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淺聊聲功率（續(xù)）

2021-10-22 19:13:05·  來源：海德聲科 HEAD acoustics  
　
通過《淺聊聲功率》一文，我們熟悉了聲功率的定義、基本計(jì)算方法和物理意義。聲功率是一個(gè)獨(dú)立于環(huán)境，只與聲源本身相關(guān)的客觀聲學(xué)參量。工程師可以通過聲功率計(jì)
通過《淺聊聲功率》一文，我們熟悉了聲功率的定義、基本計(jì)算方法和物理意義。聲功率是一個(gè)獨(dú)立于環(huán)境，只與聲源本身相關(guān)的客觀聲學(xué)參量。工程師可以通過聲功率計(jì)算測(cè)量獲取聲源輻射噪聲的大小和特性，同時(shí)也可以結(jié)合聲場(chǎng)環(huán)境與人的主觀感受來綜合評(píng)估聲源、主體人和環(huán)境三者關(guān)系。

這期我們梳理了關(guān)于聲功率測(cè)試的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，主要從聲壓法、聲強(qiáng)法和應(yīng)用場(chǎng)景三方面來描述，重點(diǎn)介紹聲壓法中最常用的反射面工程法和聲強(qiáng)法中的掃描法。



反射面工程法-ISO3744（GBT3767）
該方法運(yùn)用在自由場(chǎng)（室內(nèi)或室外）有反射面的測(cè)量環(huán)境，包括穩(wěn)態(tài)、非穩(wěn)態(tài)、起伏和促發(fā)聲等。理想的測(cè)試環(huán)境是開闊空間或空曠的室外，且環(huán)境背景噪聲的所有頻帶至少低于被測(cè)聲源6dB（最好15dB以上）。反射工程法試驗(yàn)和計(jì)算流程如下：


定義基準(zhǔn)體：為便于選擇測(cè)量面的形狀和尺寸，應(yīng)確立基準(zhǔn)體，一個(gè)包圍了被測(cè)聲源的最小平行六面體，同時(shí)定義基準(zhǔn)體和反射面組成的坐標(biāo)系，并根據(jù)反射面與基準(zhǔn)體尺寸計(jì)算聲源尺寸
。




選擇測(cè)量面：測(cè)量面是包絡(luò)基準(zhǔn)體、并終止于反射面、面積為S的假想平面，用來定位傳聲器并測(cè)量聲壓級(jí)。測(cè)量面應(yīng)為下列4種形狀之一：
  1. 半徑為r的半球或1/4球，并規(guī)定了傳聲器的具體位置，詳細(xì)參見ISO3744-附錄B；
  2. 與基準(zhǔn)體平行的六面體，每條邊與對(duì)應(yīng)基準(zhǔn)體的邊之間距離為d，詳細(xì)參見ISO3744-附錄C；
  3. 直徑為2R，高度為h的圓柱體、半圓柱體或1/4圓柱體，詳細(xì)參見ISO3744-附錄D；
  4. 兩部分的結(jié)合體，每一部分可以是半球、矩形或圓柱。
時(shí)間平均聲壓級(jí)計(jì)算:



根據(jù)傳聲器位置在測(cè)量表面分布情況，分兩種計(jì)算方式：
  1. 均勻分布時(shí)



b. 不均勻分布時(shí)



其中
和
分別為各測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)測(cè)量面面積和總測(cè)量面積。
背景噪聲修正K1：



為測(cè)試音和背景噪聲聲壓級(jí)之差（確認(rèn)測(cè)點(diǎn)分布是否均勻）：
  1. 若
，則K1=0
  1. 若
，則

  1. 若
，則K1=1.3dB
環(huán)境影響修正K2兩種估算方法：
  1. 根據(jù)參考聲源絕對(duì)比較法



指未經(jīng)環(huán)境修正的標(biāo)準(zhǔn)聲源聲功率，
指測(cè)試氣象條件下的標(biāo)準(zhǔn)聲功率級(jí)。
b. 通過房間吸聲確認(rèn)環(huán)境修正


S表示測(cè)量面的面積，A表示房間等效吸聲面積。
（等效吸聲面積A可以用A計(jì)權(quán)近似法、混響時(shí)間法、雙表面法，詳細(xì)參照ISO3744-附錄A。）

聲功率級(jí)計(jì)算



表示測(cè)量面面積，
=1參考面積。
在ArtemiS SUITE中可以快速設(shè)置各種標(biāo)準(zhǔn)和參數(shù)，并一鍵計(jì)算，大大提高工程師的效率：



聲強(qiáng)掃描法-9614-2（GBT16404.2）
該方法用聲強(qiáng)探頭沿聲源封閉包絡(luò)面的規(guī)定路線連續(xù)移動(dòng)，以對(duì)測(cè)量面的法向聲強(qiáng)進(jìn)行測(cè)量為基礎(chǔ)，將聲強(qiáng)與對(duì)應(yīng)的面元矢量在整個(gè)包絡(luò)面進(jìn)行積分就能直接得到聲功率。相比于離散點(diǎn)法，掃描法能獲得包絡(luò)面更完整的聲強(qiáng)分布信息，但對(duì)于掃描的路徑和速度有一些基本要求。



定義測(cè)量面
  1. 至少定義四個(gè)測(cè)量面元（除反射面外，反射面混響吸聲系數(shù)小于0.06）；
  2. 測(cè)量表面上所有位置的最大時(shí)間平均風(fēng)速或氣流速度低于4m/s；
  3. 每個(gè)面元應(yīng)考慮極容易又方便地按照恒定的速度和均勻的線密度進(jìn)行掃描并保持探頭始終與測(cè)量面元垂直。



測(cè)量面掃描過程
  1. 掃描密度為相鄰掃描線平均間隔的倒數(shù)；
  2. 每單個(gè)面元上任何一次掃描的持續(xù)時(shí)間不應(yīng)小于20s；
  3. 用探頭測(cè)得聲源系統(tǒng)產(chǎn)生的外部聲強(qiáng)級(jí)至少比測(cè)量面低20dB；
  4. 手動(dòng)掃面速度應(yīng)在0.1-0.5m/s范圍內(nèi)，機(jī)械掃描速度在0-1m/s內(nèi)；



聲功率計(jì)算
  1. 面元局部聲功率計(jì)算



表示第i個(gè)面元的局部聲功率，
表示第i個(gè)測(cè)量面平均法向聲強(qiáng)均值，
表示第i個(gè)面元面積，
表示i面元上兩次掃描測(cè)得聲強(qiáng)值
。

b. 噪聲源聲功率級(jí)計(jì)算



表示測(cè)量面元總數(shù)，
表示第i個(gè)面元局部聲功率，
表示基準(zhǔn)聲功率（=10^-12W）。
在ArtemiS SUITE中集成了聲強(qiáng)的離散點(diǎn)法和掃描法，流程化的測(cè)試分析讓工程師試驗(yàn)和分析得心應(yīng)手：



應(yīng)用場(chǎng)景
聲強(qiáng)法：不需要特定環(huán)境且靈活性強(qiáng)，試驗(yàn)受聲場(chǎng)與背景噪聲干擾較小，對(duì)測(cè)量表面形狀要求不高且在近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)可直接得到結(jié)果，但測(cè)試時(shí)會(huì)受流場(chǎng)壓力脈動(dòng)的干擾（如風(fēng)扇氣流等）。
聲壓法：計(jì)算方法成熟，對(duì)流場(chǎng)壓力脈動(dòng)的干擾不敏感，測(cè)試成本較低，但需要特定聲學(xué)環(huán)境，對(duì)背景噪聲要求較高。
各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比也可參見下表。

 
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