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(深圳出入境检验检疫局，广东 深圳 518045)

0 引言

语音玩具因其良好的互动性受到广大儿童的喜欢，但如果语音玩具发出的声音过大则会变成噪声，噪声会使人不舒服产生烦躁感，还会造成听力损伤[1-3]。尤其是对于青少年儿童，处于生长发育阶段，感官和神经系统更为敏感，长时间接触高音量的语音玩具会影响其动作协调性，思维逻辑能力及认知记忆力[4-6]。自2014年欧盟玩具指令对语音玩具提出测试要求后，中国、美国及国际标准组织的玩具安全标准对语音玩具都增加了限制性声压值[7-8]。

目前，实验室对语音玩具的噪声测试存在一定的困难[9]。标准声源发出的声音会对测试造成干扰，因而接收语音的玩具放在封闭的噪测试房内，标准声源及发出语音的玩具则要放在另一个房间，另外噪声测试房是封闭的，为了确定噪声测量的最佳位置，测试员之间必须不断进行沟通才能完成整个测试。这样不仅费时费力、沟通不便，而且手工操作也有很多不确定因素，容易对测试结果造成偏差，甚至会影响测试结果的判定。

在此，设计1套可由单人实现的语音玩具噪声测试方案，可降低实验室的人力成本。

1 系统设计总体方案

语音玩具噪声测试系统由3大部分组成，如图1所示：第1部分是噪声测试房外的语音输入部分，负责接收标准音源的语音信号；第2部分是噪声测试房内的语音输出部分，负责具体实施噪声测试；第3部分是噪声测试房内的人机交互控制部分，负责玩具定位及实时监控[10]；玩具之间的语音信号转换成电信号通过预设电线传输。

图1 语音玩具噪声测试系统

2 测试系统的硬件设计

2.1 玩具定位模块

在玩具定位模块中，水平底座上设置有平移安装架，平移安装架通过设置于水平底座两旁的第1导轨沿X方向左右移动；平移安装架上设置垂直支撑架，垂直支撑架通过设置于平移安装架上的第2导轨沿Y方向前后移动；垂直支撑架上设置有玩具安装杆，玩具安装杆通过设置于垂直支撑架上的第3导轨沿Z方向上下移动；玩具安装杆末端设置玩具夹具，玩具夹具采用模拟人手抓握方式固定待测玩具；待测玩具安放于夹具上时可通过以上部件实现X,Y,Z各个方向的移动；垂直支撑架顶部设置有摄像装置，可实时监控待测玩具的位置及状态；PLC单元通过接收人机交互控制部分发出的信号带动伺服电机控制导轨的运动[11]；平行安装架沿X轴方向设置有刚性连接的测试位置横杆，应调节玩具安装杆确保待测玩具与测试位置横杆对齐；水平底座两旁的导轨设置有2对共4个定位传感器[12]，分别设置于距离标准音源5 cm及50 cm处。玩具定位模块如图2所示。

图2 玩具定位模块结构

2.2 实时监控模块

实时监控模块主要通过语音输入部分玩具定位模块上的摄像装置，把实时视频信号通过线缆传送至人机交互控制部分的实时监控屏上，测试员可以观测噪声测试房外待测玩具的运动轨迹，从而对待测玩具的移动进行实时监控。

2.3 运动控制模块

运动控制模块包括控制触摸屏和PLC单元。控制触摸屏通过线缆通讯结构控制PLC单元实现2大人机交互功能:一是带动伺服电机调节待测玩具位置，二是调节标准音源上的语音输出频率。在控制触摸屏中，设置初始化按钮，确保待测玩具每次测试前都回到距离标准音源5 cm处，可计算待测玩具的运行距离；设置运行按钮，控制待测玩具匀速在2组定位传感器之间缓慢移动；设置频率按钮，可切换成控制标准音源的输出频率，并通过上方向键及下方向键分别调整频率；设置有2个LED显示框，分别显示待测玩具位置信息和标准音源的频率信息。控制触摸屏的按键及显示信息如图3所示。

图3 控制触摸屏的按键及显示信息

2.4 测试标准件模块

噪声测试中需要2个实验标准件、标准音源和声压测试装置[8]。标准音源是符合EN50332-1所定义的模拟程序噪声的宽频喇叭，能且仅能输出200 Hz到4 000 Hz频率范围之间的声音。声压测试装置是满足玩具安全标准要求，可测量A计权等效声压级LAeq及C计权峰值声压级LCpeak的仪器设备。2个标准件均需通过官方计量机构的校准方可使用。

3 语音玩具噪声测试的实现

语音玩具噪声测试过程中会使用到2个测试玩具：一个是放置在语音输入部分接收标准音源的声音信号，定义为一号待测玩具；另一个是防止在语音输出部分发出声音让声压测试装置捕捉声音并完成噪声测试，定义为二号待测玩具。

3.1 安装玩具满足测试条件

按照装配程序分别拆开一号待测玩具和二号待测玩具，找到语音信号转换成电讯号后的传输电线，从中剪断并做好标记，并通过预设电缆互相连接，确保一号待测玩具接收的语音信号能在二号测试玩具中发出声音，此时待测玩具功能正常。

一号待测玩具安装时应调节安装杆及垂直支撑架，确保玩具的话筒收音口与测试位置横杆在X轴方向上对齐，并正对标准音源的喇叭出口。二号待测玩具安装时应调节位置确保玩具正对声压测试装置的麦克风。

3.2 预测试找出最大声压位置

预测试时首先应当初始化，点击控制触摸屏上的初始化按钮，噪声测试房外玩具定位模块上的平移安装架带着一号待测玩具沿X轴方向左右移动，最终一号待测玩具停在距离标准音源5 cm处。

接着确定位置信息，开启标准音源的声音，固定一个输出频率，点击运行按钮，此时一号玩具将以1 mm/s的速度从距离标准音源5 cm处缓慢移动到距离标准音源50 cm处；同时记录声压测试装置显示的二号待测玩具声压曲线，找出最大声音时一号待测玩具的位置信息；将平移安装架固定在该位置。

最后确定频率信息，一号待测玩具位置固定后，点击频率增加按钮，让标准音源以每次增加5 dB的幅度从200 Hz逐步增加，同时记录声压测试装置的声压曲线，当二号待测玩具的输出声音不再增加时，记录此时的标准音源频率。

3.3 完成噪声测试记录测试结果

在进行噪声测试前，首先确认一号待测玩具位置信息及标准音源频率信息是预测试选出的结果，然后按照玩具安全标准测试要求，开始语音玩具的噪声测试。声压测试装置记录下二号玩具发出声音的A计权等效声压级LAeq及C计权峰值声压级LCpeak。当语音玩具的A计权等效声压级LAeq，风险类别1不超过80 dB，风险类别2不超过85 dB，风险类别3不超过90 dB，同时C计权峰值声压级LCpeak不超过110 dB，则表明语音玩具符合质量安全标准的要求，噪声测试合格[8]。如果有一项超标，则表明待测玩具不符合质量安全标准的要求，噪声测试不合格。

4 测试系统的特性分析

测试系统结构设计合理，通过内外设置待测玩具杜绝了环境因素的影响，大幅提高噪声测试的准确性；测试系统自动化程度高，可视化视窗操作简便，测试过程简单易学，测试员易于掌握测试要领，可大大提升测试效率；测试系统减少了1名测试员，单人即可完成语音玩具噪声测试，大大降低了测试成本，提升了实验室的经济效益。

5 结束语

设计了一套语音玩具噪声测试系统。该系统运用PLC控制技术实现自动定位，视频拍摄功能实现实时监控，人机互动技术实现数据存储，解决了语音玩具声音互相干扰，最大声压值位置确定等难题，建立了语音玩具噪声测试的标准化测试步骤，提升了测试的稳定性和准确性。该测试系统在实验室运行后取得了良好的效果，具有较高的推广应用价值。

[1] 韩涛. 噪声类型和噪声敏感性对大学生工作记忆及噪声烦躁的影响[D]. 北京: 北京林业大学, 2015.

[2] 石勇兵, William H M，隋音，等.中国的噪声性听力损害是一个潜在严重的公众健康问题[J]. 中华耳科学杂志, 2016,14(6): 713-718.

[3] 石磊, 张星. 噪声对人体健康影响研究进展[J]. 中国职业医学, 2015,42(2): 225-228.

[4] 吴文丽,白玉.娱乐性噪声对青少年听力影响的调查分析[J].黑龙江医药, 2016,29(5): 983-985.

[5] 胡娟. 不同强度噪音对幼儿行为影响的比较研究[D]. 上海:华东师范大学, 2005.

[6] 方慧. 持续性噪音与间歇性噪音对幼儿行为影响的比较研究[D]. 上海: 华东师范大学, 2007.

[7] 中国国家标准化管理委员会. 玩具完全：第2部分 机械与物理性能: GB6675.2—2014 [S]. 北京：中国标准出版社，2014.

[8] BSI Standards Publication. Safety of toys Part1: Mechanical and physical properties: BS EN71-1: 2014 [S].London,The British Standards Instutution，2014.

[9] 刘斌斌, 潘晓远，邓绍俊，等 欧盟提高声响玩具进口门槛[J]. 中外玩具制造, 2014(4): 94-95.

[10] 张健, 王红美. 吸尘器噪音测试及可视化分析[J]. 自动化应用, 2015(7): 42-44.

[11] 陆大同. 基于PLC的模块化自动生产线设计[J]. 实验室研究与探索, 2016,35(10): 56-59.

[12] 曲家骐, 王季秩. 伺服控制系统中的传感器[M]. 北京: 机械工业出版社, 1998.