新型三维声强虚拟测量分析仪

    引言

    近年来人们对生活和工作环境的要求不断提高,环境噪声作为其中一项重要指标越来越受重视,噪声检测与控制也成为一个重要工程研究领域。声强测量是噪声检测的一种手段,它具有以下几个优点:声强具有方向特性,它对声源定位具有重要实用价值声强不易受背景噪声的影响,可以在工业环境中对大型设备进行噪声检测与分析;声强测量属于非接触性测量,易于实施[1]。声强的这些优点使得它成为噪声检测与控制领域的一个重要研究方向,相应的测量理论和方法也随之日益成熟和完善[2～5]。目前各种商业化的声强测量分析系统已相继面市,如丹麦B&K公司3360型一维声强测量系统和50VX型一维声强测量系统等。但是,这些专用声强测量分析系统功能不易扩充,而且价格昂贵。因而近年来更倾向于本低、通用性强的虚拟声强系统的开发,即借助比较通用的仪器,利用专用的软件包实现声强的测量分析。

    本文在提出一种新的三维声强测量方法的基础上,开发一套三维声强虚拟测量分析仪。该测量分析仪采用4个传声器组合成一种新型三维声强探头,借助于前置放大器、调理器和采集器对模拟信号进行放大、滤波和模数转换,从而实现对声场中任意点的三维声强的实时监控和对整个稳态声场的三维声强扫描。与国外专用的声强测量系统相比,该系统具有以下优点:可以一次测量任意点处三维声强,并且只需4个传声器;可以用于瞬时声场的测量分析;设备通用性强,可以借用通用的硬件设备来组合该系统;采用虚拟测量技术,与国外专用的测量系统比较,成本很低。

    1　新型三维声强探头模型

    声强测量均是建立在双传声器互谱测量原理的基础上[4],因而要想测量任一方向的声强都需要2个传声器。如图1所示,中心点C处沿AB方向声强是由A和B两传声器所测数据计算获得。如果要测量三维声强,则需要1对传声器分3个方向3次测量获得,或者采用3对传声器1次测量获得。这两种方法均有一定的缺陷:采用1对探头测量,只适用于稳态声场,且分3次测量,其定位精度受到影响,测量量,但测量传声器多而使成本增加,且由于传声器布置较集中对声场影响较大。

    在上述方法的基础上,本文提出了一种新型三维声强测量方法,该方法只需4个传声器测量即可获得声场某一点处的三维声强,其模型可以简化为图2所示形式,其中,4个传声器分别位于四棱锥的4个顶点,且垂直于BCD面,X沿BC方向,Y方向由BCD中心点指向D,Z方向由BCD中心点指向A。与传统方法相比,由以前的6个传声器简化为4个,大大降低了成本。

    根据双传声器声强互谱测量原理,对探头中4个传声器测量信号两两之间作互谱,则沿各条棱边方向的声强可表示为