一种基于三维声强阵列的隔声测量系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于三维声强阵列的隔声测量系统；隔声测量系统在受声室中设有基于Labview的测量平台和正四面体声强探头；在声源室设有PC机、声卡、功放和十二面体扬声器；PC机、声卡、功放和十二面体扬声器依次连接；十二面体扬声器位于声源室的中心位置；在声源室和受声室之间设有待测试件和反射板，待测试件置于墙面中央，反射板位于待测试件外周，受声室和声源室通过待测试件和反射板完全分隔；PC机、声卡、功放和十二面体扬声器组成的原始信号输出模块。本实用新型专利技术测得的声强矢量包含幅值和相位等信息，不仅可以测量建筑构件的空气声隔声量，还可以通过计算方向从而预测噪声源的方位。

A sound insulation measurement system based on 3D sound intensity array

The utility model discloses a sound insulation measurement system based on three-dimensional acoustic intensity array; sound insulation measurement system with measurement platform Labview and tetrahedral sound intensity probe based on the sound receiving chamber; a PC machine, sound card, power amplifier and loudspeaker sound source in twelve sides; PC, sound card, power amplifier and twelve body surface speakers are connected sequentially; the center position of twelve face loudspeaker at the sound source room; the sound source room and between the sound receiving chamber is provided with a test sample and a reflecting plate, the test piece is placed in the central wall, a reflecting plate is positioned to test peripheral acoustic sound source room by room through the test sample and the reflecting plate completely separated; the original signal output module PC, sound card, power amplifier and loudspeaker is composed of twelve sides. The sound intensity vector measured by the utility model includes the amplitude and phase information, which can not only measure the air sound insulation quantity of the building component, but also predict the orientation of the noise source by calculating the direction.

【技术实现步骤摘要】
一种基于三维声强阵列的隔声测量系统
本技术涉及一种隔声测量系统，特别是涉及一种基于三维声强阵列的隔声测量系统，属于建筑声学领域。
技术介绍
随着室内声学、环境声学领域和的不断发展，现代声强测量技术在声功率测量、识别噪声源、测量材料吸声系数等方面显现出更大的优势。传统的双传声器法(p-p法)通过一个双通道FFT分析仪将测试的信号从时域转换到频，再计算互谱的虚部得到瞬时声强。这种测量方法的缺点是每次只能确定一条轴线上的声强，而至少通过3次的测量才能确定某点声强矢量。三维声强测试技术则可以同时测量三个方向的声强矢量，通过空间矢量的合成得出几何中心处的声强。因此三维声强测试技术具有精度高，抗干扰能力强，使用方便的特点，更有利于现场隔声量的测试。当前建筑构件隔声的测量通常采用声压法。这种方法假设实验环境声能充分扩散，通过布置测点，分别计算声源室和接受室各点位声压的能量平均值，为了保证测量的精度，应对背景噪声进行修正。由于接受室各界面对声能均有不同程度的吸收，故还需计算接受室的混响时间。GB/T19889中给出了声压法测量构件空气声隔声的步骤和计算方法，对房间的尺寸，声源、传声器及测点的布置也做了相应的要求。传统的声压法不可避免的存在着背景噪声敏感，测量范围有限等缺点。
技术实现思路
本技术目的在于克服现有技术的问题，提供一种可精确识别建筑构件的声学缺陷，操作简单，避免多次测量的基于三维声强阵列的隔声测量系统。本技术目的通过如下技术方案实现：一种基于三维声强阵列的隔声测量系统，包括受声室、声源室、基于Labview的测量平台、正四面体声强探头、反射板、PC机、声卡、功放和十二面体扬声器；在受声室1中设有基于Labview的测量平台和正四面体声强探头；在声源室设有PC机、声卡、功放和十二面体扬声器；PC机、声卡、功放和十二面体扬声器依次连接；十二面体扬声器位于声源室的中心位置；在声源室和受声室之间设有待测试件和反射板，待测试件置于墙面中央，反射板位于待测试件外周，受声室和声源室通过待测试件和反射板完全分隔；PC机、声卡、功放和十二面体扬声器组成的原始信号输出模块；用于采集信号的正四面体声强探头放置在受声室，与待测试件的距离为1m；正四面体声强探头与基于Labview的测量平台连接；基于Labview的测量平台包括数据采集卡、嵌入式控制器和机箱；其中数据采集卡和嵌入式控制器均通过插槽与机箱相连；正四面体声强探头由四个传声器组成，传声器阵列在空间构成正四面体，以正四面体几何中心为原点建立空间笛卡尔坐标系；一号传声器位于Z轴正半轴；四号传声器在XY面上的投影落在Y轴正半轴；二号传声器和三号传声器的连线则平行于X轴；一号传声器11的坐标为(0,0,R)，二号传声器的坐标为三号传声器的坐标为四号传声器1的坐标为式中R表示正四面体外接球的半径。为进一步实现本技术目的，优选地，所述正四面体声强探头采用TetraMic型探头。优选地，所述探头上传声器的规格为1/8～1/4英寸。优选地，所述反射板与墙面顶棚和地面的交接处密封。优选地，所述数据采集卡采用PCI‐4462板卡。优选地，所述PC机安装AdobeAudition声学软件。优选地，所述声卡为带有A/D转换的高频声卡；十二面体扬声器采用聚偏二氟乙烯薄膜作为发声材料。应用所述隔声测量系统的基于三维声强阵列的测量方法，包括如下步骤：1)由正四面体声强探头测得的四路信号传送至数据采集卡，噪声信号传送到嵌入式控制器，通过声强测量分析软件Labview进行信号分析与处理；保证声源室相邻三分之一倍频程声压级差值小于等于6dB，受声室各频段声压级均高出背景噪声15dB以上；2)基于Labview的测量平台对受声室中采集的信号进行处理，声强测量分析系统的信号由数据采集卡采集得到(由于安装了嵌入式控制器则不再需要其他PC，直接通过PXI机箱运行WINDOWS操作系统)，通过Labview进行信号分析计算，得到到中心位置的声强在三个坐标轴方向上的矢量IX、IY、IZ；3)根据中心位置的声强在三个坐标轴方向上的矢量IX、IY、IZ，结合式(5)、式(6)、式(7)式进一步计算中心位置声强幅值和方向；|I|表示声强幅值；α为声强矢量在XY平面上的投影与X轴的夹角；β则为声强矢量在YZ平面上的投影与Z轴的夹角；在待测构件两侧绘制网格，重复步骤2)、3)，得到构件两侧的声强分布；4)计算待测构件的空气声隔声量；建筑构件隔声量定义为：其中W1表示入射至待测试件的声功率；W2表示透过待测试件向接受室辐射的声功率；将测量面网格化，网格划分的密度决定了测量的精度，网格设置的大小由测量面的面积决定；对于每一单位格均存在下列关系：W2(i)＝I2(i)Si(9)W1(i)＝I1(i)Si(10)其中W2(i)表示第i个单位格透过试件向室内辐射的声功率，W1(i)表示入射至第i个单位格的声功率；I2(i)表示第i个单位格试件向接受室辐射的法向声强，I2(i)表示入射至第i个单位格的法向声强；Si则为第i个单位格的面积；式(8)表示为：根据现场得到待测试件两侧各点的声强矢量I1(i)和I2(i)，将声强矢量沿法向的分量代入式(11)，最终得到试件空气声隔声量。优选地，所述的中心位置的声强在三个坐标轴方向上的矢量IX、IY、IZ通过如下方法得到：正四面体在几何上空间对称，中心位置的声压：式(1)中p1、p2、p3、p4分别表示一号、二号、三号、四号传声器测得的声压，P0则为几何中心位置的声压值；沿两传声器连线方向的质点振动速度在频域中表示为：Vi＝(P2-P1)/j2πfρd(2)式(2)中j为虚数单位；f为频率；ρ为空气密度；d为双传声器的间距；结合正四面体的四个传声器的空间坐标，得到沿X、Y、Z三个方向的质点振速表达式：式(3)中Pi为第i号传声器的声压，i＝1、2、3、4；由(1)、(3)式即得到正四面体传声器中心位置的声强谱沿X、Y、Z轴的分量：其中Gij表示第i号传声器和第j号传声器的单边互谱。优选地，若声源室各界面均为吸声系数较小的反射面且设置了扩散构件，近似为扩散声场，满足：利用三维声强探头在接受室中测得声强I2(i)得到试件的空气声隔声量：其中p1为声源室中声压均方值。本系统和传统的隔声测量方法相比，除了兼具声强法抑制侧向传声、漏声检测等特点外，还具有下列优点和效果：1、较为直观的反映构件两侧的声能情况。利用三维声强技术可得到构件两侧不同的声强矢量，此声强矢量包含实时的幅值和相位信息，利用可视化技术即可得到此构件声强的时域分布。2、可精确识别建筑构件的声学缺陷。由于测得的声强矢量具有方向性，因此本系统更适用于构件隔声的现场测量。若不考虑背景噪声的影响，本系统可较为精确的描述构件的声学缺陷。3、操作简单，避免多次测量。若采用传统的声强法，要得到某点位的声强空间矢量至少测量三次，而实际操作中很难保证三次测量工况的一致性，因此往往误差较大且不易操作。而本系统则通过一次测量即可得到三个方向的声强分量，且不要求探头垂直于试件界面，从而降低了测量的工作量和随机误差。附图说明图1为一种基于三维声强阵列的隔声测量系统的示意图；图2为图1中的正四面体声强探头的示意图；图中示出：受声室1、声源室2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于三维声强阵列的隔声测量系统，其特征在于，包括受声室、声源室、基于Labview的测量平台、正四面体声强探头、反射板、PC机、声卡、功放和十二面体扬声器；在受声室中设有基于Labview的测量平台和正四面体声强探头；在声源室设有PC机、声卡、功放和十二面体扬声器；PC机、声卡、功放和十二面体扬声器依次连接；十二面体扬声器位于声源室的中心位置；在声源室和受声室之间设有待测试件和反射板，待测试件置于墙面中央，反射板位于待测试件外周，受声室和声源室通过待测试件和反射板完全分隔；PC机、声卡、功放和十二面体扬声器组成的原始信号输出模块；用于采集信号的正四面体声强探头放置在受声室，与待测试件的距离为1m；正四面体声强探头与基于Labview的测量平台连接；基于Labview的测量平台包括数据采集卡、嵌入式控制器和机箱；其中数据采集卡和嵌入式控制器均通过插槽与机箱相连；正四面体声强探头由四个传声器组成，传声器阵列在空间构成正四面体，以正四面体几何中心为原点建立空间笛卡尔坐标系；一号传声器位于Z轴正半轴；四号传声器在XY面上的投影落在Y轴正半轴；二号传声器和三号传声器的连线则平行于X轴；一号传声器（11）的坐标为(0,0,R)，二号传声器的坐标为...

【技术特征摘要】
1.一种基于三维声强阵列的隔声测量系统，其特征在于，包括受声室、声源室、基于Labview的测量平台、正四面体声强探头、反射板、PC机、声卡、功放和十二面体扬声器；在受声室中设有基于Labview的测量平台和正四面体声强探头；在声源室设有PC机、声卡、功放和十二面体扬声器；PC机、声卡、功放和十二面体扬声器依次连接；十二面体扬声器位于声源室的中心位置；在声源室和受声室之间设有待测试件和反射板，待测试件置于墙面中央，反射板位于待测试件外周，受声室和声源室通过待测试件和反射板完全分隔；PC机、声卡、功放和十二面体扬声器组成的原始信号输出模块；用于采集信号的正四面体声强探头放置在受声室，与待测试件的距离为1m；正四面体声强探头与基于Labview的测量平台连接；基于Labview的测量平台包括数据采集卡、嵌入式控制器和机箱；其中数据采集卡和嵌入式控制器均通过插槽与机箱相连；正四面体声强探头由四个传声器组成，传声器阵列在空间构成正四面体，以正四面体几何中心为原点建立空间笛卡尔坐标系；一号传声器位于Z轴正半轴；四号传声...

【专利技术属性】
技术研发人员：王红卫，张龙，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：新型
国别省市：广东,44