摘 要

近年来，关于噪声污染话题的讨论越来越频繁。为了采集并分析噪声，更好的解决噪声污染问题，声学测量系统的设计尤为重要，而麦克风是声学测量必不可少的组件之一。声学测量系统可以从所收集的大量信息中快速提取各种声学参数，以满足各种声学项目的实际需求。因此进行“声学测量麦克风选型分析研究”研究具有一定的理论意义和实际工程应用价值。

本文归纳和总结了国内外用于声学测量的麦克风的发展趋势及现状，介绍普通咪头麦克风、MEMS麦克风将测量声压信号转化为电压信号的原理，阐述麦克风性能指标的基本方法，归纳电压信号转化为声压信号的计算公式，总结麦克风的声学原理，介绍了一种设计平台LabVIEW，并使用LabVIEW编写测试程序，使其实时显示测量声压信号，最终根据测试效果对麦克风选型加以分析。

关键词：声学测量；MEMS；麦克风；LabVIEW

Abstract

In recent years, discussions on the topic of noise pollution have become more frequent. In order to collect and analyze noise, and better solve the problem of noise pollution, the design of the acoustic measurement system is particularly important, and the microphone is one of the indispensable components of acoustic measurement. The acoustic measurement system can quickly extract various acoustic parameters from the large amount of information collected to meet the actual needs of various acoustic projects. Therefore, the research on "Acoustic Measurement Microphone Selection and Analysis" has certain theoretical significance and practical engineering application value.

This article sum up the development trends and current status of microphones used for acoustic measurement at home and abroad, introduces the principle of ordinary microphone microphones and MEMS microphones converting measured sound pressure signals into voltage signals, explains the basic methods of microphone performance indicators, and summarizes the conversion of voltage signals In order to calculate the sound pressure signal formula, summarize the acoustic principle of the microphone, introduce a design platform LabVIEW, and use LabVIEW to write a test program, so that it can display the measured sound pressure signal in real time, and finally analyze the microphone selection according to the test effect.

Key words：Acoustic Measurement；MEMS；Microphone；LabVIEW

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 3

1.1 研究目的及意义 3

1.2 国内外研究现状 3

1.3 研究内容和技术路线 4

1.3.1 研究内容 4

1.3.2 技术路线 4

1.4 本章小结 4

第2章 麦克风介绍 5

2.1 麦克风历史 5

2.2 麦克风结构和工作原理 5

2.2.1驻极体（咪头）麦克风 5

2.2.2 MEMS麦克风 6

2.3 麦克风声学原理 7

2.3.1 声学测量理论储备 7

2.3.2 声压和声压级 8

2.3.3 声强和声强级 8

2.3.4 声功率和声功率级 10

2.3.5 噪声的叠加 10

2.3.6 倍频程和1/3倍频程谱分析 11

2.3.7 频率计权 13

2.4 本章小结 13

第3章 LabVIEW介绍 14

3.1 背景及功能 14

3.2 结构 14

3.3 本章小结 16

第4章 LabVIEW设计 17

4.1 声音存储 17

4.1.1 声音存储模块 17

4.1.2 声音存储流程 18

4.2 声音采集 18

4.2.1 声音采集模块 18

4.2.2 声音采集流程 20

4.3 声音处理 21

4.4 声音显示 24

4.5 声音读取 24

4.6 声音分析 25

4.7 数据结构 26

4.7.1 循环结构 26

4.7.2 事件结构 26

4.8 整体流程图 27

4.9 每章小结 29

第5章 结论及展望 30

5.1 结论 30

5.2 展望 30

参考文献 31

致谢 33

第1章 绪论

1.1 研究目的及意义

近年来，噪声污染是一个热点话题。为了采集并分析噪声，更好的解决噪声污染问题，声学测量系统的设计尤为重要，而麦克风是声学测量必不可少的组件之一。声学测量系统可以从所收集的大量信息中快速提取各种声学参数，获得第一手声学资料，满足了各类声学工程的实际需求^[1]。声学测量技术在如今的声学研究领域中有着非常重要的作用。

早在17世纪初，声学测量这一概念就已经登上历史舞台，当时有人试图测量空气中的声速。尽管在19世纪确定空气中的声速，确定调谐频率，确定粒子速度方面已有一些发现，但仍进展不大。20世纪初，电路和无线电技术开始迅速发展，声学测量从现在才算真正开始。到二十世纪中段，声学测量技术得到了较好的发展，能够定性的测量出一些声学参数。二十一世纪开始，声学测量有了大的进步，通过各种仪器，开始能定量的测出声压、声强、声功率等声学量并做出相应研究。这表明声学测量已经进入了现代声学的行列。

为了实现声学测量仪器功能和声音数据的管理，本文设计了基于LabVIEW声学测量分析及管理系统。为了保证该系统可以正常工作，需要掌握系统中声电转换的理论。为了提高实验的可信程度，本文使用麦克风采集声音，通过对时域图、频谱图等把采集到的声音显示出来，完成对声音的测量，接着通过声压这一声学量，对MEMS麦克风进行选型分析研究。

1.2 国内外研究现状

本文将重点放在声学测量中的噪声测量，该研究具有一定的理论意义和实际工程应用价值。由于国外在声学测量领域开发较早，其许多研究成果已经投入市场进行检验，相比于国内同种产品，功能已较为完善，技术较为先进，规模也较大。目前，知名的开发噪声测量设备的公司，如丹麦的Bamp;K公司研发的系统，无论是在响应速度还是测量精度方面都明显比国内同类型产品要快；再比如挪威的NORSONIC公司研发出一款型号为NOR850的测量系统，该系统的操作简单、交互界面友好，人们可以通过该系统对声音进行实时采集分析，不需要过多的理论储备即可操作。不过，国内的相关制造商对国外的先进技术和管理水平进行了大量的研究、引进和吸收，再结合自主研发和创新，在该领域也取得了较大的进步，制造出的产品在价格方面，比国外的同类型具有吸引力。如国内的红声器材厂和爱华仪器有限公司，都推出了自己的自动噪声测量系统，以适应现代社会的需要。