声压残余声强指数的测量及其在声强测量评价中的应用

    声强测量作为一种新的声学测量方法，已广泛应用于机电产品的噪声控制、结构的振动强度测量等工程领域，其显著优点是不仅适用于远场也适用于近场噪声的测量，对于环境的要求较低。相位失配误差是影响声强测量精度的一个重要因素，国内外很多学者都对相位失配误差的获取和校正进行了较为深入的研究。董为民、季庸惠研究了在 FFT 测量中进行相位失配误差的校正方法［1］; 沙云东对在普通试验间里内燃机声强测试的有效性进行了研究［2］; 陈心昭、刘征宇探讨了现场获取声压残余声强指数的方法，并与声强校准器 B＆K3541 的校正结果进行了比较，证明了该方法的工程可行性［3］。

    本文分析了声压残余声强指数的产生原因，并通过实例说明了声压残余声强指数的测量方法及其在声强测量结果的有效性评估中的应用。

    1 声强测量原理

    瞬时声强指的是声场中某点处，与质点速度方向垂直的单位面积上在单位时间内通过的声能量［4］。在现代声强测量技术中，常通过测量面对面布置的一对传声器处各自的声压，取其平均值代替其中间位置的声压，再通过求和、积分实现对声强的测量。图 1 所示为一种典型的对面式双传声器探头，两传声器声学中心之间的距离为 Δr。

    当声波沿 x 方向行进时，所测出的两个声压 p1( t) 和 p2( t) 之间存在着梯度。质点速度与声压梯度的积分成正比，即:

    式中，p( t) 为瞬间声压; ρ0为空气密度，kg/m3。

    当 Δr 远小于声波波长时，声压梯度可以用有限差值来近似，则式( 1) 可改写为:

    两传声器之间中点的声压可以认为是 p1( t) 和p2( t) 的平均值:

    声强矢量，等于该点瞬时声压与瞬时质点速度的乘积:

I( t) = p( t) ·u( t) ( 4)

    将式( 2) 和式( 3) 代入式( 4) ，则测量点的声强可表示为:

    一般所说的声强指的是稳态声场中瞬时声强 I( t) 在一定时间 T 内的平均值:

    2 相位失配误差

    由声强级定义:

    声强级和声压级只差一个修正项 ΔL = 10lg，在一个大气压下，0℃ 时，ΔL = － 0． 29 dB;20 ℃ 时，ΔL = － 0． 16 dB。所以声强级和声压级在数值上基本上是相等的。

    实际测量时，所测得的声压级和声强级却存在较大差异。在平面简谐声场中，当声波的传播方向与传声器轴线一致时，传声器间距 Δr 使两个测量通道间存在空间相移 d= kΔr，两个测量通道间的相失配为 s，则两个测量通道间的相位差为 d±s，造成实际测量的声强 I^和其真值 I 间存在误差。该误差可用下式进行量度［6］: