范祖慶 陳臣

摘 ?要：喇叭是汽車的語(yǔ)言之一，氣性能好壞將直接影響行車的安全，故對(duì)其性能檢測(cè)非常重要。在做機(jī)動(dòng)車?yán)葴y(cè)試系統(tǒng)開發(fā)時(shí)，喇叭性能參數(shù)的獲取是其中的關(guān)鍵，采取喇叭測(cè)試參數(shù)的手段對(duì)改進(jìn)并完善喇叭性能，優(yōu)化喇叭結(jié)構(gòu)具有非常重要的意義。該文提出了機(jī)動(dòng)車?yán)葴y(cè)試平臺(tái)對(duì)喇叭一些關(guān)鍵測(cè)試性能參數(shù)的獲取方法，對(duì)構(gòu)建機(jī)動(dòng)車?yán)葴y(cè)試平臺(tái)提供一定的借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：喇叭 ?基頻 ?1/3倍頻 ?聲壓級(jí)

中圖分類號(hào)：U463 ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1672-3791（2019）06（c）-0064-03

在GB 15742-2006《機(jī)動(dòng)車用喇叭的性能要求及試驗(yàn)方法》中對(duì)機(jī)動(dòng)車?yán)刃阅芴岢隽藝?yán)格的要求，導(dǎo)致必須依賴相應(yīng)的喇叭測(cè)試平臺(tái)。目前市場(chǎng)上大多數(shù)機(jī)動(dòng)車?yán)刃阅軠y(cè)試系統(tǒng)可進(jìn)行電喇叭、氣喇叭和電氣喇叭的基本性能測(cè)試以及耐久性能測(cè)試。

1 ?喇叭測(cè)試聲學(xué)基礎(chǔ)

1.1 基頻

根據(jù)《機(jī)動(dòng)車用電喇叭技術(shù)條件》中的規(guī)定，基頻為電喇叭的膜片在單位時(shí)間內(nèi)震動(dòng)的次數(shù)。喇叭電路中三極管的通斷或者繼電器觸點(diǎn)通斷都能推動(dòng)喇叭膜片往復(fù)振動(dòng)，產(chǎn)生聲音，再由聲級(jí)計(jì)采集，可見膜片的往復(fù)振動(dòng)在喇叭電路中是可以以電流形式表現(xiàn)，原則上是輸入電流頻率信號(hào)決定了喇叭基頻信號(hào)。

1.2 1/3倍頻

對(duì)噪聲作頻譜分析時(shí)，人們把人耳聽音的20Hz～20kHz的聲頻范圍分為若干個(gè)小段落，每個(gè)頻帶成為一個(gè)頻程。若使每一頻帶的上限頻率比下限頻率高一倍，即頻率之比為2，這樣劃分的每一個(gè)頻程稱1倍頻程，簡(jiǎn)稱倍頻程。如果在一個(gè)倍頻程的上、下限頻率之間再插入兩個(gè)頻率，使4個(gè)頻率之間的比值相同。這樣將一個(gè)倍頻程劃分為3個(gè)頻程，稱這種頻程為1/3倍頻程。

在每一個(gè)小段的聲能量默認(rèn)是均勻的。一般在選擇頻率帶寬時(shí)都是不一樣的，當(dāng)要求精度較低時(shí)，可以將劃分的頻率帶放寬;當(dāng)做一些精密的分析時(shí)，可將劃分的頻率帶選用窄頻率帶，在實(shí)際的測(cè)量中常用的主要有窄頻率帶、1/3倍頻程和倍頻程帶寬。一般的窄頻帶寬是用恒定頻率分析帶寬，頻譜分析設(shè)備的類型和頻率上限的大小決定了它的大小。帶寬是中心頻率的恒定百分比，所以1/3倍頻程和倍頻程帶寬也是百分比帶寬。假設(shè)中心頻率是f0，帶寬上下限的截止頻率是fh和f1，那么這三者的關(guān)系式為：

1.4 響應(yīng)延時(shí)

氣動(dòng)和電-氣動(dòng)喇叭用壓縮空氣的氣流使金屬膜片產(chǎn)生振動(dòng)，從驅(qū)動(dòng)到達(dá)到一定聲壓級(jí)需要一段時(shí)間，為響應(yīng)延時(shí)。這是由該類型利喇叭的結(jié)構(gòu)特性所決定的。響應(yīng)延時(shí)對(duì)于氣動(dòng)喇叭的性能參數(shù)影響非常關(guān)鍵。

2 ?關(guān)鍵性能參數(shù)獲取

2.1 氣動(dòng)喇叭特性測(cè)量

對(duì)于氣動(dòng)和電-氣喇叭，從喇叭開始啟動(dòng)的瞬間至聲壓級(jí)提高到GB 15742-2001中3.1.2條所要求的聲壓級(jí)的間隔不能大于0.2s。

氣動(dòng)和電-氣動(dòng)喇叭具有響應(yīng)延遲時(shí)間，即從驅(qū)動(dòng)到達(dá)到一定聲壓級(jí)需要一段時(shí)間。碰到這種隨時(shí)間變化的時(shí)域信號(hào)與隨頻率變化的頻域信號(hào)相互轉(zhuǎn)換的問題，目前采用變換快捷、有效的快速傅里葉變換數(shù)學(xué)方法，它給記錄數(shù)據(jù)分析提供了極大的方便。在設(shè)計(jì)開發(fā)測(cè)試平臺(tái)時(shí)，可以將喇叭用氣源控制電磁閥開啟并持續(xù)保持0.5s的聲壓信號(hào)作連續(xù)測(cè)試并記錄。運(yùn)用連續(xù)重疊快速傅立葉變換，并計(jì)算得出喇叭的連續(xù)聲學(xué)特性，如圖1所示，包含了喇叭的聲壓級(jí)、2500Hz中心頻率（1800～3550Hz頻帶內(nèi)）聲壓級(jí)，并依據(jù)GB 15742-2001中3.1.2條所規(guī)定的要求進(jìn)行判別，得出氣動(dòng)和電-氣動(dòng)喇叭的開始響應(yīng)時(shí)間。

為提升試驗(yàn)的準(zhǔn)確性，對(duì)收集的連續(xù)聲壓信號(hào)可以通過重疊處理的原理，保證得出的時(shí)間間隔為0.01s的連續(xù)喇叭聲學(xué)性能數(shù)據(jù)，并運(yùn)用擬合插值處理，保證響應(yīng)性能試驗(yàn)的誤差小于0.01s。

2.2 喇叭聲壓級(jí)

聲壓信號(hào)通過FFT運(yùn)算與處理即可得出聲壓的功率譜密度函數(shù)，通過頻率A計(jì)權(quán)后可得到各1/3倍頻程頻率帶聲壓級(jí)、總聲壓級(jí)和2500Hz中心頻率（1800～3550Hz）聲壓級(jí)。將喇叭聲音信號(hào)通過A/D采集后得到離散的時(shí)間序列數(shù)據(jù)，通過頻譜分析可獲取離散頻譜。

傅立葉變換的本質(zhì)是將時(shí)域信號(hào)變換為頻域信號(hào)，在頻率域里對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析處理、信息提取、故障診斷等。離散傅立葉變換（DFT）是數(shù)字信號(hào)處理中的強(qiáng)有力工具，特別是快速傅立葉變換（FFT）的出現(xiàn)使得許多信號(hào)處理問題的分析完全改觀。

2.3 電喇叭基頻

針對(duì)電喇叭而言的基頻參數(shù)，是指電喇叭控制觸點(diǎn)在1秒時(shí)間內(nèi)閉合斷開的次數(shù)。對(duì)電喇叭來(lái)說，基頻是影響聲音性能和耐久性性能的重要參數(shù)之一，因此精確地測(cè)量到電喇叭的基頻很關(guān)鍵。

電喇叭基頻通過測(cè)試其驅(qū)動(dòng)電流的變換頻率來(lái)測(cè)試。利用測(cè)試?yán)闰?qū)動(dòng)電流，在通過時(shí)間域或頻率域的識(shí)別方法即可得到電動(dòng)喇叭的基頻。

如圖2所示，某設(shè)計(jì)開發(fā)的機(jī)動(dòng)車?yán)刃阅軠y(cè)試系統(tǒng)采用頻率域識(shí)別方法得到基頻。如圖3所示，利用參數(shù)識(shí)別、插值等手段即可得到電動(dòng)喇叭的基頻。既方便又明白地表示了一個(gè)喇叭信號(hào)在不同頻率下的幅值，可以采用這種電流幅值譜的表示方法。

3 ?結(jié)語(yǔ)

上述內(nèi)容探討了一些機(jī)動(dòng)車?yán)葴y(cè)試開發(fā)中對(duì)喇叭性能參數(shù)的獲取方法，在機(jī)動(dòng)車?yán)葴y(cè)試系統(tǒng)中的一些關(guān)鍵性能參數(shù)采集獲取的方法上采用數(shù)學(xué)手段，可以將一些不能直觀采集的信息建立起相互的聯(lián)系，可以極大地滿足測(cè)試需求，大大改善測(cè)試的難度，選用科學(xué)合理的手段對(duì)構(gòu)建機(jī)動(dòng)車?yán)葴y(cè)試平臺(tái)很有幫助。

參考文獻(xiàn)

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