Page 128 - 《应用声学》2020年第3期

448 2020 年 5 月

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图 3 电路系统示意图
Fig. 3 Schematic diagram of circuit system
如图 4(a) 所示，17 个传声器分布在 40 个电磁 式中，L p 为声压级，L w 为声强级，k 为修正系数，对
铁周围，每个传声器后均接放大电路用于采集并放 于自由空间k = 11，半自由空间 k = 8。
大所对应的敲击键盘按键的按键声信号，每个传声 距离r 1 和r 2 之间的声压级差值为
器距离相应的电磁铁的距离为 1.5 cm，这种近距离
的信号采集，一方面有利于降低环境噪声的影响，另 L p1 − L p2 = 20 lg(r 2 /r 1 ). (1)
一方面有利于构造一个狭窄的信号采集环境，隔离
本文 L p1 = 70 dB，r 2 /r 1 = 50/1.5 ≈ 33，由公
低频噪声对信号采集的影响。传声器采用橡胶圈封
式(1)得L p2 = L p1 − 20 lg 33 ≈ 70 − 30 = 40 dB。
装，可以较好地隔离电磁铁敲击键盘按键的振动，如
若在环境噪声为 46 dB 的条件下， 由公式
图 4(b) 所示。传统的信号采集距离为 50 cm，本文
SPL = 20 lg(p e /p ref ) 计算得传声器 1 处的声压分
采用的信号采集距离为 1.5 cm，本文理论分析并且
贝 值 L ′ p1 = 70.5 dB， 传 声 器 2 处 声 压 分 贝 值
实验验证了在这两种信号采集距离下，环境噪声对
L ′ p2 = 52 dB，此时信号在传声器 2 处已被噪声
信号采集的影响。在无环境噪声的条件下传声器 1
完全湮没。
距离信号源的距离为 1.5 cm，所采集到的信号源的
测试结果及分析结果如表 1 所示。结果说明相
分贝值为 L p1 = 70 dB，传声器 2 距离信号源的距
同的信号采集条件下，缩小信号采集距离可以降低
离为 50 cm，所采集到的信号源的分贝值记为 L p2 。
环境噪声对信号采集的影响。
图 4(c)为实验示意图。
键盘按键声信号可视为点声源，在常温下球面
声波随距离衰减的表达式为L p = L w − 20 lg r − k， 表 1 不同信号采集距离测试结果
Table 1 The test results of the different
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signal collection distance
ႃᑨ 1.5 cm 测试类别 传声器 1 传声器 2
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无背景环境噪声 70 dB 40 dB
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(a) ႃᇓᨡˁ͜ܦ٨Ѭ࣋ᇨਓڏ 46 dB 环境噪声 70.5 dB 52 dB
50 cm 噪声增量 0.5 dB 信号湮没
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0یൃᑛڔ 由于键盘按键声信号较为微弱，信号分析系统
࠰ᜉ᧛࡛ܧ 无法直接对此微弱信号进行信号分析 [11−12] 。本文
采用 TLE2072 芯片做前置放大电路来放大所采集
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到的键盘按键信号，以便后续信号分析系统作信号
(b) ͜ܦ٨࠰ᜉᇨਓڏ (c) ࠫඋࠄᰎᇨਓڏ [13−17]
分析 。图5(a)为放大电路原理图，其电阻R 1 、
图 4 信号采集图 R 2 分别为100 kΩ、1 kΩ，输入端电容c 1 为10 µF，用
Fig. 4 The signal acquisition chart 于滤波和隔离低频噪声。