施水娟 李文文

摘 要：汽車風(fēng)門執(zhí)行器運轉(zhuǎn)時的聲音將直接影響乘車舒適性，文章作為判別風(fēng)門執(zhí)行器是否合格的先行研究，實現(xiàn)了基于虛擬儀器的聲壓級測量。選用預(yù)極化電容式自由場聲傳感器，以NI 9234聲音與振動輸入模塊實現(xiàn)聲壓信號的動態(tài)采集。直接將傳感器信號轉(zhuǎn)化成聲壓會出現(xiàn)負值，經(jīng)研究后采用LabVIEW編程實現(xiàn)了等效連續(xù)聲壓級和時間計權(quán)聲壓級的轉(zhuǎn)化，并進行了自然環(huán)境和連續(xù)敲擊時的聲壓測量試驗。

關(guān)鍵詞：自由場聲傳感器;NI 9234;等效連續(xù)聲壓級;時間計權(quán)聲壓級

中圖分類號：TB52+2 ?文獻標(biāo)識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）16-124-03

Abstract： The running sound of the air damper actuator affects the ride comfort directly. This paper is the first step to judge the air damper actuator whether pass or not automatically. Pre-polarization capacitance free field microphone was chosen， and the Sound and vibration input module NI 9234 was selected to acquire the sound dynamically. It was found that there was negative value of the sound pressure if the microphone signal was converted without any dispose. Then LabVIEW programming realized the convert of equivalent continuous SPL and time weighting SPL. Finally， the equivalent continuous SPL and time weighting SPL of the natural environment and knock on the desk were measured.

Keywords： Free field microphone; NI 9234; Equivalent continuous SPL; Time weighting SPL

CLC NO.： TB52+2 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）16-124-03

引言

當(dāng)聲波在空氣中傳播時，會形成彈性媒質(zhì)（即空氣）疏密相間的狀態(tài)。當(dāng)媒質(zhì)密集時這部分的空氣壓強會比平衡狀態(tài)下的靜態(tài)壓強大，當(dāng)媒質(zhì)稀疏時這部分的空氣壓強會比平衡狀態(tài)下的靜態(tài)壓強小。即在聲波的傳播過程中，空氣壓強隨著聲波作周期性變化。因此可以用聲擾動在空氣中所產(chǎn)生的逾量壓強戶來表述聲波的狀態(tài)：P=Ps - P0，這個逾量壓強多稱為該點的瞬時聲壓，單位是帕斯卡（Pa）。

1 系統(tǒng)構(gòu)成

1.1 聲傳感器

聲傳感器（也稱麥克風(fēng)或傳聲器）主要是用來測量聲壓的，最常見的有電容式麥克風(fēng)、壓電式麥克風(fēng)、炭粒麥克風(fēng)、磁麥克風(fēng)、MEMS麥克風(fēng)等。電容式麥克風(fēng)又分為外部極化式和預(yù)極化式，外部極化式需要200V的極化電壓，預(yù)極化式內(nèi)置了CCP前置放大器只需要恒流源供電，并且預(yù)極化式允許使用同軸電纜和BNC接頭。另外，按照響應(yīng)類型可將聲傳感器分為自由場麥克風(fēng)、壓力場麥克風(fēng)和擴散場麥克風(fēng)。自由場麥克風(fēng)在設(shè)計和標(biāo)定時對其自身造成的聲壓變化作了了補償，從而確保獲得準(zhǔn)確的測量數(shù)據(jù)。如圖1所示，消音室或開闊區(qū)域是自由場麥克風(fēng)的理想使用場合[1][2]。

選用丹麥G.R.A.S.公司的46AE型1/2"自由場麥克風(fēng)，該傳感器集成了40AE型預(yù)極化式電容傳感器頭和26CA型前置放大器，采用CCP恒流源供電，其主要參數(shù)見表1。

1.2 測量系統(tǒng)

如圖2所示，聲壓測量系統(tǒng)由聲傳感器、前置放大器、抗混疊濾波、AD采樣和信號處理五個部分組成?；谔摂M儀器“軟件即儀器”的開發(fā)理念，本文選用NI虛擬儀器平臺作為聲壓信號的測量系統(tǒng)[4]。

采用NI 9234聲音與振動輸入模塊，搭載NI cDAQ9171單模塊 USB 外盒構(gòu)成如圖3所示的測量系統(tǒng)。NI 9234 是一種 4 通道動態(tài)信號采集模塊，可對 IEPE 傳感器進行高精度測量，其動態(tài)范圍為 102 dB。4 路輸入通道可同時以最高51.2 kS/s 的速率進行采樣，該模塊還包含了內(nèi)置抗混疊濾波器，可自動調(diào)節(jié)至設(shè)定的采樣率[5]。

2 信號采集與處理

2.1 動態(tài)信號測量

利用LabVIEW進行聲壓傳感器信號采集程序編寫。首先，將DAQmx Create Virtual Channel多態(tài)vi設(shè)成Analog Input→Sound Pressure→Microphone，并設(shè)置采樣物理通道、IEPE內(nèi)部激勵方式、IEPE電流為4mA、最大聲壓級為120dB、麥克風(fēng)靈敏度為50mV/Pa、終端接入方式為偽差分;其次，利用DAQmx Timing vi設(shè)置采樣時鐘源為板載時鐘、采樣方式為連續(xù)采樣、采樣率為50kS/s（S表示采樣點數(shù)量）、每循環(huán)采樣數(shù)為5000;然后，利用DAQmx Start Task vi開始連續(xù)采樣，并在while循環(huán)中利用DAQmx Read vi讀取采集的數(shù)據(jù);最后，利用DAQmx Stop Task vi停止連續(xù)采樣并利用DAQmx Clear Task vi清除當(dāng)前采集任務(wù)。圖4給出了程序框圖，可使用Sample Clock：Rate屬性節(jié)點獲取實際采樣率。試驗發(fā)現(xiàn)設(shè)置采樣率為50kS/s時，實際采樣率為51.2kS/s。