浅析声响玩具噪声测试装置的设计与应用

隋明芳 崔喜 罗旭 赵金秋 程梁

摘要：具有关资料介绍，噪声会使人的听力减弱、视力功能下降、神经衰弱、血压变化和胃肠道出现消化功能障碍，甚至影响人的睡眠、谈话、学习、工作和情绪等。随着工业和交通运输业的发展，这种影响会越来越严重。然而基于欧洲玩具安全标准对玩具噪声测试的要求，结合PLC控制技术和步进电机的工作原理，对研制的声响玩具噪声自动测试仪的结构设计、工作原理、硬件配置、软件程序和功能特性进行了详细的论述，并对实现的测试方法进行了重点阐述，指出此噪声自动测试仪可以实现一次定位、多项测量，并满足多个标准的测试要求。基于欧洲玩具安全标准中玩具噪声测试要求，按玩具类型对其噪声测试方法、测试点位置的确定进行论述，并对玩具噪声测试自动定位装置的机构设计、控制原理、硬件配置和应用进行重点的阐述，指出该定位装置解决了声响玩具噪声测量中测试点位置确定这个关键问题。

关键词：声响玩具;噪声;测试装置;设置;应用

引言：声是在人类社会日常活动中以声音形式出现的一种声响，会使人们不舒适，产生烦躁感，因此它是一种为人们所不希望、不喜欢但经常又是难以避免的声音。声响玩具能给儿童带来快乐不容置疑，但同样也能够造成儿童听力损伤，人们希望孩子们的玩具是安全无害的，为此，美国、欧洲和我国玩具安全标准等都制定了声响玩具允许的最大噪声级要求。声响玩具能给儿童带来快乐不容置疑，但同样也能够造成儿童听力损伤，人们希望孩子们的玩具是安全无害的，为此，美国、欧洲和我国玩具安全标准等都制定了声响玩具允许的最大噪声级要求。用于解决玩具噪声测试时测试点定位的难题，满足标准中对玩具噪声测试的要求。噪有关玩具噪声测试的方法很复杂，按玩具类性不同其测试的方法也不同。目前，对声响玩具噪声检测手段都是采用人工方式，导致玩具噪声测试难度较大，测试结果不准确，重复性差，误差大，测试效率低等问题，因此实现对玩具噪声测试的自动化至关重要。

一、测试要求

在噪声测量中用声压级来表示噪声的强弱，对声压级测定方法及指标都有明确要求，其中欧洲标准最为复杂。玩具噪声测量时使用参考箱和测试箱两个概念，前者指包罗玩具的最小长方体，后者是距参考箱一定尺寸的长方体，在实际测量中是两个虚拟的箱体，所有测试点位置都应在测试箱上。测量时，将麦克风放在测试点位置，通过麦克风将噪声信号传送到专用的噪声级分析仪上，即可测出噪声的声压级。测量时，测试点位置的正确确定是关键，是得到准确的测试结果的前提。玩具类型不同，测试点的位置及数量不同，欧洲玩具安全标准将噪声测试方法按玩具类型分为以下六类：

（1） 近耳玩具：要求麦克风与玩具主要发声源表面的测试距离为2.5±0.5cm，玩具离地面100cm以上。

（2） 火药帽玩具：将玩具的主要发声部件置于测量坐标系的原点，在X、Y、轴的正、负方向上各有1个测试点位置，共有6个，测试距离为50cm的距离。

（3） 摇铃与挤压玩具：测试距离为50cm、固定麦克风高于地面1.2m处，测量十个动作的声压级，重复三次。

（4） 其它手持玩具：测量箱距玩具参考箱5n，在箱形测试面上确定6个麦克风位，测试点位于测试箱每个测试面的中心。

（5） 静止和自驱动桌面玩具及地面玩具：测量箱的侧面、顶面与参考箱的侧面、顶面距离均为50cm，在测试箱的顶面与侧面确定5个麦克风位置;如果玩具的宽度或长度超过100cm，要确定9个麦克风位置，所有测试点的位置都在测量箱的侧面或顶角上。

（6） 推、拉玩具和手动弹簧驱动玩具：对于宽度为25cm或以下的玩具，用距测量坐标系X轴距离为±50crn的两个位置;对宽度大于25cm的玩具，用距X轴距离为±（4JD+VI2）的两个位置。

二、测试与应用

测试步骤为选择标准、根据玩具特性在操作面板上选择玩具类型，当测量位置与玩具尺寸有关时，输入玩具的长、宽、高及其置于测试平台或夹具表面的高度;放置玩具时，要确保玩具参考箱中心、火药帽发声部位与控制角度的步进电机处于同轴，玩具的正常操作方向使玩具的主轴与测量坐标系的x轴线重合，确定测试点位置，进行噪声测试。测试时，麦克风端部应保持水平或垂直状态，玩具的操作者不应影响被测玩具声音的发射也不能导致声音反射，否则将导致在测试点的声压增加。

（1） 近耳玩具：将待测样品固定在中心转轴支座上，使样品离地面高度在100cm以上，主要发声面与麦克风端面平行，移动麦克风使其与玩具的最大发声位触及。在操作面板上启动测试后，定位装置自动将麦克风移动到距离主要发声源玩具表面的测试距离为2.5±0.5cm处，即测量点位置。

（2） 火药帽玩具：将待测火药帽玩具夹持在转轴固定座上，通过移动夹持机构确保其撞击点与转轴同心，枪口与麦克风初始位置在x轴方向同轴，输入撞击点距地面的高度，麦克风的初始位置。测试时，定位装置将麦克风自动移动到距撞击点50cm处，且与撞击点等高的位置;该位测试完成后，定位装置再将玩具分別旋转90、180、270度等位置进行测试。如果玩具长度超过50cm，要在x-Y平面上绕z-轴旋转45度，x、Y平面上的4个位置完成测试后，再进行上下两个位置的测试，此时麦克风需与测试点所在平面垂直，测试下面测试位的噪声时，通过改变玩具的夹持方向来完成。

（3） 摇铃与挤压玩具：手拿玩具伸直手臂高于地面1.2m处，可以将手臂放在支座上，调节麦克风使其端面与玩具发声声源相距50cm。测量十个动作的计权单事件声压级L。和c一计权峰值声压级，且重复测试三次。

（4） 其它手持玩具：首先要根据玩具的参考箱来确定测试箱尺寸，将待测玩具夹持在转轴固定座上，通过移动夹持机构确保其参考箱中心点与转轴同心，参考箱的表面与麦克风初始位置平行或垂直，输人参考箱长、宽、高及其距地面的高度，测试时，定位装置将麦克风自动移动到初始位置，测试下面测试点的噪声时，通过改变玩具的夹持方向即把玩具倒过来完成测试工作。

（5） 静止和自驱动桌面玩具及地面玩具：将待测玩具放在工作台的转盘中心上，使参考箱中心与转盘中心同轴，且其参考箱的表面与麦克风初始位置平行或垂直。测试前输人参考箱长、宽、高及其台面距地面的高度，麦克风的初始位置测试时，定位装置按要求将麦克风自动移该位置完成测试后，如果玩具的宽度或长度超过100cm，需要再增加4个点的测试，测试时，定位装置将麦克风自动移动到指定位置进行测试

（6） 推、拉玩具和手动弹簧驱动玩具：将玩具放在测试台上，使玩具的中线与测试台中线（X轴）重合，对于宽度为25cm或以下的玩具，用两个距测量坐标系x轴距离（d）为50cm的麦克风位，对宽度大于25cm的玩具用两个距x轴距离的麦克风位，麦克风的初始位置是0。测试时，定位装置将麦克风自动移动到指定位置进行测试。

三、结语

当日在玩具噪声测试中，麦克风所在的测试点位置的正确确定、测试过程中测试点的确定速度和确定方法都将对玩具的噪声测试结果精度和测试效率起决定的作用。该噪声测试自动定位装置可同时满足标中声响玩具噪声测试的要求，可以实现一次定位，多项测量的功能，而且精度高，重复性好，操作简单，提高了检测工作的自动化水平及检测效率。

参考文献：

[1] 邵宗安.现代声学噪声测量技术[M].西安：西安交通大学出版社，2014（05）.

[2] 王树青.先进控制技术及应用[M].北京：化学工业出版社，2015（03）