機(jī)器噪聲平均聲壓級(jí)計(jì)算方法差異性實(shí)證研究

高淑瑜，孫平熙，陳奎，陳靈通，金佩薇，陳于林，李銀松，葉宇晨

（1.溫嶺市方圓檢測(cè)有限公司，浙江 溫嶺 317525；2.浙江和超電機(jī)有限公司，浙江 溫嶺 317523）

0 引言

在進(jìn)行機(jī)器噪聲聲功率級(jí)測(cè)量時(shí)，需要優(yōu)先選取測(cè)量包絡(luò)面，確定相應(yīng)的測(cè)量點(diǎn)。在取得了各測(cè)量點(diǎn)的噪聲聲壓級(jí)后，需要進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，從而得到計(jì)算噪聲聲功率級(jí)所需要的噪聲平均聲壓級(jí)[1-2]。本文介紹典型的機(jī)器噪聲平均聲壓級(jí)的計(jì)算方法，分析各種計(jì)算方法的差異。

1 概述

聲壓法測(cè)試聲源聲功率的邏輯框圖如圖1所示[3]。

圖1 聲壓法測(cè)試聲源聲功率的邏輯框圖

2 噪聲平均聲壓級(jí)計(jì)算方法

噪聲測(cè)試時(shí)的聲源平均聲壓級(jí)計(jì)算方法見(jiàn)表1[4]。

表1 噪聲測(cè)試時(shí)的聲源平均聲壓級(jí)計(jì)算方法

方法一：對(duì)每個(gè)測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行背景噪聲修正，計(jì)算平均聲壓級(jí)Lp平均。

式中，LPi(背景）為每個(gè)測(cè)點(diǎn)位置測(cè)量的背景噪聲值；LPi(修正前）為每個(gè)測(cè)點(diǎn)位置測(cè)量的噪聲值；LPi(修正后）為每個(gè)測(cè)點(diǎn)位置測(cè)量的噪聲背景修正后的噪聲值；LP平均(修正后）為所有測(cè)點(diǎn)位置測(cè)量的噪聲背景修正后的平均噪聲聲壓級(jí)值；n為測(cè)量點(diǎn)數(shù)。

方法二：計(jì)算每個(gè)測(cè)量點(diǎn)修正前的平均聲壓級(jí)，計(jì)算背景噪聲修正值，最后計(jì)算平均聲壓級(jí)LP平均。

式中，LP平均(修正前）為所有測(cè)點(diǎn)位置測(cè)量的噪聲平均聲壓級(jí)；LPi(修正前）為每一個(gè)測(cè)點(diǎn)位置測(cè)量的噪聲聲壓級(jí)；K1為背景噪聲修正值；ΔL為所有測(cè)點(diǎn)位置測(cè)量的噪聲平均值與背景噪聲平均值的差值，即：ΔL=LP平均(修正前）-LP平均背景噪聲；LP平均(修正后）為所有測(cè)點(diǎn)位置測(cè)量的噪聲進(jìn)行背景噪聲修正后的平均噪聲聲壓級(jí)值；n為測(cè)量點(diǎn)數(shù)。

方法三：測(cè)量每個(gè)測(cè)量點(diǎn)的背景噪聲，按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求確定每個(gè)測(cè)量點(diǎn)的背景修正值，最后計(jì)算所有測(cè)量點(diǎn)的平均聲壓級(jí)LP平均。

式中 ，LP平均（修正后）為所有測(cè)點(diǎn)位置測(cè)量的噪聲修正后的平均聲壓級(jí)；LPi(修正前）為每個(gè)測(cè)點(diǎn)位置測(cè)量的噪聲聲壓級(jí)；K1i為每個(gè)點(diǎn)的背景噪聲修正值，其值由相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的給定表單確定；n為測(cè)量點(diǎn)數(shù)。

方法四：計(jì)算每個(gè)測(cè)量點(diǎn)修正前的平均聲壓級(jí)，計(jì)算背景噪聲修正值，最后計(jì)算平均聲壓級(jí)LP平均。

式中，LP平均(修正前）為所有測(cè)點(diǎn)位置測(cè)量的噪聲平均聲壓級(jí)；LPi(修正前）為每一個(gè)測(cè)點(diǎn)位置測(cè)量的噪聲聲壓級(jí)；K1為背景噪聲修正值；ΔL為所有測(cè)點(diǎn)位置測(cè)量的噪聲平均值與背景噪聲平均值的差值，即：ΔL=LP平均(修正前）-LP平均背景噪聲；LP平均(修正后）為所有測(cè)點(diǎn)位置測(cè)量的噪聲進(jìn)行背景噪聲修正后的平均噪聲聲壓級(jí)值；n為測(cè)量點(diǎn)數(shù)。

3 差異分析

選擇典型的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行噪聲聲壓級(jí)測(cè)試，實(shí)證結(jié)果如下。

案例：三相異步電動(dòng)機(jī)，型號(hào)為Y180M-4、轉(zhuǎn)速為1 460 r/min，要求采用工程法測(cè)量電動(dòng)機(jī)的聲功率級(jí)（不考慮反射噪聲和環(huán)境噪聲的影響）。

電動(dòng)機(jī)的中心高為180 mm，采取半球面法布置測(cè)點(diǎn)，理想化的測(cè)量面半徑r=1 m。在理想化的半球面布置聲級(jí)計(jì)，測(cè)量五個(gè)點(diǎn)的聲壓級(jí)，測(cè)量得到的聲壓級(jí)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。不同方法計(jì)算得出的平均聲壓級(jí)見(jiàn)表3。

表2 半球面法測(cè)點(diǎn)的聲壓級(jí)

表3 不同方法計(jì)算得出的平均聲壓級(jí)

方法四是基于ISO 3744：2010 確定的平均聲壓級(jí)計(jì)算方法，也是目前國(guó)際通用的平均聲壓級(jí)計(jì)算方法。

方法二與方法四存在差異，包括K1的計(jì)算方法，按照數(shù)學(xué)推導(dǎo)過(guò)程來(lái)看，方法四中K1的計(jì)算方法應(yīng)為正確的表達(dá)公式，方法二中K1的取值應(yīng)為筆誤。此外，方法二的背景噪聲修正值K1是基于所有背景點(diǎn)的平均背景噪聲值進(jìn)行的計(jì)算。

方法三中每個(gè)點(diǎn)的背景噪聲修正值K1取值已事先給定，分析取值規(guī)律后發(fā)現(xiàn)K1值實(shí)際遵循“對(duì)單一測(cè)點(diǎn)進(jìn)行背景修正”原則，與方法一基本一致。

方法一與方法四的主要區(qū)別在于每個(gè)測(cè)點(diǎn)修正后的聲壓級(jí)值計(jì)算，兩個(gè)平均聲壓級(jí)的計(jì)算公式不存在等量關(guān)系。

以上方法的計(jì)算結(jié)果差異為±0.07 dB，考慮到噪聲聲功率級(jí)測(cè)量的不確定度影響，上述四種計(jì)算方法均可接受。

4 推薦方案

考慮到測(cè)量過(guò)程中包絡(luò)面測(cè)點(diǎn)測(cè)得的噪聲源與背景噪聲聲壓級(jí)存在延時(shí)現(xiàn)象而導(dǎo)致的測(cè)量值差異，對(duì)每個(gè)測(cè)量值進(jìn)行背景噪聲修正更有意義，因此推薦采用方法五進(jìn)行計(jì)算。

方法五：對(duì)每個(gè)測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行背景噪聲修正后，計(jì)算平均聲壓級(jí)LP平均。

式中，LP平均（修正后）為所有測(cè)點(diǎn)位置進(jìn)行背景噪聲修正后的平均聲壓級(jí)值；LPi（修正后）為每個(gè)測(cè)點(diǎn)位置修正后測(cè)量的噪聲聲壓級(jí)值；LPi（修正前）為每個(gè)測(cè)點(diǎn)位置測(cè)量修正前的噪聲聲壓級(jí)值；K1為每個(gè)測(cè)點(diǎn)位置的背景噪聲修正值；ΔL為單個(gè)測(cè)點(diǎn)位置測(cè)量的噪聲值與測(cè)點(diǎn)位置背景噪聲的差值；n為測(cè)量點(diǎn)數(shù)。

由方法五計(jì)算得到的平均噪聲聲壓級(jí)為74.60 dB(A)（詳見(jiàn)表4），滿足噪聲聲功率級(jí)測(cè)量不確定度評(píng)定的要求。

表4 由方法五計(jì)算得出的平均聲壓級(jí)