大型设备的声功率级声强测试方法

    引　言

    衡量机电产品及设备噪声的一个十分重要的客观指标是声功率级,机电产品及设备的声功率级通常是采用声压法在特定的安静环境中进行测试的。但是,对于大型机电设备来说,由于设备体积较大且声源分布较复杂,一方面难以营造满足声压测试要求的环境,另一方面声压测点的分布无法全面涵盖复杂的多声源体,有些情况下甚至无法对大型设备施加典型的工况负荷;因此采用声法难以精确测试大型机电设备的噪声声功率。

    随着微电子技术、计算机技术和数字信号处理技术的快速发展,声强技术已成为声学工程中一种重要的测试技术[1-2]。文献[3]在研究大型客车噪声控制时采用声强法和噪声谱分析法来识别主要噪声源。文献[4]利用声强测试技术对某摩托车进行噪声源识别,通过采取针对性降噪措施,降低了摩托车行识别和研究。按照文献[6-7]的规定,用声强法测试声源的声功率有两种方式,即离散点法和扫描法,但是对于大型机电设备噪声声功率级的测试,由于其体积庞大,无论采用离散点法还是扫描法都难以进行整体操作;因此,研究采用声强子面测试大型机电设备的声功率级是十分必要的。

    1　声强测试原理分析

    以平行六面体测试包络面为例,包络面包围整个被测噪声源。采用离散点法测试声源的声功率级时,测试包络面的总面积为S,将包络面划分为N个测试面元,每个测试面元的面积为Si,如图1所示。

    当被测声源和外部环境噪声稳定时,将每个测试面元的外法线方向的平均声强Ii测出,即得通过每个测试面元上的声功率

Wi=IiSi(1)

　　被测声源的噪声总声功率为

　　对于大型机电设备,为了便于测试,将其总测试面S划分为m个子测试面,其中第k个子测试面具有p个测试面元,每个测试面元的面积为Sj,第k个子测试面辐射的声功率为

　　被测声源的噪声总声功率为

　　总声功率级为

LW= 10lg(W/W0) (6)

    其中:W0为基准声功率,W0=10-12W。

    采用扫描法测试声功率级的原理分析与上面类似,同样可以得出

　　由于声强是矢量,在测试过程中,若测试包络面以外存在其他干扰声源,其沿整个测试包络面辐射的声功率为

∫sIndH= 0 (8)

　　式(8)说明,在测试包络面上,声能流从一边流入的声强为正,从另一边流出的声强为负,但对整个包络面的积分为0(见图2),所以外部干扰噪声源的声功率为0。这表明在进行声强测试时,封闭包络面以外的其他噪声源理论上不会影响声强测试结果。

    在双传声器法声强测试中,将每个传声器测得的PA(t)及PB(t)信号进行傅里叶变换,得到两个声压互谱的虚部,则有功声强的频率分布值为