CN205040031U - 一种传声器灵敏度和频响曲线测试装置 - Google Patents

Abstract

一种传声器灵敏度和频响曲线测试装置，涉及声学测量仪器性能测评领域。其装置包括内置有信号处理单元和信号控制单元的计算机、模/数转换板、数/模转换板、增益放大器及声耦合腔单元。其方法是，先利用计算机产生测试所需各个频率的声源信号，再调整信号的增益幅值，用以产生标准的测试声源；根据基准传声器的频率响应特性，对比待测传声器和基准传声器的响应水平，从而计算出待测传声器的灵敏度和频响曲线。本实用新型无需进行电工测试，只需操作计算机即可实现所有功能，该方法易于实现、操作便捷，且测试精度高，填补了传声器性能测试领域的空白，可广泛应用于多个领域的声学测量中。

Description

一种传声器灵敏度和频响曲线测试装置

技术领域

本实用新型涉及声学测量仪器性能测评领域，具体涉及一种对传声器的灵敏度和频响曲线进行测试的装置。

背景技术

随着社会的发展和生活水平的提高，人们对交通环境、家电设备、居住环境的噪声水平要求越来越严格。作为合理改善和控制噪声的第一步和先决条件，需要对噪声的特性进行客观而准确的测量。目前噪声测量方法有很多，如声压测量、声强测量、声功率测量等；使用的设备也有很多，例如声强仪、声学照相机、人工头等。在这些方法和设备中，无一例外的都需要用到传声器。

在精确的声学测量中往往需要准确的传声器性能参数输入，例如灵敏度、频率响应、指向特性等。虽然传声器在出厂前都会进行性能测试，但由于不同厂家使用的测试方法和参照标准的不同，其结果往往不具备可比性和统一性。而且传声器内部结构会受使用时间、环境和人为因素的影响而变化，从而导致其性能参数的改变。因此在精度要求严格的声学测量中，每次测试前都需要对传声器的特性参数进行测量校准。

对传声器特性参数的测试一般都参照国际电工标准中制定的耦合腔互易法、自由场互易法、静电激励法等。由于上述测试方法过程复杂，且都需要专业的电工测量设备，在实际中往往无法实现。综上所述，在声学测量领域中，迫切需要一种结构简单、操作方便快捷、精确度高的传声器特性参数测试装置。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种传声器灵敏度和频响曲线测试装置，解决了传统结构在传声器特性参数测试中遇到的诸多问题，其测试精度高、易于实现、操作方便。

本实用新型的技术方案是这样实现的：一种传声器灵敏度和频响曲线测试装置，它包括有计算机，其特征在于：所述计算机为内置有信号处理单元和信号控制单元的计算机，计算机信号处理单元输出端与数/模转换板输入端相连接，计算机信号控制单元输出端分别与增益放大器和数/模转换板输入端相连接；数/模转换板输出端通过增益放大器与带有待测传声器的声耦合腔单元输入端相连接；所述声耦合腔单元及该单元的待测传声器输出端与分别与模/数转换板输入端相连接，模/数转换板输出端与计算机信号处理单元输入端相连接。

如上所述声耦合腔单元包括有一声耦合腔壳体，在该声耦合腔壳体的一端通过固定盖板限位有信号线，在固定盖板内侧依次设置有低频扬声器、频率选择器、基准传声器、高频扬声器及测试耦合腔体，在测试耦合腔体内还设置一传声器适配器，在传声器适配器内侧插接有一待测传声器。

本实用新型所述的计算机，用于控制数据采集、信号发生、增益幅值，并计算待测传声器的灵敏度和频率响应；所述的模/数转换板，用于将传声器产生的模拟电压信号转换为计算机可识别的数字信号；所述的数/模转换板，用于将计算机生成的数字信号转换为扬声器的声源模拟信号；所述的增益放大器，用于对声源信号进行噪声过滤和放大；所述的声耦合腔由基准传声器、高频扬声器、低频扬声器和电子元件构成，用于在20Hz至20000Hz频率范围内产生稳定的耦合声场，其中已知基准传声器的灵敏度和频响曲线。

所测试的传声器尺寸应为标准的1/2英寸，对于1/4英寸传声器，本实用新型提供专用的转接插头。

本实用新型的有益效果：本实用新型传声器灵敏度和频响曲线测试装置，先利用计算机产生测试所需各个频率的声源信号，再调整信号的增益幅值，用以产生标准的测试声压；根据基准传声器的频率响应特性，对比待测传声器和基准传声器的响应水平，从而计算出待测传声器的灵敏度和频响曲线。本实用新型中的声耦合腔体单元能够提供宽频范围内的稳定声源。该方法无需进行电工测试，只需操作计算机即可实现所有功能，该方法易于实现、操作便捷，且测试精度高，填补了传声器性能测试领域的空白，可广泛应用于多个领域的声学测量中。

附图说明

图1为本实用新型传声器灵敏度和频响曲线测试结构原理框图；

图2为本实用新型声耦合腔单元结构简图；

图3为本实用新型声耦合腔内频率选择器高频电路原理图；

图4为本实用新型声耦合腔内频率选择器低频电路原理图；

图5为本实用新型传声器灵敏度和频响曲线测试方法的流程图；

图6为本实用新型传声器频响曲线测试结果图。

附图中主要部件说明：1为计算机信号处理单元；2为模/数转换板；3为数/模转换板；4为增益放大器；5为计算机信号控制单元；6为声耦合腔单元，601为1/2英寸传声器适配器，602为测试耦合腔体，603为高频扬声器，604为基准传声器，605为频率选择器，606为低频扬声器，607为固定盖板，608为信号线，609为耦合腔壳体；7为待测传声器。

下面将结合附图通过实例，对本实用新型作进一步详细说明，但下述实例仅仅是本实用新型的例子而已，并不代表本实用新型所限定的权利保护范围，本实用新型的权利保护范围以权利要求书为准。

具体实施方式

实施例1：

本实施例的传声器灵敏度和频响曲线测试装置，如图1-6所示，待测传声器7的一端插接在声耦合腔单元6内，而另一端连接模/数转换板2的输入端；声耦合腔单元6的输出端连接模/数转换板2的输入端；模/数转换板2的输出端连接计算机信号处理单元1的输入端；计算机信号处理单元1的输出端分别连接计算机信号控制单元5与数/模转换板3的输入端；计算机信号控制单元5的输出端分别连接数/模转换板3和增益放大器4的输入端；数/模转换板3的输出端连接增益放大器4的输入端；增益放大器4的输出端连接声耦合腔单元6的输入端。

本实施例中的计算机信号处理单元1，用于产生测试声源信号、处理采集数据并计算待测传声器的灵敏度和频率响应。

本实施例中的模/数转换板2，用于将传声器产生的模拟电压信号转换为计算机1可识别的数字信号。该设备具有两个性能参数完全一致的通道，且在工作时两个通道保持同步采集数据。

本实施例中的数/模转换板3，用于将计算机1生成的数字信号转换为声源模拟信号。

本实施例中的增益放大器4，用于对声源信号进行噪声过滤和放大。

本实施例中的计算机信号控制单元5，用于根据计算机信号处理单元1的指令，通过控制数/模转换板3及增益放大器4使声源信号符合测试要求。

本实施例中的声耦合腔单元6的内部结构，如图2所示，本实例所述声耦合腔单元6包括有一声耦合腔壳体609，在该声耦合腔壳体609的一端通过固定盖板607限位有信号线608，在固定盖板607内侧依次设置有低频扬声器606、频率选择器605、基准传声器604、高频扬声器603及测试耦合腔体602，在测试耦合腔体602内还设置一1/2英寸传声器适配器601，在1/2英寸传声器适配器601内侧插接有一待测传声器7。1/2英寸传声器适配器601用于在测试1/2英寸传声器时将传声器固定在声耦合腔单元6内；测试腔体602用于产生声压均匀分布的测试声场；高频扬声器603用来播放频率范围为1250Hz～16000Hz的测试声源；基准传声器604为性能稳定的高精度电容式传声器，其灵敏度和频响曲线在误差允许的范围内恒定不变；频率选择器605由具有阻低频通高频特性的电容器和具有阻高频通低频特性的线圈构成，其功能是根据声源信号的频率范围选择适合的扬声器，其主要原理如图3-图4所示；低频扬声器606用来播放频率范围为20Hz～1250Hz的测试声源；固定盖板607的作用是固定耦合腔体内部组件和密封腔体；信号线608用于输入和输出信号；耦合腔壳体609为硬塑材质制成的圆柱形壳体。声耦合腔单元6的结构和功能特性保证其能够在在20Hz至20000Hz频率范围内产生任意频率下的稳定测试声场。

本实施例中的待测传声器7为声学测量中最常用的1/2英寸电容式传声器。

本实施例中的传声器灵敏度和频响曲线测试采用上述装置实现，其流程如图5所示，包括以下步骤：

在步骤101中，启动测试装置，计算机自动对信号发生和增益放大器进行初始化设置，此时测试声源信号频率为1000Hz。声源信号在经过数/模转换和增益放大后，传输至声耦合腔单元，并由扬声器播放，使声耦合腔内产生10000Hz的稳压声场。

在步骤102中，声耦合腔内的基准传声器采集到声压信号，并将声压信号转换为电压信号。信号经模/数转后，传输到计算机中。计算机对数字信号进行加窗降噪、加权平均、傅里叶变换处理后，得到声压频谱信号。计算机根据频谱信号的特征，适当调整信号发生的频率和增益放大器的幅值，使频谱信号中单频峰值出现在1000Hz且幅值为94分贝。

在步骤103中，将待测传声器插入声耦合腔内，并同时将待测传声器和基准传声器的声压响应信号传输到计算机中。这两路信号通道保持同步，且功率损耗比完全相同。

在步骤104中，根据基准传声器的灵敏度，使用正比法计算出待测传声器的灵敏度。

本实施例根据声学传声器灵敏度的定义为在1000Hz单位声压下产生的电压大小，所以置于声耦合腔内相同声压下的基准传声器与待测传声器的灵敏度具有如下关系：

式中，M _ref 为基准传声器的灵敏度，M _test 为待测传声器的灵敏度，U _ref 为基准传声器产生的1000Hz电压频域幅值，U _test 为待测传声器产生的1000Hz电压频域幅值。由于基准传声器的灵敏度已知，因此可根据基准传声器与待测传声器测得的1000Hz电压频域幅值，计算出待测传声器的灵敏度。

在步骤105中，利用计算机按照倍频程中心频率分别产生31.5Hz、63Hz、125Hz、250Hz、500Hz、1000Hz、2000Hz、4000Hz、8000Hz、16000Hz的声源信号，重复步骤103，并分别记录基准传声器和待测传声器在每个频率下的电压信号幅值。

在步骤106中，根据基准传声器频响曲线在每个倍频程频率下的幅值，同样用正比法计算待测传声器的频率响应幅值。将所有计算结果光滑曲线连接，就得到待测传声器在整个频率范围内的响应曲线。

在使用本实用新型装置对一传声器灵敏度和频响曲线进行测试后，灵敏度为28.9mV/Pa,频响曲线如图6所示。测试结果经专业鉴定后，精度满足1级传声器测试误差要求。

实施例2：

本实施例中的传声器灵敏度和频响曲线测试装置与实施例1的区别在于，声耦合腔单元6中不使用频率选择器605，计算机信号处理单元1直接根据测试声源的频率选择适合的扬声器。频率选择器605虽然结构简单，但是线圈和电容器在各自作用的频率段内会消耗声音的能量，使测试声源失真。本实施例使用计算机控制扬声器工作，可以使测试结果更加精确。

实施例3：

本实施例中的传声器灵敏度和频响曲线测试装置与实施例1的区别在于，为保证测试结果的精度和一致性，测试环境的温度、湿度、大气压力水平应保持稳定，周围无电磁干扰且背景噪声应小于36分贝。

实施例4：

本实施例中的传声器灵敏度和频响曲线测试装置与实施例1的区别在于，待测传声器类型为动圈式或驻极体式，其测试方法与电容式传声器相同。

实施例5：

本实施例中的传声器灵敏度和频响曲线测试装置与实施例1的区别在于，待测传声器类型为1/4英寸传声器，测试时需使用转接插头。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种传声器灵敏度和频响曲线测试装置，它包括有计算机，其特征在于：所述计算机为内置有信号处理单元和信号控制单元的计算机，计算机信号处理单元输出端与数/模转换板输入端相连接，计算机信号控制单元输出端分别与增益放大器和数/模转换板输入端相连接；数/模转换板输出端通过增益放大器与带有待测传声器的声耦合腔单元输入端相连接；所述声耦合腔单元及该单元的待测传声器输出端与分别与模/数转换板输入端相连接，模/数转换板输出端与计算机信号处理单元输入端相连接。

2.根据权利要求1所述的传声器灵敏度和频响曲线测试装置，其特征在于：所述声耦合腔单元包括有一声耦合腔壳体，在该声耦合腔壳体的一端通过固定盖板限位有信号线，在固定盖板内侧依次设置有低频扬声器、频率选择器、基准传声器、高频扬声器及测试耦合腔体，在测试耦合腔体内还设置一传声器适配器，在传声器适配器内侧插接有一待测传声器。

3.根据权利要求1或2所述的传声器灵敏度和频响曲线测试装置，其特征在于：所述声耦合腔单元是指在20Hz至20000Hz频率范围内产生稳定测试声源的耦合声场。

4.根据权利要求1所述的传声器灵敏度和频响曲线测试装置，其特征在于：所述的模/数转换板为用于将传声器产生的模拟电压信号转换为计算机可识别数字信号的模/数转换板。

5.根据权利要求1所述的传声器灵敏度和频响曲线测试装置，其特征在于：所述的数/模转换板为用于将计算机生成的数字信号转换为扬声器的声源模拟信号的数/模转换板。