機動車喇叭關(guān)鍵性能測試參數(shù)的獲取

范祖慶 陳臣

摘 ?要：喇叭是汽車的語言之一，氣性能好壞將直接影響行車的安全，故對其性能檢測非常重要。在做機動車喇叭測試系統(tǒng)開發(fā)時，喇叭性能參數(shù)的獲取是其中的關(guān)鍵，采取喇叭測試參數(shù)的手段對改進并完善喇叭性能，優(yōu)化喇叭結(jié)構(gòu)具有非常重要的意義。該文提出了機動車喇叭測試平臺對喇叭一些關(guān)鍵測試性能參數(shù)的獲取方法，對構(gòu)建機動車喇叭測試平臺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

中圖分類號：U463 ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? 文章編號：1672-3791（2019）06（c）-0064-03

在GB 15742-2006《機動車用喇叭的性能要求及試驗方法》中對機動車喇叭性能提出了嚴格的要求，導(dǎo)致必須依賴相應(yīng)的喇叭測試平臺。目前市場上大多數(shù)機動車喇叭性能測試系統(tǒng)可進行電喇叭、氣喇叭和電氣喇叭的基本性能測試以及耐久性能測試。

1 ?喇叭測試聲學(xué)基礎(chǔ)

1.1 基頻

根據(jù)《機動車用電喇叭技術(shù)條件》中的規(guī)定，基頻為電喇叭的膜片在單位時間內(nèi)震動的次數(shù)。喇叭電路中三極管的通斷或者繼電器觸點通斷都能推動喇叭膜片往復(fù)振動，產(chǎn)生聲音，再由聲級計采集，可見膜片的往復(fù)振動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決定了喇叭基頻信號。

1.2 1/3倍頻

對噪聲作頻譜分析時，人們把人耳聽音的20Hz～20kHz的聲頻范圍分為若干個小段落，每個頻帶成為一個頻程。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，這樣劃分的每一個頻程稱1倍頻程，簡稱倍頻程。如果在一個倍頻程的上、下限頻率之間再插入兩個頻率，使4個頻率之間的比值相同。這樣將一個倍頻程劃分為3個頻程，稱這種頻程為1/3倍頻程。

在每一個小段的聲能量默認是均勻的。一般在選擇頻率帶寬時都是不一樣的，當(dāng)要求精度較低時，可以將劃分的頻率帶放寬;當(dāng)做一些精密的分析時，可將劃分的頻率帶選用窄頻率帶，在實際的測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

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

2 ?關(guān)鍵性能參數(shù)獲取

2.1 氣動喇叭特性測量

對于氣動和電-氣喇叭，從喇叭開始啟動的瞬間至聲壓級提高到GB 15742-2001中3.1.2條所要求的聲壓級的間隔不能大于0.2s。

氣動和電-氣動喇叭具有響應(yīng)延遲時間，即從驅(qū)動到達到一定聲壓級需要一段時間。碰到這種隨時間變化的時域信號與隨頻率變化的頻域信號相互轉(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)計開發(fā)測試平臺時，可以將喇叭用氣源控制電磁閥開啟并持續(xù)保持0.5s的聲壓信號作連續(xù)測試并記錄。運用連續(xù)重疊快速傅立葉變換，并計算得出喇叭的連續(xù)聲學(xué)特性，如圖1所示，包含了喇叭的聲壓級、2500Hz中心頻率（1800～3550Hz頻帶內(nèi)）聲壓級，并依據(jù)GB 15742-2001中3.1.2條所規(guī)定的要求進行判別，得出氣動和電-氣動喇叭的開始響應(yīng)時間。

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

2.2 喇叭聲壓級

聲壓信號通過FFT運算與處理即可得出聲壓的功率譜密度函數(shù)，通過頻率A計權(quán)后可得到各1/3倍頻程頻率帶聲壓級、總聲壓級和2500Hz中心頻率（1800～3550Hz）聲壓級。將喇叭聲音信號通過A/D采集后得到離散的時間序列數(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)是將時域信號變換為頻域信號，在頻率域里對信號進行分析處理、信息提取、故障診斷等。離散傅立葉變換（DFT）是數(shù)字信號處理中的強有力工具，特別是快速傅立葉變換（FFT）的出現(xiàn)使得許多信號處理問題的分析完全改觀。

2.3 電喇叭基頻

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

電喇叭基頻通過測試其驅(qū)動電流的變換頻率來測試。利用測試喇叭驅(qū)動電流，在通過時間域或頻率域的識別方法即可得到電動喇叭的基頻。

如圖2所示，某設(shè)計開發(fā)的機動車喇叭性能測試系統(tǒng)采用頻率域識別方法得到基頻。如圖3所示，利用參數(shù)識別、插值等手段即可得到電動喇叭的基頻。既方便又明白地表示了一個喇叭信號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

上述內(nèi)容探討了一些機動車喇叭測試開發(fā)中對喇叭性能參數(shù)的獲取方法，在機動車喇叭測試系統(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，可以極大地滿足測試需求，大大改善測試的難度，選用科學(xué)合理的手段對構(gòu)建機動車喇叭測試平臺很有幫助。

參考文獻

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