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D2.声学-声强,声强级,有功声强,无功声强,声压声强指数,残余声压声强指数,声压法和声强法测量声功率,声强探头,Active,Reactive Sound Intensity,Sound Power
品牌: Data Physics(美国迪飞DP)
型号: SignalCalc
规格: Sound Intensity 声强测量
概述: 声强测量一般使用一对匹配的传声器间接测量(p-p),两个传声器得到的声压信号经过处理,得到中间质点的速度和声压,质点的速度和声压的乘积即为声强信号
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声强测量 Sound Intensity

在垂直与声波传播方向的单位面积上,单位时间内通过的声能即为声强。

声强为矢量,正数时方向与声传播方向一致,负数时方向相反。

声强测量一般使用一对匹配的传声器间接测量(p-p),两个传声器得到的声压信号经过处理,得到中间质点的速度和声压,质点的速度和声压的乘积即为声强信号。测量时使用FFT技术,使用互谱密度法计算两个声压信号的互谱,取互谱信号的虚部作为声强信号。


声强测量设置 Sound Intensity Setup

FSpan分析带宽:设置分析的上限频率

BlockSize帧点数:每帧波形点数

Fs 采样频率:=Fspan*2.56

dF 频率分辨率:= Fs /BlockSize

dT 采样间隔:=1/Fs

T Span 每帧时间:=BlockSize*Dt

平均方式:指数,线性,实时,峰值保持


Options panel   选项控制界面

Air density 空气密度

Air pressure 空气气压

Temperature 环境温度

空气密度是声强测试中非常重要的参数,必须正确填写。空气密度可以直接填入或根据当前气压及温度自动计算。

声强探头型号,使用支持的声强探头可以直接由探头中的按钮远程启动测量,自动增加测试序号等。使用其他探头则需要在计算机操作界面中点击启动。

使用相位校准数据,如果使用的传声器对有相位误差校准数据,使用该校准数据补偿声强计算。

面对面式双传声器探头

mV/Eu :设置传声器的灵敏度。

Eu:设置传声器的单位Pa

Pair Ref:设置当前传声器参考对的通道序号,第1个通道不用填写。

Mic Spae:传声器对中间距离d,传声器对中间距离同空气密度,是声强测量中的重要参数,该值必须正确填写。不同的声强探头有不同的中间距离,中间距离越大对相位匹配误差的要求越低,但要求声波波长越长,及声波上限频率越低。

Mic Unit:距离单位。

Pt Area:声功率测量时,该声强探头覆盖的面积。

Area Unit:面积单位。

Cur Pt:一组声强测量或声功率测量时,当前测量点编号。

Cur Dir:一组声强测量或声功率测量时,当前测量点方向。

Pt Inc:自动增加测量编号时增加的步长。

AutoInc:每次启动测量时自动增加当前测量点编号,快速自动标记数据。


声强级显示 Sound Intensity Level

当声强的数值小到一定程度时,人耳就感觉不到了,该数值称为听域声强。国际上统一规定,听域声强为

人耳对声音的感觉(听觉)与客观物理量(声强、声压)之间并不是线性关系,而近似于对数关系,即人的听觉随刺激量的增大而逐渐趋于迟钝。为此,人们引出了一个成倍比关系的对比量—声级,用以表达声音的强弱大小。


有功无功声强 Activeand Reactive Sound Intensity

SIxy-Active Sound Intensity 有功声强

RIxy-Reactive Sound Intensity 无功声强

复式声强 Complex Acoustic Intensity)由有功声强和无功声强组成,类似于电学有功功率真实消耗电能,如发热、发光的消耗;无功功率是具有储能性质的部件,在交流电的某个时间段把电能存储起来,在另一个时间段又回馈给电网的功率,如电容存储电场能量,电感(通过电磁转换)存储磁场能量。

如左图回路中的电阻R 消耗的有效电功率, 被称为有功功率,在某半周期由电源向电感供给电功率, 下半个周期由电感向电源供给电功率, 所以在一个周期之内这种电功率在电源和电感之间反复变化, 时间平均值为零,称为无功功率。

声源向声场供给能量为有功声强,声源和声场间或在声场和声源间往复运动的能量为无功声强;

无功声强在求声压与质点相位,求质点速度,求法向声阻抗,求辐射效率,声场的可视化方面有广泛的应用。


声压声强指数 Pressure Intensity Index

PIIxy- Pressure Intensity Index 声压声强指数

RPIIxy- Residual Pressure Intensity Index 残余声压声强指数

由声强级Li和声压级Lp的定义可以推导出

Li=Lp+10Lg(400/pc),P为空气密度,C为声波速率,即声强级和声压级理论上只差一个修正值,在恒定的温度调节下,修正值应该为常数,修正值20℃温度时为-0.16dB。声强级与声压级数值上基本相等。

实际测量时,由于相位匹配误差等原因声压级和声强级测量值存在一定的差异。声压级和声强级的差值用声压-声强指数表示,该指数波动越大则声强测量误差越大。

残余声压声强指数是当声强探头放在声场中使其轴线沿着声强等于0的方位时测得的声压与声强指数,该指数反映两个配对传声器声波梯度相位与误差失配相位的对数比,该值越大,说明误差失配对测量的影响越小。

设φd=k*d   为传声器通道间的相位差,φs为两个传声器间的相位失配误差

可以推导出:

声压残余指数=10lg|φd/ φs|

系统测量误差 Le≈10lg(1±φd/ φs

如果要确保测量误差在1dB内,则φd应该是φs的五倍,则声压残余指数应该大于7dB


平均声压等曲线 Mean Sound Pressure

MSPxy-Mean Sound Pressure 平均声压

Xx-Last Time History 声压波形

Sx-Last Linear Spectrum 声压波形线谱(FFT谱)

Sxx-Last Auto Power Spectrum 声压波形自功率谱

Gxx-Average Auto Power Spectrum 声压波形平均自功率谱

Gxy-Aaverage Cross Power Spectrum 声压波形平均互功率谱


声功率计算 Sound Power Calculation

声功率测量可用声压法和声强法。在某些特定的声环境中,如消声室和半消声室,声强可由声压推算出来,故可以用声压法,但声压法必须在消声室或半消声室。而声强法则可以在现场对声源进行测量,而且测量环境中允许其他噪声源存在。

声功率W=I*S I为声强,S为垂直声传播方向的面积

通过测量包围该声源封闭面积上的总声强来计算声功率。

可以通过扫描测量法和离散点平均测量法。测试时把声源放置在刚性光滑的地面上,设置测量面积,测量位置,测量序号,分别测试5个面的声强,并保存好每次测量数据。

选择保存好的声强测量曲线,系统自动计算总声功率


参考标准

中华人民共和国国家标准 GB/T 6882——1986《声学噪声源声功率级的测定,消声室和半消声室精密法》

中华人民共和国国家计量检定规程JJG 992——2004《声强测量仪》

中华人民共和国国家标准GB/T 16404——1996《声学声强法测定声功率级1部分:离散点上的测量》

中华人民共和国国家标准GB/T 16404.2——1999 《声学声强法测定声功率级第2部分:扫描测量》


声强测量设备 Sound Intensity Measure Device

美国Data Physics (迪飞)

1. DP240 分析仪

2. DP730分析仪

3. DP900分析仪



北京西科(美国Data Physics 中国总代理,70年国际一流品牌)

Edited by Jeff.jiang

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