聲學基礎丨聲功率的基本概念及測試方法

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聲學基礎丨聲功率的基本概念及測試方法

文章出處：技術資訊網責任編輯admin 閱讀量：發表時間：2020-10-15 10:41

聲功率的基本概念
如何測試一個物體產生了多大的聲能量，這可以用聲功率來表示，它指聲源在單位時間內向外輻射的聲能。
那么，如何對聲功率進行測試呢？在進行測試說明之前，首先需要了解相關的測試背景。
測試背景
如下圖中的揚聲器，假定揚聲器產生的噪聲不隨時間變化。

可以通過在附近放置一個麥克風，并測量得出分貝值來確定聲壓級嗎？顯然，這是行不通的。
那么，測試的麥克風要放在哪里，需要放多遠呢？如下圖所示，麥克風與發聲物體的距離越遠，分貝值就越小，距離肯定會影響聲壓級，最后的結果肯定是一個隨著距離變化的非固定值。

在自由場中，離聲源的距離加倍時，聲壓級降低6dB。測試距離從1m變成2m，聲壓降低6dB。即使將麥克風放在相距一致的距離處，分貝讀數也會根據相對于對象的位置而變化，如下圖所示。

在上圖中，放在揚聲器后面的麥克風的讀數與在揚聲器前面的麥克風的讀數不同。即使離揚聲器的距離相同，聲壓級也不同。
如何獨立于麥克風的距離或位置來測量聲源的強度呢？答案是聲功率。聲功率可以量化對象的聲源強度，而與測量的距離和位置無關。
測試的聲壓與表面積
有多種方法可用于測試聲功率。一種常見的方法是用多個聲壓麥克風圍繞聲源，如下圖所示。

那么，該測試是如何獨立于測試的位置與距離的呢？
獨立于測試例如，麥克風可以放置在物體周圍半球上，以獲取物體在所有方向上發出的聲音。通過獲取麥克風壓力的能量平均值，可以測量與位置無關的聲音。請參見下式的“聲壓”部分。
為了對整個距離上的麥克風讀數進行歸一化，計算出半球的表面積，然后將其轉換為分貝。參見下式的“表面積”部分。通過計算半球的表面積，可以獨立于距離進行測量。

上式是聲功率 (Lw) 的基本公式，其中，L 是聲級，w 代表瓦特。該方程有兩個主要部分：聲壓與表面積。無論用多大的半球來測量聲功率，對象的聲功率大小總是相同的。

隨著表面積變小，麥克風與測試對象的距離更近，麥克風離物體越近，聲壓讀數越高。較高的聲壓讀數在方程式中因表面積的減少而偏移。因此，總聲功率 (Lw) 保持不變！
通過上述方法，就能測得一個有效的聲功率值。
影響測試結果的兩個因素
測試時總是不能避免測試的背景噪聲或者聲音的反射，因此引入兩個影響因子，K1 為背景噪聲因子，K2 為反射因子。所以測試時會使用如下方程式：