声学测试中需要明确的一些概念

安兆亮 胡央丽 周子炜 / 上海市计量测试技术研究院

0 引言

声音无处不在,各种仪器、设备在工作中都会产生各种各样的声音,对所处环境的人员和设备造成影响,特别是人员,会产生烦躁不安的情绪,进而影响工作效率,严重的还会引起生理上的损伤,如耳鸣、耳聋，引发心血管系统、神经系统和内分泌系统的疾病。声学测试已经成为当代产品定型测试的常规项目之一。

但是人们对声学测试中参数的真实内含及测量的难易、工作量的估算却大多缺乏了解，认为只是第三方实验室技术人员的工作，事实上对其认知是相当有必要的。有效沟通是任何项目顺利推进的保障，不仅能建立紧密的联系，更能表明双方对项目的重视和参与，会使沟通的另一方满意度大大提高。保持畅通的渠道看似简单，实际很复杂，比如说典型问题——“过滤”，也就是信息丢失。产生过滤的原因很多，比如语言、文化、语义、知识、信息内容、道德规范、名誉、权利、组织状态等，经常碰到由于工作背景不同而在沟通过程中对某一问题的理解产生歧义。就测试项目而言，技术认同是核心环节，不仅有利于提升测试效率，也可以加深企业人员对自家产品了解，拓宽销售与改进设计，迎合节能减排、和谐健康的社会发展大趋势。

1 声学测试中的基本概念

声压、声压级、声功率、声功率级是声学测试中最常见的声学概念。先解释一下“级”的概念，若直接以声压和声功率数值表示，由于变化范围非常大，可达6个数量级以上，同时由于人体听觉对声信号强弱刺激反应不是线性的，而是对数比例关系，那么结果很难与人的实际感知挂钩，也就是不直观，所以引入了“级”，即被测量和基准量之比取对数所得到的值,它代表被测量比基准量高出多少“级”。如N = 10 lg (A1/ A0)，分贝符号为“dB”，无量纲。式中A0是基准量（或参考量），A1是被测量。生活中常见的与声音相关的数值单位都是分贝（dB），如道路边的噪声指示牌显示××dB,电冰箱说明书表明噪声是×× dB。其实这些是有本质差别的。声压级是用来描述测量位置在某一时刻或时段的声音大小，而声功率级是用来描述某一声源(如电冰箱、微波炉、洗衣机等)所发出的总的声音能量大小。如电冰箱工况不变，所发出的总的声音能量应是一定的，这就是声功率，但是人离得越近感觉越吵，离得越远感觉越安静，人员感知到的就是其所处位置的声压。所以声学测试中为描述产品自身的声学特性，测量的基本上都是声功率，只有在考虑对操作人员可能产生的影响时，才会要求测量操作者位置的声压。

2 声学测试工作量的评估

下文从声压级和声功率级的计算来看声学测量的工作量。声功率级通常是无法直接测量的，需要按照一定规则在产品的包络面上布置测试点，测量各处的声压级，然后代入公式计算得到声功率值。

例如在自由声场中，测量以某一设备为中心的半球面上若干均匀分布点的声压级，便可以求得声功率级

式中：S — 测试包络面的面积，m2；

Lp— n个测点的平均声压级，dB，

这也就是说声学特性上所标明的一个声功率数值，实际上在背后包含着巨大的工作量，而这个工作量明显由测试的规则——各种测试方法和标准决定的。

3 声学测试执行标准变化对测试实施的影响

包络面上测试点的选择，早期技术人员认为测试点均匀分布即可，位置可以随机,往往只是选取5个测试点，即在产品的前后左右和正上方测试。 20世纪中后期这种简单的布点被逐步取代，主要是包络面的覆盖性差，特别是对较大型噪声源，测试点的位置对测量结果有显著影响。国际组织开始对测试包络面的选择和测试点的分布进行详细规定，以常用的ISO 3745-2012《声学 噪声源声功率级的测定消声室和半消声室精密法》1977年发布的版本为例，产品声功率测试包络面通常选择的是球形或半球形包络面，视测试环境为消声室或半消声室而定，测试距离为1 m。包络面上选取20个或10个测试点进行测量，同时对于存在明显离散音的产品，也有相关标准给出了测试点的布置方式,如ISO 7779-2010《声学 信息技术设备和通信设备空气噪声的测量》。此外对于形体巨大或长宽高比例超出一定的产品，则需要根据产品尺寸单独设计包络面，布置测试点。新近ISO 3745-2012作为最新版本提出包络面上的测试点增加一倍，即球形包络面40个点，半球形20个点，并从测试中减少干扰的角度建议测试点的距离从1 m转向2 m。大的包络，更多的测试点势必大大增加测试中布点的难度和工作量。

4 其他辅助工作

测试产品的运输、实验室存放、现场安装、企业技术人员配合，也都应纳入事先的考虑。

5 结语

一个好的测试过程，应该从专业的预先沟通开始，选择合适的标准，理解测试的内容，核实测量工作量及流转中可能产生的问题，确认由此产生的总费用和周期，提供必要的人员配合，这样才能真正顺畅，快捷地完成测试。专业的理解是校准检测优质完成的保障，这不仅是技术，更是双方的态度。

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[5]国际标准化组织. ISO 3745-2012[S]. 瑞士，2012.

[6]国际标准化组织. ISO 3745-1977[S]. 瑞士，1977.

[7]全国声学标准化委员会. GB/T 4214.1-2000[S]. 北京：中国标准出版社，2000.