矢量传声器灵敏度测试装置及系统的制作方法

1.本技术涉及矢量传声器领域，具体而言，涉及一种矢量传声器灵敏度测试装置及系统。


背景技术：

2.目前矢量传声器的结构形式为：由两根平行放置、有一定距离的热阻丝组成。当给两热阻丝通电流后，两阻丝温度处达到稳态；当有声源直接引入质点振速时，引起温度场发生受迫对流扰动，其中一根热阻丝温度增加，另一个热阻丝温度降低；电热阻效应使得温度差转换成电阻差，可输出电压显示。
3.测试矢量传声器的灵敏度主要采用两种方法，其一是消音室法，消音室法可以对任意方向的矢量传声器进行校准，但测量工作对设备和环境要求苛刻，会造成较高的成本。
4.其二是驻波管法，驻波管法由于结构限制，在垂直开孔的驻波管中仅能对“热线”排列方向与管身完全垂直的矢量传声器进行灵敏度校准，一般是x轴矢量传声器、y轴矢量传声器，无法对z轴进行测量。


技术实现要素：

5.本技术实施例的目的在于提供一种矢量传声器灵敏度测试装置及系统，用以解决低成本对z轴矢量传声器的测试的问题。
6.本技术实施例提供了一种矢量传声器灵敏度测试装置，所述矢量传声器灵敏度测试装置包括：
7.驻波管，所述驻波管的管壁上开设有第一通孔、第二通孔和第三通孔；所述第一通孔用于供待测矢量传声器插入，测试所述待测矢量传声器的第一方向上的电动势与声压比，所述第二通孔用于供所述待测矢量传声器插入，测试所述待测矢量传声器的第二方向上的电动势与声压比，所述第三通孔用于供所述待测矢量传声器插入，测试所述待测矢量传声器的第三方向上的电动势与声压比。
8.声源组件，设置于所述驻波管的第一端。
9.参考麦克风，设置于与所述驻波管的第一端对应设置的所述驻波管的第二端。
10.所述参考麦克风和所述待测矢量传声器与处理装置连接。
11.第一方面，本技术实施例提供的矢量传声器的灵敏度测试装置，可以测量待测矢量传声器三个方向上的电动势与声压比，即可以对x轴矢量传声器、y轴矢量传声器以及z轴矢量传声器进行测量。同时，该矢量传声器灵敏度测试装置在测量时可以处于完全隔音的状态，既保证了测试精度，也简化了测试对设备和环境的要求，降低了测试成本。
12.在一可选的实施方式中，所述第一通孔的侧壁所在的第一方向、所述第二通孔的侧壁所在的第二方向以及所述第三通孔的侧壁所在的第三方向呈现三维坐标系。
13.在上述实施方式中，三个通孔的侧壁所在的方向呈现三维坐标系，由此，可以测试矢量传声器三个维度的灵敏度，在测试x轴矢量传声器和y轴矢量传声器的基础上，可以测
试z轴矢量传声器的灵敏度。
14.在一可选的实施方式中，所述第一通孔与所述驻波管的第二端的距离为第一预设值；
15.所述第二通孔与所述驻波管的第二端的距离为第二预设值；
16.所述第三通孔与所述驻波管的第二端的距离为第三预设值；
17.所述第一预设值、所述第二预设值和所述第三预设值根据声速和声音信号在所述驻波管中的传播频率确定。
18.在上述实施方式中，第一通孔、第二通孔和第三通孔距离驻波管第二端的距离由声速和声音信号在驻波管的传播频率确定，不仅可以提高测量精度，还可以简化对测试数据的处理过程。
19.在一可选的实施方式中，所述驻波管还包括：盖体；
20.所述盖体位于所述驻波管的第二端；
21.所述盖体上开设有第四通孔，所述第四通孔用于容纳所述参考麦克风。
22.在上述实施方式中，驻波管的第二端有盖体，盖体上有第四通孔，可以容纳参考麦克风，由此，盖体可以保证该矢量传声器灵敏度测试装置在测试时处于完全隔音的状态，提高测试精度。
23.在一可选的实施方式中，矢量传声器灵敏度测试装置还包括：第一柱塞、第二柱塞和第三柱塞；
24.所述第一柱塞的形状和所述第一通孔契合；
25.所述第二柱塞的形状和所述第二通孔契合；
26.所述第三柱塞的形状和所述第三通孔契合。
27.在上述实施方式中，在测试待测矢量传声器的第一方向上的电动势与声压比时，可以在未使用的第二通孔和第三通孔上分别设置第二柱塞和第三柱塞，以阻塞通孔以隔离驻波管内的声音信号，由此，可以保证测量的精确性。
28.在一可选的实施方式中，矢量传声器灵敏度测试装置还包括：第一接插件、第二接插件和第三接插件；
29.所述第一接插件用于连接所述第一通孔与所述待测矢量传声器；
30.所述第二接插件用于连接所述第二通孔与所述待测矢量传声器；
31.所述第三接插件用于连接所述第三通孔与所述待测矢量传声器。
32.在上述实施方式中，接插件用于连接通孔和待测矢量传声器，可以在在测试待测矢量传声器的第一方向上的电动势与声压比时，可以在未使用的第二通孔和第三通孔上分别设置第二接插件和第三接插件，以阻塞通孔以隔离驻波管内的声音信号，由此，可以保证测量的精确性。
33.第二方面，本技术实施例提供一种矢量传声器灵敏度测试系统，包括：处理装置以及第一方面所述的矢量传声器灵敏度测试装置；
34.所述处理装置与参考麦克风、矢量传声器连接。
35.本技术实施例提供的矢量传声器灵敏度测试系统，可以测量待测矢量传声器三个方向上的电动势与声压比，即可以对x轴矢量传声器、y轴矢量传声器以及z轴矢量传声器进行测量。同时，该矢量传声器灵敏度测试装置在测量时可以处于完全隔音的状态，既保证了
测试精度，也简化了测试对设备和环境的要求，降低了测试成本。
36.为使本技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
37.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对本技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
38.图1为本技术实施例提供的矢量传声器的灵敏度测试装置的结构示意图；
39.图2为本技术实施例提供的矢量传声器的灵敏度测试装置俯视图的结构示意图；
40.图3为本技术实施例提供的待测矢量传声器的结构示意图；
41.图4为本技术实施例提供的待测矢量传声器的左视图的结构示意图；
42.图5为本技术实施例提供的矢量传声器的灵敏度测试系统的功能模块示意图。
43.图标：100-矢量传声器灵敏度测试装置；110-驻波管；111-第一通孔；112-第二通孔；113-第三通孔；114-盖体；115-第四通孔；120-声源组件；130-参考麦克风；141-第一柱塞；142-第二柱塞；143-第三柱塞；151-第一接插件；152-第二接插件；153-第三接插件；200-待测矢量传声器；210-第一方向热线；220-第二方向热线；230-第三方向热线；300-处理装置；310-采集模块；320-计算模块。
具体实施方式
44.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行描述。
45.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本技术的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
46.本技术的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是所述申请产品使用时惯常拜访的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能解释为本技术的限制。
47.本技术的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
48.本技术实施例提供的一种矢量传声器的灵敏度测试装置100，如图1和图2所示，图1为本技术实施例提供的矢量传声器的灵敏度测试装置的结构示意图，图2为本技术实施例提供的矢量传声器的灵敏度测试装置俯视图的结构示意图。
49.本技术实施例提供的矢量传声器的灵敏度测试装置100包括：驻波管110、声源组件120、参考麦克风130。
50.其中，驻波管110的管壁上开设有第一通孔111、第二通孔112和第三通孔113；第一通孔111用于供待测矢量传声器200插入，测试待测矢量传声器200的第一方向上的电动势与声压比，第二通孔112用于供待测矢量传声器200插入，测试待测矢量传声器200的第二方向上的电动势与声压比，第三通孔113用于供待测矢量传声器200插入，测试待测矢量传声器200的第三方向上的电动势与声压比。
51.示例性地，本技术实施例对第一通孔111、第二通孔112以及第三通孔113的大小以及形状均不作具体的限定，第一通孔111、第二通孔112以及第三通孔113可以为圆形、正方形等形状。大小可以与参考待测矢量传声器200的大小匹配，也可以不与参考待测矢量传声器200的大小匹配，本领域技术人员可以根据实际情况进行合适的选择。
52.示例性地，第一方向可以是x轴方向，第二方向可以是y轴方向，第三方向可以是z轴方向。在本实施例中，可以对三维矢量传声器进行灵敏度测试，同时，该矢量传声器灵敏度测试装置在测量时可以处于完全隔音的状态，既保证了测试精度，也简化了测试对设备和环境的要求，降低了测试成本。
53.需要说明的是，本技术实施例对驻波管110的形状、大小及材质均不作具体的限定，本领域技术人员可按需求自行选择。在一个实例中，驻波管110的形状可以是圆管、方形管等。驻波管110的材质可以是远大于空气特性阻抗阻抗的材料，例如亚克力、铝合金等。驻波管110的长度可以是保证在最低测量频率时，驻波管110内能出现一个波腹和一个波节的长度。
54.声源组件120设置于驻波管110的第一端。
55.示例性地，声源组件120可以是扬声器、蜂鸣器和音箱等，声源组件120发出声音，以平面波在驻波管110中传播，遇到驻波管110的第二端的管壁后，发生发射，于是在驻波管110内存在两列相同频率但以相反方向行进的平面波，即在驻波管110内建立起驻波场。
56.为了保证测试的精度，声源组件120的中心可以与驻波管110的中心轴线处于同一条直线上。
57.参考麦克风130，设置于与驻波管110的第一端对应设置的驻波管110的第二端。
58.示例性地，参考麦克风130可以设置在驻波管110中一个声压最大的位置，参考麦克风130将接收到的声音信号转换成电学信号，传输给外部的处理装置300。
59.参考麦克风130和待测矢量传声器200与处理装置300连接。
60.示例性地，如图3和图4所示，图3为本技术实施例提供的待测矢量传声器的结构示意图，图4为本技术实施例提供的待测矢量传声器的左视图的结构示意图。待测矢量传声器200中存在三组方向不同的热线，分别是第一方向热线210、第二方向热线220和第三方向热线230。想测试待测矢量传声器200的灵敏度，需要获得每组热线的输出量变化与出入量变化之比，即电动势与声压之比，测试时，需保证驻波方向与热线方向垂直。
61.以水平方向为参考方向，第一方向热线210的方向可以是-40
°
至-50
°
中任意角度，第一方向热线210的方向可以是-40
°
，第一方向热线210的方向也可以是-45
°
，第一方向热线的方向210也可以是-50
°
，其具体角度可以根据第一通孔111的侧壁所在的第一方向与驻波管110的管壁的第一指定夹角确定。
62.以水平方向为参考方向，第二方向热线220的方向可以是85
°
至95
°
中任意角度，第二方向热线220的方向可以是85
°
，第二方向热线220的方向也可以是90
°
，第二方向热线220
的方向也可以是95
°
，其具体角度可以根据第二通孔112的侧壁所在的第二方向与驻波管110的管壁的第二指定夹角确定。
63.以水平方向为参考方向，第三方向热线230的方向可以是-130
°
至-140
°
中任意角度，第三方向热线230的方向可以是-130
°
，第三方向热线230的方向也可以是-135
°
，第三方向热线230的方向也可以是-140
°
，其具体角度可以根据第三通孔113的侧壁所在的第一方向与驻波管110的管壁的第三指定夹角确定。
64.参考麦克风130和待测矢量传声器200可通过线缆与处理装置300连接。参考麦克风130和待测矢量传声器200接收到声音信号，并将接收到的声音信号转换成对应的电学信传输至外部的处理装置300，处理装置300根据参考麦克风130和待测矢量传声器200的电学信号确定待测矢量传声器200的灵敏度。
65.其原理如下：
66.假设驻波管110的管长为l，驻波管110内部平面波中任意一点x处的声压大小为：
67.p(x)＝ae-ikx
be
ikx
68.其中，x为驻波管110中心轴方向上的点与声源组件120的距离，p(x)为x处的声压，a和b为声波幅值，k为波数，ae-ikx
为沿正x方向传播的声音信号，be
ikx
为沿负x方向传播的声音信号。
69.驻波管110内部平面波中任意一点x处的振速大小为：
[0070][0071]
其中，ρ为空气密度，c为空气中声速。
[0072]
根据边界条件可计算得出a和b的值，边界条件为：(1)在x＝0处，质点振速u(0)＝u，u为x处的电动势；(2)在x＝l中，质点振速u(l)＝0。
[0073]
其中，
[0074]
则可以计算出驻波管110中内部平面波中任意一点x处的声压大小为：
[0075][0076]
驻波管110内部平面波中任意一地那x处的振速大小为：
[0077][0078]
需要说明的是，在测试待测矢量传声器200的灵敏度时，为了保证测量精确性，可将矢量传声器灵敏度测试装置100置于消音室中，以避免外部杂音对测试结果造成影响。在测试时，声源组件120、参考麦克风130和待测矢量传声器200均置于驻波管110内部。
[0079]
在一可选的实施方式中，第一通孔111的侧壁所在的第一方向、第二通孔112的侧壁所在的第二方向以及第三通孔113的侧壁所在的第三方向可以呈现三维坐标系。
[0080]
示例性地，三维坐标系的定义为：相交于原点的三条不共面的数轴构成空间的仿射坐标系，三条数轴上度量单位相等的仿射坐标系被称为空间笛卡尔坐标系。在本实施例
中，第一通孔111的侧壁所在的第一方向、第二通孔112所在的第二方向和第三通孔113的侧壁所在的第三方向属于三条不共面的数轴，可以构成空间的三维坐标系。
[0081]
示例性地，第一通孔111的侧壁所在的第一方向与驻波管110的管壁呈第一指定夹角，第一指定夹角可以是130
°
至140
°
中任意角度。在一个实例中，第一通孔111的侧壁所在的第一方向与驻波管110的管壁可以呈130
°
，第一通孔111的侧壁所在的第一方向与驻波管110的管壁也可以呈135
°
，第一通孔111的侧壁所在的第一方向与驻波管110的管壁也可以呈140
°
。
[0082]
示例性地，第二通孔112的侧壁所在的第二方向与驻波管110的管壁呈第二指定夹角，第二指定夹角为85
°
至95
°
中任意角度。在一个实例中，第二通孔112的侧壁所在的第二方向与驻波管110的管壁可以呈85
°
，第二通孔112的侧壁所在的第二方向与驻波管110的管壁也可以呈90
°
，第二通孔112的侧壁所在的第二方向与驻波管110的管壁也可以呈95
°
。
[0083]
示例性地，第三通孔113的侧壁所在的第三方向与驻波管110的管壁呈第三指定夹角，第三指定夹角为40
°
至50
°
中任意角度。在一个实例中，第三通孔113的侧壁所在的第三方向与驻波管110的管壁可以呈40
°
，第三通孔113的侧壁所在的第三方向与驻波管110的管壁也可以呈45
°
，第三通孔113的侧壁所在的第三方向与驻波管110的管壁也可以呈50
°
。
[0084]
在一可选的实施方式中，驻波管110还包括：盖体114。
[0085]
盖体114位于驻波管110的第二端，盖体114上开设有第四通孔115，第四通孔115用于容纳参考麦克风130。
[0086]
示例性地，盖体114可以是与驻波管110一体成型的，也可以是分开的两个部件。盖体114可以保证驻波管110处于完全隔音状态。
[0087]
盖体114上开设有第四通孔115，为了便于处理装置根据参考麦克风130输出的声压大小确定待测矢量传声器200的灵敏度，可以将参考麦克风130放置在驻波管110内一个声压最大的位置，即将第四通孔115开设在驻波管110中一个声压最大的位置。
[0088]
在一可选的实施方式中，第一通孔111与驻波管110的第二端的距离为第一预设值。
[0089]
第二通孔112与驻波管110的第二端的距离为第二预设值。
[0090]
第三通孔113与驻波管110的第二端的距离为第三预设值。
[0091]
第一预设值、第二预设值和第三预设值根据声速和声音信号在所述驻波管中的传播频率确定。
[0092]
示例性地，为了便于矢量传声器灵敏度测试装置100测试待测矢量传声器200的灵敏度，可以将待测矢量传声器200放置在驻波管110中质点振速最大的位置，即可以将第一通孔111、第二通孔112和第三通孔113均设置在质点振速最大的位置。
[0093]
在上述实施例中，要使振速最大，其中u和sin(kl)的值是固定的，则当sin(k(l-x))＝1时，u(x)最大。其中k为波数，其中λ为声音信号的波长。即n为正奇数，由此可得，n为正奇数。其中，l-x表示x处距离驻波管110的第二端的距离。
[0094]
示例性地，第一通孔111与驻波管110的第二端的距离的第一预设值可以为第一通孔111与驻波管110的第二端的距离的第一预设值也可以为第一通孔111与驻波管110的第二端的距离的第一预设值可以为
[0095]
示例性地，第二通孔112与驻波管110的第二端的距离的第二预设值可以为第二通孔112与驻波管110的第二端的距离的第二预设值可以为第二通孔112与驻波管110的第二端的距离的第二预设值可以为
[0096]
示例性地，第三通孔113与驻波管110的第二端的距离的第三预设值可以为第三通孔113与驻波管110的第二端的距离的第三预设值可以为第三通孔113与驻波管110的第二端的距离的第三预设值可以为
[0097]
需要说明的是，在一个驻波管110中，第一预设值、第二预设值和第三预设值可以相等，也可以不相等。本领域技术人员可根据驻波管110的尺寸确定第一通孔111、第二通孔112和第三通孔113的位置。
[0098]
在一个实施方式中，矢量传声器灵敏度测试装置100还包括：第一柱塞141、第二柱塞142和第三柱塞143。
[0099]
其中，第一柱塞141的形状和第一通孔111契合，第二柱塞142的形状和第二通孔112契合，第三柱塞143的形状和第三通孔113契合。
[0100]
示例性地，为了保证测试时驻波管110的内部处于完全隔音状态，可以使用一个或多个柱塞，柱塞的形状可以和第一通孔111、第二通孔112和第三通孔113匹配。当测量待测矢量传声器200的x轴方向的灵敏度时，可以利用第二柱塞142阻塞第二通孔112和利用第三柱塞143阻塞第三通孔113，从而防止外部杂音从第二通孔112或第三通孔113进入，影响测量的准确性。同理，在测试测量待测矢量传声器200的y轴方向和z轴方向的灵敏度时，也可以采用其相应的柱塞阻塞其对应的通孔。同时，当矢量传声器灵敏度测试装置100闲置时，也可以使用第一柱塞141、第二柱塞142和第三柱塞143，防止落灰。
[0101]
在一个实施方式中，矢量传声器灵敏度测试装置100还包括：第一接插件151、第二接插件152和第三接插件153。
[0102]
其中，第一接插件151用于连接第一通孔111与待测矢量传声器200；第二接插件152用于连接第二通孔112与待测矢量传声器200；第三接插件153用于连接第三通孔113与待测矢量传声器200。
[0103]
示例性地，为了保证测试时驻波管110的内部处于完全隔音状态，可以使用一个或多个接插件，接插件的形状可以和第一通孔111、第二通孔112和第三通孔113匹配。当测量
待测矢量传声器200的x轴方向的灵敏度时，可以用第一接插件151固定该待测矢量传声器200在第一通孔111上，也可以防止外部声音从参考麦克风130与第一通孔111的缝隙间进入驻波管110。同理，在测试测量待测矢量传声器200的y轴方向和z轴方向的灵敏度时，也可以采用第二接插件152和第三接插件153。
[0104]
需要说明的是，接插件的形状和材质本技术实施例不做限制，本领域技术人员可以根据实际情况进行合适的选择。在一个实例中，接插件可以是圆形、活塞形等，接插件也可以采用与驻波管110采用相同的阻抗远大于空气中声阻抗的材质。
[0105]
本技术实施例还提供一种矢量传声器灵敏度测试系统，如图5所示，图5为本技术实施例提供的矢量传声器的灵敏度测试系统的功能模块示意图。该系统可以包括处理装置300以及矢量传声器灵敏度测试装置100，该处理装置与参考麦克风130和待测矢量传声器200连接。其中，矢量传声器灵敏度测试装置100在上述实施例中做了详细的介绍，在此不再赘述。
[0106]
处理装置300可以包括采集模块310和计算模块320，采集模块310可以与参考麦克风130和待测矢量传声器200连接，用于采集参考麦克风130和待测矢量传声器200的数据，并将采集到的数据发送给计算模块320。计算模块320根据接收到的数据进行计算获得待测矢量传声器200的灵敏度。
[0107]
以上所述仅为本技术的可选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
[0108]
以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以权利要求的保护范围为准。