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1、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/T16404.21999)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3560C3 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c0传播的，因此平均声功率可
2、表示为 (6.1)其中为平均声能量密度，S为垂直声传播方向的面积；它与声强的关系为： (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。即： （6.3）图6.1 三种不同的测量表面由声功率的定义式（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
3、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。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
4、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。图6.2 表面扫描测量法从理论上讲，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6.3 表面离散点测量法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
5、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SETUP，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100Hz10KHz，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
6、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1.2m1.2m1.2m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
7、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（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： (6.4) (6.5)式中 第i个面元的局部功率； 第i个测量面元上测量的面元平均法向分量声强的均值； 第i个测量面元面积i面元上两次扫描测得的当i面元的法向声强级为dB时，则按下式计算Ini的值: (6.6)当i面元的法向声强
8、级为dB时，则按下式计算Ini的值: ，其中 (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。 (6.8)式中 第i个面元的局部功率； 测量面元总数； 基准声功率如果任意一个频带的为负值，则本标准给出的方法不能用于该频带。（3）噪声源声功率总级的计算 计算出频带声功率级后，可按公式（5.5）计算总声功率级。五、实验报告要求及记录格式1.按1/3倍频程给出各测量面的法向声强平均值。2.按1/3倍频程给画出声功率与频率的关系图，计算声功率总级值。六、实验注意事项1扫描测量时，要保持探头在一个水平面上，扫描速度均匀,方向一致；2在扫描各个测量面的过程中，不要碰撞声源连线，保证声源稳定。七、讨论思考题声强法测量声功率有什么优点？测量准确度如何？试和其他两种方法比较。
