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1、(10)申请公布号 CN 102650545 A (43)申请公布日 2012.08.29 C N 1 0 2 6 5 0 5 4 5 A *CN102650545A* (21)申请号 201210044639.0 (22)申请日 2012.02.23 G01H 17/00(2006.01) (71)申请人北京航天计量测试技术研究所 地址 100076 北京市丰台区南大红门路1号 申请人中国运载火箭技术研究院 (72)发明人杨晓伟 闫磊 朱刚 刘鑫 孙凤举 (74)专利代理机构核工业专利中心 11007 代理人莫丹 (54) 发明名称 一种高声压源结合相位控制的高声强级校准 装置及方法 (57。
2、) 摘要 本发明提供一种高声压源结合相位控制的高 声强级校准装置及方法。通过两个扬声器发出声 波，在两个驻波管内形成驻波声场，使两个耦合腔 内声压级升高失真度降低形成高声压源。两支参 考传声器作为监控，计算机控制双通道信号源，通 过音频功率放大器驱动扬声器使耦合腔内的声压 级与相位差达到设定值，实现模拟标准高声强环 境。被校声强测量仪的两支传声器分别连接两个 耦合腔，使其处于高声强环境，可实现声强测量仪 的高声强校准。本发明由于采用高声压源技术，突 破活塞发生器124dB声压级上限，可产生94dB 160dB声压级，信号失真度1，使用频率范围： 500Hz800Hz。 (51)Int.Cl. 。
3、权利要求书2页 说明书5页 附图2页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 5 页 附图 2 页 1/2页 2 1.一种高声压源结合相位控制的高声强级校准装置，其特征在于：该装置包括左右对 称设置的“U”形的耦合腔A(3)和耦合腔B(8)；耦合腔A(3)和耦合腔B(8)的开口端分别 固定连接在中心带有通孔的端盖A(16)和端盖B(17)一侧上，端盖A(16)和端盖B(17)的 另一侧固定连接“U”形的驻波管A(4)和驻波管B(14)的开口端； 驻波管A(4)和驻波管B(14)的底部分别固定扬声器A(5)和扬声器B(15)；扬声器A(5) 和扬声。
4、器B(15)的后部通过引出线均连接音频功率放大器(6)；音频功率放大器(6)连接 双通道信号源(7)，双通道信号源(7)连接计算机(13)；其中，计算机(13)控制双通道信号 源(7)，通过音频功率放大器(6)驱动扬声器A(5)和扬声器B(15)发出简正频率声波，然后 分别通过驻波管A(4)和驻波管B(14)形成驻波声场，使耦合腔A(3)和耦合腔B(8)内的声 压信号幅值与相位差值达到设定值，实现模拟标准高声强环境； “U”形的耦合腔A(3)的两侧壁对称开通口，分别安装待校准的声强测量仪(1)的传声 器A(2)和参考传声器A(11)；“U”形的耦合腔B(8)的两侧壁对称开通口，分别安装待校准 。
5、的声强测量仪(1)的传声器B(9)和参考传声器B(10)；所述的参考传声器A(11)和参考传 声器B(10)通过引出线均连接信号放大器(12)，信号放大器(12)连接计算机(13)；其中， 参考传声器A(11)和参考传声器B(10)作为监控，通过信号放大器(12)分别把耦合腔A(3) 和耦合腔B(8)内的声压信号转换为电信号传递到计算机(13)。 2.根据权利要求1所述的一种高声压源结合相位控制的高声强级校准装置，其特征在 于：所述的耦合腔A(3)和耦合腔B(8)的内径与端盖A(16)和端盖B(17)的通孔内径相等， 耦合腔A(3)和耦合腔B(8)的外径为端盖A(16)和端盖B(17)的外径1。
6、/21/3倍； 所述的驻波管A(4)和驻波管B(14)的外径与端盖A(16)和端盖B(17)的外径相等，驻 波管A(4)和驻波管B(14)的内径为端盖A(16)和端盖B(17)的通孔内径的23倍。 3.根据权利要求1或2所述的一种高声压源结合相位控制的高声强级校准装置，其特 征在于：所述的通过驻波管A(4)和驻波管B(14)形成驻波声场，使耦合腔A(3)和耦合腔 B(8)内的声压信号幅值与相位差值达到设定值，实现模拟标准高声强环境；具体为：使耦 合腔A(3)和耦合腔B(8)内的设定声压信号幅值为1Pa2000Pa、设定相位差值为为0 180，产生94dB160dB声压级，信号失真度1。 4.一。
7、种采用权利要求1或2所述的高声压源结合相位控制的高声强级校准装置的校准 方法，其特征在于：该方法包括如下步骤： (a)计算机(13)连接双通道信号源(7)，输出两路频率为f的正弦信号，经过音频功率 放大器(6)分别驱动扬声器A(5)和扬声器B(15)发出声波，然后声波分别在驻波管A(4)和 驻波管B(14)内反复反射形成驻波声场，在耦合腔A(3)和耦合腔B(8)内产生94160dB 高声压信号； (b)参考传声器A(11)和参考传声器B(10)分别测量耦合腔A(3)和耦合腔B(8)内的 声压信号幅值与相位差，通过信号放大器(12)分别把耦合腔A(3)和耦合腔B(8)内的声压 信号转换为电信号传。
8、递到计算机(13)，计算得到耦合腔A(3)和耦合腔B(8)内的声压信号 幅值P A 、P B 与相位差值； (c)计算机(13)根据步骤(b)所得的计算结果P A 、P B 、控制双通道信号源(7)输出 信号，使步骤(b)中的耦合腔A(3)和耦合腔B(8)内的声压信号幅值P A 、P B 达到设定声压 信号幅值P 1 、P 2 、相位差值达到设定相位差值，实现模拟标准高声强环境，模拟的标准 权 利 要 求 书CN 102650545 A 2/2页 3 声强式中：2f为角频率， 0 为空气密度、d为传声器A(2)和传声器 B(9)之间的距离； (d)待校准的声强测量仪(1)的两支传声器A(2)和。
9、传声器B(9)分别测量耦合腔 A(3)和耦合腔B(8)，使声强测量仪(1)处于模拟标准高声强环境，其声强测量结果为 其中，P 1 、P 2 、为声强测量仪(1)测量耦合腔A(3)和耦合腔B(8) 内的声压信号幅值P A 、P B 和相位差的测量结果，I为声强测量仪(1)的计算结果，I为 模拟的标准声强，通过计算即可得到声强测量仪的测量误差I，实现声强测量仪的高声强 校准。 5.根据权利要求4所述的一种高声压源结合相位控制的高声强级校准方法，其特征在 于：在步骤(c)中设定频率f为500800Hz，设定声压信号幅值P 1 为1Pa2000Pa，设定 声压信号幅值P 2 为1Pa2000Pa，设定。
10、相位差值为0180。 权 利 要 求 书CN 102650545 A 1/5页 4 一种高声压源结合相位控制的高声强级校准装置及方法 技术领域 0001 本发明涉及声学计量技术领域，具体涉及一种高声压源结合相位控制的高声强级 校准装置及方法。 背景技术 0002 声强可以在任何声场中测量，测量声强时稳态背景噪声对被测设备的声功率没有 任何影响，用于现场研究复杂振动机械的辐射模式和声源定位。 0003 声强测量仪1的工作原理如图1所示。两支传声器(2、9)保持固定距离d，正弦声 波信号先后经过两支传声器，因此测量到的声压信号幅值相位均不相等，两传声器之间的 声强即可由式1计算得到： 0004 式。
11、1 0005 式中：P 1 、P 2 为正弦声压信号的有效值； 0006 、分别为两个声压信号间的相位差和角频率； 0007 0 、d分别为空气密度和两个传声器间距。 0008 现有的校准技术如图2所示，采用活塞发生器做为251Hz声源，在声强耦合腔内分 为上下两个腔室，中间被耦合元件隔开，使上下两个腔室的声压级相为118dB，相位差为固 定值13.2，模拟标称间距为50mm的118dB声强级，可以用来校准声强测量仪。 0009 使用这种校准方法的缺点是： 0010 (1)声压信号频率固定不可更改，不能实现宽频范围校准； 0011 (2)声强级动态范围有限，只能实现118dB的声强校准； 00。
12、12 (3)上下两腔室声压级与相位差固定不可调，无法实现其他工况校准； 0013 (4)失真度较大，达到1以上。 发明内容 0014 本发明的目的在于提供一种高声压源结合相位控制的高声强级校准装置及方法， 其同步控制两路高声压源可输出宽频率范围、任意幅值比相位差、低失真度的声压信号，可 模拟150dB声强级信号用于校准声强测量仪，从而克服了活塞发生器与声强耦合腔频率固 定、动态范围有限、相位不可调、失真度大的缺点。 0015 实现本发明目的的技术方案：一种高声压源结合相位控制的高声强级校准装置， 其包括左右对称设置的“U”形的耦合腔A和耦合腔B；耦合腔A和耦合腔B的开口端分别 固定连接在中心带。
13、有通孔的端盖A和端盖B一侧上，端盖A和端盖B的另一侧固定连接“U” 形的驻波管A和驻波管B的开口端； 0016 驻波管A和驻波管B的底部分别固定扬声器A和扬声器B；扬声器A和扬声器B的 后部通过引出线均连接音频功率放大器；音频功率放大器连接双通道信号源，双通道信号 源连接计算机；其中，计算机控制双通道信号源，通过音频功率放大器驱动扬声器A和扬声 说 明 书CN 102650545 A 2/5页 5 器B发出简正频率声波，然后分别通过驻波管A和驻波管B形成驻波声场，使耦合腔A和耦 合腔B内的声压信号幅值与相位差值达到设定值，实现模拟标准高声强环境； 0017 “U”形的耦合腔A的两侧壁对称开通口。
14、，分别安装待校准的声强测量仪的传声器A 和参考传声器A；“U”形的耦合腔B的两侧壁对称开通口，分别安装待校准的声强测量仪的 传声器B和参考传声器B；所述的参考传声器A和参考传声器B通过引出线均连接信号放 大器，信号放大器连接计算机；其中，参考传声器A和参考传声器B作为监控，通过信号放大 器分别把耦合腔A和耦合腔B内的声压信号转换为电信号传递到计算机。 0018 如上所述的一种高声压源结合相位控制的高声强级校准装置，其所述的耦合腔A 和耦合腔B的内径与端盖A和端盖B的通孔内径相等，耦合腔A和耦合腔B的外径为端盖 A和端盖B的外径1/21/3倍；所述的驻波管A和驻波管B的外径与端盖A和端盖B的 外。
15、径相等，驻波管A和驻波管B的内径为端盖A和端盖B的通孔内径的23倍。 0019 如上所述的一种高声压源结合相位控制的高声强级校准装置，其所述的通过驻波 管A和驻波管B形成驻波声场，使耦合腔A和耦合腔B内的声压信号幅值与相位差值达到 设定值，实现模拟标准高声强环境；具体为：使耦合腔A和耦合腔B内的设定声压信号幅值 为1Pa2000Pa、设定相位差值为为0180，产生94dB160dB声压级，信号失真度 1。 0020 本发明所述的一种高声压源结合相位控制的高声强级校准方法，其包括如下步 骤： 0021 (a)计算机连接双通道信号源，输出两路频率为f的正弦信号，经过音频功率放大 器分别驱动扬声器A。
16、和扬声器B发出声波，然后声波分别在驻波管A和驻波管B内反复反 射形成驻波声场，在耦合腔A和耦合腔B内产生94160dB高声压信号； 0022 (b)参考传声器A和参考传声器B分别测量耦合腔A和耦合腔B内的声压信号幅 值与相位差，通过信号放大器分别把耦合腔A和耦合腔B内的声压信号转换为电信号传递 到计算机，计算得到耦合腔A和耦合腔B内的声压信号幅值P A 、P B 与相位差值； 0023 (c)计算机根据步骤(b)所得的计算结果P A 、P B 、控制双通道信号源输出信号，使 步骤(b)中的耦合腔A和耦合腔B内的声压信号幅值P A 、P B 达到设定声压信号幅值P 1 、P 2 、相 位差值达到。
17、设定相位差值，实现模拟标准高声强环境，模拟的标准声强 式中：2f为角频率， 0 为空气密度、d为传声器A和传声器B之间的距离； 0024 (d)待校准的声强测量仪的两支传声器A和传声器B分别测量耦合腔A和耦合腔 B，使声强测量仪处于模拟标准高声强环境，其声强测量结果为其 中，P 1 、P 2 、为声强测量仪测量耦合腔A和耦合腔B内的声压信号幅值P A 、P B 和相位差 的测量结果，I为声强测量仪的计算结果，I为模拟的标准声强，通过计算即可得到声强测 量仪的测量误差I，实现声强测量仪的高声强校准。 0025 如上所述的一种高声压源结合相位控制的高声强级校准方法，其在步骤(c)中设 定频率f为5。
18、00800Hz，设定声压信号幅值P 1 为1Pa2000Pa，设定声压信号幅值P 2 为 1Pa2000Pa，设定相位差值为0180。 0026 本发明的效果在于：本发明所述的高声压源结合相位控制的高声强级校准装置及 说 明 书CN 102650545 A 3/5页 6 方法，扬声器发出简正频率声波，通过驻波管形成驻波声场，使两个耦合腔内声压级升高失 真度降低形成高声压源；使用两个相同高声压源，两支参考传声器作为监控，计算机控制双 通道信号源，通过音频功率放大器驱动扬声器使两个耦合腔内的声压级与相位差达到设定 值，实现模拟标准高声强环境；被校声强测量仪的两支传声器分别连接两个耦合腔，使其处 于。
19、高声强环境，可实现声强测量仪的高声强校准。本发明由于采用高声压源技术，突破活塞 发生器124dB声压级上限，可产生94dB160dB声压级，信号失真度1，使用频率范围： 500Hz800Hz。 附图说明 0027 图1为声强测量仪的工作原理图； 0028 图2为活塞发生器与声强耦合腔校准器结构示意图； 0029 图3为本发明所述的一种高声压源结合相位控制的高声强级校准装置结构示意 图。 0030 图中：1.声强测量仪；2.传声器A；3.耦合腔A；4.驻波管A；5.扬声器A；6.音频 功率放大器；7.双通道信号源；8.耦合腔B；9.传声器B；10.参考传声器B；11.参考传声 器A；12.信号放。
20、大器；13.计算机；14.驻波管B；15.扬声器B；16.端盖A；17.端盖B。 具体实施方式 0031 下面结合附图和具体实施例对本发明所述的一种高声压源结合相位控制的高声 强级校准装置及方法作进一步描述。 0032 实施例1 0033 如图3所示，本发明所述的一种高声压源结合相位控制的高声强级校准装置，包 括左右对称设置的“U”形的耦合腔A3和耦合腔B8。 0034 “U”形的耦合腔A3的开口端固定连接在中心带有通孔的端盖A16一侧上，端盖A16 的另一侧固定连接“U”形的驻波管A4的开口端；驻波管A4的底部固定扬声器A5。所述的 耦合腔A3的内径与端盖A16的通孔内径相等，耦合腔A3的外。
21、径为端盖A16的外径的1/2 1/3倍(例如：1/2倍或1/3倍)。所述的驻波管A4的外径与端盖A16的外径相等，驻波管 A4的内径为端盖A16的通孔内径的23倍(例如：2倍或3倍)。 0035 “U”形的耦合腔B8的开口端固定连接在中心带有通孔的端盖B17一侧上，端盖B17 的另一侧固定连接“U”形的驻波管B14的开口端；驻波管B14的底部固定扬声器B15。所 述的耦合腔B8的内径与端盖B17的通孔内径相等，耦合腔B8的外径为端盖B17的外径的 1/21/3倍(例如：1/2倍或1/3倍)。所述的驻波管B14的外径与端盖B17的外径相等， 驻波管B14的内径为端盖B17的通孔内径的23倍(例如。
22、：2倍或3倍)。 0036 扬声器A5和扬声器B15的后部均通过引出线连接音频功率放大器6。音频功率放 大器6连接双通道信号源7，双通道信号源7连接计算机13。其中，计算机13控制双通道 信号源7，通过音频功率放大器6驱动扬声器A5和扬声器B15发出简正频率声波，然后分 别通过驻波管A4和驻波管B14形成驻波声场，使耦合腔A3和耦合腔B8内的声压信号幅值 与相位差值达到设定值，实现模拟标准高声强环境。具体为：使耦合腔A3和耦合腔B8内的 设定声压信号幅值为1Pa2000Pa(例如：1Pa、100Pa、1000Pa或2000Pa)、设定相位差值为 说 明 书CN 102650545 A 4/5页。
23、 7 为0180 (例如：0 50、90或180 )，产生94dB160dB声压级(例如：94dB、 140dB、150dB或160dB)，信号失真度1。 0037 “U”形的耦合腔A3的两侧壁对称开通口，一侧安装参考传声器A11，另一侧安装被 校声强测量仪1的一支传声器A2。“U”形的耦合腔B8的两侧壁对称开通口，一侧安装参考 传声器B10，另一侧安装被校声强测量仪1的一支传声器B9。参考传声器A11和参考传声 器B10均通过引出线连接信号放大器12，信号放大器12连接计算机13。其中，参考传声器 A11和参考传声器B10作为监控，通过信号放大器12分别把耦合腔A3和耦合腔B8内的声 压信号。
24、转换为电信号传递到计算机13。 0038 实施例24 0039 如图3所示，采用实施例1所述的一种高声压源结合相位控制的高声强级校准装 置进行校准的方法，其包括下列步骤： 0040 (a)计算机13连接双通道信号源7，输出两路频率为f的正弦信号，经过音频功率 放大器6分别驱动扬声器A5和扬声器B15发出声波，然后声波分别在驻波管A4和驻波管 B14内反复反射形成驻波声场，在耦合腔A3和耦合腔B8内产生94160dB高声压信号； 0041 (b)参考传声器A11和参考传声器B10分别测量耦合腔A3和耦合腔B8内的声压 信号幅值与相位差，通过信号放大器12分别把耦合腔A3和耦合腔B8内的声压信号转。
25、换为 电信号传递到计算机13，计算得到耦合腔A3和耦合腔B8内的声压信号幅值P A 、P B 与相位 差值； 0042 (c)计算机13根据步骤(b)所得的计算结果P A 、P B 、控制双通道信号源7输出 信号，使步骤(b)中的耦合腔A3和耦合腔B8内的声压信号幅值P A 、P B 达到设定声压信号 幅值P 1 、P 2 、相位差值达到设定相位差值，实现模拟标准高声强环境，模拟的标准声强 式中：2f为角频率， 0 为空气密度、d为传声器A2和传声器B9之间 的距离； 0043 设定频率f为500800Hz，设定声压信号幅值P 1 为1Pa2000Pa，设定声压信 号幅值P 2 为1Pa200。
26、0Pa，设定相位差值为0180。 0044 (d)待校准的声强测量仪1的两支传声器A2和传声器B9分别测量耦合 腔A3和耦合腔B8，使声强测量仪1处于模拟标准高声强环境，其声强测量结果为 其中，P 1 、P 2 、为声强测量仪1测量耦合腔A3和耦合腔B8内的 声压信号幅值P A 、P B 和相位差的测量结果，I为声强测量仪1的计算结果，I为模拟的 标准声强，通过计算即可得到声强测量仪的测量误差I，实现声强测量仪的高声强校准。 0045 实施例24中具体的测量结果见下表1。 0046 表1 0047 说 明 书CN 102650545 A 5/5页 8 0048 本发明中扬声器发出简正频率声波，。
27、通过驻波管形成驻波声场，使两个耦合腔内 声压级升高失真度降低形成高声压源；使用两个相同高声压源，两支参考传声器作为监控， 计算机控制双通道信号源，通过音频功率放大器驱动扬声器使耦合腔内的声压级与相位差 达到设定值，实现模拟标准高声强环境；被校声强测量仪的两支传声器分别连接两个耦合 腔，使其处于高声强环境，可实现声强测量仪的高声强校准。本发明根据计算结果修正信号 源驱动参数，使整套系统形成闭环回路，达到控制声强测量仪的两路传声器感受到的声压 信号幅值与相位差值的目的，可模拟94dB160dB声强信号。 说 明 书CN 102650545 A 1/2页 9 图1 图2 说 明 书 附 图CN 102650545 A 2/2页 10 图3 说 明 书 附 图CN 102650545 A 10 。