声强法测声功率

实验九 声强扫描法测量声功率

一、实验目的

1.掌握声强法测声功率的原理和方法；

二、实验要求

1．正确理解声强法测量声功率标准(GB/T16404.2—1999)的基本原则；

2．掌握Pulse 3560C 声振测量系统的基本功能及使用方法。

三、实验环境

1． 声源（以空载状态的320W 大宇6060T 手电钻为例）

2． B&K Pulse 声振测量系统3560C

3． M6K 通用计算机

4． B&K3599声强探头套件

5． B&K 声学测量软件平台

四、实验内容、步骤

实验内容: 测量手电钻（320W ）空载状态下的声功率。

测量原理、方法：

单位时间内声源所辐射的声能量称为声源的平均声功率，因为声能量是以声速c 0传播的，因此平均声功率可表示为

0W c S ε= (6.1) 其中ε为平均声能量密度，S 为垂直声传播方向的面积；它与声强的关系为： W I S =⋅ (6.2) 因此，它可以通过测量包围该声源封闭面积S 上总的声强来测量声功率。由于声强反映了测量面单位面积上所通过的平均声功率，所以将声强沿曲面的法向分量n I 在整个封闭曲面上进行积分，就可以直接求出声源的声功率W 。即：

n s s

W I SdA I SdA =⋅=⋅⎰⎰⎰⎰ （6.3）

由声功率的定义式（16）可知，采用声强测量法确定声功率时，首先需要确定一个假想的测量面。理论上讲，只要曲面内无其它声源或吸声体，任何曲面都可作为测量面，而且测量面与声源的距离是任意的。图4所示

为常用的三中测量面。

第一种矩形表面最为简单。不仅测

量表面很容易确定，而且平均声强的测

量也很简单，只要将各表面测出的局部

声功率相加即可求出总声功率。

第二种是半球面。这种测量面所需

测点较少，且对于自由场中的无方向性

声源，球面上各点声强相等。根据

ISO3754，采用此测量面时，最少的测量

点数为10。即在三个截面图上各设三个

测点，另一个设在顶部（见图1）。如果

10个测点的声强差别很大，则应增加测

量点数。

第三种是形状同声源相似的测量

面。这种测量面主要用于近场测量，同

时也可用于被测机器的噪声源定位。

图 6.1 三种不同的测量表确定了测量表面以后，即可采用下

述两种方法对测量面法线方向上的声强进行空

间平均，从而求得平均声强。

1.扫描测量法

扫描测量法是将声强探头在适当长的时间

内，沿测量表面反复扫描。见图5。这样可测

得一个表面的空间平均声强，再乘以相应的表

面积就得到该表面的声功率值，最后将各表面

的声功率相加，就可获得总的声功率。

从理论上讲，扫描（技术）是连续空间平

均较好的数学近似，因而测量精度较高。但应注意探头必须以匀速扫描均匀地覆盖被测表面。

图6.2 表面扫描测量法

2.离散点平均测量

这种方法是将所选的测量表面离散化，然后在每部

分测量声强，将每一表面各离散部分所测得的声强值进

行平均，再乘以相应的表面积，即可求出每一表面所发

出的声功率，最后求和，的出总声功率，见图6，实测

中常用绳子或金属丝做成网格，以便在相应的测点上，

将探头精确定位。

与扫描法相比，该法测量精度略低（可通过增加测

点数加以改善），但重复性较好。实际测量中可根据不同

测量要求加以选择。

测量步骤： 1. 打开B&K3599声强探头套件（参见附录），组装好声强探头，并通过专用电缆与

PULSE3560前端输入通道3、4相连。

2. 打开BK 声学测量软件平台，建立一个声强测量模板，在配置管理器中加入声强传声器

对4197，并进行相应的测量设置，点击SET －UP ，在声强测量组插入CPB （FFT ）分析器，并向分析器添加信号组；单击分析仪，在其Setup 界面，设置分析仪属性，选择1/3倍频程分析器，频率范围一般定为100H z ～10KHz ，平均方式可选为线性方式，平均时间选为无限大（扫描时由手动控制），频谱菜单中选中声强谱。

3. 激活测量模板按钮（或按F2键）之后，打开Level Meter 级值计，来检测输入信号当前的大小，选择合适的量程可提高测量信噪比。

4. 在函数管理器中插入所测信号的声强谱函数，双击该函数，可观察到相应的声强谱图（未

测量时无数据）。

5. 探头校准，可用专门的声强校准器进行，如果没有声强校准器，也可用声压校准器分别

校准两个传声器，这时需要拆开声强探头，以便将校准器套在传声器上。校准时打开校准器开关，点击校准大师按钮即可进行。

6. 模板设置及校准完成后，即可按图5所示进行测量，为了方便起见，选择1.2m ×1.2m ×1.2m 的正方箱体，将被测电钻放置在实验室光滑地板上，并处于箱体底面中心位置，然后用声强探头对5个测量表面分别进行扫描测量，每个表面连续扫描测量2次，测量时用探头手柄上的开关控制开始与停止时间，同时记录每个测量面2次测得的声强数据及声强谱图6.3 表面离散点测

量法

图（可在谱图上右击，使用Ctrl+C 拷贝及Ctrl+V 粘贴），由于声强具有方向性，因此扫描过程中要保持探头的方向一致。

7. 声功率级的计算

（1）测量面每个面元的局部声功率的计算

根据下列公式计算每个测量面元每个频带的局部声功率：

i ni i W I S = (6.4)

(1)(2)2ni ni ni I I I ⎡+⎤⎣⎦=

(6.5)

式中 i W —第i 个面元的局部功率；

ni I —第i 个测量面元上测量的面元平均法向分量声强的均值；

i S —第i 个测量面元面积

(1),(2)ni ni I I —i

面元上两次扫描测得的ni I

当i 面元的法向声强级为××dB 时，则按下式计算I ni 的值:

/100(10)ni I I ⨯⨯= (6.6)

当i 面元的法向声强级为－××dB 时，则按下式计算I ni 的值:

/100(10)ni I I ⨯⨯=- ，其中122010/I W m -=

(6.7)

（2）噪声源声功率级的计算

按下式计算每个频带的噪声源声功率级。

0110lg N i W i W L W ==∑ (6.8)

式中 i W —第i 个面元的局部功率；

N —测量面元总数；

0W —基准声功率

如果任意一个频带的1N

i

i W =∑为负值，则本标准给出的方法不能用于该频带。