本發(fā)明屬于聲學性能檢定技術領域，具體涉及一種高頻聲學性能檢定系統(tǒng)及方法。

背景技術：

風扇/增壓級噪聲試驗器是發(fā)動機低噪聲設計及研制過程中必不可少的試驗設施，是開展高效低噪風扇試驗研究和試驗驗證的關鍵。但由于建設成本、流量、功率等原因的限制，風扇/增壓級進行部件試驗時往往需要遵循氣動聲學相似規(guī)律進行縮尺試驗，這也導致風扇噪聲頻率增加并進入了超聲頻率(20khz以上)范圍。因此，風扇/增壓級噪聲試驗器全消聲室的建設和檢定測試方法就與傳統(tǒng)消聲室產(chǎn)生了不同，并提出了更高的要求：需要針對風扇/增壓級試驗器消聲室開展可聽聲頻率范圍(20khz以下)和超聲頻率范圍(20khz以上)的聲學檢定方法研究，評估消聲尖劈及消聲室在全頻率范圍(如100hz-40khz)的聲學性能，驗證消聲室達到預期設計，為縮比風扇噪聲測試提供精確的試驗測試數(shù)據(jù)。

現(xiàn)有技術方案中僅在可聽聲頻段給出了消聲尖劈和消聲室的檢測方法，而利用現(xiàn)有技術手段進行“移植”應用時，在超聲頻段范圍時將面臨以下主要缺點：

1)超聲頻段范圍時，聲波的波長尺度將變得極小，聲學駐波管道將無法設計，造成無法利用現(xiàn)有技術中的聲學駐波管技術進行尖劈吸聲特性的測試評估的困難；

2)超聲頻段范圍時，空氣對噪聲的衰減(弛豫效應)將變得越來越顯著，不可忽略，因此，如何結(jié)合現(xiàn)有技術并考慮高頻條件下消聲室聲自由場半徑檢測，就顯得十分重要了。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的：為了解決上述問題，本發(fā)明提出了一種高頻聲學性能檢定系統(tǒng)及方法，采用了多路徑自由聲場檢定同步測試方案，解決消聲尖劈高頻聲學特性評估及消聲室高頻聲自由場測試半徑評估技術難題。

本發(fā)明的技術方案：一種高頻聲學性能檢定系統(tǒng)，適用于消聲尖劈或者消聲室的高頻聲學性能檢定試驗；

所述高頻聲學性能檢定系統(tǒng)包括：高頻聲源系統(tǒng)、聲波導管、測試支架、傳聲器、拉線鋼絲、數(shù)據(jù)采集裝置及控制系統(tǒng)；

進行所述消聲室聲學特性檢測時，所述高頻聲源系統(tǒng)設置在消聲室的外部，且能夠產(chǎn)生高頻聲源，所述聲波導管穿過所述消聲室與高頻聲源系統(tǒng)連接，所述聲波導管安裝軸線與消聲室的中心線位于同一高度上，所述高頻聲源系統(tǒng)通過所述聲波導管向所述消聲室內(nèi)傳遞聲波；

當高頻聲源輻射聲場具有良好的聲場均勻特性時，可不使用所述聲波導管，而直接將高頻聲源放置于消聲室內(nèi)，并使得高頻聲源系統(tǒng)與待檢測消聲室中心線位于同一高度上，所述高頻聲源直接向消聲室內(nèi)傳遞聲波；

進行所述消聲尖劈聲學特性檢測時，將所述聲波導管穿過所述消聲室與高頻聲源系統(tǒng)連接，所述聲波導管安裝軸線與待檢測尖劈樣件及消聲室中心線位于同一高度上，所述高頻聲源系統(tǒng)通過所述聲波導管向消聲室內(nèi)傳遞聲波；

當高頻聲源輻射聲場具有良好的聲場均勻特性時，可不使用所述聲波導管，而直接將高頻聲源放置于消聲室內(nèi)，并使得高頻聲源系統(tǒng)與待檢測尖劈樣件及消聲室中心線位于同一高度上，所述高頻聲源直接向消聲室內(nèi)傳遞聲波；

所述測試支架設置在所述聲波導管與尖劈樣件或待檢消聲室之間，所述測試支架前端安裝所述傳聲器及數(shù)據(jù)采集裝置，所述測試支架在所述控制系統(tǒng)控制下，能夠沿所述拉線鋼絲在所述聲波導管與尖劈樣件或待檢消聲室之間移動。

優(yōu)選地，所述傳聲器為自由場傳聲器，所述自由場傳聲器的受感部朝向聲源方向放置。

優(yōu)選地，所述控制系統(tǒng)由計算機和步進電機組成，所述計算機通過控制步進電機的運轉(zhuǎn)，能夠使所述測試支架在所述拉線鋼絲上移動。

優(yōu)選地，所述數(shù)據(jù)采集裝置設置有前置放大器。

優(yōu)選地，所述高頻聲源系統(tǒng)包含喇叭及功率放大器，能夠在20khz以上的超聲頻段產(chǎn)生高信噪比的噪聲輻射。

優(yōu)選地，所述高頻聲學性能檢定系統(tǒng)還包括多條拉線鋼絲，所述控制系統(tǒng)能夠控制所述測試支架在多條所述拉線鋼絲同步進行移動。

一種高頻聲學性能檢定方法，適用于消聲尖劈或者消聲室的高頻聲學性能檢定試驗，包括以下步驟：

步驟a：通過高頻聲學性能檢定系統(tǒng)獲取聲源與待檢尖劈樣件或待檢消聲室之間的噪聲數(shù)據(jù)；

所述高頻聲源、待檢尖劈樣件或待檢消聲室的中心線處于同一高度，采用計算機控制測試支架在所述高頻聲源與尖劈樣件或消聲室之間進行移動，并完成不同位置處噪聲的測試；測試過程中需完成環(huán)境溫度、濕度的測試和記錄；通過以上測試系統(tǒng)和測試方案可以獲取聲源與待檢測尖劈或待檢測消聲室之間的噪聲數(shù)據(jù)；

步驟b：對采取的噪聲數(shù)據(jù)首先進行多次平均處理，其次進行fft轉(zhuǎn)換，最后進行1/3倍頻程分析獲得待檢測1/3倍頻帶的噪聲數(shù)據(jù)；

步驟c：基于測試過程中的環(huán)境溫度、濕度及檢測頻率進行超聲頻段空氣衰減計算；

步驟d：基于超聲頻段空氣衰減計算結(jié)果對獲得的待檢測1/3倍頻帶的噪聲數(shù)據(jù)進行修正；

步驟e：繪制聲場分布衰減曲線，并與理論計算結(jié)果對比；

若待檢尖劈樣件或待檢消聲室在檢測頻率和檢測距離范圍內(nèi)，滿足測試結(jié)果與理論計算偏差±1.5db的要求，則檢定合格。

優(yōu)選地，所述步驟a中，移動測試支架在不同位置噪聲測試的時間不少于1分鐘，位置間隔不大于1cm，位置控制誤差要小于被測聲波的1/4波長。

優(yōu)選地，所述步驟b中，對每個測試位置處噪聲測試數(shù)據(jù)進行平均處理，平均次數(shù)不少于10次。

本發(fā)明的技術效果：本發(fā)明一種高頻聲學性能檢定系統(tǒng)及方法，極大提高了檢定效率、測試精度，節(jié)約檢定成本，填補了在超聲頻率范圍(20khz以上)完成消聲尖劈吸聲特性測試、消聲室自由場半徑檢定等消聲室檢定技術的空白。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種高頻聲學性能檢定系統(tǒng)的一優(yōu)選實施例的結(jié)構示意圖；

圖2為本發(fā)明一種高頻聲學性能檢定方法的一優(yōu)選實施例的原理示意圖；

圖3為圖2所示實施例的流程示意圖；

圖4為圖2所示實施例的超聲頻段消聲尖劈或消聲室吸聲特性的結(jié)果評定示意圖；

其中，1-高頻聲源系統(tǒng)，2-聲波導管，3-測試支架，4-傳聲器，5-拉線鋼絲，6-數(shù)據(jù)采集裝置，7-控制系統(tǒng)，8-消聲室，9-尖劈樣件。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行更加詳細的描述。在附圖中，自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進行詳細說明。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術語“中心”、“縱向”、“橫向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明保護范圍的限制。

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進行詳細說明，請參閱圖1至圖4；

如圖1至圖2所示：一種高頻聲學性能檢定系統(tǒng)，包括：高頻聲源系統(tǒng)1、聲波導管2、測試支架3、傳聲器4、拉線鋼絲5、數(shù)據(jù)采集裝置6及控制系統(tǒng)7；

高頻聲源系統(tǒng)1包含喇叭及功率放大器，能夠在20khz以上的超聲頻段產(chǎn)生出足夠高信噪比的噪聲輻射，且具有良好的信噪比；

高頻聲源系統(tǒng)1設置在消聲室8的外部，聲波導管2穿過消聲室8與高頻聲源系統(tǒng)1連接，尖劈樣件9懸掛于消聲室內(nèi)部，聲波導管2安裝軸線與尖劈樣件9及消聲室8中心線位于同一高度上，保持聲源發(fā)出聲場的對稱性；

當高頻聲源1輻射聲場具有良好的聲場均勻特性時，可不使用所述聲波導管2，而直接將高頻聲源1放置于消聲室8內(nèi)，并使得高頻聲源系統(tǒng)1與待檢測尖劈或待檢測消聲室8中心線位于同一高度上，所述高頻聲源1直接向消聲室8內(nèi)傳遞聲波。

測試支架3設置在聲波導管2與尖劈樣件9之間測試支架3前端安裝傳聲器4及數(shù)據(jù)采集裝置6，測試支架3在控制系統(tǒng)7控制下，控制系統(tǒng)7由計算機和步進電機組成，計算機通過控制步進電機的運轉(zhuǎn)，能夠使所述測試支架3在所述拉線鋼絲5上自動移動，可以實現(xiàn)任意設定位置噪聲的測試，測試支架3具有最小的聲波反射特性，其表面進行聲學處理，防止支架反射引起二次噪聲源產(chǎn)生。

本實施例中，傳聲器4為自由場傳聲器，自由場傳聲器的感受部朝向聲源方向放置，可以有效利用自由傳聲器指向性特點減弱聲波反射對測試的影響。

本實施例中，數(shù)據(jù)采集裝置6包含前置放大器，有利于噪聲數(shù)據(jù)的采集。

在進行消聲尖劈和消聲室的高頻聲學性能檢定試驗時，高頻聲源1的基礎上增加了聲波導管2，通過聲波導管2向消聲室8內(nèi)傳遞聲波；用以克服超聲聲源指向性差的缺點，基于聲波在合適直徑管道內(nèi)部傳播時損耗小、波陣面為平面的特點，形成了一種高頻聲源與聲波導管相結(jié)合的、具有良好指向性的高頻聲源系統(tǒng)，解決了消聲室高頻檢測的聲源問題。

聲波導管2需經(jīng)過優(yōu)化計算，通過優(yōu)化導管尺寸，可以解決消聲室8測試過程中因聲源指向性差導致的聲波干涉問題；控制系統(tǒng)能夠控制測試支架在多條拉線鋼絲同步進行移動，能夠完成超大型全消聲室的多路徑自由聲場檢定同步測試系統(tǒng)，可極大地提高檢定效率、提高數(shù)據(jù)測試精度、節(jié)約檢定成本。

如圖3所示，一種高頻聲學性能檢定方法，包括以下步驟：

步驟a：使高頻聲源、待尖劈樣件或待檢測消聲室的中心線處于同一高度，采用計算機控制測試支架在所述高頻聲源與尖劈樣件或消聲室之間進行移動，并完成不同位置處噪聲的測試；測試過程中需完成環(huán)境溫度、濕度的測試和記錄；通過以上測試系統(tǒng)和測試方案可以獲取聲源與待檢測尖劈或消聲室之間的噪聲數(shù)據(jù)；

不同位置噪聲測試的時間不少于1分鐘，位置間隔不大于1cm，位置控制誤差要小于被測聲波的1/4波長；

步驟b：首先，對采取的噪聲數(shù)據(jù)進行多次平均處理，且次數(shù)不少于10次，消除外界干擾，提高信噪比，獲取穩(wěn)定噪聲測試結(jié)果；

其次，對平均后的噪聲數(shù)據(jù)進行fft轉(zhuǎn)換，最后進行1/3倍頻程分析，獲得待檢測1/3倍頻帶的噪聲數(shù)據(jù)；

步驟c：進行測試過程中完成環(huán)境溫度、濕度及檢測頻率的測試和記錄，基于測試過程中的環(huán)境溫度、濕度及檢測頻率采用sae-arp-866a進行超聲頻段空氣衰減計算；

步驟d：進行測試過程中完成環(huán)境溫度、濕度基于超聲頻段空氣衰減計算結(jié)果對獲得的待檢測1/3倍頻帶的噪聲數(shù)據(jù)進行修正；

步驟e：繪制聲場分布衰減曲線，并與理論計算結(jié)果對比；

如圖4所示：若待檢尖劈樣件或消聲室在檢測頻率和檢測距離范圍內(nèi)，滿足測試結(jié)果與理論計算偏差±1.5db的要求，則檢定合格。

本發(fā)明一種高頻聲學性能檢定系統(tǒng)及方法，采用了多路徑自由聲場檢定同步測試方案，解決消聲尖劈高頻聲學特性評估及消聲室高頻聲自由場測試半徑評估技術難題，極大提高了檢定效率、測試精度，節(jié)約檢定成本，填補了在超聲頻率范圍(20khz以上)完成消聲尖劈吸聲特性測試、消聲室自由場半徑檢定等消聲室檢定技術的空白。

最后需要指出的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對其限制。盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術方案的精神和范圍。