基于声压测量的声功率确定.ppt

基于声压测量的声功率确定,目錄,聲音的基本概念 聲壓,聲功率與聲強 為何要量測聲功率級 如何量測聲功率級 無響室及半無響室簡介 根據ISO 3744量測聲功率級,聲音的基本概念,聲音的基本概念,一種由物體振動而發生的波造成的聽覺印象,噪音的定義,對人類生理及心理產生不利影響的可聽得到的聲音能量。 人因工程及環境觀點中所不要的聲音。,聲音的大小,Lp=20lgP/P0 P0= 210-5 Pa,分貝(dBA)的意義,聲音的特點,可聽聲壓 20uPa (0dB) 20Pa (120dB) 可聽聲頻率: 20Hz20K Hz,聲壓級的運算合成,聲壓級的合成運算是簡單的相加關系？ Lpresult=Lp1+Lp2+Lp3+Lpn ?,聲壓級的運算合成,聲壓級的運算合成,聲壓級的運算分解,噪音量測值 Lmeasured 修正背景噪音 LBGN 的影響,不是 Lsource = Lmeasured - LBGN , 而是,國際規範關於 背景噪音修正原則,連續性噪音,周期性噪音,沖擊性噪音,聲壓,聲功率與聲強 (Sound Pressure，Sound Power and Sound Intensity),聲壓,聲功率與聲強,有聲波時，媒質中的壓力與靜壓的差值稱為聲壓p (Sound Pressure) (Pa) 聲音是種能量,而單位時間所輸出的能量稱為聲功率P (Sound Power) (W) 單位時間垂直通過單位面積的能量稱為聲強I (Sound Intensity)(W/m2),聲壓,聲功率與聲強,用來描述聲音的三個基本、相關聯的參數: 聲功率、聲壓和聲強. 聲功率(Sound power) P和聲強(Sound Intensity) I有直接的聯係. 可以以圍繞聲源的封閉球面的表面積為變量，對聲強求積分來得到聲功率的值。 在特定的聲學環境中，在一定的位置，可以測量出可感知聲源的聲壓(Sound pressure) p.,聲功率Sound Power & 聲壓Sound Pressure,聲功率Sound Power & 聲壓Sound Pressure,可以採用一個普通的類推方法來解釋聲功率(sound power)和聲壓(sound pressure)之間的區別.在一間安裝有取暖器的房間中，取暖器一直散發出一定watts數量的熱能(heat energy per second)，所以從取暖器中散發出的熱能與環境無關，不受環境的影響. 但是房間中的溫度和房間中的熱能環境有關，不同位置的溫度可能不一樣。 類似地，放置在房間中的聲源會散發出一定watts數量的聲能 (sound energy per second),但是聲壓取決於聲學環境和在房間中離聲源的距離。 在以上的類推中, 取暖器散發出的熱能相當於聲功率，溫度相當於聲壓。,各參數之間的關係,各參數之間的關係,聲功率是聲音的特性，它與測量距離無關，而聲壓和聲強與測量距離有關。假設在自由場環境中，測試球面的半徑增加一倍(r2=2r1)時,聲強減小到原來的1/4，而聲壓是原來的一半。,聲壓級,聲功率級和聲強級 (Sound Pressure Level, Sound Power Level and Sound Intensity Level),噪音通常以聲音物理量的對數值表示 聲壓級 Lp = 20*log(p/p0) ; p0為基準聲壓, 20*10-6 Pa 聲功率級 Lw = 10*log(W/W0 ) ; W0為基準聲功率, 10-12 Watt 聲強級 Li = 10*log(I/I0 ) ; I0為基準聲強, 10-12 Watt / m2,聲壓級,聲功率級和聲強級,聲壓級,聲功率級和聲強級,噪音通常以聲音物理量的對數值表示 將聲功率級(Sound Power Level)及聲壓 (Sound Pressure Level)的單位均可以表示為dB值(deci Bel) 但是爲了區別聲壓級和聲功率級，聲功率級的單位常常表示為B或Bels, 而聲壓級為dB (1B=10dB/1Bels=10dB),為何要量測聲功率級 (Sound Power Level),為何要量測聲功率級,在一特定環境下,為了要量測距離某待測物的聲壓 為了比較同種類或不同種類機器所發出的噪音 為了協助開發較為安靜的機器設備 為了判定機器是否超過噪音規範的上限 機器和設備發出的噪音能達到歐盟的相關標準，以至於能夠在歐盟國家銷售,為何要量測聲功率級,聲功率可以描述設備發出的噪音水平，但人的聽覺依賴於聲壓. 低聲壓級能減少對聽力的傷害風險，也可以使設備更好的操作。如果把要安裝機器的聲學環境已經知道,那麽可以根據設備的聲功率級預估出聲壓級。例如，已經知道聲功率級 LW的機器，安裝在近似有一個反射面自由場的環境中， 可以近似計算出距離設備中心r的聲壓級sound pressure level, Lp(r) : Lp(r) = LW - 10log(2r2) dB 與聲壓相反，聲功率是獨立于環境的客觀量。因此，聲功率是描述和比較機器散發出噪音值的有效量，也可以作爲輔助開發更低噪音設備的一種工具。 爲了保證不同類型機器聲功率測量的準確性，精密度和再現性，聲功率的測量必須依照相關可接受的標準和測試規範。,聲功率的量測,以聲壓為基礎作量測 優點: 1.快速,可靠地得到結果且易於使用 2.高頻率與動態範圍 缺點: 1.實驗場所需總建設經費較多 以聲強為基礎作量測 優點: 1.對實驗場所及背景噪音要求較寬鬆 缺點: 1.對於操作者的技術有較高的要求 2.實驗時間冗長 3.實驗方式較為複雜 聲壓法通常用於實驗室內,聲強通常用於戶外,聲功率級的量測,聲功率級的確定是基於聲壓的測量： 被量測的聲源放置在已確定的聲學環境中，已經了解這個聲學環境中的聲壓和聲強之間的聯係，這樣基於聲壓的測量可以計算出聲功率。 聲強是可以量測出聲功率的直接方法，但是受到一些缺點的限制。 實際測量情況依賴以下： 測量的項目數量 安裝設備時間與測量操作時間相對 精度要求 診斷學的運用 測試人員 測試環境 投資費用與操作費用相對,聲場 Sound Fields,聲場 Sound Fields,近場-介於聲源和遠場之間的聲波傳遞區域.近場的聲波變動大,無法以近場的聲壓級量測值來評估聲源功率.聲源最大尺寸的兩倍距離或聲源一個波長以內區域,均涵蓋在近場內. 遠場-近場以外的區域,涵蓋自由場與迴響場 自由場-聲源輻射區域內,每距離聲源一倍距離,其聲壓級衰減6dB. 迴響場-封閉與半封閉空間,聲波重複並連續自壁面反射,聲壓級受到反射干擾而產生顯著變動.,如何量測聲功率級 (Sound Power Level),聲功率級之量測標準,聲功率級量測的參考標準,ISO3744:Acoustics-Determination of sound power levels of noise sources using sound pressure Engineering method in an essentially free field condition over a reflecting plane. ISO3745:Acoustics-Determination of sound power levels of noise sources Precision methods for anechoic and semi-anechoic rooms. ISO7779(1999):Acoustics-Measurement of airborne noise emitted by computer and business equipment. ISO11201:Acoustics-Noise emitted by machinery and equipment. ECMA74:Measurement of airborne noise emitted by Information Technology and Telecommunications Equipment. ISO9296:Acoustics-Declared noise emission values of computer and business equipment. ECMA074 Annex D: Identification evaluation of prominent discrete tones.,標準差,無響室及半無響室簡介 (Anechoic Room and Hemi-Anechoic Room ),無響室,無響室(Anechoic Chamber)是指一個無回聲的房間,其內部是模擬一廣大自由空間的環境,可進行各項聲學測試與研究,無響室及半無響室的設計,無響室及半無響室的差別在於無響室地板為網床結構, 而半無響室地板為一平坦的反射平面,無響室及半無響室的設計,無響室通常在學術研究性質的單位偏好使用, 因可排除地板迴響造成的誤差, 對待測物本體可做較為精準的計算及預測 半無響室通常為了模擬待測物實際在地板上操作的狀況,所以較常為電子業, 機械業, 汽車製造業所使用,無響室及半無響室的設計,外圍具高穿透損失特性的隔音板以阻絕外部噪音傳入 內部上下四周均佈滿吸音材料,並設計特殊形狀 (楔型) 為阻絕地板低頻振動的干擾,加入隔振設計,測試設備介紹,多功能振动噪音分析系统 Multi-analyzer System 生產商:B&K 規格: 2个模块(17个输入通道,2个输出通道,每个通道的分 析带宽最高可达204.8KHz,每个通道都可使用独力的 1个或2个24位A/D转换器.),B&K 3560C,B&K 4190+2669,1/2” 麦克风 1/2” Microphone 生產商 :B&K 規格: 直径(英寸):1/2 灵敏度(mV/Pa):50 极化电压(V):200 频率响应2dB(Hz):3.1520,000 动态范围(配前置放大器)(dB(A)dB):15147(2669),測試設備介紹,声级校准器 Sound Level Calibrator 生產商:B&K 規格: 提供频率1KHz ,声压级94dB或114dB的校准信号(0.2dB), 用于声压计及其他声测量设备校准.,超轻加速规 Light-weight Accelerometer 生產商:B&K 規格: 频率:025.6KHz 加速度:0.1100ms2,B&K 4231,B&K 4393,測試設備介紹,閃頻儀,萬用表,Power meter,試驗桌,工作原理,通常是指先用電聲(或機電)換能器把聲波(或振動)轉換成相應的電信號，然后再用電子儀表放大到一定的電壓，再進行測量與分析的技術以及有關聲學儀器的工作原理。,根據ISO 3744量測聲功率級,在反射地面上的自由聲場量測的工程方法,ISO 3744有兩種量測模式 (半球型法和矩形法),ISO 3744 (半球型法),ISO 3744 (矩形法),聲功率級計算-1,計算量測表面的聲壓級(Sound pressure level) Lp 計算量測表面的背景噪音之聲壓級Lp 計算背景噪音之修正因子K1,聲功率級計算-2,確定環境修正因子K2(Reference Sound Source) 計算修正後之表面聲壓級 Lpf = Lp-K1-K2,聲功率級計算-3,Lw:聲功率級(A計權或指定的頻帶) Lpf:修正的聲壓級 S:量測表面的表面積() S0=1,