声强测量仪

简介

    声强可以在任何声场中测量，测量声强时稳态背景噪声对被测设备的声功率没有任何影响。声强测量仪在许多领域广泛用于现场研究复杂振动机械的辐射模式和声源定位。

    国内外声强计量主要有三种方法：消声室法，行波管法，声强校准器法。

发展

    上世纪80年代初，声学测量中采用了数字信号处理技术，使得声强测量仪商品化生产成为可能。

    随着传声器制造和电子技术的不断进步，声强级测量仪的量程及范围可满足大多数噪声测量的需求，但是，声强测量和声强校准并不是并驾齐驱发展的。

    早期声强计量是通过声压校准经理论计算得出的。

    经过近30年的发展，国内外声强计量主要采用的技术方案有消声室法、行波管法、声强校准器法等。这些方法侧重声强级的频率响应校准和单一声强校准，一般声强级小于120dB 对声强测量仪在宽动态范围的线性度校准始终是一个缺项。

    随着宇航科技的发展，极值空气声(高声压、高声强)的作用及影响逐渐被人们所认识，例如置于强大声场中的火箭、卫星和飞船的壳体将产生疲劳和损坏，某些监测仪表将产生乱真效应。

    上述场合均需要使用动态范围高的高声强级测量仪，涉及高声强级可达140dB，这样的情形导致声强测量仪相位不匹配和非线性畸变，产生较大的测量误差。

分类

    消声室法

    消声室法是使用的广泛的方法，将声强测量仪置于自由声场(消声室)中，声强探头轴正对声源中心，同时在其附近并列放置标准传声器。声源发出的声波为平面行波，则声强测量仪测得的声强级，I=声压级L 一0．15dB。

    这种方法通过标准传声器溯源于声压基准，比较容易获得高的准确度水平，这种方法适用于声强测量仪的频率响应校准，其大声强级不1lOdB，频率范围为(50—6 300)Hz。

    行波管法

    行波管法采用一个空心透明圆管（行波管），行波管一端安装扬声器，另一端是均匀安装多个塑料管，并为圆弧型。使这个端面完全吸声而无反射，声强探头置于管内，轴正对声源中心。

    声源采用中心有圆孔特制扬声器，通过中心插人一根可移动的装有标准传声器的探管，用来测量驻波管的声场。当声源发出声波后，声强探头的两个传声器测得的声压信号的幅值和相位完全已知，得出被校声强级。

    这种方案占地少，声波信号准确性好，但校准准确度较低。由于驻波管尺寸一定，限制了频率范围，其大声强级不20dB，频率范围为(100—2 000)Hz。

    声强校准器法

    声强校准器法比较常见，具有操作简便，准确度高的特点。

    由模拟自由场中平面声波的活塞发生器和声强耦合器组成。用于声强、质点速度和声压校准的声强耦合器，包括两个由耦合元件相连的腔室。当活塞发生器与耦合器相接时，上下两腔室的之间存在相当于标称间距为50ram而无反射出现的相位差。

    在两个腔室中的声压幅值相等，因此模拟了一个自由场中传播的平面声波的声强。如果声强探头的一个传声器位于上腔室，另一个位于下腔室，则可用来校准声强测量仪器的声强和质点速度的灵敏度。耦合器和活塞发生器还可用作声压校准，这时两个传声器都放在下腔室中，使它们暴露在完全相同的声压下(幅值和相位相同)，利用已知的声压级对各个传声器通道作声压灵敏度校准。其声强校准值为定值，即118dB。250Hz。

展望

    声强校准方法声强级均小于130dB，对声强级在宽动态范围的线性度和高声强级校准始终是一个缺项。

    声强探头主要测量器件是两个配对的传声器，在高声压的作用下其敏感元件会产生非线性畸变，导致两传声器相位失配，甚至损坏。

    由于没有高声强校准手段，在高于130dB时，声强测量的准确度一直受到质疑。迫切需要建立动态范围宽增加。以高声压标准传声器作为主标准器，给出高声压级标准值，耦合元件引起耦合器相位变化是已知的。这样，就可模拟产生声强级。

    上述原理的高声强校准器在腔内声压级失真度不2%的条件下，高声强级可达140dB，可满足部分声强测量仪线性度校准的需求。

    空气声计量

    主要包括声压和声强两个参数，声压计量经多年研究，已建立频率范围为10Hz一20kHz，声压级为80dB一170dB的相关计量标准；

    声强计量只在一定的频率范围内或在某些特定的声强级下进行，高声强级校准几乎是。其难点在于在高声强条件下不仅要解决的高声压产生的非线性问题，还要解决相位匹配控制的难题。虽然，国内外高声强校准取得了一定的进展，但其原理、设备和方法等仍需经过时间和应用的考验，相应的问题正在进一步的研究中，相信在不久的将来会有更大的进展。