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原创 声强法测试声功率

发表时间:2021-02-21 08:43作者:南京宁韵

声功率测试方法可知,如果要用声压法精确的测量噪声源的声功率,就需要借助专门的声学实验室。理论上,在任何情况下、任意形状声源(或功率吸收源)辐射(或耗散)的声功率都能用声强技术精确的测定。只要封闭曲面唯一包围被测声源(或功率吸收源),测量结果就与曲面的形状和大小选择无关,同时与曲面外是否有其他噪声源存在也无关。因此应用声强技术有两个优点首先是不需要使用消声室或混响室等的声学设施;其次在多个声源辐射叠加声场中能区分不同声源的辐射功率。即声强技术能用于测量现场条件下各种实际噪声源的辐射功率。介绍声强法测试声功率的标准方法。


1. 声强测试声功率理论

由声功率和声强的关系式,声功率与声强之间的关系为:

声强测试                                             

同时,对于声源稳定的辐射声波时,可推导出室内某点的声压级Lp与该声源声功率级Lw之间的关系为:

声强测试

同时,由于声压级Lp应该是进行过背景噪声修正后的声压级,因此由声压法测试声功率的计算公式为:

声强测试

因此对比以上两式可发现,由声强法和声压法测试声功率,都是针对一个包络面开展;声功率的大小不但与测试时包络面的声压和声强有关,还与包络面的面积有关。但相比声压法,声强法测试时,不需要进行背景和环境修正。因为从理论上,只要声源本身不吸声,那么背景噪声和因环境引起的反射声,会从扫描的某个面进入,又会从某个面出去,使得总的声强贡献为零。


2. 声强测试声功率标准中的一些判据

但实际上测试中,声强测试的主要误差包括,首先是声强本身测试的一些误差;同时声功率流测量精度还与测量曲面的形状和大小(即测点与声源距离)、声源和声场性质、环境噪声的强弱、采样时间的长短等多种因素有关。当然实际测试时,应尽可能减小背景噪声,特别是当存在背景噪声时,被测声源不能有吸声,否则外部声强会被被测声源吸收,从而导致声功率测试结果降低。在这种情况下应该关闭被测声源,测量出外部声源引起的误差。

应用声强技术测量声源辐射声功率流的方法有两种:定点式测量方法和扫描式测量方法。它们的测试标准为国标GB/T 16404,这些标准应用声强测试时,还是引入了一些判据,只有当这些判据满足要求时,才可以保证声强测试声功率的准确性,下面分别介绍。

A. 声强仪声压残余声强指数δPI0

理论上,当声强探头放在声场中,其轴线沿着声强为0的方向时,测出来的声强级为0;但实际上由于声强探头相位失配,使得测量的声强不为0.因此定义此时的声压级Lp与声强级LIn之间的差值为声压残余声强指数。因此对于声强仪来说,该差值越大,说明声强仪相位失配越小,精度越高。该指标需要声强仪送至实验室检定。表1JJG 992-2004 《声强测量仪》对声压-残余声强指数的要求。

1 JJG 992-2004 《声强测量仪》对声压-残余声强指数的要求

频率

50

63

80

100

125

160

200

250

315

400

500

1

12

13

14

15

16

17

18

19

19

19

19

2

6

7

8

9

10

11

12

13

14

14.5

15

频率

630

800

1000

1250

1600

2000

2500

3150

4000

5000

6300

1

19

19

19

19

19

19

19

19

19

19

19

2

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

B. 声强动态能力指数Ld

声强动态能力指数                                                 

式中:K为偏差因子;对于精密和工程级K10,对于简易级K7

C. 声场随时间变化指示值F1

由于声强测试时,要么是逐点测试,要么是对每个面进行扫描;不可能做到同步,因此这要求声源辐射是稳态的。F1就是判断声场是否稳态的一个依据:

声强声功率测试                                     

式中:Ink为短时间(8~12s)或周期整数倍信号。声强声功率测试 Ink的算数平均值,M一般取10

如果F1≤0.6,则可认为声场是稳态的。如果是由外部声场变化导致F1>0.6,则应该采取措施降低外来声强的时间变化特性。

D. 测量表面的声压-声强指示值F2

声强判据                                             

式中:035.png为测量面的平均声压级,036.png为测量面不加符号的法向声强级。

声强判据

对于主要由声源所产生的声场而言,F2实际上就是K2。声强测试要求Ld>F2


E. 声功率负部指示值F3

声强判据                     

式中:声强判据 为测量面加符号的法向声强级。

如果声场主要由声源引起,一般情况下,直达声贡献总是比反射声要大的,这时F2等于F3。但是如果声场主要由外部声场引起,则在某些频段可能会使039.png为负值,这说明在该频段测试条件不满足测试要求。因此总是有F2F3,所以如果还满足Ld>F3,则测试会更保险。另外,如果声场满足:

声强判据                                                   

这表明外部声场对测试声场的影响可以满足测试要求。

F. 声场空间非均匀性指示值F4

声强判据                                       

指标F4主要反应声源空间的不均匀性,即类似声源的指向性。与声压法测试类似,如果F4较大,则需要增加测点,这主要是离散法测试时需要的一个判据。


3. 声强法测试声功率标准

2 声强法测试声功率


GB/T 16404

GB/T 16404.2

GB/T 16404.3

测试方法

离散点

扫描

扫描

精度

精密、工程、简易

工程或简易级

精密级

测点数量扫描速度

每平米至少1个,至少10个,且

0.1~0.5m/s,任一面元≥20s。恒定速度。

FS(F4)≤0.6

0.83≤FS(1)/FS(2)≤1.2

最大面元/最小面元≤1.5

TS=NS FT

测点距离

0.5m

200mm

250mm

声场时域特性

F1≤0.6


FT(F1)≤0.6

测试仪器选择

Ld>F2

Ld >FPI(F3)

Ld >FPI(F3)

外部声场

F3-F2≤3dB

F+-(F3-F2)≤3dB

(FPI-FP|I|)(F3-F2)≤3dB

重复性检查


|LWi(1)-LWi(2)|σ

|LIn(1)-LIn(2)|s/2


4、 声强测试声功率实际应用

声强法测试声功率首先就是按照测试设备的尺寸和现场情况,确定测量的包络面。当采用离散点法测试时,就需要将各个测点事先采用特定的方式确定好,下图为针对一个典型的柴油机开展声强离散点测试时的包络面和测点(图中红点),需要注意的是,采用离散法虽然耗时较高,但它可以在开展声功率测量的同时,得到设备各个面的声源分布情况。

声强测试

而如果采用扫描法时,则需要将各个扫描面确定好,下图为一个典型的采用声强扫描法测试的情况。

声强测试

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