聲功率的案例
聲壓、聲強、聲功率區別與聯系
在以上類推中，暖氣片散發出來的熱能（熱功率）相當于聲功率，溫度相當于聲壓。
聲功率測量
1. 為什么要測量聲功率
我們需要用一個標準來衡量設備噪聲的大小，測量聲壓級與聲功率都可以對其進行評價。
聲壓級的測量結果與所處聲學環境中的距離和方位有關，難以給出確定的數值來評價設備噪聲的大小。
與聲壓相反，聲功率是獨立于環境的客觀量。如果被測聲源的聲學環境已知，就能根據設備的聲功率級預估出聲壓級。因此，聲功率是描述和比較機器輻射出噪聲高低的有效參量。
2. 聲功率測量方法
聲源的聲功率必須在消聲室中測量，分聲壓測量法與聲強測量法。
聲壓測量法：該方法要求在特定的聲學環境中進行。
聲強測量法：聲功率測量可以在普通的聲學環境，甚至在有干擾噪聲的情況下（因為聲強是矢量，積分求聲功率時，干擾聲會相互抵消）。
基于聲強法的聲功率測量有兩種測量方法
離散點法：GB/T 16404標準；
掃描法：GB/T 16404.2標準。
下圖為用掃描法進行平板樣件的聲傳遞損失測量。采用這種方法要求每個測量面元都要正交地掃描兩次。
掃描方式
來源：吉興汽車聲學部件科技有限公司公眾號 作者：陳曉君
展開 聲功率測量的終極方案：深入解析聲強法的原理、優勢與應用
聲學測量和聲學理論并非總是并行發展，Rayleigh勛爵有影響力的著作《聲音理論》的出版奠定了現代聲學的基礎。聲強是該理論的基礎，但是，在整整一百年后，才出現一種完全實用的測量聲強的方法。
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聲壓和聲功率
聲源輻射功率，從而產生聲壓。聲功率是原因，聲壓就是結果。
思考下這個類比，電加熱器將熱量散發到室內，而溫度則是結果，溫度也是使我們感到冷或熱的物理量。房間中的溫度顯然取決于房間本身、隔熱材料以及是否存在其他熱源。但是對于相同的電源輸入，加熱器發出的功率實際上與環境無關。聲功率和聲壓之間的關系相似。我們聽到的是聲壓，但這是由聲源發出的聲功率引起的。
我們用傳聲器聽到或測量的聲壓取決于與聲源的距離以及存在聲波的聲環境（或聲場），這又取決于房間的大小和表面的吸聲性。因此，通過測量聲壓，我們并不能夠量化機器發出的噪音。我們必須找到聲功率，因為此物理量基本與環境無關，并且是描述聲源的唯一參數。
什么是聲強
任何振動的機械部件都會輻射出聲能。聲功率是輻射能量的速率（每單位時間的能量）。聲強描述通過單位面積的能量流率。在國際單位制中，單位面積為1平方米。因此，聲強的單位是瓦特/平方米。
聲強還提供方向的量度，因為在某些方向上會存在能量流，而在另一些方向上則不會。因此，聲強既具有幅度又具有方向性，因此是矢量。另一方面，壓力是標量，因為它僅具有大小。通常，我們在法線方向上（相對于90°）相對于指定單位面積的強度進行測量，聲能流過該單位面積。
還需要清楚的是，聲強是單位面積能量流的時間平均速率。在某些情況下，能量可能會來回傳播，這將無法衡量，如果沒有凈能量流，就沒有凈強度。
在下圖中，聲源正在輻射能量。
展開 Acoustic——聲壓、聲強、聲功率之間的區別與聯系
除了聲壓之外，還有另外兩個非常重要的參數——聲強和聲功率。先講講聲強，在《聲學基礎》中是這樣定義它的：通過垂直于聲傳播方向的單位面積上的平均聲能量流，也叫平均聲能量流密度，單位為w/㎡。可以理解為當聲波在垂直于傳播方向上單位面積的聲能量越多時，聲強就越大，聲音就越強，因此聲強是表示聲音強弱的一個客觀物理量。聲強和聲壓一樣，都是用于描述聲場的，那為什么有了聲壓還需要借助聲強呢？因為聲壓是標量，有局限性，不能描述聲能的幅值和流速，而聲強是有大小和方向的矢量，包含了更多信息，可以用于確定并量化噪聲源及其傳遞路徑、確定結構的聲傳遞損失等。除此之外，聲壓的測量雖然簡單，但是非常容易受到環境影響（背景噪聲/反射等）而導致較大的誤差，往往需要在特定的消聲室或者混響室內進行測量，但是聲強的測量具有方向性，受現場影響比較小，可以消除背景噪聲的影響進行現場，因此目前聲強測量也在被廣泛應用于實際的聲學研究中。與聲壓級對應，為了更容易描述變化量較大的聲強范圍，聲強也引入了聲強級的概念，具體公式如下：
I: 測量聲強
I0:基準聲強（1.e-012W/㎡）
聲強是單位面積上的聲能量流，那么對整個聲源的表面積進行積分計算，得到的結果就是該聲源在單位時間內向外輻射的聲能，也就是聲功率。聲功率是聲源本身的屬性，它的值與觀察者的位置或距離都無關，是一個恒定的參量，因此聲功率可以用來衡量一個聲源的聲輻射能力，但是與聲壓、聲強不同，聲功率不能直接測量，只能通過測量聲壓或聲強后間接計算得出。
展開 Acoustic——聲壓、聲強、聲功率之間的區別與聯系
除了聲壓之外，還有另外兩個非常重要的參數——聲強和聲功率。先講講聲強，在《聲學基礎》中是這樣定義它的：通過垂直于聲傳播方向的單位面積上的平均聲能量流，也叫平均聲能量流密度，單位為w/㎡。可以理解為當聲波在垂直于傳播方向上單位面積的聲能量越多時，聲強就越大，聲音就越強，因此聲強是表示聲音強弱的一個客觀物理量。聲強和聲壓一樣，都是用于描述聲場的，那為什么有了聲壓還需要借助聲強呢？因為聲壓是標量，有局限性，不能描述聲能的幅值和流速，而聲強是有大小和方向的矢量，包含了更多信息，可以用于確定并量化噪聲源及其傳遞路徑、確定結構的聲傳遞損失等。除此之外，聲壓的測量雖然簡單，但是非常容易受到環境影響（背景噪聲/反射等）而導致較大的誤差，往往需要在特定的消聲室或者混響室內進行測量，但是聲強的測量具有方向性，受現場影響比較小，可以消除背景噪聲的影響進行現場，因此目前聲強測量也在被廣泛應用于實際的聲學研究中。與聲壓級對應，為了更容易描述變化量較大的聲強范圍，聲強也引入了聲強級的概念，具體公式如下：
I: 測量聲強
I0:基準聲強（1.e-012W/㎡）
聲強是單位面積上的聲能量流，那么對整個聲源的表面積進行積分計算，得到的結果就是該聲源在單位時間內向外輻射的聲能，也就是聲功率。聲功率是聲源本身的屬性，它的值與觀察者的位置或距離都無關，是一個恒定的參量，因此聲功率可以用來衡量一個聲源的聲輻射能力，但是與聲壓、聲強不同，聲功率不能直接測量，只能通過測量聲壓或聲強后間接計算得出。
展開 
揚聲器熱功率壓縮
01 熱功率壓縮
理想的揚聲器，靈敏度會隨輸入的功率線性增加。但功率越大，音圈溫度升高， 直流電阻上升 , 造成揚聲器的靈敏度下降。這就是揚聲器的功率壓縮現象。
輸入揚聲器的電功率的絕大部分轉化為熱功率。包括音圈熱功率和鐵芯中渦流的熱功率。小部分成為有效的聲輻射功率 。剩余的消耗于空氣阻尼，機械阻尼等。
非線性功率壓縮下次討論。
02 估算
電阻與溫度換算公式 Rt=R20*(1+α(t-20))
R20為20℃時的導體電阻，Rt為在溫度為t時測得的電阻值，α為導體的電阻溫度系數，銅取0.00393，鋁取0.00403。t為測量時的溫度。
按直阻隨溫度變化，估計揚聲器靈敏度功率壓縮。
可以看出來基本上接近線性變化。
03 仿真
揚聲器的阻抗是頻率的函數。音圈的溫升造成的揚聲器靈敏度功率壓縮 , 在整個頻率范圍內也是變化的。
可以使用有限元仿真對比不同溫度情況下的頻響曲線。
嘗試兩個簡單的模型。
展開 聲功率頻率響應曲線仿真計算
最近有人咨詢我怎么在comsol中仿真揚聲器聲功率的頻率響應曲線。
雖然我之前沒做過。不過摸索了下，很快就弄出來了。
選中輻射出口的面（2維軸對稱時是線）對聲壓平方/（空氣密度*聲速）的表達式進行積分即可。
abs(p)^2/(acpr.rho*acpr.c)
此時輸入的電功率是1W。可以看到常規的直接輻射揚聲器效率是相當低的。
做仿真的時候，一定要有整個物理圖像在頭腦中，再加上一定的數學基礎。軟件本身的操作是更其次的東西，可以參照軟件help慢慢找。
我之前在公眾號里有寫過一篇文章《仿真分析的思路》，雖然文中沒什么圖，談得也比較抽象。但是我覺得對做仿真的工程師挺重要的。因為好多人就是徘徊在各種軟件技巧中不能自拔。
仿真分析的思路
展開 設計仿真 | 基于MSC Nastran的等效輻射聲功率ERP計算
聲學分析需要考慮聲固耦合或聲輻射技術，因為涉及到內場的聲固耦合分析或外聲場的輻射聲功率計算，雖然封閉聲場可以基于模態法減少計算時間，外聲場可以采用格林法或聲傳遞函數等方法減少計算時間，但是，聲學網格分網、聲固耦合計算還是要花費更長的計算時間，造成企業需要更大的硬件資源和更長開發周期。
在車輛開發前期的動力系統開發或車身開發中，我們可以通過抑制結構表面法向振動速度縮小輻射噪聲，同時，精確識別結構局部模態對輻射噪聲影響。利用ERP分析，可以在頻率響應分析中快速獲取特定激勵下部件與面板的最大潛在聲輻射數據，從而準確定位結構中聲輻射最大的區域。基于這一結果，可采取結構優化措施（如對鈑金件進行形貌優化）或增加阻尼片等方式，有針對性地抑制結構表面振動，進而有效降低結構振動產生的輻射噪聲。
等效輻射功率
等效輻射功率（Equivalent Radiated Power, ERP）分析作為一種表征結構振動聲輻射的計算方法，自2008年引入MSC Nastran軟件，經過多年開發與更新，功能與優勢如下：
? 支持分析類型：頻響分析和瞬態分析。
? 峰值點輸出：與PEAKOUT結合，支持系統自動識別峰值點，一步分析輸出或用戶自定義頻率輸出點。
? 支持模態貢獻率分析：將面板等效聲輻射分解到面板局部模態。
? 計算高效性：無需對流體媒質進行建模，計算速度快。
? 支持ERP輻射值為設計響應：基于ERP的優化對計算資源與時間的要求顯著低于聲學響應優化，適用于拓撲/幾何驅動的聲學設計。
? 阻尼表征能力：定義局部結構阻尼研究對ERP影響。
? 分析結果格式：csv、OP2、PCH、H5格式，展示和二次處理方便。
展開 BK知識庫 | 什么是聲強和聲壓？
聲功率是由聲源每單位時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果，這些能量轉移到特定的聲音環境中并在特定位置進行測量。聲功率是原因，聲壓是效果。
聲強與聲壓之間的關系
可以用熱來作為一個簡單的比喻，幫助了解 聲功率和聲壓之間的關系。
一個電加熱器具有一定的功率輸出，它輻射到一個房間，提高了房間的溫度。加熱器的功率輸出獨立于加熱器所在的房間。然而，房間內的溫度會根據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聲壓級之間的關系類似。從聲源輻射出來的聲能會提高房間的 聲壓級。聲源的聲功率級與房間獨立，但聲壓級將取決于我們 與聲源的距離和 房間的特性，這包括房間的大小，以及房間內表面反射或吸收聲音的程度。
就像聲壓一樣，我們通常以分貝為單位表達聲強。這有時可能產生混淆——特別是當省略參考值時。聲壓級的參考值為20μPa，而聲功率級的參考值為1pW。
選擇這些參考值，使得在一個完美的自由場，在傳播面積為1m 2的距離， 聲壓級和聲功率級相等。
為什么要決定聲功率級？
了解裝置的聲功率級非常有用。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試環境或測量的距離。因此，聲功率級非常適合用于指定裝置的噪音發射限值，以及驗證是否符合限值。
由于聲功率級與聲音環境和測量位置無關，因此我們也可以計算在已知的聲音環境中，從裝置到特定位置的聲壓級。
例如，聲學顧問可能會使用機器的 聲功率級來計算在附近住所所產生的 聲壓級，如果要安裝在特定位置，則該機器將在附近住所產生的聲壓級。
展開 BK知識庫 | 什么是聲強和聲壓？
聲功率是由聲源每單位時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果，這些能量轉移到特定的聲音環境中并在特定位置進行測量。聲功率是原因，聲壓是效果。
聲強與聲壓之間的關系
可以用熱來作為一個簡單的比喻，幫助了解
聲功率和聲壓之間的關系
。
一個電加熱器具有一定的功率輸出，它輻射到一個房間，提高了房間的溫度。加熱器的功率輸出獨立于加熱器所在的房間。然而，房間內的溫度會根據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聲壓級之間的關系類似。從聲源輻射出來的聲能會提高房間的
聲壓級
。聲源的聲功率級與房間獨立，但聲壓級將取決于我們
與聲源的距離
和
房間的特性
，這包括房間的大小，以及房間內表面反射或吸收聲音的程度。
就像聲壓一樣，我們通常以
分貝為單位
表達聲強。這有時可能產生混淆——特別是當省略參考值時。聲壓級的參考值為
20μP
a
，而聲功率級的參考值為
1pW
。
選擇這些參考值，使得在一個完美的自由場，在傳播面積為1m2的距離，
聲壓級和聲功率級相等。
為什么要決定聲功率級？
展開 一文了解汽車空調NVH性能開發 附ERP等效輻射聲功率在汽車NVH開發中的應用下載
空調軟件標定方面，制定壓縮機轉速限速和避頻策略、制定暖風水泵啟動策略、考慮消除冷媒流動聲的冷卻風扇轉速標定。
下載地址：用ERP等效輻射聲功率在汽車NVH開發中的應
適用于便攜式音頻應用的立體聲編解碼器與3W音頻功率放大器-CJC8972
立體聲編解碼器的工作原理根據編碼方式和應用場景有所不同，主要分為?傳統調頻立體聲編解碼?、?參數立體聲（Parametric Stereo, PS）?和?聯合立體聲（如M/S編碼）?等類型。
音頻功率放大器（簡稱“功放”）的核心功能是將微弱的音頻信號放大至足以驅動揚聲器發聲的功率水平。是一種用于放大音頻信號并驅動揚聲器發聲的功放裝置，廣泛應用于家庭影院、智能音箱、車載音響等發聲電子產品。其核心功能是通過電壓放大和功率放大兩階段處理，將輸入的微小信號提升至可驅動揚聲器的功率水平，通常包含前置放大電路和功率放大級。
該裝置的關鍵參數包括輸出功率（含額定功率及峰值功率）、頻率響應（20Hz-20kHz為主）、失真度（Hi-Fi級產品可低于0.05%）和信噪比（普遍高于60dB）。技術實現上采用A/B/AB/D/G等多類電路結構，其中D類數字功放因高效特性廣泛應用于超低音音箱。
由工采網代理的CJC8972是一款24位低功耗高質量的立體聲編解碼器，可用于便攜式數字音頻應用和單橋式音頻功率放大器，擁有先進的芯片上數字信號處理執行圖形均衡器，3-D聲音增強和麥克風或線路輸入的自動電平控制。通過5V電源可將3W連續平均功率到3Ω負載，THD低于10%。
CJC8972采用QFN24封裝；供電電壓范圍2.0V ~ 5.5V；能在低至1.8V的電源電壓下工作，可以作為主機或從機運行，具有各種主時鐘頻率，包括USB設備的12或24MHz，或標準的256fs頻率如12.288MHz和24.576MHz。不同的音頻采樣率（如96kHz, 48kHz, 44.1kHz...）可以直接由主時鐘產生，而不需要外部鎖相環。
為了在便攜式應用中節省電力，當VDD應用于shutdown引腳時，CJC8972電源關閉模式(IQ =0.6?
展開 
聲強的理論與測量
聲學測量和聲學理論并非總是并行發展，Rayleigh勛爵有影響力的著作《聲音理論》的出版奠定了現代聲學的基礎。聲強是該理論的基礎，但是，在整整一百年后，才出現一種完全實用的
測量聲強的方法
。
聲壓和聲功率
聲源輻射功率，從而產生聲壓。聲功率是原因，聲壓就是結果。
思考下這個類比，電加熱器將熱量散發到室內，而溫度則是結果，溫度也是使我們感到冷或熱的物理量。房間中的溫度顯然取決于房間本身、隔熱材料以及是否存在其他熱源。但是對于相同的電源輸入，加熱器發出的功率實際上與環境無關。聲功率和聲壓之間的關系相似。我們聽到的是聲壓，但這是由聲源發出的聲功率引起的。
我們用傳聲器聽到或測量的聲壓取決于與聲源的距離以及存在聲波的聲環境（或聲場），這又取決于房間的大小和表面的吸聲性。因此，通過測量聲壓，我們不必量化機器發出的噪音。我們必須找到聲功率，因為此物理量
基本與環境無關
，并且是
描述聲源的唯一參數
。
什么是聲強
任何振動的機械部件都會輻射出聲能。聲功率是輻射能量的速率（每單位時間的能量）。聲強描述通過單位面積的能量流率。在國際單位制中，單位面積為1平方米。因此，聲強的單位是瓦特/平方米。
展開 電驅動系統NVH系列：電機徑向力相位對振動噪聲的影響
圖2.5 不同斜極形式下48階聲功率
由上圖可以得到以下結論：
無斜極時，圓柱（0,0）階模態被激發，聲功率峰值94db；圓柱（0,1）及（0,2）階模態處無顯著峰值；
線性斜極時，圓柱（0,1）及（0,2）階模態被激發，其中（0,1）階模態處峰值與無斜極（0,0）階模態處峰值接近，（0,1）階模態處聲功率峰值80db；
V行斜極時，圓柱（0,0）及（0,2）及模態被激發，其中（0,2）階模態處聲功率幅值88db,大于（0,0）階模態處峰值78db;兩個共振峰處峰值高度均低于無斜極及線性斜極；
ZigZag斜極時，圓柱（0,1）及（0，2）階模態被激發，其中（0,1）階模態處峰值高度84db,(0,2)階模態處峰值高度80db; 兩個共振峰處峰值高度均低于無斜極及線性斜極。
不同斜極形式下96階在1000-12000rpm聲功率計算結果如下圖2.5所示。
圖2.6 不同斜極形式下96階聲功率
從圖2.6可以看出，不同斜極形式激勵起的圓柱模態階次及峰值均有差異。由于其峰值高度較48階較低，在此不再贅述。
由以上結果可以看出，理想狀態下，無論V型斜極或ZigZag斜極，對降低（0,0）階模態處振動噪聲峰值均有顯著效果；同時需要關注（0,2）階模態被激發所產生的新的峰值。
展開 噪聲基礎及電機噪聲的測量
聲源在單位時間內輻射出來的總聲能稱為聲功率，單位瓦特W。聲功率是一個絕對量，只與聲源有關，所以相關標準中的噪聲限值都用聲功率級進行考核。在垂直聲波傳播的方向，單位時間內通過單位面積的聲能稱為聲強，用I表示，單位W/m^2。因為聲波可分解為不同頻率的正弦波，且在空氣自由場沿聲源呈球狀傳播，所以聲強和聲壓一樣，大小與到聲源的距離有關。聲強和聲壓的關系為
I=p^2/(ρ*c) 公式四
式中ρ為空氣的密度，約1.18kg/m^3，c為空氣中的聲速，約340m/s。
當p取p0時，計算基準聲強，得
I0=10^-12W/m^2。
聲音也可以用聲強級和聲功率級來表征其大小，單位都是dB：
Li=10lg(I/I0) 公式五
Lw=10lg(W/W0) 公式六
基準聲功率W0=10^-12W。
下面來推導聲音大小三種度量之間的換算。
聯立公式一、四、五，有
Li=10lg(I/I0)=10lg(p^2/p0^2)=20lg(p/p0)=Lp
即聲音的聲壓級和聲強級數值相等。
展開 CJC8988帶2個立體聲耳機驅動器的低功率立體聲編解碼器
Codec芯片 - CJC8988是一個低功率，高質量的立體聲編解碼器，可以直接Pin to Pin替代WM8988，設計為便攜式數字音頻應用。該設備集成了完整的接口到2個立體聲耳機或線路輸出端口。外部組件的要求大大降低，因為不需要單獨的耳機放大器。先進的片上數字信號處理執行圖形均衡器，三維聲音增強和自動電平控制的麥克風或線路輸入。
CJC8988可以作為主機或從機操作，具有各種主時鐘頻率，包括12或24MHz，或標準的256fs頻率，如12.288MHz和24.576MHz。不同的音頻采樣率，如96 kHz，48 kHz，44.1 kHz，直接從主時鐘產生，而不需要一個外部PLL。
CJC8988在電源電壓降至1.8V時工作，盡管數字核心可以在電壓降至1.5V時工作以節省電力，并且所有電源的最大電壓為3.3伏。芯片的不同部分也可以在軟件控制下斷電。CJC8988提供了一個非常小和薄的4x4mmCOL包，理想的用于手持和便攜式系統。
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