聲學标準解讀(dú)：4 聲功率測量--測量面和(hé)測點數對結果的(de)影響

輻射噪聲的(de)機器(qì)、設備或者儀器(qì)，會(huì)對我們的(de)生活、工(gōng)作環境以及聽覺産生影響，因此在許多法規中需要對設備的(de)噪聲輻射進行(xíng)标示，聲功率是最優選和(hé)常用(yòng)的(de)聲源标示量。因此，噪聲源聲功率的(de)準确測量就顯得尤其重要。

聲功率的(de)聲壓法測量，通過在一個(gè)包絡面上(shàng)測量聲壓，由面上(shàng)平均聲壓級和(hé)測量面的(de)面積計(jì)算得到(dào)聲功率級。自由場(chǎng)條件(jiàn)下的(de)ISO标準有(yǒu)ISO3745規定的(de)自由場(chǎng)法，ISO3744和(hé)ISO3746規定的(de)近似自由場(chǎng)法。

雖然聲功率的(de)測量已經标準化，但(dàn)同一噪聲源采用(yòng)不同的(de)測量方法的(de)測量結果将不一樣，标準中采用(yòng)dB表示的(de)測量不确定度來表示，而影響測量不确定度的(de)兩個(gè)重要因素是測量面和(hé)測點數量。我們以ISO3744和(hé)3746爲例，采用(yòng)理(lǐ)想的(de)點聲源，分(fēn)析比較直平行(xíng)六面體、柱面、半球面3種測量表面，不同測點數量，指向性聲源和(hé)無指向性聲源，以及不同測量頻帶寬度(1/1，1/3，1/12，1/24倍頻程以及FFT)，對聲功率測量結果的(de)影響。

2.1 被測聲源

無指向性聲源：标準的(de)點聲源

指向性聲源：采用(yòng)标準點聲源，偏離(lí)測量中心1m放(fàng)置，模拟非對稱指向性。

聲源安置于反射地(dì)面上(shàng)。

2.2 測點數量

2.2.1 測點布置規則

半球測量面：

采用(yòng)半球測量面時，在ISO3744中規定的(de)測點數量爲10個(gè)基本測點和(hé)10個(gè)附加測點。根據聲源是否輻射可(kě)辨識的(de)單頻噪聲，測點位置分(fēn)布選擇标準中的(de)全類型噪聲測點布置或者寬頻噪聲測點布置。

采用(yòng)半球測量面時，在ISO3746中規定了4個(gè)基本測點和(hé)4個(gè)附加測點。

不同情況下測點的(de)位置坐标在标準中都(dōu)列表給出。

直平行(xíng)六面體測量面：

采用(yòng)直平行(xíng)六面體測量面時，測點數量與聲源的(de)尺寸、測量距離(lí)以及測點網格類型有(yǒu)關。在ISO3744中給出了不同的(de)組合。對于最小(xiǎo)的(de)聲源尺寸，采用(yòng)矩形網格時，最小(xiǎo)測點數量爲9個(gè)，加上(shàng)附加測點可(kě)增加到(dào)19個(gè)和(hé)29個(gè)測點；采用(yòng)三角形網格時，最小(xiǎo)測點數量爲10個(gè)，加上(shàng)附加測點可(kě)增加到(dào)20個(gè)和(hé)40個(gè)測點。

ISO3746中測點确定的(de)規則和(hé)數量與ISO3744中的(de)規定類似，對于簡單的(de)小(xiǎo)聲源，最少(shǎo)可(kě)采用(yòng)5個(gè)測點。

圓柱測量面：

圓柱測量面隻在ISO3744中作了規定，至少(shǎo)采用(yòng)6個(gè)測點，其中4個(gè)位于側面，2個(gè)位于圓柱的(de)頂面。

  2.2.2 分(fēn)析采用(yòng)的(de)測點布置

無指向性點聲源

ISO3744：

半球測量面：10個(gè)測點

ISO3746：

半球測量面：4個(gè)測點

非對稱點聲源

ISO3744：

半球測量面：10個(gè)測點、20個(gè)測點

ISO3746：

半球測量面：4個(gè)測點、8個(gè)測點

2.2.3 測量面尺寸和(hé)源強條件(jiàn)

半球測量面的(de)半徑設定爲2m，理(lǐ)論上(shàng)在該位置處的(de)聲壓級爲85dB。其它測量面爲外接半球面的(de)表面。

直平行(xíng)六面體的(de)尺寸爲長4m×寬4m×高(gāo)2m;

圓柱形測量表面爲半徑2m，高(gāo)度2m。

由于測試在半消聲室中進行(xíng)，因此修正值K1和(hé)K2可(kě)以設定爲0，對半球測量面公式中的(de)面積修正量項的(de)計(jì)算結果爲14.002dB，根據設定的(de)聲壓級Lp=85dB，可(kě)以得到(dào)聲功率級的(de)理(lǐ)論值爲Lw=99.002dB。

對于直平行(xíng)六面體測量面和(hé)圓柱形測量面，各個(gè)測點的(de)聲壓級不再是85dB

不同測量表面和(hé)測點數量條件(jiàn)下不确定度的(de)貢獻量計(jì)算按照(zhào)ISO3744附錄H中的(de)公式計(jì)算，計(jì)算中的(de)測量範圍設定爲Δr=0.05m。計(jì)算結果列于下表中，其中u_mic爲測點數量的(de)不确定度貢獻，表中“差值”爲相(xiàng)對于半球面測量面的(de)聲功率結果的(de)差值，“指向性變化範圍”是指用(yòng)dB表示的(de)某一測量面的(de)最大(dà)和(hé)最小(xiǎo)表觀指向性指數的(de)差值。

采用(yòng)B&K的(de)Type 4204标準聲源作爲點聲源，在消聲室内進行(xíng)測量，測量的(de)分(fēn)析帶寬分(fēn)别采用(yòng)FFT以及1/1，1/3，1/12，1/24倍頻程。

在采用(yòng)ISO3744測量時，最大(dà)的(de)聲功率級誤差出現在圓柱形測量面和(hé)半球面之間。因此，在沒有(yǒu)特殊限制(zhì)的(de)條件(jiàn)下，應優先選擇半球測量面，雖然半球測量面的(de)不确定度要稍稍偏高(gāo)。

不同測量面的(de)不确定度的(de)貢獻差異在0.11dB到(dào)0.17dB之間，而不同傳聲器(qì)測點數量之間的(de)不确定度在0.30dB到(dào)1.00dB之間，明(míng)顯大(dà)于測量面對不确定度的(de)影響。

指向性變化範圍是一個(gè)可(kě)以用(yòng)來确定基本傳聲器(qì)測點數量的(de)參量，基本測點的(de)數量必須要大(dà)于指向性變化範圍的(de)值時，基本測點的(de)數量才能(néng)滿足要求，否則應該增加測點的(de)數量。