声学基础 | 声功率的基本概念与测试方法

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声功率的基本概念

如何测试一个物体产生了多大的声能量，这可以用声功率来表示，它指声源在单位时间内向外辐射的声能。

那么，如何对声功率进行测试呢？在进行测试说明之前，首先需要了解相关的测试背景。

测试背景

如下图中的扬声器，假定扬声器产生的噪声不随时间变化。

可以通过在附近放置一个麦克风，并测量得出分贝值来确定声压级吗？显然，这是行不通的。

那么，测试的麦克风要放在哪里，需要放多远呢？如下图所示，麦克风与发声物体的距离越远，分贝值就越小，距离肯定会影响声压级，最后的结果肯定是一个随着距离变化的非固定值。

在自由场中，离声源的距离加倍时，声压级降低6dB。测试距离从1m变成2m，声压降低6dB。即使将麦克风放在相距一致的距离处，分贝读数也会根据相对于对象的位置而变化，如下图所示。

在上图中，放在扬声器后面的麦克风的读数与在扬声器前面的麦克风的读数不同。即使离扬声器的距离相同，声压级也不同。

如何独立于麦克风的距离或位置来测量声源的强度呢？答案是声功率。声功率可以量化对象的声源强度，而与测量的距离和位置无关。

测试的声压与表面积

有多种方法可用于测试声功率。一种常见的方法是用多个声压麦克风围绕声源，如下图所示。

那么，该测试是如何独立于测试的位置与距离的呢？

  · 独立于测试例如，麦克风可以放置在物体周围半球上，以获取物体在所有方向上发出的声音。通过获取麦克风压力的能量平均值，可以测量与位置无关的声音。请参见下式的“声压”部分。

  · 为了对整个距离上的麦克风读数进行归一化，计算出半球的表面积，然后将其转换为分贝。参见下式的“表面积”部分。通过计算半球的表面积，可以独立于距离进行测量。

上式是声功率 (Lw) 的基本公式，其中，L 是声级，w 代表瓦特。该方程有两个主要部分：声压与表面积。无论用多大的半球来测量声功率，对象的声功率大小总是相同的。

随着表面积变小，麦克风与测试对象的距离更近，麦克风离物体越近，声压读数越高。较高的声压读数在方程式中因表面积的减少而偏移。因此，总声功率 (Lw) 保持不变！

通过上述方法，就能测得一个有效的声功率值。

影响测试结果的两个因素

测试时总是不能避免测试的背景噪声或者声音的反射，因此引入两个影响因子，K1 为背景噪声因子，K2 为反射因子。所以测试时会使用如下方程式：

K1 与背景噪声相关，K2 与环境的反射声相关。

结    论

声功率是用来量化某个声源强度的物理量，与测试的位置与距离无关，是声源本身的属性。

因此，声功率通常用于噪声法规和法律认证中，因为它与位置或距离无关。响应具体的测试标准，可详查ISO 3744。

来源：吉兴汽车声学部件科技有限公司微信公众号，作者：陈晓君。