计量学基础声学计量

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1、计量学计量学基础基础教学课件教学课件精思国计，细量民生第十四章第十四章 声学计量声学计量 声学是研究弹性媒质中声波的产生、传播、接收、效应及其应用的科学。 声学计量是声学的重要组成部分，也是声学的基础。声学计量包括声学计量包括: 空气声计量空气声计量 超声计量超声计量 水声计量水声计量 精思国计，细量民生第一节第一节 声学计量的基本概念声学计量的基本概念一、几个基本声学量一、几个基本声学量 1.1.声压（声压（p p）：在有声波时，介质中的压力与）：在有声波时，介质中的压力与静压的差值，单位为静压的差值，单位为PaPa。 2. 2.质点振速（质点振速（u u）：因声波通过而引起的媒质）：因声波

2、通过而引起的媒质中质点相对于其平衡位置的振动速度。单位为中质点相对于其平衡位置的振动速度。单位为m/sm/s精思国计，细量民生第一节第一节 声学计量的基本概念声学计量的基本概念3.3.声强（声强（I I）：声场某点处，在单位时间内从质点振）：声场某点处，在单位时间内从质点振速方向垂直的单位面积上通过的声能，单位：速方向垂直的单位面积上通过的声能，单位：W/mW/m I I( (t t)=)=p p( (t t) )u u( (t t) )4.4.声功率（声功率（W W）: :单位时间内通过某一面积的声能。单位时间内通过某一面积的声能。单位为单位为W W。5.5.声阻抗（声阻抗（ZaZa）: :

3、在波阵面一定面积上的声压通过该在波阵面一定面积上的声压通过该面积的体积速度比。单位为面积的体积速度比。单位为精思国计，细量民生第一节第一节 声学计量的基本概念声学计量的基本概念二二二二、声学量的分贝表示、声学量的分贝表示1.1.声压级的定义及其基准声压级的定义及其基准值值 声场中某点的声压级声场中某点的声压级可表示为：可表示为： 2.2.声强级的定义声强级的定义精思国计，细量民生第一节第一节 声学计量的基本概念声学计量的基本概念一、标准传声器的计量一、标准传声器的计量 1. 1. 标准传声器标准传声器传声器分类：传声器分类：工作基准传声器：用作复现和保存声学计量单工作基准传声器：用作复现和保存

4、声学计量单位的基准器。位的基准器。计量标准传声器：用作二次校准。计量标准传声器：用作二次校准。工作级传声器：用于各种目的的空气声学计量。工作级传声器：用于各种目的的空气声学计量。精思国计，细量民生第二节第二节 空气声计量空气声计量. .耦合腔互易法检定耦合腔互易法检定（）三传声器法传声器的声压灵敏度检定通常采（）三传声器法传声器的声压灵敏度检定通常采用三传声器法，三只传声器中必须有两个是互易的用三传声器法，三只传声器中必须有两个是互易的原理如图原理如图精思国计，细量民生第二节第二节 空气声计量空气声计量（）辅助声源法用两只传声器，其中必须有一（）辅助声源法用两只传声器，其中必须有一只是互易的。

5、用耦合腔将两只传声器耦合，求得只是互易的。用耦合腔将两只传声器耦合，求得它们的声压灵敏度乘积，可以推导出每一个传声它们的声压灵敏度乘积，可以推导出每一个传声器的灵敏度。器的灵敏度。. .自由场互易法检定自由场互易法检定 (1)(1)三传声器法三传声器法 (2)(2)辅助声源法辅助声源法精思国计，细量民生第二节第二节 空气声计量空气声计量二、测试传声器的计量二、测试传声器的计量. .测试传声器测试传声器 (1) (1)工作原理：通过改变两极板间距离改变电容量，工作原理：通过改变两极板间距离改变电容量，极板随声压变化运动输出交流电压信号。信号的波形极板随声压变化运动输出交流电压信号。信号的波形和强

6、度与被测声压波形和强度成正比。和强度与被测声压波形和强度成正比。 (2) (2)测试传声器的分类：自由场传声器、压力场传测试传声器的分类：自由场传声器、压力场传声器、无规则入射传声器。声器、无规则入射传声器。 (3) (3)测试传声器的特征参数：灵敏度、修正值测试传声器的特征参数：灵敏度、修正值K K、频率响应指向性等频率响应指向性等。精思国计，细量民生第二节第二节 空气声计量空气声计量2 2.声校准器法校准声校准器法校准(1)(1)校准装置：声校准器、校准装置：声校准器、前置放大器、交流数字前置放大器、交流数字电压表及配套气压计和电压表及配套气压计和温度计温度计(2)(2)校准方法：被测传声

7、器校准方法：被测传声器与声校准器的腔紧密耦与声校准器的腔紧密耦合，使其参考轴在水平合，使其参考轴在水平或在度角的位置，或在度角的位置，在规定的稳定时间后从在规定的稳定时间后从表头采集升压级数据并表头采集升压级数据并记录，重复数次求平均记录，重复数次求平均值。值。精思国计，细量民生第二节第二节 空气声计量空气声计量.自由场替代法校准自由场替代法校准（1 1）校准装置：校准器、）校准装置：校准器、前置放大器、交流数字前置放大器、交流数字电压表、标准传声器、电压表、标准传声器、声频信号发生器和自由声频信号发生器和自由声场。如图所示声场。如图所示（2 2）校准方法：传声器的开路自由场灵敏度的校准校准方

8、法：传声器的开路自由场灵敏度的校准是在消声室内采用自由场替代法进行校准是在消声室内采用自由场替代法进行校准。精思国计，细量民生第二节第二节 空气声计量空气声计量1.声校准器的检定声校准器的检定(1)检定装置检定装置:标准传声器：开路声压灵敏度级的校准不确标准传声器：开路声压灵敏度级的校准不确定度应不大于定度应不大于0.05dB。测量放大器：在检定期内稳定度应优于测量放大器：在检定期内稳定度应优于0.02dB, 对于所需频率谐波失真应小于对于所需频率谐波失真应小于0.1%。精思国计，细量民生三、空气声计量器具的检定三、空气声计量器具的检定第二节第二节 空气声计量空气声计量精密衰减器：在使用量程范

9、围内不确定度应精密衰减器：在使用量程范围内不确定度应不大于不大于0.01dB0.01dB。交流电压表：不确定度应不大于交流电压表：不确定度应不大于0.5%0.5%。正弦信号发生器：在检定期内稳定度优于正弦信号发生器：在检定期内稳定度优于0.05dB0.05dB，谐波失真应小于，谐波失真应小于0.1%0.1%，信噪比应，信噪比应大于大于60dB60dB。 (2) (2) 检定方法：声压级的检定、频率的检检定方法：声压级的检定、频率的检定、谐波失真的检定定、谐波失真的检定。精思国计，细量民生第二节第二节 空气声计量空气声计量2. 2.声级计的检定声级计的检定(1)(1)声级计：能对声音作出声级计：

10、能对声音作出反应的仪器反应的仪器(2)(2)声级计的检定方法声级计的检定方法声性能检定（原理如图）声性能检定（原理如图）性能检定性能检定精思国计，细量民生第二节第二节 空气声计量空气声计量3.标准噪声源的检定标准噪声源的检定 标准噪声源：是一种具有稳定声输出和宽标准噪声源：是一种具有稳定声输出和宽带频谱特性的声源。带频谱特性的声源。 检定方法：半消声法、混响室法。检定方法：半消声法、混响室法。精思国计，细量民生第二节第二节 空气声计量空气声计量4 4. 噪声剂量计的检定噪声剂量计的检定噪声剂量计：一种特殊的积分声级计。噪声剂量计：一种特殊的积分声级计。检定方法：对绝对灵敏度的检定、频率计权检定

11、方法：对绝对灵敏度的检定、频率计权特性特性 的检定、固有噪声的检定、检波特的检定、固有噪声的检定、检波特性的检定、积分器特性的检定。性的检定、积分器特性的检定。精思国计，细量民生第二节第二节 空气声计量空气声计量1 1.噪声声压级测量噪声声压级测量（1 1）测量的选择测量的选择（2 2）读数记录方法：）读数记录方法：稳态（似稳态）噪声：用声级计慢档计量稳态（似稳态）噪声：用声级计慢档计量离散的冲击声：用脉冲声级计读取脉冲离散的冲击声：用脉冲声级计读取脉冲运载工具通过时的噪声：用声级计快档计量，读运载工具通过时的噪声：用声级计快档计量，读取最大值。取最大值。无规则变动噪声：用声级计慢档计量无规则

12、变动噪声：用声级计慢档计量四、噪声测量四、噪声测量精思国计，细量民生第二节第二节 空气声计量空气声计量（3 3）外界因素的影响）外界因素的影响2 2. 噪声声功率级测量噪声声功率级测量（1）半消声室中的精密测量方法）半消声室中的精密测量方法（2）混响室中的精密方法）混响室中的精密方法（3）声功率级测量的工程法）声功率级测量的工程法（4）声强测量方法）声强测量方法精思国计，细量民生第二节第二节 空气声计量空气声计量1.超声水听器超声水听器2.超声水听器的绝对法测量超声水听器的绝对法测量3.激光干涉法测量激光干涉法测量一、超声水听器测量一、超声水听器测量精思国计，细量民生第三节第三节 超声计量超声

13、计量二、超声功率测量二、超声功率测量1.超声功率计量器具的移定超声功率计量器具的移定（1 1）毫瓦级超声功率的检定：通常根据辐射力）毫瓦级超声功率的检定：通常根据辐射力原理进行检定。原理进行检定。（2 2）瓦级超声功率计的检定：辐射压力或声光）瓦级超声功率计的检定：辐射压力或声光法进行检定法进行检定精思国计，细量民生第三节第三节 超声计量超声计量2. 2.超声功率测量方法超声功率测量方法(1)(1)辐射力法辐射力法 测定界面上测定界面上产生辐射压力产生辐射压力, ,其值等其值等于等于界面两边声能的于等于界面两边声能的密度差。原理如图。密度差。原理如图。精思国计，细量民生第三节第三节 超声计量超

14、声计量(2)(2)量热法量热法 通过测定温度升高或体积变化，从而测定超通过测定温度升高或体积变化，从而测定超声波功率或声强。原理如图。声波功率或声强。原理如图。精思国计，细量民生第三节第三节 超声计量超声计量(3)(3)电测法电测法 通过测量超声转能器在媒质中的辐射通过测量超声转能器在媒质中的辐射电导并经计算求得。电导并经计算求得。(4)(4)声光法声光法 通过观测超声衍射光栅对光束产生的通过观测超声衍射光栅对光束产生的光辐射因素，就能检测到超声束的声功率。光辐射因素，就能检测到超声束的声功率。精思国计，细量民生第三节第三节 超声计量超声计量三、超声场及媒介声速的测量三、超声场及媒介声速的测量

15、1.1.超声场测量超声场测量(1)(1)空间峰值参数测量空间峰值参数测量(2)(2)空间平均参数测量空间平均参数测量2. 2. 媒质声速的测量媒质声速的测量直接法直接法间接法间接法精思国计，细量民生第三节第三节 超声计量超声计量1.1.天然水域天然水域(1)(1)水域的空间水域的空间(2)(2)水域内环境噪声要求水域内环境噪声要求(3)(3)其他条件的要求其他条件的要求2.2.人工水池人工水池全消声型全消声型封闭型封闭型 所选水池的长度要与测所选水池的长度要与测量的声信号的波长成正量的声信号的波长成正比比一、声场设施一、声场设施精思国计，细量民生第四节第四节 水声计量水声计量二、水声标准器二、

16、水声标准器1.1.标准水听器的类型标准水听器的类型(1)RHS-2(1)RHS-2型标准水听器型标准水听器(2)R&K8104(2)R&K8104型标准水听器型标准水听器(3)RHAL-1(3)RHAL-1型标准水听器型标准水听器2.2.测量用水声发射器测量用水声发射器用于水中产生所需声信号的发射转能器用于水中产生所需声信号的发射转能器组成组成: :标准发射器、互易转能器和一般辅助发标准发射器、互易转能器和一般辅助发射器射器精思国计，细量民生第四节第四节 水声计量水声计量3 3振速水听器振速水听器( (声压梯度水听器声压梯度水听器) )用于测量质点振速和水声声压梯度用于测量质点振速和水声声压梯

17、度特征特征: :显显“8 8”字形、字形、“余弦余弦”形或形或“偶极子偶极子”形形精思国计，细量民生第四节第四节 水声计量水声计量三、水声标准器计量三、水声标准器计量1.1.互易法计量互易法计量自由场互易法自由场互易法耦合腔互易法计量耦合腔互易法计量行波管互易法计量行波管互易法计量2.2.物理参数法计量物理参数法计量振动液柱法计量振动液柱法计量压电补偿法计量压电补偿法计量静水压激励法计量静水压激励法计量精思国计，细量民生第四节第四节 水声计量水声计量3. 3.比较法计量比较法计量自由场中的比较法自由场中的比较法计量计量声压场中的比较法声压场中的比较法计量计量4. 4.振速水听器计量振速水听器计

18、量球面波自由场法计球面波自由场法计量量振动液柱法计量振动液柱法计量驻波场法计量驻波场法计量精思国计，细量民生第四节第四节 水声计量水声计量四、水声换能器电气参数计量四、水声换能器电气参数计量1.1.换能器阻抗特性的测量换能器阻抗特性的测量 (1) (1)换能器阻抗特性换能器阻抗特性 (2) (2)小信号激励下的阻抗测量小信号激励下的阻抗测量 (3) (3)大信号激励下的阻抗测量大信号激励下的阻抗测量精思国计，细量民生第四节第四节 水声计量水声计量2. 2.换能器接收能数的测量换能器接收能数的测量(1)(1)水听器加速度的测量水听器加速度的测量: : (2)(2)水听器相位一致性测量水听器相位一

19、致性测量(3)(3)水听器等效噪声压的测量水听器等效噪声压的测量: :精思国计，细量民生第四节第四节 水声计量水声计量3.3.换能器发射参数测量换能器发射参数测量: :输入、输出功率和电声效率的测量输入、输出功率和电声效率的测量4.4.换能器指向性的测量换能器指向性的测量 (1) (1)指向性的表示指向性的表示 (2) (2)指向特性图测量指向特性图测量 (3) (3)指向性因数和指向性指数的测定指向性因数和指向性指数的测定精思国计，细量民生第四节第四节 水声计量水声计量五、水下声压和声场测量五、水下声压和声场测量1. 1.声压和声场测量声压和声场测量: : 测量信号一般为连续正弦信号、脉冲正弦信号测量信号一般为连续正弦信号、脉冲正弦信号和噪声三种形式和噪声三种形式2. 2.消声水池声场特性测量消声水池声场特性测量 (1) (1)相对声压相对声压距离法距离法 (2) (2)转移阻抗法转移阻抗法3. 3.水下声强测量水下声强测量 精思国计，细量民生第四节第四节 水声计量水声计量本章完精思国计，细量民生