传声器到达所述终点位置。
可选地，所述步骤S4包括：步骤S4.1、对所述测量路径进行曲线因子分析得到所述测量路径的总变形量。步骤S4.2、根据所述测量路径的所述总变形量并结合所述反平方率算法对每一所述采样点处的所述声压级信号进行计算，得到理论反平方率声压级。将每一采样点处的所述理论反平方率声压级减去对应的所述采样点的所述声压级信号得到每一采样点处的声压级偏差值，所有所述采样点处的所述声压级偏差值为所述消音室内自由声场偏差结果。
可选地，所述步骤S4.1包括：选取所述传声器的任意一悬挂位置p和传声器偏转角度θ两个参数，分别进行拟合，得到每一采样点处测量路径的变形量Δd和传声器偏转角度θ与悬挂位置p的关系曲线；
Δd＝f(p)＝A+B1p+B2p2+B3p3+B4p4+B5p5+B6p6+B7p7+B8p8+B9p9
θ＝q(p)＝C+D1p+D2p2+D3p3+D4p4+D5p5+D6p6+D7p7+D8p8+D9p9
根据几何关系可得到测量路径的总变形量ΔD为：
ΔD＝Δd+acos(θ)＝f(p)+acos[q(p)]
式中，a表示传声器与所述线缆的距离，q(p)表示传声器偏转角度θ与传声器悬挂位置p的函数关系；其中C为该函数关系的截距，D1～D9为该函数关系的各项系数；f(p)表示表示悬挂位置p与该处钢丝绳变形量的函数关系；其中A为该函数关系的截距，B1～B9为该函数关系的各项系数。
可选地，所述步骤S4.2包括：第i采样点的理论反平方率声压级Lp(ri')采用如下公式进行计算：
Figure BDA0003660211120000041
式中，ri'＝[ri 2+(ΔD)2]0.5，其中ri表示固体声源假定声中心到第i采样点的距离，ΔD表示测量路径的总变形量；ri'表示固体声源假定声中心到第i采样点的经修正后的距离；
其中，参数a采用如下公式进行计算：
Figure BDA0003660211120000042
式中，
Figure BDA0003660211120000043
Lpi表示通过所述传声器采集的第i个采样点的声压级信号；N表示所述测量路径上的采样点的总数目；
r0为沿传声器移动轴线的声中心的补偿，即固体声源实际声中心与假定声中心的之间的差的距离，r0采用如下公式进行计算：
Figure BDA0003660211120000051
所述第i采样点处的声压级偏差值ΔLpi采用如下公式计算：
ΔLpi＝Lpi-Lp(ri')。
本发明至少具有以下优点之一：
本发明所提供的一种消音室自动测量装置及方法能够用于对全自动消声室与半消声室内部进行自由场声学特性测量，以JJF 1147-2006消声室和半消声室声学特性校准规范为参考，通过舍有得所述数据控制分析模块对接收到的所述声压级信号进行曲线因子分析和反平方律处理得到所述消音室内自由声场偏差结果。由此可知，通过对测量路径进行修正以及根据修正结果计算理论反平方率声压级，并根据理论反平方率声压级与实际测量的声压级信号之间的差值来判断对应的消音室内的自由场声学特性，由此本发明提供的消音室自动测量装置可以对实际采样点与理论采样点的位置进行偏差修正，并且可以改进规程数据处理中出现的远端数据过好不合常理的现象。在检测过程中，该系统可实现全自动测量，消除人为误差，提高测量效率。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的一种消音室自动测量装置的主要结构示意图；
图2为本发明一实施例提供的一种一种消音室自动测量方法的流程示意图；
图3为本发明一实施例提供的悬链线受力图；
图4为本发明一实施例提供的变形量Δd和偏转角度θ与悬挂位置p的关系曲线。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明提出的一种消音室自动测量装置及方法作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的。为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
如图1所示，一种消音室自动测量装置，应用于消音室1中，包括：固体声源6，其设置在所述消音室地网中心；线缆4，其第一端设置在所述固体声源6处，作为起始位置，其第二端设置在所述消音室1中的任意一顶角处，作为终点位置；传声器3，其设置在所述线缆4上；电机控制系统，其与所述传声器3连接，数据控制分析模块，其设置在所述消音室1外部，且分别与所述固体声源6和所述电机控制系统连接；所述数据控制分析模块用于向所述固体声源6发送控制信号，使得所述固体声源6发声；所述数据控制分析模块还用于向所述电机控制系统发送移动命令，所述电机控制系统根据接收到的所述移动命令控制所述传声器3沿着所述线缆4的所述起始位置向所述终点位置移动；所述传声器3在所述线缆4上的每个采样点处采集声压级信号，并将所述声压级信号反馈至所述数据控制分析模块，所述数据控制分析模块用于对接收到的所述声压级信号进行曲线因子分析和反平方律处理得到所述消音室内自由声场偏差结果。
在本实施例中，由于多数消声室是测量1～3条路径，每条路径结果均可得出消声室自由声场偏差结果，由此可以理解的是，为了实现更全面的消音室内声场的测量，需要对消音室内四条路径进行测量，更换测量路径时，仅需要线缆4的第二端的连接位置更换至消音室的下一个顶角处，以及即可，其他测量方式及过程与上文所述均相同。
请继续参考图1所示，所述电机控制系统包括：定滑轮2，其设置在所述消音室1中的任意一顶角处；电机驱动模块5，其设置在所述消音室1的地网上；滑轮传动线缆11，其一端绕过所述定滑轮2与所述传声器3连接，另一端与所述电机驱动模块5连接；电机传动控制机箱9，其设置在所述消音室1外部，且分别与所述电机驱动模块5和所述数据控制分析模块连接，所述数据控制分析模块用于通过所述电机传动控制机箱9向所述电机驱动模块5发送所述移动命令；所述电机驱动模块5根据接收到的所述移动命令收缩所述滑轮传动线缆11以带动所述传声器3移动。
请继续参考图1所示，所述数据控制分析模块包括：计算机8，其与所述电机传动控制机箱9连接；PULSE多通道分析仪7，其分别与所述计算机8，所述传声器3和声源功率放大器10连接，所述声源功率放大器10与所述固体声源6连接。所述PULSE多通道分析仪7用于向所述声源功率放大器10发送激励信号，所述声源功率放大器10用于将所述激励信号进行放大后输出给所述固定声源6，以控制所述固定声源6发声；所述PULSE多通道分析仪7还用于接收所述传声器3所采集的每一采样点处的所述声压级信号并传输至所述计算机8。
在本实施例中，所述固体声源6为十二面体无指向性声源可以持续发出粉红噪声信号。
请继续参考图1所示，所述计算机8用于对所述测量路径进行曲线因子分析得到所述测量路径的总变形量；根据所述测量路径的所述总变形量并结合所述反平方率算法对每一所述采样点处的所述声压级信号进行计算，得到理论反平方率声压级；将每一采样点处的所述理论反平方率声压级减去对应的所述采样点的所述声压级信号得到每一采样点处的声压级偏差值，所有所述采样点处的所述声压级偏差值为所述消音室内自由声场偏差结果。在本实施例中，所述电机控制系统还可以为步进电机。
请继续参考图1所示，本实施例还包括：网线15，其用于将所述计算机8与PULSE多通道分析仪7连接。BNC线(同轴电缆)13，用于连接所述PULSE多通道分析仪7和声源功率放大器10。音频线14，用于连接所述声源功率放大器10和所述固体声源6。Lemo(雷莫)线12，用于连接PULSE多通道分析仪7和传声器3。USB线16，所述计算机8通过所述USB线16与所述电机传动控制机箱9连接，所述电机驱动模块9通过USB线与电机驱动模块5连接。
另一方面，如图2所示，本实施例还提供一种采用如上文所述的消音室自动测量装置进行消音室自动测量方法，包括：步骤S1、控制所述固体声源发声。步骤S2、所述传声器以预设时间间隔和步长沿着线缆从所述起始位置至所述终点位置移动。步骤S3、获取所述声压级信号。步骤S4、对所述声压级信号进行曲线因子分析和反平方律处理得到所述消音室内自由声场偏差结果。
在本实施例中，所述步骤S3还包括：步骤S3.1、在开始测试之前，对所述传声器所处位置进行修正，以使所述传声器位于所述起始位置。步骤S3.2、控制传声器沿所述起始位置朝所述终点位置移动，每移动一次，则此位置称之为采样点，所述传声器在此采样点采集所述声压级信号，直至所述传声器到达所述终点位置。
为了理解上述步骤，下面举个例子进行说明，通过数据控制分析模块或计算机8设定固定声源与传声器的初始理论路径为50cm，设置30s进行声压级信号采样，定点采样完按直线路径步进10cm进入下一采样点，直至采样程序设置终点长度后停止步进。(如程序设置路径为3m，则整条路径上进行25个采样点)每次执行获取声压级信号，需要分析路径长度以判断是否到达终点位置，此处的分析路劲长度只是前期初步根据被检消声室的长宽高计算个大概中心点到一端顶点的路径长度，如3米，3.5米，4米等。
在本实施例中，所述步骤S4包括：步骤S4.1、对所述测量路径进行曲线因子分析得到所述测量路径的总变形量。步骤S4.2、根据所述测量路径的所述总变形量并结合所述反平方率算法对每一所述采样点处的所述声压级信号进行计算，得到理论反平方率声压级。将每一采样点处的所述理论反平方率声压级减去对应的所述采样点的所述声压级信号得到每一采样点处的声压级偏差值，所有所述采样点处的所述声压级偏差值为所述消音室内自由声场偏差结果。
在本实施例中，传声器可以通过一连接件(例如由滑轮和悬浮支架组成的连接件)设置在钢丝绳(线缆)上，可以理解的是，在本实施例中只要使能将传声器设置在线缆上即可，并不限制连接件的具体结构。
在实际测试时，由于钢丝绳柔性较大的特点以及其和传声装置的自重会使本应为直线的钢丝绳向下悬垂，近似为一条悬链线，这就导致了传声器的传声路径发生改变。已有研究表明，对于钢丝绳类结构在自重下的挠垂曲线通常用悬链线方程来近似求解。
首先以悬链线悬垂端点为原点建立坐标系，如下图3所示，其左端点受到水平预张力T0，并在均匀分布的重力作用下下垂，设其单位重力为λ，悬垂线长度为L，顶端拉力为T，且与x轴夹角为α，根据力学原理可知tanα＝G/T0。
假定该水平张力在悬链上处处相等，对于任意一段悬链Lx，该平衡均成立，tanα＝λLx/T0，而tanα＝dy/dx，对该式取微分，则有
Figure BDA0003660211120000091
弧长微分为，对(1)式分离变量并积分后得到：
Figure BDA0003660211120000092
对(2)式积分得：
Figure BDA0003660211120000093
Figure BDA0003660211120000094
再对(4)式分离变量并积分得：
Figure BDA0003660211120000095
根据积分公式可得：
Figure BDA0003660211120000096
该式即为悬链线的一般方程，后续仿真是基于悬链线理论进行的，该方程作为理论基础。式中，C1，C2表示由上述积分得到的积分常数，因为此处写的是悬链线的一般方程(也就是通解)，所以C1，C2无需解出具体值。如果需要求得C1，C2则必须设置初始条件，在不同的初始条件下求出的C1，C2是不同的，每一组初始条件会对应一组C1，C2的值，只有在需要特解的情况下才需带入初始条件求出C1，C2的具体值。
在本实施例中，由于钢丝绳和传声器的自重会导致钢丝绳下垂，使传声路径从直线变成一条下垂的曲线，这就导致了后续声压数据测量的误差，因此，后续提出利用一个曲线因子来描述并在一定程度上补偿这种路径变化带来的误差。
因此，针对本实施例中由于传声器带倾斜夹角且悬挂重物(传声器的自重等)的钢丝绳下垂情况，通过理论计算进行研究的方法就变得尤为复杂，为了结果的准确性和计算的简便性，本实施例可以基于上述理论采用有限元仿真的方法，对传声装置及钢丝绳自重对钢丝绳下垂的情况进行仿真，进而得出其对传声路径的影响。
基于实验情况，建立仿真模型，为了更准确表现出钢丝绳的柔性特点，设定其弹性模量E＝0.8×1011Pa。以y方向为重力方向，分别改变传声装置悬挂位置(即参数p)进行多组仿真，得到不同悬挂位置p下，钢丝绳上各点(采样点)的坐标值及变形量。由于整体模型尺寸与变形量的比值较大，难以清晰地表征不同悬挂位置下钢丝绳的变形量情况，因此，可以绘制钢丝绳y方向变形量Δd与横坐标x的关系曲线。当传声装置悬挂于钢丝中点位置附近，变形量Δd越大；装置逐渐远离中点位置时，变形量Δd逐渐减小。
为了验证仿真结果的准确性，将其与实验值进行对比，本实施例还进行了将传声装置分别在1000mm、2000mm、3000mm、4000mm、5000mm时的仿真路径与实验值对比的结果。通过对比理论值、仿真值和实验值，说明了该仿真模型能较好地描述实际测量过程，相比于理论值，仿真计算得到的结果更接近实验值。当传声装置沿传声路径逐渐远离声源时，钢丝绳的变形呈现出先增大后减小的趋势，即当传声装置的悬挂位置越靠近钢丝绳中点附近时，整个传声路径的变形就越大，且随着传声装置逐渐远离钢丝绳中点附近，路径变形量也逐渐变小，因为钢丝绳的中点附近为其重心，所以重力因素的影响效果最为显著，变形量最大。
仿真结果更接近实际值时，能在一定程度上预测重力因素对传声路径造成的误差，同时，在装置悬挂处的仿真结果更接近实验值。
研究发现，在声压测试过程中，传声装置(传声器，或传声器装置)处的路径变形量对声压级的测试结果影响重大，因此，我们更关注传声装置在悬挂点处的误差。同时，由于装置重力影响，在不同位置时，传声器姿态会发生变化，不再与理想传声路径平行，产生一个偏转角。
如图4所示，为了进一步得到传声装置在不同悬挂位置对钢丝绳下垂量的影响，选取了不同悬挂位置p和装置偏转角度θ两个参数，分别进行拟合，得到变形量Δd和偏转角度θ与悬挂位置p的关系曲线。根据曲线拟合结果，得到以下函数关系即如下的公式(6)和(7)。
即在本实施例中，所述步骤S4.1包括：选取所述传声器的任意一悬挂位置p和传声器偏转角度θ两个参数，分别进行拟合，得到每一采样点处测量路径的变形量Δd和传声器偏转角度θ与悬挂位置p的关系曲线；
Δd＝f(p)＝A+B1p+B2p2+B3p3+B4p4+B5p5+B6p6+B7p7+B8p8+B9p9 (7)
θ＝q(p)＝C+D1p+D2p2+D3p3+D4p4+D5p5+D6p6+D7p7+D8p8+D9p9 (8)
根据几何关系可得到测量路径的总变形量ΔD为：
ΔD＝Δd+acos(θ)＝f(p)+acos[q(p)] (9)
式中，a表示传声器与所述线缆的距离，q(p)表示传声器偏转角度θ与传声器悬挂位置p的函数关系；其中C为该函数关系的截距，D1～D9为该函数关系的各项系数；f(p)表示表示悬挂位置p与该处钢丝绳变形量的函数关系；其中A为该函数关系的截距，B1～B9为该函数关系的各项系数。
在本实施例中，(7)式、(8)式的各项系数如下表所示：
表1函数系数表
Figure BDA0003660211120000111
Figure BDA0003660211120000121
在分析完曲线因子后，进行消声室路径偏差的算法设计，消声室与半消声室自由场特性测量是用纯音作连续计量测量，按点测法的规定记录各选定路径上所有频带上的声场声压级衰减曲线，对于每一条传输路径的每一个测量频率。
由此在本实施例中，所述步骤S4.2包括：第i采样点的理论反平方率声压级Lp(ri')采用如下公式进行计算：
Figure BDA0003660211120000122
式中，ri'＝[ri 2+(ΔD)2]0.5，其中ri表示固体声源假定声中心到第i采样点的距离，ΔD表示测量路径的总变形量；ri'表示固体声源假定声中心到第i采样点的经修正后的距离。
其中，参数a采用如下公式进行计算：
Figure BDA0003660211120000123
式中，
Figure BDA0003660211120000124
Lpi表示通过所述传声器采集的第i个采样点的声压级信号；N表示所述测量路径上的采样点的总数目；
r0为沿传声器移动轴线的声中心的补偿，即固体声源实际声中心与假定声中心的之间的差的距离，r0采用如下公式进行计算：
Figure BDA0003660211120000131
所述第i采样点处的声压级偏差值ΔLpi采用如下公式计算：
ΔLpi＝Lpi-Lp(ri') (13)
综上，由于现有技术中规程上对于传声器测得数据进行的反平方律计算引入参数q的线性公式。带来的问题：参数q的线性公式利用线性最小二乘法为模型计算出理论曲线的a与r0，但是在实际校准实验中，随着测量距离的增加，参数q的的变化呈现出无规律性，而声压级的变化逐渐减小，参数q的变化量最大值与最小值差了2.5倍，因此造成了测试距离越远数据越精准的现象。偏差数据如表2所示：
Figure BDA0003660211120000132
本实施例通过对固体声源假定声中心到第i采样点的距离进行修正，由此使得固体声源假定声中心到第i采样点的修正后的距离无线接近实际测量路径；基于此修正后的距离进行理论反平方率声压级计算，由此进行消音室内的自由场声学特性。由此本实施例提供的消音室自动测量装置可以对实际采样点与理论采样点的位置进行偏差修正，并且可以改进规程中的数据处理，使得到的偏差结果更精确、更合理。
综上所述，本实施例所提供的一种消音室自动测量装置及方法能够用于对全自动消声室与半消声室内部进行自由场声学特性测量，以JJF 1147-2006消声室和半消声室声学特性校准规范为参考，通过舍有得所述数据控制分析模块对接收到的所述声压级信号进行曲线因子分析和反平方律处理得到所述消音室内自由声场偏差结果。由此可知，通过对测量路径进行修正以及根据修正结果计算理论反平方率声压级，并根据理论反平方率声压级与实际测量的声压级信号之间的差值来判断对应的消音室内的自由场声学特性。在检测过程中，该系统可实现全自动测量，消除人为误差，提高测量效率。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
应当注意的是，在本文的实施方式中所揭露的装置和方法，也可以通过其他的方式实现。以上所描述的装置实施方式仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本文的多个实施方式的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用于执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
另外，在本文各个实施方式中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种消音室自动测量装置，应用于消音室(1)中，其特征在于，包括：固体声源(6)，其设置在所述消音室地网中心；
作为测量路径的线缆(4)，其第一端设置在所述固体声源(6)处，作为所述测量路径的起始位置，其第二端设置在所述消音室(1)中的任意一顶角处，作为所述测量路径的终点位置；
传声器(3)，其设置在所述线缆(4)上；
电机控制系统，其与所述传声器(3)连接，
数据控制分析模块，其设置在所述消音室(1)外部，且分别与所述固体声源(6)和所述电机控制系统连接；
所述数据控制分析模块用于向所述固体声源(6)发送控制信号，使得所述固体声源(6)发声；
所述数据控制分析模块还用于向所述电机控制系统发送移动命令，所述电机控制系统根据接收到的所述移动命令控制所述传声器(3)沿着所述线缆(4)的所述起始位置向所述终点位置移动；
所述传声器(3)在所述线缆(4)上的每个采样点处采集声压级信号，并将所述声压级信号反馈至所述数据控制分析模块，
所述数据控制分析模块用于对接收到的所述声压级信号进行曲线因子分析和反平方律处理得到所述消音室内自由声场偏差结果。
2.如权利要求1所述的消音室自动测量装置，其特征在于，所述电机控制系统包括：定滑轮(2)，其设置在所述消音室(1)中的任意一顶角处；
电机驱动模块(5)，其设置在所述消音室(1)的地网上；
滑轮传动线缆(11)，其一端绕过所述定滑轮(2)与所述传声器(3)连接，另一端与所述电机驱动模块(5)连接；
电机传动控制机箱(9)，其设置在所述消音室(1)外部，且分别与所述电机驱动模块(5)和所述数据控制分析模块连接，所述数据控制分析模块用于通过所述电机传动控制机箱(9)向所述电机驱动模块(5)发送所述移动命令；所述电机驱动模块(5)根据接收到的所述移动命令收缩所述滑轮传动线缆(11)以带动所述传声器(3)移动。
3.如权利要求2所述的消音室自动测量装置，其特征在于，
所述数据控制分析模块包括：
计算机(8)，其与所述电机传动控制机箱(9)连接；
PULSE多通道分析仪(7)，其分别与所述计算机(8)，所述传声器(3)和声源功率放大器(10)连接，所述声源功率放大器(10)与所述固体声源(6)连接；
所述PULSE多通道分析仪(7)用于向所述声源功率放大器(10)发送激励信号，所述声源功率放大器(10)用于将所述激励信号进行放大后输出给所述固定声源(6)，以控制所述固定声源(6)发声；
所述PULSE多通道分析仪(7)还用于接收所述传声器(3)所采集的每一采样点处的所述声压级信号并传输至所述计算机(8)。
4.如权利要求3所述的消音室自动测量装置，其特征在于，所述计算机(8)用于对所述测量路径进行曲线因子分析得到所述测量路径的总变形量；
根据所述测量路径的所述总变形量并结合所述反平方率算法对每一所述采样点处的所述声压级信号进行计算，得到理论反平方率声压级；
将每一采样点处的所述理论反平方率声压级减去对应的所述采样点的所述声压级信号得到每一采样点处的声压级偏差值，所有所述采样点处的所述声压级偏差值为所述消音室内自由声场偏差结果。
5.如权利要求1所述的消音室自动测量装置，其特征在于，所述固体声源(6)为十二面体无指向性声源。
6.一种采用如权利要求1～5中任意一项所述的消音室自动测量装置进行消音室自动测量方法，其特征在于，包括：
步骤S1、控制所述固体声源发声，
步骤S2、所述传声器以预设时间间隔和步长沿着线缆从所述起始位置至所述终点位置移动；
步骤S3、获取所述声压级信号，
步骤S4、对所述声压级信号进行曲线因子分析和反平方律处理得到所述消音室内自由声场偏差结果。
7.如权利要求6所述的消音室自动测量方法，其特征在于，所述步骤S3还包括：
步骤S3.1、在开始测试之前，对所述传声器所处位置进行修正，以使所述传声器位于所述起始位置；
步骤S3.2、控制传声器沿所述起始位置朝所述终点位置移动，每移动一次，则此位置称之为采样点，所述传声器在此采样点采集所述声压级信号，直至所述传声器到达所述终点位置。
8.如权利要求7所述的消音室自动测量方法，其特征在于，所述步骤S4包括：
步骤S4.1、对所述测量路径进行曲线因子分析得到所述测量路径的总变形量；
步骤S4.2、根据所述测量路径的所述总变形量并结合所述反平方率算法对每一所述采样点处的所述声压级信号进行计算，得到理论反平方率声压级；
将每一采样点处的所述理论反平方率声压级减去对应的所述采样点的所述声压级信号得到每一采样点处的声压级偏差值，所有所述采样点处的所述声压级偏差值为所述消音室内自由声场偏差结果。
9.如权利要求8所述的消音室自动测量方法，其特征在于，所述步骤S4.1包括：选取所述传声器的任意一悬挂位置p和传声器偏转角度θ两个参数，分别进行拟合，得到每一采样点处测量路径的变形量Δd和传声器偏转角度θ与悬挂位置p的关系曲线；
Δd＝f(p)＝A+B1p+B2p2+B3p3+B4p4+B5p5+B6p6+B7p7+B8p8+B9p9
θ＝q(p)＝C+D1p+D2p2+D3p3+D4p4+D5p5+D6p6+D7p7+D8p8+D9p9
根据几何关系可得到测量路径的总变形量ΔD为：
ΔD＝Δd+a cos(θ)＝f(p)+a cos[q(p)]
式中，a表示传声器与所述线缆的距离，q(p)表示传声器偏转角度θ与传声器悬挂位置p的函数关系；其中C为该函数关系的截距，D1～D9为该函数关系的各项系数；f(p)表示表示悬挂位置p与该处钢丝绳变形量的函数关系；其中A为该函数关系的截距，B1～B9为该函数关系的各项系数。
10.如权利要求9所述的消音室自动测量方法，其特征在于，所述步骤S4.2包括：第i采样点的理论反平方率声压级Lp(ri')采用如下公式进行计算：
Figure FDA0003660211110000041
式中，ri'＝[ri 2+(ΔD)2]0.5，其中ri表示固体声源假定声中心到第i采样点的距离，ΔD表示测量路径的总变形量；ri'表示固体声源假定声中心到第i采样点的经修正后的距离；
其中，参数a采用如下公式进行计算：
Figure FDA0003660211110000042
式中，
Figure FDA0003660211110000043
Lpi表示通过所述传声器采集的第i个采样点的声压级信号；N表示所述测量路径上的采样点的总数目；
r0为沿传声器移动轴线的声中心的补偿，即固体声源实际声中心与假定声中心的之间的差的距离，r0采用如下公式进行计算：
Figure FDA0003660211110000044
所述第i采样点处的声压级偏差值ΔLpi采用如下公式计算：
ΔLpi＝Lpi-Lp(ri')。
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