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1      声功率测量的声压法与声强法

在噪声控制工程和环境噪声监测中，经常测量的声学量有声压级，声强级和声功率级。声压是一个标量，它只反映测量点声音的强弱。在一般的噪声环境测量，如只需了解测量点噪声的大小，测量声压级就可以了。声源向外辐射，发出载有声能的声波在空间中传播。声强矢量的方向就是声能传播的方向，它的幅值反映了所传播的声能流的大小。测量一些大型设备近旁的声强分布，可以研究该设备的噪声源的分布情形。要确定某一设备所产生的噪声的大小，就要测量该设备所辐射的噪声的声功率，声功率为单位时间声源所辐射的声能。声功率测量有两种方法，一种是基于声压测量的声压法；另一种是基于声强测量的声强法。从这些声学量的定义上看，测量声强并通过积分来得到声功率级是最直接的方法。但在早些时期，由于声强测量仪的稀缺和昂贵使得声强法很少应用。在这种情况下只能采用声压法 [1]。因为在某些特定的声环境中，如消声室和半消声室，其空间中的声压和声强是有一定的关系的。可以在这些环境中测量声压来推算出声功率的大小。但声压法最不方便的是，必须具有消声室或半消声室。而且当声源设备较庞大时，要把它搬进并安放在消声室亦非易事。而声强法则可以在现场对声源设备进行测量，而且在测量的环境中允许其他噪声源的存在。由于近年来虚拟仪器的普及，声强测量已不是难事了，因此声功率测量的声强法得到越来越广泛的应用。我国已颁布了声强法测量声功率的国家标准 [3][4] 。希望通过本文，使不太熟悉这一方法的读者对其有所了解。

2      声强法测量声功率的基本原理

如上所述，声强的方向就是声能传播的方向，其幅值反映了所传播的声能流的大小。按照定义，声强的幅值等于在垂直于声能传播方向的单位面积上，单位时间通过的声能。因此声强矢量在包围声源的一个封闭面上的积分就等于声源辐射的声功率W 。

如果积分是在某一个面上进行，积分的结果就是声源辐射通过该面的声功率。实际测量时，声源设备常常放置在刚性的地面上。设定若干个面将声源包围，分别测量声源设备通过每一个面的声功率，声源辐射的总声功率为通过每一个面的声功率之和。

 

3    对声强测量仪的要求

声强仪的性能无疑是声强法测定噪声源声功率级准确度的关键。工程级测定应当用一级声强仪，简易级测定可用一级或二级声强仪。如采用虚拟仪器来进行测量，应对其进行检定。确定其性能是否符合1级或2级声强仪的要求。检定的方法可按国家计量检定规程 [2] 来进行。1级和2级声强仪声强级的允差和声压——残余声强指数如下表：

频率（Hz）	声强级的允差 （dB）		声压——残余声强指数 （dB）
	1 级	2 级	1 级	2 级
50	± 1.0	± 1.5	12	6
63	± 1.0	± 1.4	13	7
80	± 0.9	± 1.3	14	8
100	± 0.8	± 1.2	15	9
125	± 0.7	± 1.1	16	10
160	± 0.7	± 1.0	17	11
200	± 0.7	± 1.0	18	12
250	± 0.7	± 1.0	19	13
315	± 0.7	± 1.0	19	14
400	± 0.7	± 1.0	19	14.5
500	± 0.7	± 1.0	19	15
630	± 0.7	± 1.0	19	16
800	± 0.7	± 1.0	19	16
1000	± 0.7	± 1.0	19	16
1250	± 0.8	± 1.0	19	16
1600	± 0.9	± 1.1	19	16
2000	± 1.0	± 1.3	19	16
2500	± 1.1	± 1.6	19	16
3150	± 1.2	± 1.9	19	16
4000	± 1.3	± 2.2	19	16
5000	± 1.6	± 2.5	19	16
6300	± 1.9	± 2.8	19	16

声压残余声强指数反映了当声强探头轴线与声波传播方向垂直时（理论上声强为零）声强仪的特性。  对声强仪的一些其它基本的性能要求如下：

1级和2级声强仪均应能实时工作，均具有A 计权和线性平均特性。

1级声强仪应给出声强的1/3 倍频程谱，中心频率从 50 Hz  到 6.3kHz，符合1级 1/3 倍频程滤波器要求；2级声强仪可给出声强的1/3 倍频程谱，中心频率从 50 Hz  到 6.3kHz，符合2级 1/3 倍频程滤波器要求；或给出声强的1/1 倍频程谱，中心频率从 63 Hz  到 4 kHz， 符合2级倍频程滤波器要求。

在实际测量时可用如下方法简单地判定声强仪的好坏。将声强探头置于声强较高的测点，并使探头轴线与测量面垂直，测量法向声强。将声强探头旋转180° (即将探头倒个向)，并保持声学中心位置不变，再次测量法向声强。两次测量结果应为一正一负。如果声强级之差小于1.5 dB, 则认为测量仪器是可以接受的。[3]

 

4   声强法测量声功率级——离散点测量

在实际测量中，我们可以将一个测量面分成许多小格——面元。公式（1）的积分可化为面元的面积与其上的声强法向分量的乘积对所有面元求和。

式中 W为通过测量面的声功率，I_ni为面元 i上的声强法向分量，S_i为面元i 的面积， M 为测量面上面元的总数目。测量每一面元上声强的法向分量。将其与面元面积相乘然后求和，便可得到通过该面的声功率。测量法向声强时，声强探头轴线（两传声器有效声中心连线）的方向应垂直于面元。

用声强仪测量时，仪器一般给出声强级L_Ini,需要将其转换成声强才能用（2）式计算声功率。法向声强与法向声强级的关系如下：

式中 I_ni为面元i 上的声强法向分量，L_Ini为面元i 上的法向声强级，I₀=10^-12瓦 / 米² 为参考声强 。声功率级为声功率的对数表示。

式中 W 为声功率， L_W为声功率级， W₀=10^-12瓦为基准声功率。

测量表面与被测声源表面间的平均距离一般应当大于 0.5 米 。虽然在理论上，测量面之外允许有其它声源存在，如果被测声源有相当一部分是吸声材料时，高强度的外部声源会导致声功率计算的误差，因此还是要尽量消除外部的声源为好。气流的存在亦会对测量产生影响，声源产生的噪声应当是稳定的，上述各点要求同样适用于下述的扫描测量。

 

5   声强法测量声功率级——扫描测量

由（2）式可推导出，通过测量面的声功率 W 亦等于声强法向分量在该测量面上的平均值I_n乘以测量面的总面积 S 。

I_n可以通过扫描的方法得到。所谓扫描，就是将声强仪设置为线性平均。在平均的过程中，将声强探头贴近测量面均匀移动，并保持探头轴线（两传声器有效声中心连线）的方向垂直于测量面，移动的路线如图1 所示。图中的细线为测量面及所划分的行，粗线为声强探头移动的轨迹。线性平均开始时，同时开始移动探头；扫描到达终点时，平均过程同时结束。探头的移动应保持匀速，扫描速度应在 0.1 ~0.5 米 / 秒 ，在单个测量面上扫描的持续时间不应小于 20 秒。

用公式（3）将平均声强级转换为平均声强，用（5）式算出通过该面的声功率 W 。 对所有测量面测量完毕后将各声功率相加得到总的声功率W ，用公式（4）可算出总的声功率级。

                                      图 1   矩形测量面上的扫描路线

   

参考文献

[1]    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 》

[2]  中华人民共和国国家计量检定规程 JJG 992——2004 《 声强测量仪 》

[3]    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 第1部分：离散点上的测量 》

[4]    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 》