声强测量仪高声强级校准方法研究

    1 引 言

    声强可以在任何声场中测量，测量声强时稳态背景噪声对被测设备的声功率没有任何影响。正是这个特点，声强测量在许多领域广泛用于现场研究复杂振动机械的辐射模式和声源定位。上世纪 80 年代初，声学测量中采用了数字信号处理技术，使得声强测量仪商品化生产成为可能。随着传声器制造和电子技术的不断进步，声强级测量仪的量程及范围可满足大多数噪声测量的需求。但是，声强测量和声强校准并不是并驾齐驱发展的。早期声强计量是通过声压校准经理论计算得出的，经过近30 年的发展，国内外声强计量主要采用的技术方案有消声室法、行波管法、声强校准器法等。这些方法侧重声强级的频率响应校准和单一声强校准，一般声强级小于 120dB，对声强测量仪在宽动态范围的线性度校准始终是一个缺项。随着宇航科技的发展，极值空气声( 高声压、高声强) 的作用及影响逐渐被人们所认识，例如置于强大声场中的火箭﹑卫星和飞船的壳体将产生疲劳和损坏，某些监测仪表将产生乱真效应。上述场合均需要使用动态范围高的高声强级测量仪，涉及最高声强级可达140dB，这样的情形导致声强测量仪相位不匹配和非线性畸变，产生较大的测量误差。因此，对声强测量仪进行高声强级校准十分必要。

    本文将系统地介绍声强计量技术的国内外发展现状，并对高声强级校准技术进行探讨，提出高声压源结合相位差的高声强级校准方法，可使声强级校准上限达到 140dB。

    2 声强校准技术国内外现

    目前国内外声强计量主要有三种方法: 消声室法，行波管法，声强校准器法。有关技术方案评述如下。

    2． 1 消声室法

    消声室法是目前使用的最广泛的方法，将声强测量仪置于自由声场( 消声室) 中，声强探头轴正对声源中心，同时在其附近并列放置标准传声器，声源发出的声波为平面行波，则声强测量仪测得的声强级 II=声压级 Lp－ 0． 15dB( 在参考环境条件下) 。这种方法通过标准传声器溯源于声压基准，比较容易获得高的准确度水平，这种方法适用于声强测量仪的频率响应校准。校准装置示意图如图 1 所示。其最大声强级不超过110dB，频率范围为( 50 ～6 300) Hz。

    2． 2 行波管法

    行波管法采用一个空心透明圆管，即行波管，行波管一端安装扬声器，另一端是均匀安装多个塑料管，并为圆弧型，从而使这个端面完全吸声而无反射，声强探头置于管内，轴正对声源中心。声源采用中心有圆孔特制扬声器，通过中心插入一根可移动的装有标准传声器的探管，用来测量驻波管的声场，如图 2 所示。当声源发出声波后，声强探头的两个传声器测得的声压信号的幅值和相位完全已知，从而得出被校声强级。这种方案占地少，声波信号准确性好，但校准准确度较低。由于驻波管尺寸一定，因而限制了频率范围，其最大声强级不超过 120dB，频范围为( 100 ～2 000) Hz。