基于虚拟仪器的传声器指向性测量系统

    1 引言

    传声器的指向性是传声器的灵敏度随声波入射方向而变化的特性， 其对音质的影响较大。 根据使用目的、声源及声场条件的不同，选用具有不同指向性的传声器对提高音质是很重要的。而且，在声探测等领域要求多通道传声器具有各向同性的特征， 各通道传声器幅度和相位的不一致性会引入较大的探测误差[1]。 因此传声器的指向性测量系统对合理选取传声器及传声器的改进设计都有重要意义。

    传统传声器指向性测量方法中， 传声器的测量和转台的旋转分开控制， 两者的同步需要通过外部电路来实现，硬件连接较繁琐。 同时，使用的转台往往体积较大，对于传声器指向性的测量实用性不强，而且成本较高，操作较复杂。

    针对以上缺点， 笔者提出了一种基于虚拟仪器技术的传声器指向性测量系统。 该系统使用步进电机带动传声器转动，与传统的测量系统相比，节省了空间，降低了成本； 同时利用虚拟仪器的可编程技术合理设置了与测试相关的操作控件，使测量界面简单易操作，测量时可在测量界面同步显示指向性图案及测量数据，较清晰地反映传声器的指向性特性。

    2 系统测量原理及组成

    传声器的指向性常用指向性图案来表示， 它表征了传声器在某一频率的灵敏度随声波入射角的变化规律。 测量原理如图 1 所示[2]。

    在消声室中， 将被测传声器的参考轴与声源的参考轴重合。测量距离应符合远场条件，可适当加大强指向性传声器距离。声频信号发生器输出某一单频信号，保持测量点声压不变。被测传声器置于转台上，要求转动轴通过传声器的声中心。 转台转动使声波入射角在0°~360°连续变化，逐点记录得到的曲线就是传声器在该频率的指向性图案。

    笔者提出的测量系统由计算机、数据采集卡、测量与控制软件、步进电机系统组成。 给声源的输出信号、待测传声器的采集信号及控制步进电机旋转的脉冲信号都是通过 6251 多功能数据采集卡来完成的。系统结构如图 2 所示。

    该系统中传声器的测量和电机的旋转都通过计算机的软件程序来控制，整个系统的硬件连接简单，与传统测量系统相比，省去了一些控制设备。测量时同步绘制出的指向性极坐标图， 可快速掌握待测传声器的指向性特性，省去了对测量所得的数据再进行额外处理。图 3 所示是 1 个全指向性传声器和 1 个单指向性传声器在 1 kHz 频率时测得的指向性图界面。

    3 测量系统的软件实现

    测量系统软件采用 NI 公司的 LabVIEW 8.0 为开发平台[3]，实现了传声器指向性测量功能。