机动车喇叭关键性能测试参数的获取

范祖庆 陈臣

摘  要：喇叭是汽車的语言之一，气性能好坏将直接影响行车的安全，故对其性能检测非常重要。在做机动车喇叭测试系统开发时，喇叭性能参数的获取是其中的关键，采取喇叭测试参数的手段对改进并完善喇叭性能，优化喇叭结构具有非常重要的意义。该文提出了机动车喇叭测试平台对喇叭一些关键测试性能参数的获取方法，对构建机动车喇叭测试平台提供一定的借鉴和参考。

关键词：喇叭  基频  1/3倍频  声压级

中图分类号：U463   文献标识码：A           文章编号：1672-3791（2019）06（c）-0064-03

在GB 15742-2006《机动车用喇叭的性能要求及试验方法》中对机动车喇叭性能提出了严格的要求，导致必须依赖相应的喇叭测试平台。目前市场上大多数机动车喇叭性能测试系统可进行电喇叭、气喇叭和电气喇叭的基本性能测试以及耐久性能测试。

1  喇叭测试声学基础

1.1 基频

根据《机动车用电喇叭技术条件》中的规定，基频为电喇叭的膜片在单位时间内震动的次数。喇叭电路中三极管的通断或者继电器触点通断都能推动喇叭膜片往复振动，产生声音，再由声级计采集，可见膜片的往复振动在喇叭电路中是可以以电流形式表现，原则上是输入电流频率信号决定了喇叭基频信号。

1.2 1/3倍频

对噪声作频谱分析时，人们把人耳听音的20Hz～20kHz的声频范围分为若干个小段落，每个频带成为一个频程。若使每一频带的上限频率比下限频率高一倍，即频率之比为2，这样划分的每一个频程称1倍频程，简称倍频程。如果在一个倍频程的上、下限频率之间再插入两个频率，使4个频率之间的比值相同。这样将一个倍频程划分为3个频程，称这种频程为1/3倍频程。

在每一个小段的声能量默认是均匀的。一般在选择频率带宽时都是不一样的，当要求精度较低时，可以将划分的频率带放宽;当做一些精密的分析时，可将划分的频率带选用窄频率带，在实际的测量中常用的主要有窄频率带、1/3倍频程和倍频程带宽。一般的窄频带宽是用恒定频率分析带宽，频谱分析设备的类型和频率上限的大小决定了它的大小。带宽是中心频率的恒定百分比，所以1/3倍频程和倍频程带宽也是百分比带宽。假设中心频率是f0，带宽上下限的截止频率是fh和f1，那么这三者的关系式为：

1.4 响应延时

气动和电-气动喇叭用压缩空气的气流使金属膜片产生振动，从驱动到达到一定声压级需要一段时间，为响应延时。这是由该类型利喇叭的结构特性所决定的。响应延时对于气动喇叭的性能参数影响非常关键。

2  关键性能参数获取

2.1 气动喇叭特性测量

对于气动和电-气喇叭，从喇叭开始启动的瞬间至声压级提高到GB 15742-2001中3.1.2条所要求的声压级的间隔不能大于0.2s。

气动和电-气动喇叭具有响应延迟时间，即从驱动到达到一定声压级需要一段时间。碰到这种随时间变化的时域信号与随频率变化的频域信号相互转换的问题，目前采用变换快捷、有效的快速傅里叶变换数学方法，它给记录数据分析提供了极大的方便。在设计开发测试平台时，可以将喇叭用气源控制电磁阀开启并持续保持0.5s的声压信号作连续测试并记录。运用连续重叠快速傅立叶变换，并计算得出喇叭的连续声学特性，如图1所示，包含了喇叭的声压级、2500Hz中心频率（1800～3550Hz频带内）声压级，并依据GB 15742-2001中3.1.2条所规定的要求进行判别，得出气动和电-气动喇叭的开始响应时间。

为提升试验的准确性，对收集的连续声压信号可以通过重叠处理的原理，保证得出的时间间隔为0.01s的连续喇叭声学性能数据，并运用拟合插值处理，保证响应性能试验的误差小于0.01s。

2.2 喇叭声压级

声压信号通过FFT运算与处理即可得出声压的功率谱密度函数，通过频率A计权后可得到各1/3倍频程频率带声压级、总声压级和2500Hz中心频率（1800～3550Hz）声压级。将喇叭声音信号通过A/D采集后得到离散的时间序列数据，通过频谱分析可获取离散频谱。

傅立叶变换的本质是将时域信号变换为频域信号，在频率域里对信号进行分析处理、信息提取、故障诊断等。离散傅立叶变换（DFT）是数字信号处理中的强有力工具，特别是快速傅立叶变换（FFT）的出现使得许多信号处理问题的分析完全改观。

2.3 电喇叭基频

针对电喇叭而言的基频参数，是指电喇叭控制触点在1秒时间内闭合断开的次数。对电喇叭来说，基频是影响声音性能和耐久性性能的重要参数之一，因此精确地测量到电喇叭的基频很关键。

电喇叭基频通过测试其驱动电流的变换频率来测试。利用测试喇叭驱动电流，在通过时间域或频率域的识别方法即可得到电动喇叭的基频。

如图2所示，某设计开发的机动车喇叭性能测试系统采用频率域识别方法得到基频。如图3所示，利用参数识别、插值等手段即可得到电动喇叭的基频。既方便又明白地表示了一个喇叭信号在不同频率下的幅值，可以采用这种电流幅值谱的表示方法。

3  结语

上述内容探讨了一些机动车喇叭测试开发中对喇叭性能参数的获取方法，在机动车喇叭测试系统中的一些关键性能参数采集获取的方法上采用数学手段，可以将一些不能直观采集的信息建立起相互的联系，可以极大地满足测试需求，大大改善测试的难度，选用科学合理的手段对构建机动车喇叭测试平台很有帮助。

参考文献

[1] GB GB15742-2001，机动车用喇叭的性能要求及试验方法[S].2001.

[2] 李景渊.机动车用喇叭声压级测量不确定度分析[J].汽车技术，2009（5）：29-32.

[3] 柳朝标.利用TP801A单板机检测电喇叭基频[J].汽车电器，1997（6）：34.