声强测量仪在行波场中的检定

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声强，是表明声能量流的强弱及方向的一个矢量。声强的大小为声场中某点单位时间通过与质点速度方向垂直的单位面积的声能。声强测量仪是一种测量空气介质中声强在探头轴线方向的分量的仪器，通过多点的声强测量，可获得声源附近某一平面上的声能流强弱分布，以研究声源的辐射特性。通过声强测量还可测定声源的声功率级。

声强测量仪包括声强探头和声强处理机两部分，声强探头采用一对相隔一定距离的声压传声器。声强测量仪应给出声强及声压的倍频程或1/3倍频程谱，并提供A计权功能。声强仪有1级和2级两种准确度等级，对1级的要求比2级严格。声强仪在使用中，通常采用一个声强校准器来进行自校准，该校准器模拟一给定声强在声强探头两个传声器上的声压和相位差，它通常是与某种声强探头配套使用。由于这是一种模拟的方法，校准器所模拟的声强的精确度还需要另行检定。

这里采用一种直接的检定方法，在空间产生一个声强已知的声场，用被检定的声强仪进行测量，并对测量结果作比较，从而确定被检定声强仪的测量偏差。

检定的内容和原理

声强测量仪需要检定的内容，主要是声强级和声压级测量值在各1/3倍频带的偏差，及声压－残余声强指数。 当声强探头两传声器的轴线与声强方向垂直时，声强分量应为零，因为与声强垂直的方向没有声能传播。但由于声强探头的两个传声器及放大通道的相位特性不完全一致，声强仪会测到一定的声强值，这一声强值读数称为残余声强，残余声强与声压级正比。声压-残余声强指数定义为声强探头两个传声器受到相同的粉红噪声的作用时，测量得到的声压级与残余声强级之差。该指数一般以1/3倍频程谱的形式给出，声压-残余声强指数越大，表明该声强仪对垂直于探头轴入射的声波的抑制能力越强，方向性越好。

在一个平面行波场中，声强的方向与行波的方向相同，声强级的大小与声压级的大小有如下关系：

式中，LI为声强级，单位为dB；LP 为声压级，单位为dB；k 为400 kg/(m2s)；ρ 为媒质密度，单位为kg/m3；c 为声速，单位为m/s。在温度为23℃、大气压为101.3kPa、相对湿度为50% 时：

声强级和声压级偏差的检定

声强仪声强级和声压级测量偏差的试验装置如图1所示。在消声室中，扬声器箱的远场可近似为一列平面行波，声强探头两传声器的轴线与声波的传播方向一致。探头方向反转180°，可测量反向的声强分量。标准传声器放置在声强探头的近旁，测量放大器是一高精度的放大器，比较标准传声器和测量放大器测到的声压级及声强仪测量得的声压级，便可得到声强测量仪的声压级测量偏差。由声强仪测得的声强级与声强级的大小与声压级的大小关系式算得的声强级，可得到声强级测量的偏差。

图1 声压频率响应和声强频率响应检定装置示意图

根据IEC 1043的标准，一级和二级声强仪的声强级和声压级测量允差应符合表1的值。

表1 声强仪声压级与声强级测量的允差

声压－残余声强指数级的检定

将粉红噪声信号发生器的输出信号直接输入到功率放大器，将声强探头的隔离柱去掉，并将两个传声器相互贴紧。将声强探头置于声源中轴线附近，且距离声源声中心2m左右。令声强探头轴与入射声波的方向垂直，使得两传声器接收到相同的声压信号。

用被检定的声强测量仪测量声压级和声强级，中心频率分别从50Hz至6.3kHz。此时，测得的声压级减去声强级即为声压-残余声强指。根据IEC 1043的标准，1级和2级声强仪的声压-残余声强指数应符合表2的值。

表2  声强仪声压-残余声强指数的最低要求（隔离柱：25mm）

结    论

根据在平面行波场中声强级与声压级的关系，检定声强仪的声强级和声压级测量的偏差，以及检定声强仪的声压-残余声强指数是一种可行的方法。该方法用于声强仪的定型鉴定和首次检定。

来源：COINV东方所振动噪声测试微信公众号（ID：coinv2016），文章整理自《振动工程学报》，作者：李毅民 应怀樵。文章略有改动。