基于单片机的吸声系数测量装置的设计.doc

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1、第1章绪论1.1选题的依据和意义吸声是声波撞击到材料表面后能量损失的现象，吸声可以降低室内声压级。描述吸声的指标是吸声系数a：　　α=Eα/Ei=（Ei-Er）/Ei=1-r　　式中Ei：入射声能；Eα：被材料或结构吸收的声能；Er：被材料或结构反射的声能；r：反射系数。当入射声能被完全反射时，α=0，表示无吸声作用；当入射声波完全没有被反射时，α=1，表示完全被吸收。一般材料或结构的吸声系数α=0~1，α值越大，表示吸声性能越好，它是目前表征吸声性能最常用的参数。不同频率上会有不同的吸声系数，人们使用吸声系数频率特性曲线描述材料在不同频率上的吸声性能

2、。按照ISO标准和国家标准，吸声测试报告中吸声系数的频率范围是100~5KHz。将100~5KHz的吸声系数取平均得到的数值是平均吸声系数，平均吸声系数反映了材料总体的吸声性能。在工程中常使用降噪系数NRC粗略地评价在语言频率范围内的吸声性能，这一数值是材料在250、500、1K、2K四个频率的吸声系数的算术平均值，四舍五入取整到0.05。一般认为NRC小于0.2的材料是反射材料，NRC大于等于0.2的材料被认为是吸声材料。吸声材料一直是人类吸声降噪采用的主要方法之一，因此快速和准确的测量吸声系数是吸声材料研究与应用领域重要的研究内容之一。常常使用的高

3、吸声系数材料有离心玻璃棉、岩棉等，5cm厚的24kg/m3的离心玻璃棉的NRC可达到0.95。传统的吸声系数测量方法主要有驻波管法和混响室法。驻波管法只能测量垂直入射吸声系数，样品的大小必须与驻波管的大小完全相同，不能测量沙等松散的吸声材料，并且仪器比较笨重，不便于携带，混响室法必须在昂贵的混响室中测量，测量的结果可能大于1，不同的混响室测量的结果有时差别很大，不适于现场测量。因此有必要研究、开发现场实时测量材料吸声系数的测量方法和仪器。双传声器法是通过两个声压传声器测量材料的法向阻抗率来计算吸声系数的一种方法，具有直观、简单、可在现场中测量应用等优点

4、，但是运算比较复杂。本课题要求对材料吸声系数的测量方法进行对比研究，对测量系统的软硬件进行设计探究。利用DSP的高速运算能力和精确的快速傅里叶变换FFT，采用两路完全对称的信号调理电路，实现系统便携现场实时测量。设计基于单片机的测量系统电路图，包括电源模块、白噪声信号发生电路、声强探头电路、信号调理电路、信号调理电路、单片机最小系统以及通信等部分，分析讨论各部分电路的工作原理和设计关键技术。1.2课题分析1.2.1主要研究内容根据双传声器法的基本原理设计便携式吸声系数测量仪。通过两路完全对称的信号调理电路同时采集模拟声压信号，经ADS7862转换后送给

5、DSP。然后DSP完成傅里叶时频变换FFT并计算出吸声系数，最后交给单片机显示并与上位机通信。1.硬件部分：系统硬件主要由程控白噪声信号发生电路、声强探头电路和DSP处理电路三部分组成。程控白噪声信号发生电路主要发射时间可控、带宽可调、功率可调的白噪声信号。声强探头电路是两路完全对称声电转换电路，将传声器探头所在声场的声压信号转换成电信号，通过前置放大器带动长线输出，避免仪器引起声场变化。DSP处理电路主要完成以下功能：控制白噪声发射时间，实时调整放大倍数，采集数据，FFT及计算吸声系数等。DSP处理模块是两路对称的模拟信号转换电路，在DSP的控制下将

6、长线传输过来的模拟声压信号，经低通滤波器、程控放大器、模数转换器，转换成数字声压信号送入DSP处理，系统结构如图1.1所示。显示接口通讯接口门控电路扬声器/D转换器传声器A白噪声信号发生电路传声器B待测的吸声材料图1.1系统结构框图2.软件部分：系统的软件包括DSP应用程序和单片机应用程序两部分。DSP首先控制发射10ms白噪声，然后实时调整信号放大倍数并采集数据，准确地将模拟声压信号转换成数字声压信号。在采集结束后，执行512点位码倒置和FFT变换子程序，再计算出吸声系数，最后将测量结果通过HPI接口送给单片机。1.2.2方案论证1.硬件部分：由于吸

7、声材料的吸声系数是由吸声材料表面特性阻抗表征的，因此通过测量吸声材料的表面特性阻抗就可以得到吸声材料在某一频率的吸声系数。用两个麦克风作为传感器等间距放置于吸声材料表面很近的地方，测得2个麦克风传感器的声压，得到2个麦克风传感器中间点的声压，根据测得的声压求出吸声材料表面的特性阻抗，，从而得到吸声材料的吸声系数。因此系统硬件主要由程控白噪声信号发生电路、声强探头电路和DSP处理电路三部分组成。程控白噪声信号发生电路：主要发射时间可控、带宽可调、功率可调的白噪声信号。白噪声是指功率谱密度在整个频域内均匀分布的噪声。所有频率具有相同能量的随机噪声称为白噪声

8、。从我们耳朵的频率响应听起来它是非常明亮的“咝”声（每高一个八度，频率就升高一倍。因此高频率区