電子科技大學(xué) 計量概論 14

1、精思國計，細(xì)量民生聲學(xué)計量包括聲學(xué)計量包括:l 空氣聲計量空氣聲計量l 超聲計量超聲計量l 水聲計量水聲計量 精思國計，細(xì)量民生一、幾個基本聲學(xué)量一、幾個基本聲學(xué)量 1.1.聲壓（聲壓（p p）：在有聲波時，介質(zhì)中的壓力與）：在有聲波時，介質(zhì)中的壓力與靜壓的差值，單位為靜壓的差值，單位為PaPa。2.2.質(zhì)點振速（質(zhì)點振速（u u）：因聲波通過而引起的媒質(zhì)中）：因聲波通過而引起的媒質(zhì)中質(zhì)點相對于其平衡位置的振動速度。單位為質(zhì)點相對于其平衡位置的振動速度。單位為m/sm/s201( )Tpp t dtT精思國計，細(xì)量民生3.3.聲強（聲強（I I）：聲場某點處，在單位時間內(nèi)從質(zhì)點振）：聲場某點處

2、，在單位時間內(nèi)從質(zhì)點振速方向垂直的單位面積上通過的聲能，單位：速方向垂直的單位面積上通過的聲能，單位：W/mW/m I I( (t t)=)=p p( (t t) )u u( (t t) )4.4.聲功率（聲功率（W W）: :單位時間內(nèi)通過某一面積的聲能。單位時間內(nèi)通過某一面積的聲能。單位為單位為W W。5.5.聲阻抗（聲阻抗（ZaZa）: :在波陣面一定面積上的聲壓通過該在波陣面一定面積上的聲壓通過該面積的體積速度比。單位為面積的體積速度比。單位為3/Pa s m01( )TanTWdsp t u dtT 精思國計，細(xì)量民生、聲學(xué)量的分貝表示、聲學(xué)量的分貝表示1.1.聲壓級的定義及其基準(zhǔn)聲

3、壓級的定義及其基準(zhǔn)值值 聲場中某點的聲壓級聲場中某點的聲壓級可表示為：可表示為： 2.2.聲強級的定義聲強級的定義20lgprpLp10lgIrILI精思國計，細(xì)量民生一、標(biāo)準(zhǔn)傳聲器的計量一、標(biāo)準(zhǔn)傳聲器的計量 1. 1. 標(biāo)準(zhǔn)傳聲器標(biāo)準(zhǔn)傳聲器傳聲器分類：傳聲器分類： 工作基準(zhǔn)傳聲器：用作復(fù)現(xiàn)和保存聲學(xué)計量工作基準(zhǔn)傳聲器：用作復(fù)現(xiàn)和保存聲學(xué)計量單位的基準(zhǔn)器。單位的基準(zhǔn)器。 計量標(biāo)準(zhǔn)傳聲器：用作二次校準(zhǔn)。計量標(biāo)準(zhǔn)傳聲器：用作二次校準(zhǔn)。 工作級傳聲器：用于各種目的的空氣聲學(xué)計工作級傳聲器：用于各種目的的空氣聲學(xué)計量。量。精思國計，細(xì)量民生. .耦合腔互易法檢定耦合腔互易法檢定（）三傳聲器法傳聲器的聲

4、壓靈敏度檢定通常采（）三傳聲器法傳聲器的聲壓靈敏度檢定通常采用三傳聲器法，三只傳聲器中必須有兩個是互易用三傳聲器法，三只傳聲器中必須有兩個是互易的原理如圖的原理如圖精思國計，細(xì)量民生（）輔助聲源法用兩只傳聲器，其中必須有一（）輔助聲源法用兩只傳聲器，其中必須有一只是互易的。用耦合腔將兩只傳聲器耦合，求得只是互易的。用耦合腔將兩只傳聲器耦合，求得它們的聲壓靈敏度乘積，可以推導(dǎo)出每一個傳聲它們的聲壓靈敏度乘積，可以推導(dǎo)出每一個傳聲器的靈敏度。器的靈敏度。. .自由場互易法檢定自由場互易法檢定 (1)(1)三傳聲器法三傳聲器法 (2)(2)輔助聲源法輔助聲源法精思國計，細(xì)量民生二、測試傳聲器的計量二

5、、測試傳聲器的計量. .測試傳聲器測試傳聲器 (1) (1)工作原理：通過改變兩極板間距離改變電容量，工作原理：通過改變兩極板間距離改變電容量，極板隨聲壓變化運動輸出交流電壓信號。信號的波形極板隨聲壓變化運動輸出交流電壓信號。信號的波形和強度與被測聲壓波形和強度成正比。和強度與被測聲壓波形和強度成正比。 (2) (2)測試傳聲器的分類：自由場傳聲器、壓力場傳測試傳聲器的分類：自由場傳聲器、壓力場傳聲器、無規(guī)則入射傳聲器。聲器、無規(guī)則入射傳聲器。 (3) (3)測試傳聲器的特征參數(shù)：靈敏度、修正值測試傳聲器的特征參數(shù)：靈敏度、修正值K K、頻率響應(yīng)指向性等頻率響應(yīng)指向性等。精思國計，細(xì)量民生2

6、2.聲校準(zhǔn)器法校準(zhǔn)聲校準(zhǔn)器法校準(zhǔn)(1)(1)校準(zhǔn)裝置：聲校準(zhǔn)器、校準(zhǔn)裝置：聲校準(zhǔn)器、前置放大器、交流數(shù)字前置放大器、交流數(shù)字電壓表及配套氣壓計和電壓表及配套氣壓計和溫度計溫度計(2)(2)校準(zhǔn)方法：被測傳聲校準(zhǔn)方法：被測傳聲器與聲校準(zhǔn)器的腔緊密器與聲校準(zhǔn)器的腔緊密耦合，使其參考軸在水耦合，使其參考軸在水平或在度角的位置，平或在度角的位置，在規(guī)定的穩(wěn)定時間后從在規(guī)定的穩(wěn)定時間后從表頭采集升壓級數(shù)據(jù)并表頭采集升壓級數(shù)據(jù)并記錄，重復(fù)數(shù)次求平均記錄，重復(fù)數(shù)次求平均值。值。精思國計，細(xì)量民生.自由場替代法校準(zhǔn)自由場替代法校準(zhǔn)（1 1）校準(zhǔn)裝置：校準(zhǔn)器、）校準(zhǔn)裝置：校準(zhǔn)器、前置放大器、交流數(shù)字前置放大器、

7、交流數(shù)字電壓表、標(biāo)準(zhǔn)傳聲器、電壓表、標(biāo)準(zhǔn)傳聲器、聲頻信號發(fā)生器和自由聲頻信號發(fā)生器和自由聲場。如圖所示聲場。如圖所示（) )校準(zhǔn)方法：傳聲器的開路自由場靈敏度的校準(zhǔn)校準(zhǔn)方法：傳聲器的開路自由場靈敏度的校準(zhǔn)是在消聲室內(nèi)采用自由場替代法進(jìn)行校準(zhǔn)是在消聲室內(nèi)采用自由場替代法進(jìn)行校準(zhǔn)。精思國計，細(xì)量民生1.聲校準(zhǔn)器的檢定聲校準(zhǔn)器的檢定(1)檢定裝置檢定裝置: 標(biāo)準(zhǔn)傳聲器：開路聲壓靈敏度級的校準(zhǔn)不確標(biāo)準(zhǔn)傳聲器：開路聲壓靈敏度級的校準(zhǔn)不確定度應(yīng)不大于定度應(yīng)不大于0.05dB。 測量放大器：在檢定期內(nèi)穩(wěn)定度應(yīng)優(yōu)于測量放大器：在檢定期內(nèi)穩(wěn)定度應(yīng)優(yōu)于0.02dB, 對于所需頻率諧波失真應(yīng)小于對于所需頻率諧波失真

8、應(yīng)小于0.1%。精思國計，細(xì)量民生 精密衰減器：在使用量程范圍內(nèi)不確定度應(yīng)精密衰減器：在使用量程范圍內(nèi)不確定度應(yīng)不大于不大于0.01dB0.01dB。 交流電壓表：不確定度應(yīng)不大于交流電壓表：不確定度應(yīng)不大于0.5%0.5%。 正弦信號發(fā)生器：在檢定期內(nèi)穩(wěn)定度優(yōu)于正弦信號發(fā)生器：在檢定期內(nèi)穩(wěn)定度優(yōu)于0.05dB0.05dB，諧波失真應(yīng)小于，諧波失真應(yīng)小于0.1%0.1%，信噪比應(yīng)，信噪比應(yīng)大于大于60dB60dB。 (2) (2) 檢定方法：聲壓級的檢定、頻率的檢檢定方法：聲壓級的檢定、頻率的檢定、諧波失真的檢定定、諧波失真的檢定。精思國計，細(xì)量民生2. 2.聲級計的檢定聲級計的檢定(1)(1

9、)聲級計：能對聲音作聲級計：能對聲音作出反應(yīng)的儀器出反應(yīng)的儀器(2)(2)聲級計的檢定方法聲級計的檢定方法 聲性能檢定（原理如圖）聲性能檢定（原理如圖） 性能檢定性能檢定精思國計，細(xì)量民生3.標(biāo)準(zhǔn)噪聲源的檢定標(biāo)準(zhǔn)噪聲源的檢定 標(biāo)準(zhǔn)噪聲源：是一種具有穩(wěn)定聲輸出和寬標(biāo)準(zhǔn)噪聲源：是一種具有穩(wěn)定聲輸出和寬帶頻譜特性的聲源。帶頻譜特性的聲源。 檢定方法：半消聲法、混響室法。檢定方法：半消聲法、混響室法。精思國計，細(xì)量民生4 4. 噪聲劑量計的檢定噪聲劑量計的檢定 噪聲劑量計：一種特殊的積分聲級計。噪聲劑量計：一種特殊的積分聲級計。 檢定方法：對絕對靈敏度的檢定、頻率計權(quán)檢定方法：對絕對靈敏度的檢定、頻率

10、計權(quán)特性特性 的檢定、固有噪聲的檢定、檢波特性的檢定、固有噪聲的檢定、檢波特性的檢定、積分器特性的檢定。的檢定、積分器特性的檢定。精思國計，細(xì)量民生1 1.噪聲聲壓級測量噪聲聲壓級測量（1 1）測量的選擇測量的選擇（2 2）讀數(shù)記錄方法：）讀數(shù)記錄方法： 穩(wěn)態(tài)（似穩(wěn)態(tài)）噪聲：用聲級計慢檔計量穩(wěn)態(tài)（似穩(wěn)態(tài)）噪聲：用聲級計慢檔計量 離散的沖擊聲：用脈沖聲級計讀取脈沖離散的沖擊聲：用脈沖聲級計讀取脈沖 運載工具通過時的噪聲：用聲級計快檔計量，讀運載工具通過時的噪聲：用聲級計快檔計量，讀取最大值。取最大值。 無規(guī)則變動噪聲：用聲級計慢檔計量無規(guī)則變動噪聲：用聲級計慢檔計量四、噪聲測量四、噪聲測量精思國

11、計，細(xì)量民生（3 3）外界因素的影響）外界因素的影響2 2.噪聲聲功率級測量噪聲聲功率級測量（1）半消聲室中的精密測量方法）半消聲室中的精密測量方法（2）混響室中的精密方法）混響室中的精密方法（3）聲功率級測量的工程法）聲功率級測量的工程法（4）聲強測量方法）聲強測量方法精思國計，細(xì)量民生第三節(jié)第三節(jié) 超聲計量超聲計量超聲水聽器超聲水聽器超聲水聽器的絕對法測量超聲水聽器的絕對法測量激光干涉法測量激光干涉法測量一、超聲水聽器測量一、超聲水聽器測量精思國計，細(xì)量民生二、超聲功率測量二、超聲功率測量超聲功率計量器具的移定超聲功率計量器具的移定（1 1）毫瓦級超聲功率的檢定：通常根據(jù)輻射力）毫瓦級超聲

12、功率的檢定：通常根據(jù)輻射力原理進(jìn)行檢定。原理進(jìn)行檢定。（2 2）瓦級超聲功率計的檢定：輻射壓力或聲光）瓦級超聲功率計的檢定：輻射壓力或聲光法進(jìn)行檢定法進(jìn)行檢定精思國計，細(xì)量民生2. 2.超聲功率測量方法超聲功率測量方法輻射力法輻射力法 測定界面上測定界面上產(chǎn)生輻射壓力產(chǎn)生輻射壓力, ,其值等其值等于等于界面兩邊聲能的于等于界面兩邊聲能的密度差。原理如圖。密度差。原理如圖。精思國計，細(xì)量民生(2)(2)量熱法量熱法 通過測定溫度升高或體積變化，從而測定超通過測定溫度升高或體積變化，從而測定超聲波功率或聲強。原理如圖。聲波功率或聲強。原理如圖。精思國計，細(xì)量民生(3)(3)電測法電測法 通過測量超

13、聲轉(zhuǎn)能器在媒質(zhì)中的輻射通過測量超聲轉(zhuǎn)能器在媒質(zhì)中的輻射電導(dǎo)并經(jīng)計算求得。電導(dǎo)并經(jīng)計算求得。(4)(4)聲光法聲光法 通過觀測超聲衍射光柵對光束產(chǎn)生的通過觀測超聲衍射光柵對光束產(chǎn)生的光輻射因素，就能檢測到超聲束的聲功率。光輻射因素，就能檢測到超聲束的聲功率。精思國計，細(xì)量民生三、超聲場及媒介聲速的測量三、超聲場及媒介聲速的測量超聲場測量超聲場測量(1)(1)空間峰值參數(shù)測量空間峰值參數(shù)測量(2)(2)空間平均參數(shù)測量空間平均參數(shù)測量2. 2. 媒質(zhì)聲速的測量媒質(zhì)聲速的測量 直接法直接法1.1.間接法間接法精思國計，細(xì)量民生第四節(jié)第四節(jié) 水聲計量水聲計量天然水域天然水域(1)(1)水域的空間水域的

14、空間(2)(2)水域內(nèi)環(huán)境噪聲要求水域內(nèi)環(huán)境噪聲要求(3)(3)其他條件的要求其他條件的要求2.2.人工水池人工水池 全消聲型全消聲型 封閉型封閉型 所選水池的長度要與測所選水池的長度要與測量的聲信號的波長成正量的聲信號的波長成正比比一、聲場設(shè)施一、聲場設(shè)施精思國計，細(xì)量民生二、水聲標(biāo)準(zhǔn)器二、水聲標(biāo)準(zhǔn)器1.1.標(biāo)準(zhǔn)水聽器的類型標(biāo)準(zhǔn)水聽器的類型 (1)RHS-2(1)RHS-2型標(biāo)準(zhǔn)水聽器型標(biāo)準(zhǔn)水聽器 (2)R&K8104(2)R&K8104型標(biāo)準(zhǔn)水聽器型標(biāo)準(zhǔn)水聽器 (3)RHAL-1(3)RHAL-1型標(biāo)準(zhǔn)水聽器型標(biāo)準(zhǔn)水聽器2.2.測量用水聲發(fā)射器測量用水聲發(fā)射器 用于水中產(chǎn)生

15、所需聲信號的發(fā)射轉(zhuǎn)能器用于水中產(chǎn)生所需聲信號的發(fā)射轉(zhuǎn)能器 組成組成: :標(biāo)準(zhǔn)發(fā)射器、互易轉(zhuǎn)能器和一般輔助發(fā)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)射器、互易轉(zhuǎn)能器和一般輔助發(fā)射器射器精思國計，細(xì)量民生3 3振速水聽器振速水聽器( (聲壓梯度水聽器聲壓梯度水聽器) ) 用于測量質(zhì)點振速和水聲聲壓梯度用于測量質(zhì)點振速和水聲聲壓梯度 特征特征: :顯顯“8 8”字形、字形、“余弦余弦”形或形或“偶極子偶極子”形形精思國計，細(xì)量民生三、水聲標(biāo)準(zhǔn)器計量三、水聲標(biāo)準(zhǔn)器計量1.1.互易法計量互易法計量 自由場互易法自由場互易法 耦合腔互易法計量耦合腔互易法計量 行波管互易法計量行波管互易法計量2.2.物理參數(shù)法計量物理參數(shù)法計量 振動液柱法

16、計量振動液柱法計量 壓電補償法計量壓電補償法計量 靜水壓激勵法計量靜水壓激勵法計量精思國計，細(xì)量民生3. 3.比較法計量比較法計量 自由場中的比較法自由場中的比較法計量計量 聲壓場中的比較法聲壓場中的比較法計量計量4. 4.振速水聽器計量振速水聽器計量 球面波自由場法計球面波自由場法計量量 振動液柱法計量振動液柱法計量 駐波場法計量駐波場法計量精思國計，細(xì)量民生四、水聲換能器電氣參數(shù)計量四、水聲換能器電氣參數(shù)計量1.1.換能器阻抗特性的測量換能器阻抗特性的測量 (1) (1)換能器阻抗特性換能器阻抗特性 (2) (2)小信號激勵下的阻抗測量小信號激勵下的阻抗測量 (3) (3)大信號激勵下的阻抗測量大信號激勵下的阻抗測量精思國計，細(xì)量民生2. 2.換能器接收能數(shù)的測量換能器接收能數(shù)的測量(1)(1)水聽器加速度的測量水聽器加速度的測量: : (2)(2)水聽器相位一致性測量水聽器相位一致性測量(3)(3)水聽器等效噪聲壓的測量水聽器等效噪聲壓的測量: :aaUMasUpM精思國計，細(xì)量民生3.3.換能器發(fā)射參數(shù)測量換能器發(fā)射參數(shù)測量: : 輸入、輸出功率和電聲效率的測量輸入、輸出功率和電聲效率的測量4.4.換能器指向性的測量換能器指向性的測量 (1) (1)指向性的表示指向性的表示 (2) (