BK知識(shí)庫(kù) | 什么是聲強(qiáng)和聲壓？

HBK聲學(xué)與振動(dòng)

2023年11月13日 10:50

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聲功率是由聲源每單位時(shí)間輻射的總空氣聲能量。另一方面，聲壓是聲源輻射聲音能量的結(jié)果，這些能量轉(zhuǎn)移到特定的聲音環(huán)境中并在特定位置進(jìn)行測(cè)量。聲功率是原因，聲壓是效果。

聲強(qiáng)與聲壓之間的關(guān)系

可以用熱來(lái)作為一個(gè)簡(jiǎn)單的比喻，幫助了解 聲功率和聲壓之間的關(guān)系 。

一個(gè)電加熱器具有一定的功率輸出，它輻射到一個(gè)房間，提高了房間的溫度。加熱器的功率輸出獨(dú)立于加熱器所在的房間。然而，房間內(nèi)的溫度會(huì)根據(jù)我們與加熱器的距離以及房間的特性而有所不同，例如房間的大小以及通過(guò)房間的墻壁和地板吸收或傳遞的熱量。

聲源的聲功率輸出與房間內(nèi)聲壓級(jí)之間的關(guān)系類(lèi)似。從聲源輻射出來(lái)的聲能會(huì)提高房間的 聲壓級(jí) 。聲源的聲功率級(jí)與房間獨(dú)立，但聲壓級(jí)將取決于我們 與聲源的距離 和 房間的特性 ，這包括房間的大小，以及房間內(nèi)表面反射或吸收聲音的程度。

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就像聲壓一樣，我們通常以 分貝為單位 表達(dá)聲強(qiáng)。這有時(shí)可能產(chǎn)生混淆——特別是當(dāng)省略參考值時(shí)。聲壓級(jí)的參考值為 20μP a ，而聲功率級(jí)的參考值為 1pW 。

選擇這些參考值，使得在一個(gè)完美的自由場(chǎng)，在傳播面積為1m²的距離， 聲壓級(jí)和聲功率級(jí)相等。

為什么要決定聲功率級(jí)？

了解裝置的聲功率級(jí)非常有用。它允許我們客觀地比較不同裝置的聲音輸出，而不需要知道它們的測(cè)試環(huán)境或測(cè)量的距離。因此，聲功率級(jí)非常適合用于指定裝置的噪音發(fā)射限值，以及驗(yàn)證是否符合限值。

由于聲功率級(jí)與聲音環(huán)境和測(cè)量位置無(wú)關(guān)，因此我們也可以計(jì)算在已知的聲音環(huán)境中，從裝置到特定位置的聲壓級(jí)。

例如，聲學(xué)顧問(wèn)可能會(huì)使用機(jī)器的 聲功率級(jí) 來(lái)計(jì)算在附近住所所產(chǎn)生的 聲壓級(jí) ，如果要安裝在特定位置，則該機(jī)器將在附近住所產(chǎn)生的聲壓級(jí)。然后，顧問(wèn)可以確定居所產(chǎn)生的噪音是否 符合有關(guān)規(guī)例 ，或是否應(yīng)設(shè)計(jì)或選擇不同、更安靜的機(jī)械設(shè)備。

如何測(cè)量聲功率？

聲功率可以根據(jù)聲壓或聲強(qiáng)度測(cè)量來(lái)確定。

有兩種方法可以從聲壓測(cè)量中確定聲功率： 直接法 和 比較法 。直接法最常用于 自由場(chǎng)環(huán)境 ，但也可用于混響場(chǎng)。然而，比較法 僅用于混響場(chǎng) 。

在直接法中 ，定義了包覆所測(cè)試裝置的虛構(gòu)表面，并在表面上的多個(gè)位置進(jìn)行聲壓測(cè)量。這些聲壓級(jí)測(cè)量是在空間上平均和校正聲音環(huán)境的影響（例如背景噪音）。

一旦確定測(cè)量表面的平均聲壓級(jí)，只需調(diào)整表面面積與參考面積 1 m² 的比例，即可計(jì)算聲功率級(jí)。這是聲功率級(jí)等于聲壓級(jí)的地方。

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比較法 有點(diǎn)不同。在此方法中，會(huì)使用具有 已知且穩(wěn)定 的聲功率級(jí)的參考聲源，在測(cè)試室內(nèi)進(jìn)行聲壓測(cè)量，參考聲源在操作和正在測(cè)試裝置的情況下進(jìn)行。接著，可透過(guò)比較所測(cè)量的聲壓級(jí)與每個(gè)聲源來(lái)計(jì)算接受測(cè)試裝置的聲功率級(jí)。

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從聲強(qiáng)測(cè)量中確定聲功率的過(guò)程與直接測(cè)量聲壓方法非常類(lèi)似。但由于聲強(qiáng)是時(shí)間平均的向量，因此比基于聲壓的測(cè)量更適合于存在背景噪聲和混響的情況。這使得基于聲強(qiáng)的聲功率測(cè)定特別適合于 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量 。

使用哪些標(biāo)準(zhǔn)？

聲功率測(cè)定有許多標(biāo)準(zhǔn)，適用于許多不同類(lèi)型的噪聲源，在不同的聲學(xué)環(huán)境中測(cè)量，并達(dá)到不同的精確度。目前現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的詳細(xì)討論不在本文的范圍內(nèi)；不過(guò)，我們可以大致描述一下。

我們首先可以分為 「基本標(biāo)準(zhǔn)」 和 「噪聲測(cè)試代碼」 。基本標(biāo)準(zhǔn)指定了各種聲學(xué)環(huán)境和準(zhǔn)確度等級(jí)中所有類(lèi)型產(chǎn)品的聲功率決定方法。因此，它們只會(huì)針對(duì)所測(cè)試裝置的操作和安裝條件提供一般建議。

另一方面， 噪聲測(cè)試代碼 特定于特定類(lèi)型的噪聲源，并指定安裝和操作條件的詳細(xì)要求，以及識(shí)別應(yīng)使用的基本標(biāo)準(zhǔn)。一般而言，如果裝置存在噪聲測(cè)試代碼，則應(yīng)使用該代碼。

在沒(méi)有噪聲測(cè)試代碼的情況下，可以使用基本標(biāo)準(zhǔn)ISO 3740：2019聲學(xué)—噪聲源聲功率級(jí)的測(cè)定—基本標(biāo)準(zhǔn)的使用準(zhǔn)則概述了聲功率測(cè)定的基本標(biāo)準(zhǔn)。這可用于選擇適當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)，同時(shí)考慮測(cè)試環(huán)境和設(shè)備、測(cè)試的組件特性，以及所需的準(zhǔn)確度。