混响室法测量声功率.doc

实验五 混响室法测量声功率
一、 实验目的
掌握混响室法测声功率的原理和方法
二、 实验要求
1. 正确理解混响室的性质、特点及应用；
2. 了解Pulse 3560C声振测量系统的基本结构及使用方法。
三、 实验环境
1. 混响室
2. 球形声源
3. HS6288B声级计（2型）
4. 1／2吋传声器延长电缆
5. 电容传声器BSW及 传声器支架4套
6. B&K Pulse 声振测量系统3560C
7. M6K通用计算机
8. 声级校准器BK4231
四、 实验内容、步骤
1. 实验内容：测量球形声源发出的白噪声的声功率

Pulse
声振
测试
前端
计算机
图5.1 混响室测量声功率系统连接示意图
混响室
传声器
球形
声源

2. 实验原理：
用B&K Pulse 声振测量系统3560C控制球形声源发出一个50Hz～5KHz的宽频白噪声，测得室内平均声压级后可以求出噪声源的功率级。在混响室内，除了非常靠近声源处，离开壁面半波长的其它任何地方的声压级差不多相同。这时声压和声源总功率的关系为

其声功率级为：

式中为室内总吸收量；为室内平均声压级。上式没有考虑空气吸收对高频声的影响，如作高频空气吸收修正，则可改写为：

为空气的声强吸声系数，测量时应该使用无规入射传声器。传声器的位置离墙角和墙边至少，离墙面至少（是最低频率声波的波长）；传声器不要太靠近声源，至少相距1米，平均声压级至少要在一个波长的空间内进行。测量位置约3～8点，与噪声源频谱有关，如噪声源有离散频率，就需要更多的传声器测点。
混响室的总吸收量是通过测量混响时间来计算的，这时噪声源声功率用下式计算

式中V为混响室体积(m3)；T为混响时间(s)；为相应于测试频带中心频率的声波波长(m)；S为混响室内表面的总面积(m2)；为平均声压级。
3. 实验步骤：
（1） 混响时间测量
a. 按图5.2搭建测量系统，当采用PULSE3560C采集前端时，采集传声器可
用1～4个，实验中使用声望公司的BSWA型自由场传声器（内部带有前置放大器），对应于PULSE3560前端的4路输入通道，并应用相应的4通道混响时间测量软件；传声器用双BNC电缆与前端相连，用传声器支架夹持（用海绵或软棉布将传声器裹进夹在支架夹子上），并在混响室进行合理的空间分布在。
扬声器
监视传声器
声级
监视器
HS6288

计算机及采集计算软件

Pulse 3560C
数据采集
前端

混响室

功率
放大器
BK2716
图5.2 混响室测量声功率系统连接示意图
采集传声器

b. 用BK4296全指向性声源作为激励源，使用连接时用专用驱动电缆与功率
放大器BK2716对应的输出端相连，功放的输入连至3560前端输出端口1 。
c. 检查各设备的连线确认无误后，将功放2716的增益开关放置最低档，关
闭混响室房门，打开计算机、功放及3560前端电源，在PULSE应用软件菜单中，启动4通道声源中断法混响时间测量软件。
d. 设置好自动量程后，用程序产生一个白噪声激励，在混响室产生高声级（约100dB）的扩散场，然后切断声源测量其衰减曲线，即可计算出混响时间。此方法在PULSE应用程序里有一个测量模板，可直接给出1/3倍频程的混响时间数据表（柱状图）
（2） 测量平均声压级
a. 按图5.1连接系统，被测声源以正常安装方式置于混响室中相对于边界面
的一个或多个典型安装位置，如果不另外规定特殊的位置，声源置于地面离任何墙面至少1.5米，如果必须有两个或多个源的位置，则不同位置之间的距离应等于或大于相应于测量的最低中心频率的半波长。在混响室为矩形地面情况下，声源应置于地面上不对称的位置。
b. 打开BK声学测量软件平台，建立一个声压测量模板，在配置管理器中加
入添加各通道传声器，并进行相应的测量设置，点击SET－UP，在声压测量组插入CPB（FFT）分析器，并向分析器添加信号组；单击分析仪，在其Setup界面，设置分析仪属性，选择1/3倍频程分析器，频率范围一般定为50Hz～16KHz，平均方式可选为线性方式，平均时间选为10秒，频谱菜单中选中声压谱。
c. 激活测量模板按钮（或按F2键）之后，打开Level Meter级值计，来检测
输入信号当前的大小，选择合适的量程可提高测量信噪比。
d. 在函数管理器中插入所测信号的声压谱函数，双击该函数，可观察到相应
的声压谱图（未测量时无数据）。
e. 传声器校准，可用声压校准器分别对各个传声器进行常规校准。校准时打
开校准器开关，点击校准大师按钮即可进行。
f. 模板设置及校准完成后，即可按图2所示进行测量，打开电钻开关，关闭
混响室门，点击测量开始按钮，平均10秒钟后即可记录一组数据，为了获得更好的空间平均，可改变传声器的位置，再进行测量，将各传声器的各次测量
的声压级按1/3倍频带进行平均，即可得到所需的平均声压级。
g. 测量混响室的几何尺寸，按公式（5.4）计算各频带声功率级，并按式下
式计算声功率总级。

式中N为频带数，是第i个频带的声功率级。
五、 实验结果
1. 混响室的混响时间（按1/3倍频程给出）；
序号
中心频率（Hz）
混响时间（s）
1
1.0000000000e+002
7.45522e+000
2
1.2500000000e+002
8.03116e+000
3
1.6000000000e+002

9.34096e+000
4
2.0000000000e+002
7.49712e+000
5
2.5000000000e+002
6.90314e+000
6
3.1500000000e+002
6.64586e+000
7
4.0000000000e+002
6.77191e+000
8
5.0000000000e+002
6.47246e+000
9
6.3000000000e+002
6.06130e+000
10
8.0000000000e+002
5.02718e+000
11
1.0000000000e+003
465768e+000
12
1.2500000000e+003
4.25639e+000
13
1.6000000000e+003
3.78167e+000
14
2.0000000000e+003
3.40101e+000
15
2.5000000000e+003
2.98364e+000
16
3.1500000000e+003
2.54108e+000
17
4.0000000000e+003
2.15545e+000
18
5.0000000000e+003
1.81243e+000

2. 混响室各测点的声压级平均值（按1/3倍频程给出）；
各测点的声压级平均值
序号
中心频率（Hz）
平均声压级（dB）
1
50
59.4288
2
63
62.2658
3
80
60.3609
4
100
68.3499
5
125
73.1292
6
160
80.3375
7
200
84.2415
8
250
86.8292
9
315
86.9616
10
400
87.5339
11
500
86.7727
12
630
85.8332
13
800
85.9263
14
1000
85.1141
15
1250
84.1864
16
1600
87.3188
17
2000
88.1361
18
2500
86.1001
19
3150
84.1771
20
4000
83.1587
21
5000
81.7360

3. 画出声功率与频率的关系图（按1/3倍频程给出），并给出声功率总级值。

各频段的声功率级为
序号
中心频率（Hz）
声功率级（dB）
1
100
67.1069
2
125
71.2281
3
160
77.4642
4
200
82.0825
5
250
84.8261
6
315

84.9488
7
400
85.2913
8
500
84.6133
9
630
83.8632
10
800
84.6889
11
1000
84.1482
12
1250
83.5630
13
1600
87.1660
14
2000
88.4130
15
2500
86.9206
16
3150
85.6742
17
4000
85.3536
18
5000
84.6710

由公式求得声功率总级为 。
六、 讨论思考题
试分析混响法测量声功率和自由场法测量的区别，那种方法测量精度更高？
实验环境：混响法测量声功率是在混响室里进行的；而自由场法测量声功率是在消声室（半消声室）内进行的。
实验原理：混响法测量声功率是利用混响场声压和声功率的关系来测量计算声功率的；而自由场法测量声功率是利用，自由场内声压级近似于声强级相等，进而推出声功率公式。
整体而言，自由场法测量声功率测量精度更高一些。