声强法测声功率
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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。