大型机组现场噪音测试方法的研究应用

董术海 李彬 徐新

（珠海格力电器股份有限公司 广东珠海 519070）

大型机组现场噪音测试方法的研究应用

董术海 李彬 徐新

（珠海格力电器股份有限公司 广东珠海 519070）

大型机组因尺寸大、所需工况及安装配置要求高等因素限制，无法在噪音室内组装，噪声测试只能在安装现场进行。受本底噪声及房间常数影响，测试值严重偏离实际值，测试结果置信度不高。本文阐述了一种通过国标GB/T 16538-2008《声学 声压法测定噪声源声功率级现场比较法》测得噪声声功率级的数据，间接推导出声源表面声压级的方法。

大型机组；噪音；现场；比较法

公司某款风冷螺杆机组由于机组尺寸大，其噪音测试只能在性能实验台进行，考虑到实验现场及机组的特性，本文特采用一种对声学环境基本没有要求的测试方法对机组进行测试，测试结果（声功率级）等同于半消声室的测试结果，根据声功率级为定值不随测试方法变化的特性，可推导出相应包络面的平均声压级数据。

对于其他小型设备，由于安装或其他因素制约需要现场进行测试噪声，也可使用此种方法，且结果值准确度相对于直接测试声压级的方法会更高。

1 现场环境及机组分析

机组几何尺寸为15000×2300×2600mm，该机组有4个压缩机、24个风机，对称分布在中轴线的两边，为对称声源。机组俯视图如图1所示。

因样机较长、两边对称且对称中心中间无风机及压缩机，同时性能实验室是由两个房间组成，故将样机以实验室的隔门为对称轴，将样机等分安装在两个实验间里，如图2。由于机组安装在小车（高200mm）上，故机组的实际尺寸是15000×2300×2800mm；且机组的5个表面（4个侧面+1个上表面）距实验室的墙壁在2米以上。

2 标准解读与分析

在任意环境下，所有声源在某点的声压级数据LP，同声功率级数据LW，都符合以下公式[1]。

图1 机组俯视图

图2 机组安装现场

式中：

Q——声源指向性因数；

在全消音室环境下Q=1，房间平均吸声系数接近1，房间常数R为无穷大，则公式变为：

这也就是在全消音室1米半径包络面测试声功率级的计算公式。相应的，在半消音室条件下，增加了一次反射，指向系数Q=2，则可得到如下公式。

对于同一环境下的两个声源，在相同的位置测试，其声压级符合以下规律。

对上述两计算式进行相减运算，在相同环境下，公式右侧第二项的数据是相同的，则可得到：

式（5）中的LW2表示待测设备的声功率级，LW1表示标准声源的声功率级，而标准声源的声功率级是已知的。LP2表示待测设备工作时，特定测点上的声压级，LP1表示标准声源工作时，特定测点上的声压级，这两项声压级数据可在现场直接测定得到，故此可得待测设备的声功率级数据。

通过对标准GB/T 16538-2008《声学 声压法测定噪声源声功率级现场比较法》的分析，测试过程为：

（1）核对测试环境是否满足标准要求条件；

（2）确定传声器位置、标准声源个数及位置；

（3）测试背景噪声、机组噪声、标准声源噪声；

（4）测试数据修正、计算出声功率级。

图3 GB/T 3767-1996中长型机器测量表面和传声器位置示例图

图4 各传声器位置及标准声源位置示意图

3 传声器位置及标准声源位置确认

按照标准要求，传声器位置应均布在测量表面上，本文采用标准GB/T 3767-1996《声学 声压法测定噪声源声功率级 反射面上方近似自由场的工程法》附录C中长型机器传声器位置图作为参考。

结合机组的实际情况，确定该机组测量表面上各传声器的几何位置，测量表面为距机组1米远的六面体包络面。

因机组噪声源为对称分布，将传感器均布在两个平面上，其中一个平面与测量表面的上表面重合。由于风机风速较大，传声器不能直接面对来风方向，因此传声器位置为几个风机的中间（具体见图4）；参考轻商机组的测试方法，另外一个传声器分布平面高度取整机组高度加1米的二分之一处。

该机组的发声部件对称分布在两个测试间里，机组顶部只有风机这一发声部件，可将24个风机对称看成2个比较大的线状声源，加上底部的4个压缩机，可认为该机组有6个发声部件。标准声源主要是用来与被测声源发声部件做对比用，将标准声源分别放置在此6个位置旁边（顶部两个位置分别位于各风机组正中间），逐步测试上述所有传感器位置的标准声源声压级。

各传声器位置见图4，其中测点1～10的高度为1.9米，测点11～22的高度为3.8米；标准声源的位置分别位于四个压缩机的旁边以及机组顶部两侧风机的正中间。

4 测试及数据分析

在所有传声器位置分别测试样机未运行且实验室关闭风机系统时的背景噪声、机组运行时的机组噪声、6个标准声源位置的噪声；采集的噪声是各传声器位置7个未计权的倍频带（125Hz、250Hz、500Hz、1000Hz、2000Hz、4000Hz、8000Hz）数据。

从表1可看出各传声器位置的背景噪声低于机组噪声15dB（A）以上，满足测试要求。各传声器位置各倍频带按照以下规定进行修正。

对于每个倍频带，若背景噪声声压级比测量得到的声压级低6～15dB，则要对测量得到的声压级按以下规定进行修正。

若△L=->15dB，则不用做修正。若△L≥6dB，根据本部分的测量有效。即使测量对单个频带无效，只要△LA大于6dB，那么测量对A计权值仍然有效，这里△LA是与之差。

如果6dB判据不满足，测量结果的准确度将降低而达不到2级。如果3dB≤△L<6dB则可达到3级。用于这些测量的最大的修正为1.3dB。尽管如此，也可以给出结果报告，它对测定被测声源声功率级的上界可能会有用处。如果这样的数据被报告，应该在报告的正文以及数据的图表中清楚说明本标准的背景噪声要求未能满足[2]。

本文的测试条件满足6dB判据，依次测试背景噪声、机组运行噪声及6个标准声源的噪声。

根据以上测试方法，共有22个传声器位置，6个标准声源位置。计算各个倍频带的声功率级：

式中：

上述数据，每个测点都有1组本底噪声数据，6组标准声源发声数据，1组机组噪声数据，每组数据中含有7组倍频带数据，22个测点，共有22×7×8=1232组过程数据。按照公式（7）及A计权常数计算得到各频带声A计权功率级及A计权总声功率级数据，如表2所示。

另外，在计算过程中建议直接用总声压级数据来进行计算。理论上对两个声源而言，总声压级直接计算同各频带声压级分别计算后再汇总计算，结果应该一致。但是实际计算中发现，对于多个标准声源，此两种计算结果会有较大误差，使用两个标准声源位置的情况下，误差值在2dB左右；直接用总声压级数据进行计算的误差偏小。标准声源位置越多，此误差越大；若标准声源只有一个位置，则两种方法的结果一致。

表1 各传声器位置的背景噪声及机组噪声dB（A）

表2 机组A计权频带声功率级及A计权总声功率级

5 声压级推导

此机组客户对噪声的指标要求是测试声压级。对声压级和声功率级这两个指标，声功率表征的是设备的发声能力，是设备的固有特性，不随测试方法和测试地点的变化而变化，相应的声压级数值也是恒定的；而声压是声功率在特定状态下的一个表现形式，其值会随具体测点的位置变化，也会受到测试环境的影响。

对于本次测试数据，如果不考虑房间影响，仅是去除本底噪声的影响的话，其包络面上的平均声压级约为86dB（A）。

客户要求的声压级指标是基于在半消音室测试条件下1米测试包络面的平均声压级数据。根据这一要求，对比半消音室条件下声功率级测试计算公式，可以反向推出这个平均声压级。

在半消声室中是通过测试声压级的方法来确定声功率级的，公式如下：

式中：S为机组1米包络面的面积，其同机组尺寸及测试距离有关，S0=1。

在机组尺寸已知的情况下，是一个可以直接计算出来的定值，其值不受测试的影响。

根据标准GB/T 16538-2008《声学 声压法测定噪声源声功率级现场比较法》计算出机组的声功率级后，按照理论计算，同一台机组在半消声室及现场测试，通过两种测试方法得到的声功率级是一样的，因此通过公式（8），可以推导出此类大型机组在半消声室的1米包络面平均声压级。

依据公式（9）可以计算出该机组1米包络面的平均声压级为：

本次测试数据，若不考虑房间影响，仅是去除本底噪声的影响的话，其包络面上的平均声压级约为86dB（A）。可见，采用此方法得到的结果更加真实可靠。

依次类推，现场测试同样可通过测试声强级的方法来计算得到总声功率级，再按照上述原理反推计算出特定距离包络面上的平均声压级。两种方法各有优劣，可以根据现场条件及声音特性选择合适的方法。

6 结论

（1）通过比较法可以在现场测试得出具备Ⅱ级精度的声功率级数据，可克服大型机组不能进入专业噪声室测试噪声的缺陷。

（2）根据理论推导，可通过现场测试得到的声功率级数据推导出机组在半消声室的1米包络面声压级数据。

（3）在使用多标准声源的情况下，通过各点的倍频带数据来计算总声功率级比通过各点的总声压级数据计算的总声功率级置信度更高。

[1] 马大猷. 噪声与振动控制工程手册. 北京. 机械工业出版社, 2002

[2] GB/T 3767-1996《声学 声压法测定噪声源声功率级反射面上方近似自由场的工程法》

Research and application of noise field test method on large air conditioning units

DONG Shuhai LI Bin XU Xin
(Gree Electric Appliances Inc. of Zhuhai Zhuhai 519070)

The noise of large air conditioning units are not suitable to be tested in the noise room, because of its large scale, and high requirement of operating condition and installation configuration, etc. Therefore, noise could only be tested in the installation site. However, the background noise and room constant of installation site might cause significant difference between test value and actual value. This thesis will illustrate a new method to acquire test value with a higher confidence level by applying Chinese Standard GB/T 16538-2008 Acoustics—Determination of sound power levels of noise sources using sound pressure—Comparison method in situ. By testing sound power levels with this standard, sound pressure levels of sound source surface will be indirectly derived.

Large air conditioning units; Noise; Field test; Comparison method