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1. 声功率的定义；

2. 为什么要测量声功率；

3. 三个参数之间的关系；

4. 声功率测量方法；

5. 测量方法的差异。

1. 声功率的定义

声功率定义为声源在单位时间内向外辐射的声能，单位为W。与声压级相对应，声功率也存在声功率级。声功率级是声功率与参考声功率的相对量度，定义为

其中W为测量的声功率，W0=10^-12W为基准声功率。声功率是一个**量，只与声源有关，与其他无关，因此，它是声源的一个物理属性。

2. 为什么要测量声功率

与声压相反，声功率是独立于环境的客观量。因此，声功率是描述和比较机器辐射出噪声高低的有效参量，可用于比较同类或不同类设备或竞争产品的噪声辐射水平。同时，人们在购买产品时，声功率也是其中一个考虑因素。声功率也可以作为辅助开发更低噪声设备的一种工具，比如用于判断开发出来的设备是否**过噪声规范的上限或目标值。机械设备发出的噪声能否达到相关地区，如欧盟的相关标准，才能在这些地区进行销售。

虽然声压级也可用于评价噪声的大小，但是声压测量有局限性，如测量结果与所处的声学环境中的距离和方位有关，难以给出确定的数值来评价设备噪声的大小。而声功率测量使用包络面测量方式，与距离无关，测量结果为确定的数值。在普通的声学环境甚至在有噪声干扰的条件下，使用声强法也可以测得声源的声功率。因此，用声功率来评价声源辐射的噪声具有声压无法替代的优势。

为了保证不同类型机器声功率测量的准确性，精密度和再现性，声功率的测量必须依照相关可接受的标准和测试规范进行。

3. 三个参数之间的关系

描述声音的三个参数是声压、声强和声功率，它们之间有一定的关系。声功率与声强有直接的关系，可以以围绕声源的封闭球面的表面积为变量，对声强求积分来得到声功率的值。在特定的声学环境中，在一定位置，可以测量出可感知声源的声压。

可以采用一个类推方法来解释声功率与声压之间的区别。在一个有暖气片的房间中，暖气片一直散发出一定瓦特数值的热能，所以从暖气片中散发出来的热能与环境无关，不受环境的影响。但是房间中的温度与房间中的热能环境有关，不同位置的温度可能不一样。

类似地，放置在房间中的声源会辐射出一定瓦特数的声能，但是声压取决于声学环境和在房间中距声源的距离，如图1所示。声功率是“根源”，声压是声源引起的“影响”。

在以上类推中，暖气片散发出来的热能相当于声功率，温度相当于声压。

发声的声源

发热的热源

图1 类推方法

在自由场中，由点声源发出的声音，如图2所示，声强I与声功率P、声压p关系如下

ρc是介质的声阻抗。声功率是声源的一个特性，它与测量距离无关，而声压和声强与测量距离有关。在自由场中，测试球面的半径增加一倍，声强减少到原来的1/4，如上述公式所示，而声压是原来的一半。相应地，距离中心为r1和r2两点的声压级满足下列关系：

图2 自由场中的点声源

从上面的公式可以看出，声强可用于计算声功率

如果将测量面划分多个子面，那么声功率

4.声功率测量方法

声功率不能够直接测到，必须要在造价昂贵的消声室或混响室通过对声压的测量，计算出声功率。由前面的公式可知，声强是单位面积上的声功率，所以，一个包围声源的包络面上的声强与面积的乘积，就是声源的声功率。声强是质点速度与声压的乘积，因此，声强是一个矢量。只要将包络面上的声强矢量作积分，就可以求出声源的声功率，而测量区域之外的干扰噪声将得到抵消。因此，声功率的测量可基于声压法或声强法得到。基于声压的声功率测量要求在特定的声学环境中进行，但基于声强法的声功率测量可以在普通的声学环境，甚至在有干扰噪声的情况下，通过对声强的测量就可以得到声源的声功率，这是声强测量技术较典型的应用。

不管是基于声压法还是声强法，声功率测量都需要假想一个包络被测声源的测量面，并且在该测量面内除了被测声源之外，不能有其他声源或吸声体，测量面到被测声源的距离要适中。常用的包络被测声源的测量面有两种形式：矩形面和半球面，如图3所示。有时可能还会采用任意包络面包络待测声源。

图3 常用的包络测量面

包络测量面会根据待测声源的大小作调整，图3中的包络测量面是以声压法示意的，图中的白色圆点为关键的麦克风测量位置，绿色圆点为可增加的额外的麦克风测量位置。如ISO 374X标准中对这些麦克风的测量位置对有详细的说明。关于声压法测量声功率的详细介绍，稍后将会有文章《基于声压法的声功率测量》推出，敬请关注，在这对此不作详细介绍。

基于声强的声功率测量有两种测量方法，分别为离散点法和扫描法，对应的标准为ISO 9614-1和9614-2。

对于矩形包络面而言，如图4所示，通常需要测量5个面，底面作为反射面不测量，每个面的测量方式具有两种可选：离散点法和扫描测量法。

图4 声功率测量示意

(1) 离散点测量法：如图5-a所示，这种方法是将测量面均匀划分为若干单元，然后逐个测量每个单元中心点的法向声强，计算该单元的声功率，最后将所有单元的声功率进行叠加，作为该测量面的声功率。

(2) 扫描测量法：如图5-b所示，这种方法是将声强探头在适当长的时间内，沿测量面进行匀速往复扫描，这样便可测得该测量面的平均声强，并计算其声功率。采用这种方法要求每个测量面都要正交地扫描两次。

分别测量5个面后，将5个面的声功率相加，即可得到总声功率。

（a）离散点法

（b）扫描法

图5 声强法声功率测量的两种方式

从理论上讲，扫描法是连续空间平均较好的数学近似，测量精度较高，但是测量时，必须注意声强探头必须以均匀速度扫描，并且要均匀地覆盖被测量表面，因而测量时难度稍大。离散点法测量精度稍低，但是只要划分好测量单元，测量过程比较方便，重复性好，并且可以通过增加测点数目来提高测量精度。因此在实际测量中，应根据不同的测量要求选择不同的测量方法。

关于声强法测量声功率的详细介绍，稍后将会有文章《基于声强法的声功率测量》和《声功率测量实例》推出，敬请关注。

5. 测量方法的差异

我曾经对同一个声源分别使用声压法和声强法分别测量它的声功率级，得到的结果曲线如图6所示。测量时并非在消音室内进行的，而是晚上8点以后在工厂的厂院内，场地可认为是一个半自由场。17个测量点的声压法测量得到的声功率级为80.9dBA，声强法测量得到的声功率级为76.1dBA，两种方法得到的声功率在各1/3倍频程带的A计权数值如表2所示。两种方法测量结果相差了4.8dBA，这是因为基于声压法的声功率测量易受环境噪声的影响，导致测量结果偏大，而声强法不受环境噪声的影响。

表2 声压法与声强法获得的1/3倍频程声功率级（单位：dBA）

另一方面，从图6可以看出，在1/3倍频程中心频率125Hz以下，二者相差明显，而在高频段，二者的差值变化不大，这是因为声强法使用的隔离柱长度是12mm，它对应的有效频率范围下限刚好是125Hz，在这个频率下面，它的测量精度较差。

图6 对比两种方法得到的结果

基于声压的声功率测量具有快速、可靠地得到测量结果，具有高频率范围与动态范围等优点。但是传统的声压法测量，需要消声室、混响室等特殊的声学环境，然而建造这些声学环境费用昂贵，即便有了这些声学设施，很多机器因结构、重量、尺寸及运转和安装条件的限制等，难以运进消声室内去测量。另一方面，声压法受环境影响明显。

基于声强的声功率测量对测量场地及背景噪声要求较宽松，可现场测量，能剔除背景噪声的影响；可以方便地进行噪声源定位；可以方便地进行声辐射效率、传递损失等方面的测试研究工作等。但是声强法对操作者的技术有较高的要求，实验时间冗长、方式较为复杂等缺点。

如果不是在特定的声学环境中测量，声压法得到的声功率会偏大，而声强法得到的结果更精确。因此，声压法常用于特定的声学环境中的声功率测量，而声强法常用于现场或户外的声功率测量。

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