具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

随着技术的发展，体积声源广泛应用于汽车、船舶、飞机及大型机械领域中对产品的NVH(噪声、振动与声振粗糙度，Noise、Vibration、Harshness)性能进行改进和优化的过程，具体为用于噪声源识别中的空气声或结构声传递路径分析(TPA)，该分析方法分为直接法和互易法。其中，直接法是将体积声源放在可能产生能量激励的位置，测量各接收点的响应声压级；互易法采用互易原理，将体积声源放在声振接收点，在激励源处采用传声器或加速度计进行测量，然后通过激励的体积值Q和测量声压级P或加速度a得到从噪声源到接收点的频率响应函数。

具体地，采用直接法得到的频率响应函数如式(1)所示：

上式(1)中：

H_QP——接受者到噪声源的声传递函数；

P_R——接受者的声压级；

Q_S——噪声源的体积速度。

进一步的，在得到各条可能的传递路径的频率响应函数后，通过传递路径分析算法来找到主要噪声源，从而对产品的NVH性能进行优化设计。最常见的体积声源为体积速度声源，除此以外还有体积加速度声源和体积位移声源。

通过式(1)可以看出，在传递路径分析(TPA)过程中，体积速度(或者体积位移，或者体积加速度)的量值对于分析声-声或声-振传递路径的频率响应函数直接相关，进而影响噪声源的识别结果，这就对体积声源的体积速度值(或者体积加速度值，或者体积位移值)的准确提出了要求。可以理解，通常产品再出厂时会标示出参考的体积速度(或者体积位移，或者体积加速度)，但随着产品的不断使用，这些参数会发生变化，因此有必要对体积声源进行计量校准。

在本申请的一个实施例中，如图1所示，提供了一种体积声源的校准装置，该体积声源的校准装置包括体积声源100、声波导管200和测量分析模块300。其中，体积声源100用于产生声波；声波导管200的一端与体积声源100连接，用于传导声波；体积声源100的工作频率小于声波导管200的截止频率；测量分析模块300与体积声源100和声波导管200连接，用于采集声波在声波导管200中传导时的声压和声强、以及体积声源100通过声波导管传导声波时内置传感器的输出电压。

在本申请中，测量得到的声压、声强和输出电压联合用于校准体积声源的灵敏度与频率响应。

在一个实施例中，体积声源是具有几何尺寸的声源。声波导管可用于声波传导。在具体的实施例中，声波导管可以是矩形声波导管，也可以是圆柱形声波导管，或者其他可实现声波表现为一维平面声波传播的声波导管。举例说明，图2为一个实施例中声波导管的示意图。

在具体的实施例中，不同的声波导管的截止频率计算方法不同，矩形声波导管以及圆柱形声波导管的计算如下所示：

①矩形声波导管的截止频率：

上式(2)中：

f_c——矩形声波导管的截止频率，单位为Hz；

c₀——声波在空气中的传播速度，单位为m/s；

l_x,y——矩形声波导管截面宽度和高度中的较大者，单位为m。

②圆柱形导管截止频率：

上式(3)中：

a——圆柱形导管的截面半径，m。

可以理解，根据声波在声波导管中传播的特性，即对于矩形声波导管或圆柱形声波导管中声波频率低于声波导管的截止频率时，声波表现为一维平面声波的理论知识，那么可按照体积声波的工作频率选择尺寸相应的声波导管，获得截止频率高于体积声源的工作频率的声波导管来对该体积声源进行校准。

在一个实施例中，声波导管的截止频率应当高于体积声源的工作频率上限；更优的，声波导管的截止频率可远高于体积声源的工作频率上限。

在一个实施例中，声波导管的导管截面积大于体积声源的发声口面积，声波导管的长度大于体积声源的工作频率下限所对应波长的二分之一。

需要说明的是，根据一维平面声波的传播特性，一维平面声波的声压幅值p(x,t)和质点运动速度幅值v(x,t)都不随传播距离x变化而变化，选择用于校准体积声源的声波导管时，需要考虑体积声源的工作频率范围，应使得待校准体积声源的工作频率范围上限低于、且最好是远低于声波导管的截止频率，这样在声波导管中声源辐射的声波表现为一维平面波，声波的传播特性符合一维平面声波的传播特性。

因此声波导管的选择原则：根据被校准的体积声源的工作频率范围，工作频率上限用fH表示，工作频率下限用fL表示，根据式(2)或者式(3)，选择声波导管的截面尺寸(高度、宽度或半径)，使得声波导管对应的截止频率或远高于工作频率上限fH，且导管截面积大于声源的发声口的面积，声波导管长度大于体积声源工作频率下限fL对应的波长的一半。

在一个实施例中，声波导管为等截面导管，材料选取硬壁材料，如不锈钢。

在一个实施例中，如图3所示，测量分析模块包括声强测量仪和多通道声分析仪；声强测量仪与声波导管两端中的另一端连接；多通道声分析仪的第一通道与声强测量仪连接，用于经由声强测量仪采集体积声源产生的声波在声波导管中传导时的声压和声强；多通道声分析仪的第二通道与体积声源连接，用于采集体积声源通过声波导管传导声波时内置传感器的输出电压。

由图3可以看到体积声源置于声波导管的一侧，声强测量仪置301于声波导管的另一侧，体积声源内置传感器的输出信号接入多通道声分析仪302的第二通道，声强测量仪301的输出通道接入多通道声分析仪302的第一通道。

在一个实施例中，多通道声分析仪的第一通道的测量函数为声波在声波导管中传播时的声强自功率谱函数以及声压的自功率谱函数，多通道声分析仪的第二通道的测量函数为体积声源通过声波导管传导声波时内置传感器的电压自功率谱函数。

可以理解，多通道声分析仪的第一通道测量函数可设置为声强功率谱函数以及声压自功率谱函数，这样即可采集到体积声源产生的声波在声波导管中传导时的声压和声强。多通道声分析仪的第一通道测量函数可设置为体积声源通过声波导管传导声波时内置传感器的电压自功率谱函数，这样即可采集到体积声源通过声波导管传导声波时内置传感器的输出电压。

需要说明的是，多通道声分析仪的第一通道和第二通道都是多通道声分析仪的通道，“第一”和“第二”仅用于区别，两者可以替换。

在一个实施例中，多通道声分析仪的自定义函数为质点运动速度函数，质点运动速度函数以声强自功率谱函数以及声压自功率谱函数为自变量。这样，多通道声分析仪即可根据声波传导时的声强自功率谱函数以及声压自功率谱函数，计算得到质点运动速度函数

在一个实施例中，多通道声分析仪还用于根据声压和声强计算声波导管截面上的质点运动速度幅值；根据质点运动速度幅值和输出电压，确定体积声源校准后的灵敏度；根据体积声源校准后的灵敏度，确定体积声源校准后的频率响应。

在一个实施例中，多通道声分析仪还用于在声波导管的截面上均匀选取多个测量点；将各测量点在参考频率下的声强和声压的比值，作为相应的质点运动速度幅值；根据参考频率下截面上的质点运动速度幅值，分别确定参考频率下体积声源校准后的体积速度声源灵敏度、校准后的体积加速度声源灵敏度以及校准后的体积位移声源灵敏度。

在一个实施例中，多通道声分析仪还用于获取体积声源在各工作频率下校准后的灵敏度；根据体积声源在各工作频率下校准后的灵敏度与体积声源在参考频率下校准后的灵敏度的偏差，得到体积声源校准后的频率响应。

具体地，根据一维平面声波的传播特性，一维平面声波的声压幅值p(x,t)和质点运动速度幅值v(x,t)都不随传播距离x变化而变化，因此可以在声波导管截面均匀选取多个测量点，计算该声波导管的任意截面的质点运动速度。质点运动速度与一维平面声波的声强和声压相关，一维平面声波的声强和声压可通过声强测量仪测量得到，再基于一维平面声波的声强I、声压p和质点运动速度v的关系：v＝I/p，计算得到各测量点的质点运动速度幅值v_i。

进一步地，取各测量点质点运动速度幅值的平均值为截面的质点运动速度幅值：

其中，n为测量点的数量。

在一个实施例中，根据质点运动速度幅值和输出电压，确定体积声源的灵敏度，包括：根据参考频率下截面上的质点运动速度幅值，分别确定参考频率下体积声源校准后的体积速度声源灵敏度、校准后的体积加速度声源灵敏度以及校准后的体积位移声源灵敏度。

具体地，体积声源的体积速度可通过下式得到：

上式(5)中，S为声波导管的截面面积，单位为m²。

体积声源的体积加速度可通过下式得到：

上式(6)中，f为体积声源的工作频率，单位为Hz。

体积声源的体积位移Q可通过下式得到：

具体地，在传递路径分析过程中，体积声源的体积参数的获取一般是通过体积声源本身自带的传声器输出的电信号转换而来，体积声源自带的传声器输出电压正比于体积声源的体积参数，体积声源的体积参数包括体积速度、体积加速度和体积位移，该比例因子为体积声源的灵敏度，因此对体积声源的校准实际上是对内置传感器的灵敏度及其频率响应特性的校准。

根据体积声源的工作原理和特性，确定校准参数有以下2项：

(1)参考频率下体积声源灵敏度。

体积声源灵敏度包括体积速度声源灵敏度、体积加速度声源灵敏度和体积位移声源灵敏度。其中，体积速度声源灵敏度单位为V/(m³/s)、体积加速度声源灵敏度单位为V/(m³/s²)、及体积位移声源灵敏度单位为V/m³。

(2)体积声源频率响应。

按图3所示的校准原理框图安装被检体积声源及声强测量仪，开启体积声源，使其工作在参考频率下，参考频率的选取参照体积声源说明书。测量5个点的质点运动速度平均值，采集内置传感器的输出电压幅值U，则对于体积速度声源，体积速度声源灵敏度按下式计算：

对于体积加速度声源，体积加速度声源灵敏度按下式计算：

对于体积位移声源，体积位移声源灵敏度按下式计算：

在一个实施例中，根据体积声源的灵敏度，确定体积声源校准后的频率响应，包括：获取体积声源在各工作频率下校准后的灵敏度；根据体积声源在各工作频率下校准后的灵敏度与体积声源在参考频率下校准后的灵敏度的偏差，得到体积声源校准后的频率响应。

具体地，按照上述图3所示的校准原理图，改变体积声源的工作频率，测量体积声源在其标称工作频率范围内各频率点的灵敏度值，各频率点处灵敏度与参考频率下灵敏度的偏差即为体积声源的频率响应。

上述体积声源的校准装置，基于声波在声波导管中传播的特性，即在声波频率低于声波导管的截止频率时声波表现为一维平面声波的先验知识，将待校准的体积声源产生的声波在声波导管里传播，进而采集声压、声强以及内置传感器的输出电压，根据一维平面声波的传播特性，其声压不随距离变化的特征，基于采集到的数据即可确定体积声源的灵敏度与频率响应，从而可以将灵敏度与频率响应用于在体积声源的使用中进行校准，实现了体积声源的校准。

在另外的实施例中，上述体积声源的校准装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、磁带、软盘、闪存或光存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)或外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)或动态随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory，DRAM)等。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。