基于声压法的半混响声场反射声修正值计算及试验验证

     0 引言

    大型风力发电机的噪声是在自然声场 （可视为自由声场）中进行测试的[1]，在自由声场条件下进行的噪声测试能获得较准确的噪声数据[2]。中小型风力发电机噪声的测试则是在风洞实验室内完成的[3]。由于风洞实验室属于半混响声场[4]，存在反射声的影响，不能达到自由声场的条件，使得测量值与真实值有一定的偏差， 所以须要对风洞实验室进行反射声影响的修正[5]。 本文通过对声场条件的理论分析， 得出反射声修正值的计算公式， 并在半消声室进行了反射声修正值的试验验证， 为该风洞实验室今后的噪声测试提供反射声修正值计算的理论依据。

    1 基本思路

    通过声场条件的理论分析， 得出反射声修正值的计算公式。 如果要验证该公式是否适用于风洞实验室， 则须在风洞实验室内利用声压法进行测试试验。试验分成两部分：一部分是在半消声室和风洞实验室中，采用同一声源，布置相同测点，测定反射声，半消声室与风洞实验室中相同测点的声压值的差即为反射声试验修正值；另一部分是利用在风洞实验室测定的反射声试验数据， 根据反射声修正值公式得到反射声计算修正值。 用反射声计算修正值和反射声试验修正值进行对比， 讨论该公式是否适用于风洞实验室。

    2 试验原理

    风洞实验室是一个未经过消声处理的半混响空间[6]，在此条件下测点处的声压是声源的直达声和房间反射形成的混响声的叠加[7]。 当声源尺寸远小于声源至测试点1 的测量距离 r 时 （图1），测试点 1 的均方声压可表示为[8]

    式中：ρc为空气的特性阻抗；w 为声源 S 发出的声功率；Q 为测量方向上噪声辐射的指向性因素；R是与声场形状、大小和吸声有关的量，称为声场常量。

    将式（1）用对数表示为

    式中：Lpr为声压级（相对于 2×10^-5N/m2），dB；Lw为声源的声功率级（相对于 10-12W），dB。

    由式（2）可得在同一方向上测试点 2（距离声源r′）的声压级为

    将式（5）代入（2）得

    式 （6） 减去自由声场测试点 1 处的声压级得

    式（7）为反射声修正值公式，Kr为反射声修正值。 理论上只要确定ΔLrr′的值，就可由式（7）求得修正值Kr，并由下式计算出声压值：

Lpr′=Lpr-Kr（8）

    3 试验设备及方法

    3.1 试验设备

    本研究中一部分试验在半消声实验室（图 2）内完成。 半消声实验室顶棚与四周的墙壁用消声材料覆盖，地面经过简易消声处理。另一部分试验在风洞实验室内完成， 风洞实验室内放置 B1/K2低速吹气式风洞。试验采用丹麦 B&K 公司的振动噪声数据采集分析系统 （噪声信号多通道并行采集 ）、189-A-021 型 传 声 器 （开 路 灵 敏 度 50mv/Pa， 声压级不确定度 0.2 dB）、4231 型声校准器（发出声压级94 dB/1 kHz 和 114 dB/1 kHz）。 试验选用能发出恒定频率、恒定声压值的标准声源———Audio SCSI计算机声卡虚拟仪器（图3），本次试验发出的噪声频率为500 Hz。