一种声源幅值参数标定方法∗

2021-05-25

舰船电子工程 2021年4期

（中国飞机强度研究所西安 710065）

1 引言

飞机的主要噪声源是航空发动机噪声，航空发动机既是飞机的动力源，也是飞机巨大噪声的产生源，飞机噪声问题是20世纪50～60年代喷气式发动机开始投入使用的时候才真正引起人们的关注［1］。2002年中国民航总局参考国外的相应规范，颁布了《航空器型号和适航合格审定噪声规定》（CCAR-36），明确了各类飞机的适航噪声标准以及相关的测试方法和步骤，2007年4月15日颁布了第一次的修订版（CCAR-36-R1），对适航噪声提出了更加严格的要求。根据CCAR-36-R1的规定，新研制飞机必须根据适航噪声验证试验的程序规范，验证该型飞机噪声一定要满足适航噪声第四阶段的标准要求，从而颁发噪声适航许可证［2～4］。

由于真实环境下的噪声试验成本高、系统复杂且无法进行大量重复实验，实验室通过研究模拟噪声源来进行相关声学试验［5～12］。扬声器作为噪声试验中最常用的声源模拟设备，是噪声试验的输入，其发声精度直接影响整个试验结果精度，因此研究扬声器试验参数的标定具有重要意义。

本文根据相关定义及理论，对扬声器的幅值参数与试验要求声压级之间的函数关系进行分析，提出了一种基于二分法思想的程序算法，可对参数标定过程进行程序化控制，确保了扬声器幅值参数的标定效率和精度要求。

2 标定系统组成

参数标定系统由波形发生及采集系统、功率放大器、扬声器、适调放大器和传声器组成。波形发生及采集系统根据配置的声源参数由发生系统输出正弦信号经功率放大器放大信号激励扬声器发声，传声器在指定位置采集声波信号经过适调放大器放大信号传回系统采集时域数据，可通过FFT分析得到实际声压级。标定系统工作原理图见图1。

图1 标定系统工作原理

声源幅值标定工作就是通过试验获得采集端达到特定声压级SPLin时发生端所需的电压幅值vout。根据标定原理，二者存在如下函数关系：

3 理论公式

声压级计算公式为

式中p为声压；p0=2×10-5Pa，为基准声压。

声压p计算公式为

式中，vrms为传声器反馈的有效电压值（mV）；k为传声器灵敏度（mV/Pa）。

有效电压计算公式为

式中，vArms为采集系统测得的有效电压（mV）；vA为采集系统测得的正弦电压信号幅值（mV），β为适调放大器放大倍率。

根据式（2）、（3）、（4）可得

4 标定程序关键过程

在标定系统正常工作时，函数SPLin=f(vout)在vout∈［0，vmax］（vmax为最大许可电压幅值参数）上严格单调递增，函数的值域为［f(0)，f(vmax)］，根据严格单调函数及连续函数的性质，对于某一标定目标声压级SPL∈[f(0)，f(vmax)]有且仅有一点vδ，使得

因此，可按以下程序步骤，标定得到扬声器的试验幅值参数。

1）变量初始化（以参数120，1，0.001，0，vmax为例）

SPL=120；//目标声压级

range=1；//幅度

etar=0.001；//设定标定误差

vlow=0；//目标参数所在区间起点

vhigh=vmax；//目标参数所在区间终点temp=0；//测量计算所得声压级

2）使用幅值参数v0发声并采集

3）计算声压级结果赋值temp后计算误差

4）条件语句

5）循环2）～4）步直至满足条件e<=etar。

5 标定试验验证

在某声衬声阻抗提取试验中，要求测试不同流速（0Ma、0.1Ma、0.2Ma、0.3Ma、0.4Ma、0.5Ma、0.6Ma）、不同声压级（120dB、130dB、140dB）下的扫频（100Hz，200Hz，300Hz……，6000Hz）试验数据，声源幅值参数标定高达1260个，声源标定是该试验的重要基础工作。

标定试验所用设备如表1所示，以某工况0.3Ma、120dB的标定为例，按上一小节所述方法程序进行标定试验验证，初始化参数设定为SPL=120，range=1，etar=0.001，vmax=0.4，扬声器试验参数标定结果见表1，对应声压级结果如图2～图10所示。

表1 声压级标定设备清单

表2 扬声器试验参数标定结果

频率（Hz）初始参数（V）循环次数结果参数（V）声压级（dB）误差（‰）3400 3500 3600 3700 3800 3900 4000 4100 4200 4300 4400 4500 4600 4700 4800 4900 5000 5100 5200 5300 5400 5500 5600 5700 5800 5900 6000 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 7 6 7 8 6 6 7 7 5 6 5 7 4 3 4 6 3 3 3 6 3 6 6 3 5 5 4 0.00898438 0.0164063 0.0335938 0.0253906 0.0515625 0.0390625 0.0445313 0.0953125 0.078125 0.103125 0.078125 0.0335938 0.06875 0.0875 0.08125 0.090625 0.125 0.175 0.125 0.103125 0.125 0.140625 0.121875 0.125 0.15625 0.25625 0.3125 120.00 119.89 120.06 120.01 120.12 120.08 120.00 120.00 120.00 119.94 119.95 120.01 120.00 120.00 120.02 119.94 120.09 120.03 119.93 120.09 120.00 120.02 120.10 119.89 119.96 119.92 120.03 0.02 0.88 0.49 0.07 0.98 0.65 0.03 0.04 0.03 0.47 0.38 0.09 0.01 0.00 0.15 0.48 0.76 0.26 0.59 0.71 0.04 0.18 0.85 0.95 0.37 0.70 0.25