一种多频点多功能声校准装置及方法

摘要

本发明公开了一种多频点多功能声校准装置及方法，包括MCU、信号发生器、功率放大器、耦合装置、反馈电路和声级计，MCU用于输出控制指令给信号发生器，信号发生器的控制端与MCU连接，信号发生器用于根据MCU的控制指令输出相应频率和幅度的声压信号，功率放大器的输入端与信号发生器的输出端连接，功率放大器用于放大声压信号，耦合装置与功率放大器的输出端连接；包括以下步骤：S1：将待测传声器安装在耦合装置内，通过导声管调节堵头调节导声管腔体的形状机构；S2：通过第一紧定螺钉和第二紧定螺钉将耦合装置装配完成；本发明通过MCU设定不同的参数实现不同频率和幅度的信号输出，具有较好的灵活性，装置整体具有较好的便携性，方便户外携带。

说明书

技术领域

本发明涉及声学计量校准技术领域，尤其涉及一种多频点多功能声校准装置及方法。

背景技术

随着现代噪声的污染越来越严重，现在很多城市都开展了对噪声的防治，声级计作为噪声测量的仪器，也被使用的越来越多，而且需要每天对声级计上传声器的灵敏度和频响进行检测，防止灵敏度漂移的太大。传声器的灵敏度的检测主要是通过声校准器来实现，但国内现有的声校准器往往只有单频点或2个频点，对于想要检测传声器的频响，是远远做不到的。 目前国内检测传声器频响的方法主要有自由场法、比较耦合器法、静电激励法，这三种方法一般是在实验室中使用，因为需要用到信号源、升压部件等设备，所以使用的设备一般很大，不够灵巧。从2017年开始，国家声级计标准中推荐的声级计频率计权声信号试验方法加入了多频声校准器检测法，但是目前市场上，多频点声校准器比较少，同时具有多频点多幅度声压校准的校准器也不多。

目前市场上，多频点声校准器比较少，同时具有多频点、多声压级的声校准器几乎没有，现有的检测传声器频响的方法不大适用于户外检测，市场缺少一个实用、便携和准确的传声器灵敏度和频响检测装置，要不是做不到户外便携、要不是不能直接反映出频响，要不就是不够灵巧，而且现有的检测在进行多个中心频率的灵敏度测试方面也不够，一般都是单个中心频率。

例如，申请号为CN201711318129.7，申请日为2017年12月12日的中国专利申请公开了一种探针传声器高温校准装置，包括耦合腔、隔离内衬、标准传声器、进气管、探针传声器、密封材料、出气管、热塞主体和声源；所述耦合腔由下耦合腔和上耦合腔组成，所述隔离内衬为带有深槽的圆柱体或方形体；所述热塞主体为正中心带有通孔T型结构，沿T型顶部两端向内开设通气槽，需保证两通气槽与中心通孔保持距离；在T型下部圆柱体内部开设U型通气槽，所述U型通气槽与两通气槽相连通，构成通气管路；声源、下耦合腔与上耦合腔依次固定连接；两个隔离内衬对称固定安装在耦合腔壁面上，分别用于安装标准传声器和热塞主体；进气管和出气管固定安装在热塞主体两侧；探针传声器的探针插入热塞主体的通孔中，并通过密封材料密封并固定；所述装置的校准方法为：开启热气源，使热气流由进气管导入热塞中，并由出气管导出，对探针进行加热，加热期间通过出气管的位置对热塞内部的探针进行测温；然后，至温度达到预期温度以上，控制声源依照检定规程发声，记录实时温度、标准传声器响应、被校准探针传声器响应；当所有温度档位测量完毕后，进行位置对调，即将标准传声器与被校准探针传声器连同热塞互换到对方隔离内衬中，再重复以上步骤；数据记录完毕后，关闭热气源与声源；最后依照现行耦合腔比较法的计算公式，计算不同温度档位下被校准探针传声器的灵敏度校准结果。该申请的传声器校准装置通过热气源和导管对于传声器的温度进行灵敏度校准，但是其耦合腔腔体结构无法解决声校准器所校准的多频点和声压级问题。

发明内容

本发明主要解决现有的技术中缺乏多频点以及多声压级声校准器的问题；提供一种多频点多功能声校准装置及方法，提高声校准器的声压级，扩宽频率范围，提高声音输出的稳定性，实现多频点多声压级的声音校准，携带方便。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种多频点多功能声校准装置，包括MCU、信号发生器、功率放大器、耦合装置、反馈电路和声级计，所述MCU用于输出控制指令给信号发生器，所述信号发生器的控制端与MCU连接，所述信号发生器用于根据MCU的控制指令输出相应频率和幅度的声压信号，所述功率放大器的输入端与信号发生器的输出端连接，所述功率放大器用于放大声压信号，所述耦合装置与功率放大器的输出端连接，所述反馈电路的输入端与耦合装置连接，所述反馈电路的输出端与MCU连接，所述声级计与耦合装置连接。通过MCU输出不同频率和幅度的信号，方便、灵活，整体装置携带方便，具有良好的灵巧性，同时，利用耦合装置提高声校准器的声压级，扩宽频率范围，提高声音输出的稳定性，实现多频点多声压级的声音校准。

作为优选，还包括显示模块，所述显示模块与MCU连接，所述显示模块用于显示声压信号的频率、幅值和声场类型。显示模块为OLED显示模块，显示当前设定的信号频率、幅值和声场类型，方便测试人员对输出的声压信号进行微调。

作为优选，所述的反馈电路包括声电换能器、前置放大器和程控增益放大器，所述声电换能器与耦合装置连接，所述声电换能器用于将声音信号转换为电信号，所述前置放大器与声电换能器连接，所述程控增益放大器与前置放大器连接。通过前置放大器和程控增益放大器保证声音信号具有足够大的声压级。

作为优选，所述的耦合装置包括基体、耦合腔座、上盖、发声单元、发声单元线路板、导声管调节堵头、传声器和底座，所述上盖安装在基体上端，所述耦合腔座位于基体上部，所述耦合腔座设有导声孔，所述导声管调节堵头的一端安装在基体外部，所述导声管调节堵头的另一端穿过耦合腔座位于导声孔内，所述导声管调节堵头和耦合腔座配合形成导声管腔体，所述发声单元与导声管调节堵头连接，所述发声单元线路板与发声单元连接，所述传声器安装在导声孔的下方，所述底座与基体下端连接，所述发声单元经发声单元线路板与功率放大器的输出端连接。设置导声管调节堵头，导声管调节堵头的调节端设置在基体的外部，可以手动从外部调节导声管腔体的形状，提高发声单元产生的声压级，扩宽声源的频率范围。

作为优选，所述的导声管调节堵头包括第一导声管调节堵头和第二导声管调节堵头，所述第一导声管调节堵头和第二导声管调节堵头均包括调节管、匹配管和活动管，所述调节管与基体活动连接，所述匹配管与调节管固定连接，所述匹配管为中空管结构，所述匹配管开有上下贯通的通孔，所述通孔与发声单元的声输出端匹配连接，所述活动管穿过匹配管与调节管连接。发声单元产生声源经声输出端和通孔进入耦合腔座，经耦合腔座进入导声孔内，经过导声管调节堵头调节后的导声管腔体传递到传声器，经传声器将声音信号传递出去，保证声源信号不会产生太大的失真，提高声音输出的稳定性。

作为优选，所述的第二导声管调节堵头的活动管与第一导声管调节堵头的活动管长度不同。不同长度的活动管，沿圆形导声孔的一周进行紧密设定，使导声孔形成前小后大的缩颈式结构，提高发声单元产生的声压级。

作为优选，所述的调节管为螺纹管或表面光滑的实心管。可通过螺纹管进行转动，调节活动管伸进导声管内的程度，也可通过实心管进行按压式调节，对于导声管腔体的形成进行更加方便的调节。

作为优选，所述的底座包括传声器固定座、发声单元线路板支撑座和下盖，所述传声器固定座与传声器下端固定连接，所述发声单元线路板支撑座的下端通过螺丝与传声器固定座连接，所述发声单元线路板支撑座的上端与发声单元线路板连接，所述下盖与基体下端连接。

作为优选，所述的发声单元设置有若干个，每个所述发声单元均设置有连接槽，所述发声单元线路板上设有与所述连接槽相匹配的连接触头。连接触头与连接槽卡接，拆装方便，通过调节发声单元线路板上的电路连接来调节发声单元的串并联方式，调节声源的输出频率。

作为优选，还包括第一紧定螺钉和第二紧定螺钉，所述基体上端设有内螺纹，所述上盖设有与所述内螺纹相匹配的外螺纹，所述基体和上盖均设有若干个第一螺纹孔和与所述第一螺纹孔同圆心的第二螺纹孔，所述基体的第一螺纹孔与上盖的第一螺纹孔位置对应时、所述第一紧定螺钉穿过上盖的第一螺纹孔和基体的第一螺纹孔将上盖和基体固定，所述基体的第一螺纹孔与上盖的第一螺纹孔位置不对应时、先将一个所述第二紧定螺钉扭入基体的第二螺纹孔、再将一个所述第二紧定螺钉扭入上盖的第二螺纹孔，通过基体上的第二紧定螺钉对上盖的转动进行限位。由于基体和上盖是分别加工形成的，其通过螺纹扭紧后，基体上的第一螺纹孔和上盖的第一螺纹孔的位置是不确定的，可能位置刚好对应，也可能位置不对应，当位置刚好对应时，通过第一紧定螺钉穿过第一螺纹孔进行上盖和基体的固定，当位置不对应时，先将一个第二紧定螺钉扭入基体的第二螺纹孔，第二紧定螺钉的螺帽突出于基体的第二螺纹孔，再将上盖与基体扭紧，扭紧后将另一个第二紧定螺钉扭入上盖的第二螺纹孔，当第二紧定螺钉扭入上盖的第二螺纹孔后，上盖的第二紧定螺钉的下端与基体的第二紧定螺钉的螺帽卡接，实现限位功能，将上盖和基体固定密封。

作为优选，还包括密封垫圈和垫片，所述密封垫圈的下端与导声管调节堵头连接，所述密封垫圈的上端与垫片连接，所述垫片与上盖连接。对声音进行有效，提高声音输出的稳定性。

一种多频点多功能声校准方法，包括以下步骤：

S1：将待测传声器安装在耦合装置内，通过导声管调节堵头调节导声管腔体的形状结构；

S2：通过第一紧定螺钉和第二紧定螺钉将耦合装置装配完成，引出引线；

S3：将参考传声器数据输入MCU，MCU根据参考数据控制信号发生器输出特定频率和特定幅度的声压信号；

S4：通过功率放大模块逐渐放大传声器输出的声压级，并通过声级计采集测试，判断传声器输出的声压级是否处于误差范围；同时通过反馈电路将采集的声压与设定的目标声压进行比较，根据比较结果调节信号发生器输出的声压信号，实现声压校准。

本发明的有益效果是：（1）通过MCU设定不同的参数实现不同频率和幅度的信号输出，具有较好的灵活性，装置整体具有较好的便携性，方便户外携带；（2）设置导声管调节堵头，实现导声管腔体的形状结构可调，提高发声单元产生的声压级，扩宽声源的频率范围；（3）发声单元设置连接槽，实现发声单元的快速拆装；（4）上盖与基体通过螺钉进行限位，使得上盖与基体具有更好的密封效果，增强隔音。

附图说明

图1是本发明实施例一声校准装置的结构框图。

图2是本发明实施例一耦合装置的结构示意图。

图3是本发明实施例一导声管腔体的结构示意图。

图4是本发明实施例一发声单元的结构示意图。

图5是本发明实施例一发声单元线路板的结构示意图。

图6是本发明实施例一的上盖的结构示意图。

图中1.上盖，2.基体，3.耦合腔座，4.第一导声管调节堵头，5.第二导声管调节堵头，6.发声单元，7.传声器，8.密封胶管，9.密封垫圈，10.垫片，11.发声单元线路板，12.下盖，13.第一螺纹孔，14.MCU，15.信号发生器，16.功率放大器，17.耦合装置，18.声级计，19.声电换能器，20.前置放大器，21.程控增益放大器，22.显示模块。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例一：一种多频点多功能声校准装置，如图1所示，包括MCU14、信号发生器15、功率放大器16、耦合装置17、反馈电路、声级计18和显示模块22，MCU14用于输出控制指令给信号发生器15，信号发生器15的控制端与MCU14连接，信号发生器15用于根据MCU14的控制指令输出相应频率和幅度的声压信号，功率放大器16的输入端与信号发生器15的输出端连接，功率放大器16用于放大声压信号，耦合装置17与功率放大器16的输出端连接，反馈电路的输入端与耦合装置17连接，反馈电路的输出端与MCU14连接，声级计18与耦合装置17连接，显示模块22与MCU14连接，显示模块22用于显示声压信号的频率、幅值和声场类型，反馈电路包括声电换能器19、前置放大器20和程控增益放大器21，声电换能器19与耦合装置17连接，声电换能器19用于将声音信号转换为电信号，前置放大器20与声电换能器19连接，程控增益放大器21与前置放大器20连接。

如图2和图3所示，耦合装置17包括基体2、耦合腔座3、上盖1、发声单元6、发声单元线路板11、导声管调节堵头、传声器7、密封胶管8、底座、密封垫圈9、垫片10、第一紧定螺钉和第二紧定螺钉，上盖1安装在基体2上端，耦合腔座3位于基体2上部，耦合腔座3设有导声孔，导声管调节堵头的一端安装在基体2外部，导声管调节堵头的另一端穿过耦合腔座3位于导声孔内，导声管调节堵头和耦合腔座3配合形成导声管腔体，发声单元6与导声管调节堵头连接，发声单元线路板11与发声单元连接，传声器7安装在导声孔的下方，底座与基体2下端连接，传声器7通过密封胶管8与耦合腔座3连接，密封垫圈9的下端与导声管调节堵头连接，密封垫圈9的上端与垫片10连接，垫片10与上盖1连接。

导声管调节堵头包括第一导声管调节堵头4和第二导声管调节堵头5，第一导声管调节堵头4和第二导声管调节堵头5均包括调节管、匹配管和活动管，调节管与基体2活动连接，匹配管与调节管固定连接，匹配管为中空管结构，匹配管开有上下贯通的通孔，通孔与发声单元的声输出端匹配连接，活动管穿过匹配管与调节管连接，第二导声管调节堵头5的活动管与第一导声管调节堵头4的活动管长度不同，调节管为螺纹管或表面光滑的实心管。

底座包括传声器7固定座、发声单元线路板11支撑座和下盖12，传声器7固定座与传声器7下端固定连接，发声单元线路板11支撑座的下端通过螺丝与传声器7固定座连接，发声单元线路板11支撑座的上端与发声单元线路板11连接，下盖12与基体2下端连接。

如图4和图5所示，发声单元6设置有若干个，每个发声单元6均设置连接槽，发声单元线路板11上设有与连接槽相匹配的连接触头。

如图6所示，基体2上端设有内螺纹，上盖1设有与内螺纹相匹配的外螺纹，基体2和上盖1均设有若干个第一螺纹孔13和与第一螺纹孔13同圆心的第二螺纹孔，基体2的第一螺纹孔13与上盖1的第一螺纹孔13位置对应时、第一紧定螺钉穿过上盖1的第一螺纹孔13和基体2的第一螺纹孔13将上盖1和基体2固定，基体2的第一螺纹孔13与上盖1的第一螺纹孔13位置不对应时、先将一个第二紧定螺钉扭入基体2的第二螺纹孔、再将一个第二紧定螺钉扭入上盖1的第二螺纹孔，通过基体2上的第二紧定螺钉对上盖1的转动进行限位。

一种多频点多功能声校准方法，包括以下步骤：

S1：将待测传声器安装在耦合装置17内，通过导声管调节堵头调节导声管腔体的形状结构；

S2：通过第一紧定螺钉和第二紧定螺钉将耦合装置17装配完成，引出引线；

S3：将参考传声器数据输入MCU14，MCU14根据参考数据控制信号发生器15输出特定频率和特定幅度的声压信号；

S4：通过功率放大模块逐渐放大传声器输出的声压级，并通过声级计18采集测试，判断传声器输出的声压级是否处于误差范围；同时通过反馈电路将采集的声压与设定的目标声压进行比较，根据比较结果调节信号发生器15输出的声压信号，实现声压校准。

在具体应用中，当启动检测时，OLED模块显示当前设定的信号频率，幅值和声场类型（自由场、压力场、扩散场），MCU14程序根据参数设定控制信号发生器15发出特定频率和特定幅度的声压信号，经过功率放大器16（放大倍数由程序控制），输送给耦合装置17，耦合装置17传递给声级计18进行声压测试通过反馈电路进行声压校准调节，为了确保输出的声压幅度，通过声电换能器19、前置放大器20和程控增益放大器21将反馈声压信号传递给MCU14，由MCU14进行FFT计算反馈声压，通过计算后得到的声压与程序参数中设定的目标声压进行比较，如果比规定的高，那么就降低MCU14产生的声压幅度，如果偏低，那么就增加声压的幅度，直到达到与设定的目标声压相等，这样就可以确保输出的声压的准确度，本装置可以很好的在户外测试传声器的灵敏度和频响。

根据需要输出的声音频率的不同，调节发声单元的串并联方式，通过调节发声单元线路板上的电路连接来调节发声单元的串并联方式，调节声源的输出频率，发声单元安装在发声单元线路板11上后，将导声管调节堵头安装好，使得匹配管上的通孔与发声单元的声输出端匹配卡接，发声单元产生一定频率的声音信号后，声音信号进入耦合腔3内，通过导声管调节堵头、导声孔和耦合腔3配合形成的导声管腔体对声音信号进行耦合筛选，传递给传声器7，传声器7将声音信号进行稳定输出。

由于基体2和上盖1是分别加工形成的，其通过螺纹扭紧后，基体2上的第一螺纹孔13和上盖1的第一螺纹孔13的位置是不确定的，可能位置刚好对应，也可能位置不对应，当位置刚好对应时，通过第一紧定螺钉穿过第一螺纹孔13进行上盖1和基体2的固定，当位置不对应时，先将一个第二紧定螺钉扭入基体2的第二螺纹孔，第二紧定螺钉的螺帽突出于基体2的第二螺纹孔，再将上盖1与基体2扭紧，扭紧后将另一个第二紧定螺钉扭入上盖1的第二螺纹孔，当第二紧定螺钉扭入上盖1的第二螺纹孔后，上盖1的第二紧定螺钉的下端与基体2的第二紧定螺钉的螺帽卡接，实现限位功能，将上盖1和基体2固定密封。

本发明通过MCU14设定不同的参数实现不同频率和幅度的信号输出，具有较好的灵活性，装置整体具有较好的便携性，方便户外携带，设置导声管调节堵头，使导声管腔体形成前小后大的缩颈式结构，区分于现有的等径导声管结构，实现导声管腔体的形状结构可调，提高发声单元产生的声压级，扩宽声源的频率范围；发声单元设置连接槽，实现发声单元快速拆装；上盖1与基体2通过螺钉进行限位，使得上盖1与基体2具有更好的密封效果，增强隔音。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。