声功率的测量原理及计算方法

通过本章1.11什么是声功率的讲述，我们已经明白，将声强对包络整个待测声源的测量表面面积进行矢量积分，如图1-85所示，即得到声源的声功率：

如果将测量表面划分为若干个子面，并且测量每个子面的法向声强，如图1-86所示，那么，声功率可由下式得到：

图1-85 声强计算声功率

图1-86 分片计算声功率

当声源位于测量表面内部时，求得的声功率为该声源的声功率，如图1-87所示。如果在测试现场附近还有其他外部声源存在时，由于其他声源位于测量表面之外，该声源的声能从测量表面的一侧进入为负，而从另一侧出去时为正，如图1-88所示。因此，对这些声能进行矢量积分时，会相互抵消，从而对测试结果没有影响。因而，基于声强法的声功率测量可以现场进行测试，不受其他外部噪声的影响。

图1-87 基于声强法的声功率测量示意图

图1-88 外部噪声对声强法测量声功率的影响

根据下面的声强计算公式可知，当同一个信号垂直声强探头入射时，如图1-89所示，那么两个传声器测量得到的声压值应该相等，因而得到的声强理论上应该为零。但是，由于两个传声器相位不匹配，存在极小的相位差，使得声强不为零。那么，这个不为零的声强可认为是设备的本底噪声。当外界的声强值小于本底噪声时，测量是无效的。另一方面，这个本底噪声还因声压级的大小不同而不同，因此，很难对其进行量化。

图1-89 声音垂直入射(www.xing528.com)

为了解决这个问题，引入了一个参数，声压残余声强指数（Pressure Residual Intesity In-dex，PRII），即声压级与声强级的差值：

式中，L_p是外界噪声的声压级，如图1-89所示的粉红噪声。L_In是声强探头本底噪声值。这个参数通常通过声强校准器（如GRAS 51 AB和B&K 3541）校准得到。

那么，在给定声压级和隔离柱长度的情况下，可测量到的最低声强级，也就是残余声强（Residual Itensity，RI），由下式确定：

因而，声场中测量得到的声强级L_I应在这个范围内，即

RI<L_I<L_p

另一方面，根据标准，声强探头的动态范围指数L_d（dB）由下式给出：

式中，偏差因子K根据精度等级来选择，见表1-23。

表1-23 偏差因子K

由于受声强测量设备的限制，1/3倍频程的测量频率范围被限制为50～6300Hz。

基于声强法的声功率测量通常用六面体包络待测声源，底面作为反射面不测量，测量其他五个矩形面元。因而每个矩形面元有两种测量方式可选：离散点法和扫描测量法。