仿真耳的高频校准

仿真耳是听力计量的主要仪器之一,为满足听力计在8~16 k Hz高频范围内的计量需求,须对仿真耳进行高频校准。通过适配器的使用,解决了仿真耳高频校准中存在的测量结果不稳定的问题。同时,针对仿真耳中传声器声压灵敏度级和仿真耳声耦合腔声学特性这两项主要技术指标,建立了8~16 k Hz频率范围内的自动测量系统,对其进行测量。测量结果表明声压灵敏度级的标准偏差小于0.2 d B,表征耦合腔声学特性的频响测量标准偏差小于0.3 d B。     

噪声监测系统传声器的温度特性实验研究

针对温度变化引起传声器性能改变,导致噪声测量结果出现误差的问题。该文在研究现有性能评价方法和户外传声器结构的基础上,讨论温度对传声器膜片张力的影响因素,然后对电容传声器膜片进行热应变有限元分析,并选用3只不同传声器进行温度环境实验,得出在实验温度范围-20~50℃内,传声器灵敏度和频响随温度变化的特性曲线。实验表明:有限元结果与环境实验结果相结合,对户外传声器的设计制造和使用具有一定的理论指导意义。     

基于FPGA和DSP的多参数现场噪声监测系统研究

在不同气象环境下声压级的测量会有不同结果,户外噪声监测装置大多只能监测噪声声压级大小。为实现户外环境下对噪声和气象参数的同时测量且满足JJG 1095——2014《环境噪声自动监测仪》的性能要求,使用户外传声器和六要素气象传感器采集信号,采用FPGA和DSP分别作为系统的控制核心和数据运算核心,开发可同步监测噪声和气象参数的多参数现场噪声监测系统。该系统利用双通道A/D转换技术达到在20 Hz~16 k Hz频率范围上20~140 d B的动态范围。按照规程要求分别使用标准信号源和标准声源发出的正弦电信号和粉红噪声进行验证实验,结果表明:该系统的频率计权测量误差满足要求,适用于户外环境下的多参数现场噪声监测。     

利用光学方法测量实验室标准传声器的前腔深度

实验室标准传声器的前腔深度是耦合腔互易法校准其声压灵敏度的主要不确定度分量之一.为了控制声压灵敏度校准的不确定度,利用光学三坐标自动测量系统,分别通过直测法和块规法测量3只LS1P和3只LS2P传声器的前腔深度.测量结果表明,在传声器外环面放置高精度的块规,较好匹配了传声器与平面波耦合腔进行声学耦合时的物理模型,其前腔深度测量不确定度优于3.0 μm(k=2).对于LS1P传声器20 Hz～10 kHz频率范围内的声压灵敏度,前腔深度引入的不确定度分量优于0.005 dB(k=2);对于LS2P传声器,20 Hz～25 kHz频率范围内的不确定度分量优于0.012 dB(k=2),能够实现实验室标准传声器声压灵敏度的高精度校准.     

地铁线路轨道中高频动态特性研究

地铁线路轨道中高频动态特性对轮轨振动噪声和钢轨短波长波磨的产生有重要作用。建立地铁整体道床轨道的三维实体有限元模型,结合现场力锤敲击法测试结果,计算分析地铁轨道的中高频动态特性,分析扣件刚度、轮对载荷对轨道中高频动态特性的影响。研究结果表明:普通扣件(垂向静态刚度约40 k N/mm)-整体轨道结构在150 Hz以下低频模态表现为轨道板和钢轨整体的垂向弯曲振动,在150 Hz~1 500 Hz中高频模态表现为钢轨相对于轨道板的弯曲振动、轨道板单独的弯曲振动和钢轨局部的扭转振动;扣件垂向刚度在10 k N/mm~40 k N/mm范围内变化对频率在750 Hz以下钢轨垂向动态特性有影响,对钢轨750 Hz以上的中高频模态振型影响不明显;轮对模态在1 500 Hz以下主要表现为弯曲和扭转振动,其对轨道的低频模态振型(钢轨和轨道板整体垂向弯曲振动)影响不明显,对轨道部分中高频模态(钢轨的垂向弯曲振动)影响明显。在400 Hz~1 100 Hz频率范围内,考虑轮对影响的轨道垂向模态频率增大,增大范围为10 Hz~56 Hz。     

平面声场中四传声器阵列理论精度的对比分析

主要探讨了两种四传声器阵列的理论精度,针对相应的传声器布置形式进行数值计算,比较了正四面体和直角四面体传声器探头在不同工况下的幅值误差和方向误差。结果表明,在平面波作用下,1~4 k Hz范围内正四面体传声器的幅值误差小于直角四传声器,且两者均小于1 d B,外接球心位置的幅值精度在高频段优势明显;当频率小于5 k Hz时,方向误差均控制在2°以内,因此可以满足相关的建筑声学测试要求。     

运算式电容测微仪解调滤波器动态特性优化

为改善运算式电容测微仪的动态特性,扩展其动态测量范围,对影响其动态特性最大的解调滤波器的参数进行优化。以解调滤波器动态特性的理论分析为基础,通过Matlab仿真以及实验确定解调滤波器的优化参数,同时对解调滤波器的动态特性进行实际测试。测试结果表明:优化后,滤波器在0~2 k Hz的工作频率范围内,幅频特性的变化不超过3%,其动态特性较好地满足不失真测试条件的要求,可将电容测微仪的动态测量范围扩展到0~2 k Hz。     

电容法在线检测乳粉含水率的影响因素

为实现工业环境下乳粉含水率的在线检测,获得电容法检测乳粉含水率适宜的测试条件,开展乳粉含水率与介电参数电容量的相关性研究,利用正交试验方法研究含水率、测量频率和紧实度对电容测量的影响。正交试验结果表明:乳粉含水率变化范围为5%~8%时,传感电容检测灵敏度最高;对传感电容测量影响较小的测试条件为测量频率≥100 k Hz和乳粉适度紧实。     

角振动测量方法的研究

中国计量科学研究院研制出频率范围0.000 5 Hz~1 200 Hz高精度角振动基准装置,低频角振动装置最大角位移300°,中频角振动装置最大角位移60°,角加速度范围为0.04 rad/s~2~2 000 rad/s~2。装置实现了衍射式外差激光干涉仪测量方法,以及圆光栅和双光束外差激光干涉仪差动测量。角加速度复灵敏度测量不确定度(k=2):参考点优于0.5%,0.5°,通频带优于1.0%,1.0°。     

轨道交通中等车速下轨道减振器刚度范围选择研究

针对轨道交通车辆在以中等车速120 km/h和140 km/h运行时轨道动态响应较大的问题,采用特征频率分析及动态位移限定等方法对该工况下轨道减振器(轨道扣件)的刚度进行合理设计,并在选择的刚度范围内对车辆、轨道的安全性能及动态响应进行校核。通过计算得到适合的扣件垂向刚度范围为17—25 k N/mm,且在此范围内车辆脱轨系数及倾覆系数都小于0.8。与普通型扣件相比,在1—80 Hz范围内,道床在减振扣件(GJ-32)系统中的垂向总Z振级降低8.7 d B,地基垂向总Z振级降低5.7 d B。     

High-Performance Condenser Microphone With Single-Crystalline Silicon Diaphragm and Backplate

This paper presents a high-performance silicon condenser microphone fabricated with a new process using single-crystalline silicon. This simple fabrication process, which requires only two photolithography steps and two wet-etching steps, is suitable for low-cost mass production. We designed the structure of a high-performance microphone and simulated it with an equivalent acoustic-circuit model. We then fabricated a prototype microphone based on this design, and experimental measurements on the prototype confirmed its excellent acoustic characteristics, such as a high sensitivity of -43.5 dB, a wide frequency range of 30 Hz to 20 kHz, and a high maximum sound pressure level (1 kHz at 1% THD) of 122 dB_SPL. The measured equivalent noise (A-weighted) is 30.5 dBA_SPL. The measured frequency responses showed good agreement with those estimated from the simulation, indicating that the high controllability of the process enabled us to fabricate the prototype as we designed it. These results show that it is feasible to economically mass produce such high-performance microphones for purposes ranging from broadcasting to consumer use     

12.7mm电容传声器耦合腔互易法校准

中国计量科学研究院于８０年代末开始了对１２７ｍ ｍ 电容传声器互易法校准技术的研究。本文介绍了计量院 １２７ｍ ｍ 电 容传 声器 耦合 腔互 易 法校 准技 术,其 不 确定 度在 ６３ Ｈｚ—１０ｋ Ｈｚ 小 于００７ｄ Ｂ（包 含因 子 ｋ ＝ ３）, 在２０ｋ Ｈｚ 时小于０１２ｄ Ｂ（包含因子 ｋ＝ ３）。     

A Solid-State Converter for Measurement of Aircraft Noise and Sonic Boom

A solid-state converter, used in a system of instrumentation for measuring aircraft noise and sonic boom, features a dualgate FET mixer and an output stage designed for compatibility with a zero drive amplifier of MB Electronics, Inc. With a half-inch condenser microphone the converter itself has an operating frequency range from dc-28 kHz (-3 dB), dynamic range of 72 dB, and noise floor of 50 dB in the band 22.4 Hz-22.4 kHz; the system requires no impedance matching networks and is insensitive to cable length up to at least 3000 ft.     

Intensity demodulation-based acoustic sensor using dual fiber Bragg gratings and a titanium film

We report on recent experimental results obtained with fiber Bragg grating (FBG) microphone for acoustic measurement. The sensing element is formed by longitudinally sticking ends of two FBGs onto a titanium film, and then being packaged in an aluminum cylinder. Due to wavelength shift of the FBGs induced by the external acoustic disturbance, the corresponding periodic fluctuation in power can be observed on the optical oscilloscope. Theoretical analysis verifies that the optical power variation, result of the titanium film vibration caused by the acoustic disturbance, possesses a linear relationship with the sound pressure in a specific range. A relatively flat frequency response in the range from 100?Hz to 1?kHz with the average signal-to-noise ratio (SNR) above 22?dB is experimentally demonstrated. The maximum sound pressure sensitivity of the proposed sensor is found to be 90?μW/Pa within a sound pressure range 100.3–118.5?dB. The sensing system presents good stability and reliability, and has the advantage of direct self-demodulation.     

薄膜型声学超材料的管道消声特性研究

针对管道低频流噪声难于有效控制的弊端,设计了一种薄膜型声学超材料及其性能测试装置,根据声波传递理论计算了管道内薄膜在声压作用下的振动特性。利用COMSOL软件的声固耦合模块研究了薄膜的消声特性,并进行了对比试验。结果表明:薄膜在低频范围内有较好的消声性能,薄膜的共振频率即为其消声工作频率;薄膜的振幅越大,传递损失值越高,最高达54 dB;薄膜参数的变化对超材料的消声性能有调节作用,通过改变施加在薄膜上的预应力和薄膜厚度,分别实现了传递损失峰值频率偏移120 Hz与110 Hz;通过改变附着质量块大小,实现了100 Hz及以下超低频消声。相关研究为主动声学超材料以及紧凑型管道消声器的设计提供了依据。     

平面波耦合腔中热传导和声泄漏对低频互易校准的影响

针对低频耦合腔互易校准中存在的热传导和声泄漏问题,通过理论计算和不同长度耦合腔的系列实验研究,探讨其对互易校准结果的影响规律。首先阐述了互易校准原理及电容传声器低频时的频响特征,传声器均压孔在声场外时,低频声压灵敏度随着频率降低而逐渐增加;其次,对发射传声器-耦合腔-接收传声器构成的耦合腔系统中的热传导修正因子进行计算,结果表明,随着耦合腔长度变长,热传导修正因子变小,不确定度分量变小;通过不同长度的耦合腔组成的互易校准系统研究声泄漏的影响并探讨其优化方案,实验结果表明,10 mm和15 mm耦合腔对互易校准结果影响较小,重复性高,该实验结果与传声器的低频响应特性一致。     

Broadband tonpilz underwater acoustic transducers based onmultimode optimization

Head flapping has often been considered to be deleterious for obtaining a tonpilz transducer with broadband, high power performance. In the present work, broadband, high power tonpilz transducers have been designed using the finite element (FE) method. Optimized vibrational modes including the flapping mode of the head are effectively used to achieve the broadband performance. The behavior of the transducer in its longitudinal piston mode and in its flapping mode is analysed for in-air and in-water situations. For the 37.8% bandwidth of the center frequency from 28.5 to 41.8 kHz, the amplitude variation of the transmitting voltage response (TVR) does not exceed ±2 dB and a maximum TVR of 146.8 dB (ref. 1 μPa/volt at 1 meter) is obtained. Reasonable agreement between the experimental results and the numerical results is achieved. A maximum sound pressure level of 214.8 dB can be expected. Further numerical calculation indicates that there is potential for increasing the bandwidth by varying other parameters in the design     

X射线衍射法测量电容传声器的膜片张力

为满足电容传声器膜片张力的直接测量需求,利用X射线衍射法对处于不同张力大小的电容传声器膜片进行测量,并与静电激励谐振法的张力计算值进行比较。结果表明,两者呈现相同的趋势并具有较好的一致性。通过传声器频率响应计算得到的谐振频率包含了电容传声器膜片后空腔等结构部件的影响,其测量值略高于膜片自由振动的谐振频率,因此X射线衍射法的测量结果略低于根据谐振频率计算的张力值。最后通过系列试验进一步验证了膜片张力对电容传声器电声特性的影响。     

自由端盖四梁凹形宽带弯张换能器设计

针对凹形弯张换能器改善低频宽带工作特性的技术需求,提出了一种自由端盖四梁凹形弯张换能器新结构。结构中将纵向振子的端部设计成弹性辅助梁,与主弯曲梁连接构成复合弯曲梁。同时为了克服弹性辅助梁对振动辐射带来的不利影响,引入了由纵向振子驱动的方形自由端盖并以此构成新的辐射端面。利用有限元软件分析了这种新结构弯张换能器的多模振动特性,模态分析表明换能器的前五阶模态是可利用的主要工作模态,频率间隔可以通过敏感结构参数进行调控。通过优化给出了一种设计方案,换能器整体几何尺寸为 140 mm×140 mm×396 mm,仿真分析了换能器在水中的导纳特性和发射电压响应曲线,结果表明：换能器最大发射电压响应大于 145 dB,发射电压响应起伏小于 6 dB的工作频带为 1.5~4.3 kHz,发射电压响应起伏小于 10 dB的工作频带为 1.5~8 kHz,具有低频宽带大功率工作特性。