一种基于矢量传感器的现场隔声测量装置及测量方法
阅读说明：本技术 一种基于矢量传感器的现场隔声测量装置及测量方法 (On-site sound insulation measuring device and method based on vector sensor ) 是由 赵静 于 2021-01-05 设计创作，主要内容包括：本发明属于声学测量设备技术领域,具体地说,涉及一种基于矢量传感器的现场隔声测量装置,包括：扬声器(4)、矢量传感器(1)、第二声压传感器(2)和数据处理模块；矢量传感器(1)布放于待测材料(3)的声波入射端,第二声压传感器(2)布放于待测材料(3)的声波透射端,且矢量传感器(1)和第二声压传感器(2)相对放置,扬声器(4)与待测材料(3)之间呈不同的倾斜入射角相对放置；所述数据处理模块,用于得到入射的声压幅值；再对实时采集的透射声压响应信号进行处理,得到频域的透射声压响应；再基于入射的声压幅值和频域的透射声压响应,计算不同倾斜入射角的透射系数和隔声量。(The invention belongs to the technical field of acoustic measuring equipment, and particularly relates to a field sound insulation measuring device based on a vector sensor, which comprises: the system comprises a loudspeaker (4), a vector sensor (1), a second sound pressure sensor (2) and a data processing module; the vector sensor (1) is arranged at the sound wave incidence end of the material to be detected (3), the second sound pressure sensor (2) is arranged at the sound wave transmission end of the material to be detected (3), the vector sensor (1) and the second sound pressure sensor (2) are oppositely arranged, and the loudspeaker (4) and the material to be detected (3) are oppositely arranged at different oblique incidence angles; the data processing module is used for obtaining an incident sound pressure amplitude; processing the transmission sound pressure response signal acquired in real time to obtain the transmission sound pressure response of the frequency domain; and calculating transmission coefficients and sound insulation quantities of different oblique incident angles based on the incident sound pressure amplitude and the transmission sound pressure response of the frequency domain.)
技术领域
本发明属于声学测量设备技术领域，具体地说，涉及一种基于矢量传感器的现场隔声测量装置及测量方法。
背景技术
目前，对于材料的现有隔声测量手法，一般是基于驻波管测量或者是基于混响室-消声室/混响室测量。基于驻波管的测量，只能测垂直入射的隔声，且测试频率有限，受驻波管直径限制；且材料的性能会在驻波管里面发生改变。基于混响室-消声室/混响室测量手法，需要采用两个昂贵的声学测量室，无法快速方便的对材料进行现场隔声测试，且不能测试不同入射角度下的隔声性能。
发明内容
为解决现有技术存在的上述缺陷，本发明提出了一种基于矢量传感器的现场隔声测量装置，该装置包括：扬声器、矢量传感器、第二声压传感器和数据处理模块；
矢量传感器布放于待测材料的声波入射端，第二声压传感器布放于待测材料的声波透射端，且矢量传感器和第二声压传感器相对放置，扬声器与待测材料之间呈不同的倾斜入射角相对放置；
所述矢量传感器为一维矢量传感器，其包括：第一声压传感器和一维质点振速传感器；
所述第一声压传感器，用于实时采集待测材料在入射端的总声压响应信号；
所述一维质点振速传感器，用于实时采集待测材料在入射端的总质点振速响应信号；
所述第二声压传感器，用于实时采集待测材料在透射端的透射声压响应信号；
所述数据处理模块，用于对实时采集的总声压响应信号和总质点振速响应信号进行处理，得到入射的声压幅值；再对实时采集的透射声压响应信号进行处理，得到频域的透射声压响应，再基于入射的声压幅值和频域的透射声压响应，计算不同倾斜入射角的透射系数和隔声量。
作为上述技术方案的改进之一，所述矢量传感器和第二声压传感器相对放置的间距为待测材料的厚度。
作为上述技术方案的改进之一，扬声器与待测材料相对倾斜放置的倾斜入射角为0度-70度。
作为上述技术方案的改进之一，所述数据处理模块包括：入射数据处理单元、透射数据处理单元和透射系数计算单元；
所述入射数据处理单元，用于分别对实时采集的待测材料在入射端的总声压响应信号和总质点振速响应信号，依次进行卷积、傅里叶变换、共轭计算处理，得到入射的声压幅值；
所述透射数据处理单元，用于对实时采集的待测材料在透射端的透射声压响应信号，依次进行卷积、傅里叶变换、共轭计算处理，得到频域的透射声压响应；
所述透射系数计算单元，用于基于入射的声压幅值和频域的透射声压响应，计算当前倾斜入射角的透射系数和隔声量。
作为上述技术方案的改进之一，所述入射数据处理单元的具体数据处理过程为：
用指数扫频信号S(t)激励扬声器，扬声器发射该指数扫频信号S(t)，一维矢量传感器中的第一声压传感器采集当前倾斜入射角度θ的总声压响应信号，并与指数扫频信号S(t)相对应的逆滤波器进行卷积得到矢量传感器的声压脉冲响应ppu,impulse；一维矢量传感器中的一维质点振速传感器采集当前倾斜入射角度θ的总质点振速响应信号，并与指数扫频信号S(t)相对应的逆滤波器进行卷积得到矢量传感器的质点振速脉冲响应upu,impulse；
对声压脉冲响应ppu,impulse和质点振速脉冲响应upu,impulse截取某一段有效数据，并做傅里叶变换，得到对应的频域响应，分别为声压频率响应ppu,impulse,fft，质点振速频率响应upu,impulse,fft；
对声压频率响应ppu,impulse,fft和质点振速频率响应upu,impulse,fft分别做共轭计算，得到共轭声压频率响应共轭质点振速频率响应
根据得到的ppu,impulse,fft和计算待测材料在入射端的复数声强Icx：
对该复数声强Icx取实部得到有功声强Ix：Ix＝real[Icx]；
对该复数声强Icx取虚部得到无功声强Qx：Qx＝imag[Icx]；
根据得到的有功声强Ix和无功声强Qx，计算该复数声强的最大值|Icx|max：
其中， 为声压幅值的平方的1/2；ρ为空气的密度；c为空气中的声速；
根据得到的该复数声强的最大值|Icx|max，计算待测材料的单位面积的入射声能量PI：
计算待测材料的单位面积的反射声能量PR：
根据公式(3)，计算入射的声压幅值：
其中，|pi|为入射的声压的幅值。
作为上述技术方案的改进之一，所述透射数据处理单元的具体数据处理过程为：
用指数扫频信号S(t)激励扬声器，第二声压传感器采集当前倾斜入射角度θ的透射声压响应信号，并与指数扫频信号S(t)相对应的逆滤波器进行卷积得到透射声压脉冲响应pt,impulse；
对透射声压脉冲响应pt,impulse,fft截取某一段有效数据，并做傅里叶变换，得到对应的频域的透射声压响应pt,impulse,fft。
作为上述技术方案的改进之一，所述透射系数计算单元的具体数据处理过程为：
基于入射的声压幅值和频域的透射声压响应，计算当前倾斜入射角θ的透射系数：
再根据计算得到的当前倾斜入射角θ的透射系数，计算当前倾斜入射角θ的现场隔声量TL：
TL＝-20log10|tp| (8)。
本发明还提供了一种基于矢量传感器的现场隔声测量方法，该方法包括：
第一声压传感器实时采集待测材料在入射端的总声压响应信号；一维质点振速传感器实时采集待测材料在入射端的总质点振速响应信号；
数据处理模块分别对实时采集的待测材料在入射端的总声压响应信号和总质点振速响应信号，依次进行卷积、傅里叶变换、共轭计算处理，分离得到入射的声压幅值；
第二声压传感器实时采集待测材料在透射端的透射声压响应信号；
所述数据处理模块对第二声压传感器采集的透射声压响应信号，依次进行卷积、傅里叶变换、共轭计算处理，得到频域的透射声压响应，再基于入射的声压幅值和频域的透射声压响应，计算不同倾斜入射角的透射系数和隔声量。
作为上述技术方案的改进之一，所述数据处理模块分别对实时采集的待测材料在入射端的总声压响应信号和总质点振速响应信号，依次进行卷积、傅里叶变换、共轭计算处理，分离得到入射的声压幅值；其具体过程为：
用指数扫频信号S(t)激励扬声器，扬声器发射该指数扫频信号S(t)，一维矢量传感器中的第一声压传感器采集当前倾斜入射角度θ的总声压响应信号，并与指数扫频信号S(t)相对应的逆滤波器进行卷积得到矢量传感器的声压脉冲响应ppu,impulse；一维矢量传感器中的一维质点振速传感器采集当前倾斜入射角度θ的总质点振速响应信号，并与指数扫频信号S(t)相对应的逆滤波器进行卷积得到矢量传感器的质点振速脉冲响应upu,impulse；
对声压脉冲响应ppu,impulse和质点振速脉冲响应upu,impulse截取某一段有效数据，并做傅里叶变换，得到对应的频域响应，分别为声压频率响应ppu,impulse,fft，质点振速频率响应upu,impulse,fft；
对声压频率响应ppu,impulse,fft和质点振速频率响应upu,impulse,fft分别做共轭计算，得到共轭声压频率响应共轭质点振速频率响应
根据得到的ppu,impulse,fft和计算待测材料在入射端的复数声强Icx：
对该复数声强Icx取实部得到有功声强Ix：Ix＝real[Icx]；
对该复数声强Icx取虚部得到无功声强Qx：Qx＝imag[Icx]；
根据得到的有功声强Ix和无功声强Qx，计算该复数声强的最大值|Icx|max：
其中， 为声压幅值的平方的1/2；ρ为空气的密度；c为空气中的声速；
根据得到的该复数声强的最大值|Icx|max，计算待测材料的单位面积的入射声能量PI：
计算待测材料的单位面积的反射声能量PR：
根据公式(3)，计算入射的声压幅值：
其中，|pi|为入射的声压的幅值。
作为上述技术方案的改进之一，所述数据处理模块对第二声压传感器采集的透射声压响应信号，依次进行卷积、傅里叶变换、共轭计算处理，得到频域的透射声压响应，再基于入射的声压幅值和频域的透射声压响应，计算不同倾斜入射角的透射系数和隔声量；其具体过程为：
用指数扫频信号S(t)激励扬声器，第二声压传感器采集当前倾斜入射角度θ的透射声压响应信号，并与指数扫频信号S(t)相对应的逆滤波器进行卷积得到透射声压脉冲响应pt,impulse；
对透射声压脉冲响应pt,impulse,fft截取某一段有效数据，并做傅里叶变换，得到对应的频域透射声压响应pt,impulse,fft；
再根据公式(5)计算得到的入射的声压幅值，计算当前倾斜入射角θ的透射系数：
再根据计算得到的当前倾斜入射角θ的透射系数，计算当前倾斜入射角θ的现场隔声量TL：
TL＝-20log10|tp| (8)。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
1、本发明的测量装置能够实现针对某一材料进行现场、快速、测量不同入射角度的隔声性能；
2、本发明的测量装置能够现场分离出入射的声压幅值、入射的质点振速幅值，不同倾斜入射角度下的透射系数，以及现场分离反射的声能量。
附图说明
图1是本发明的一种基于矢量传感器的现场隔声测量装置的结构示意图。
附图标记：
1、矢量传感器 2、第二声压传感器
3、待测材料 4、扬声器
具体实施方式
现结合附图对本发明作进一步的描述。
如图1所示，本发明提供了一种基于矢量传感器的现场隔声测量装置，该测量装置，利用一个一维矢量传感器和一个声压传感器，分别对应地布放在待测材料的入射端和透射端，能够实现现场快速地、对某一材料进行隔声测量，且可以测量不同入射角度下的隔声性能。
本发明提供了一种基于矢量传感器的现场隔声测量装置，该装置包括：扬声器4、矢量传感器1、第二声压传感器2和数据处理模块；
矢量传感器1布放于待测材料3的声波入射端，第二声压传感器2布放于待测材料3的声波透射端，且矢量传感器1和第二声压传感器2相对放置，扬声器4与待测材料3之间呈不同倾斜入射角相对放置；
所述矢量传感器1，用于分别实时采集待测材料在入射端的总声压响应信号(包含入射声压响应信号和反射声压响应信号)和总质点振速响应信号(包含入射质点振速响应信号和反射质点振速响应信号)；
具体地，所述矢量传感器1为一维矢量传感器，其包括：第一声压传感器和一维质点振速传感器；
所述第一声压传感器，用于实时采集待测材料在入射端的总声压响应信号；
所述一维质点振速传感器，用于实时采集待测材料在入射端的总质点振速响应信号。
所述第二声压传感器2，用于实时采集待测材料在透射端的透射声压响应信号；
所述数据处理模块，用于对实时采集的总声压响应信号和总质点振速响应信号进行处理，得到入射的声压幅值；再对实时采集的透射声压响应信号进行处理，得到频域的透射声压响应，再基于入射的声压幅值和频域的透射声压响应，计算不同倾斜入射角的透射系数和隔声量。
其中，所述第一声压传感器和第二声压传感器2均为声压传感器。
可选地，所述矢量传感器1和第二声压传感器2相对放置的间距为待测材料的厚度。
可选地，扬声器4与待测材料3相对倾斜放置的倾斜入射角为0度-70度。
其中，所述数据处理模块包括：入射数据处理单元、透射数据处理单元和透射系数和隔声量计算单元；
所述入射数据处理单元，用于分别对实时采集的待测材料在入射端的总声压响应信号和总质点振速响应信号，依次进行卷积、傅里叶变换、共轭计算处理，分离得到入射的声压幅值和入射的质点振速幅值；
具体地，用指数扫频信号S(t)激励扬声器，扬声器发射该指数扫频信号S(t)，一维矢量传感器1中的第一声压传感器采集当前倾斜入射角度θ的总声压响应信号，并与指数扫频信号S(t)相对应的逆滤波器进行卷积得到矢量传感器的声压脉冲响应ppu,impulse；一维矢量传感器1中的一维质点振速传感器采集当前倾斜入射角度θ的总质点振速响应信号，并与指数扫频信号S(t)相对应的逆滤波器进行卷积得到矢量传感器的质点振速脉冲响应upu,impulse；
对声压脉冲响应ppu,impulse和质点振速脉冲响应upu,impulse截取某一段有效数据，并做傅里叶变换，得到对应的频域响应，分别为声压频率响应ppu,impulse,fft，质点振速频率响应upu,impulse,fft；
对声压频率响应ppu,impulse,fft和质点振速频率响应upu,impulse,fft分别做共轭计算，得到共轭声压频率响应共轭质点振速频率响应
根据得到的ppu,impulse,fft和计算待测材料在入射端的复数声强Icx：
对该复数声强Icx取实部得到有功声强Ix：Ix＝real[Icx]；
对该复数声强Icx取虚部得到无功声强Qx：Qx＝imag[Icx]；
根据得到的有功声强Ix和无功声强Qx，计算该复数声强的最大值|Icx|max：
其中， 为声压幅值的平方的1/2；ρ为空气的密度；c为空气中的声速；
根据得到的该复数声强的最大值|Icx|max，计算待测材料的单位面积的入射声能量PI：
计算待测材料的单位面积的反射声能量PR：
根据公式(3)，计算入射的声压幅值：
其中，|pi|为入射的声压的幅值；
根据公式(3)，计算入射的质点振速幅值：
其中，|ui|为入射的质点振速的幅值。
所述透射数据处理单元，用于对实时采集的待测材料3在透射端的透射声压响应信号，依次进行卷积、傅里叶变换、共轭计算处理，得到频域的透射声压响应；
具体地，用指数扫频信号S(t)激励扬声器，第二声压传感器采集当前倾斜入射角度θ的透射声压响应信号，并与指数扫频信号S(t)相对应的逆滤波器进行卷积得到透射声压脉冲响应pt,impulse；
对透射声压脉冲响应pt,impulse,fft截取某一段有效数据，并做傅里叶变换，得到对应的频域的透射声压响应pt,impulse,fft。
所述透射系数计算单元，用于基于入射的声压幅值和频域的透射声压响应，计算当前倾斜入射角的透射系数和隔声量。
具体地，根据公式(5)计算得到的入射的声压幅值，计算当前倾斜入射角θ的透射系数：
再根据计算得到的当前倾斜入射角θ的透射系数，计算当前倾斜入射角θ的现场隔声量TL：
TL＝-20log10|tp| (8)。
本发明还提供了一种基于矢量传感器的现场隔声测量方法，该方法包括：
第一声压传感器实时采集待测材料在入射端的总声压响应信号；一维质点振速传感器实时采集待测材料在入射端的总质点振速响应信号；
数据处理模块分别对实时采集的待测材料在入射端的总声压响应信号和总质点振速响应信号，依次进行卷积、傅里叶变换、共轭计算处理，分离得到入射的声压幅值和入射的质点振速幅值；
具体地，用指数扫频信号S(t)激励扬声器，扬声器发射该指数扫频信号S(t)，一维矢量传感器1中的第二声压传感器采集当前倾斜入射角度θ的总声压响应信号，并与指数扫频信号S(t)相对应的逆滤波器进行卷积得到矢量传感器的声压脉冲响应ppu,impulse；一维矢量传感器1中的一维质点振速传感器采集当前倾斜入射角度θ的总质点振速响应信号，并与指数扫频信号S(t)相对应的逆滤波器进行卷积得到矢量传感器的质点振速脉冲响应upu,impulse；
对声压脉冲响应ppu,impulse和质点振速脉冲响应upu,impulse截取某一段有效数据，并做傅里叶变换，得到对应的频域响应，分别为声压频率响应ppu,impulse,fft，质点振速频率响应upu,impulse,fft；
对声压频率响应ppu,impulse,fft和质点振速频率响应upu,impulse,fft分别做共轭计算，得到共轭声压频率响应共轭质点振速频率响应
根据得到的ppu,impulse,fft和计算待测材料在入射端的复数声强Icx：
对该复数声强Icx取实部得到有功声强Ix：Ix＝real[Icx]；
对该复数声强Icx取虚部得到无功声强Qx：Qx＝imag[Icx]；
根据得到的有功声强Ix和无功声强Qx，计算该复数声强的最大值|Icx|max：
其中， 为声压幅值的平方的1/2；ρ为空气的密度；c为空气中的声速；
根据得到的该复数声强的最大值|Icx|max，计算待测材料的单位面积的入射声能量PI：
计算待测材料的单位面积的反射声能量PR：
根据公式(3)，计算入射的声压幅值：
其中，|pi|为入射的声压的幅值；
根据公式(3)，计算入射的质点振速幅值：
其中，|ui|为入射的质点振速的幅值。
第二声压传感器2实时采集待测材料3在透射端的透射声压响应信号；
所述数据处理模块对第二声压传感器2采集的透射声压响应信号，依次进行卷积、傅里叶变换、共轭计算处理，得到频域的透射声压响应，再基于入射的声压幅值和频域的透射声压响应，计算不同倾斜入射角的透射系数，再根据计算好的透射系数，得到对应的现场隔声量。
具体地，用指数扫频信号S(t)激励扬声器，第二声压传感器采集当前倾斜入射角度θ的透射声压响应信号，并与指数扫频信号S(t)相对应的逆滤波器进行卷积得到透射声压脉冲响应pt,impulse；
对透射声压脉冲响应pt,impulse,fft截取某一段有效数据，并做傅里叶变换，得到对应的频域的透射声压响应pt,impulse,fft；
根据公式(5)计算得到的入射的声压幅值，计算当前倾斜入射角θ待测材料的透射系数tp：
再根据计算好的透射系数，得到现场隔声量。
再根据计算得到的当前倾斜入射角θ的透射系数，计算当前倾斜入射角θ的现场隔声量TL：
TL＝-20log10|tp| (8)。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：基于声学测量的喷注孔检测系统及方法