一种消声室校准中自由声场理论声压级的估算方法
【专利摘要】本发明公开了一种消声室校准中自由声场理论声压级的估算方法，用于计算消声室校准中的理论声压级数据。本发明先利用多通道声分析仪测量被测消声室在路径及频率下由测试声源产生的测试声压级数据，再根据被测消声室的实际测试环境计算声压级衰减系数α，然后利用非线性曲线拟合方法确定理论声压级计算新模型中的两个未知参数A和r0，将空气吸收衰减部分加入计算模型，采用非线性最小二乘法拟合的方式对理论声压级进行估算，从而实现被测消声室理论声压级的精确估算，使偏差分布趋于合理，有效提高校准精度。
【专利说明】
一种消声室校准中自由声场理论声压级的估算方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种消声室校准中自由声场理论声压级的估算方法，用于计算消声室 校准中的理论声压级数据。属于声学领域。
【背景技术】
[0002] 随着声电技术的不断发展，消声室在制造领域的应用越来越广，作为一种声学实 验室，其主要作用是提供一个自由声场空间的低噪声测试环境。良好的消声室校准系统可 以有效地评价消声室的性能指标，促进消声室的革新，提高消声室的品质。为了判定消声室 的声学性能，需要对消声室开展场地校准，对消声室的发展有着不可或缺的意义。
[0003] 目前，国内对于消声室及半消声室的校准工作主要依据了GB 6882、IS0 3745附录 A以及JJF 1147消声室校准规范中规定的校准程序，消声室主要的校准技术指标有两项，包 括了自由声场的频率范围和空间范围与本底噪声的鉴定，其中，被测消声室的最大自由声 场半径需满足测量声压级和反平方率声压级最大允许偏差范围。在自由声场频率与空间范 围的鉴定中，上述国标规定的自由声场理论声压级模型能够满足了声压随距离衰减的反平 方规律，然而通过国标理论声压级计算方法得到的测量值与理论值偏差曲线存在近端偏差 较大、远端偏差较小的不合理现象，即自由声场偏差"近大远小"问题，同时现有理论声压级 的计算模型中尚未考虑空气吸收衰减量，影响了校准结果的精度及准确性。
[0004] 针对上述问题，本发明在分析校准规程计算方法存在的问题之后，提出了一种改 进的消声室理论声压级计算方法。新方法将空气吸收衰减部分加入计算模型，采用非线性 最小二乘法拟合的方式对理论声压级进行估算，使偏差分布趋于合理，有效提高校准精度。
[0005] 本发明能够应用于消声室的校准与自由声场的鉴定，能够有效估算被测消声室自 由声场的理论声压级，为消声室校准方法的优化与改进提供理论依据与工程指导。
【发明内容】
[0006] 本发明针对现有国标理论声压级计算方法导致的自由声场偏差"近大远小"及未 考虑空气吸收衰减因素的问题，提出了一种用于估算消声室校准中自由声场理论声压级的 方法，最终获得消声室自由声场的理论声压级。
[0007] 本发明方法，其具体步骤如下：
[0008] 第一步:利用传声器、多通道声分析仪、PULSE测试系统测量被测消声室η个点(η多 10)的声压级，测量结果记为LPl，单位为dB，i为1到η，第i点与测试声源中心的距离记为 Γι。
[0009] 第二步:让消声室处于标准大气压下，测量消声室的摄氏温度T、相对湿度hr、声源 频率f，根据下式计算声压级衰减系数α。
[0010]
[0011] 式中，Tk为消声室的绝对温度，单位为Κ，Tk = Τ+273.15 ; To为参考温度，大小为 293.15K; f为声源的频率，单位为Hz; fr〇为氧弛豫频率，单位为Hz; frN为氮弛豫频率，单位为 Hz，其中
[0012]
[0013]
[0014]
[0015]
[0016] 一. _ ______ …
[0017]式中，h为水蒸汽的摩尔浓度，单位为％ ;T为消声室的摄氏温度，单位为°(： ;hr为相 对湿度，单位为％ ; TQ1为三相点温度，大小为-273.16K。
[0018] 第三步:①将A与ro的初始值分别设置为0与-0.5;
[0019] ②将LPi，n，A带入下式
[0020]
(3)
[0021 ]③若Q>0 · 5且ro 彡0 · 5，则r〇 = r〇+0 · 0001，返回②；
[0022]④若Q>0 · 5且r〇>0 · 5，则A=A+1，r〇 = _0 · 5，返回②；
[0023] ⑤若QS0.5，则记录此时的A和ro，结束Q计算。
[0024]第四步:根据下式和Γι，α，A和ro确定自由声场理论声压级曲线。
[0025]
[0026] 式中，LPTi为距离声源中心η处的理论声压级，单位为dB。
[0027]本发明方法，利用多通道声分析仪测量被测消声室在路径及频率下由测试声源产 生的测试声压级数据，再根据被测消声室的实际测试环境计算声压级衰减系数α，然后利用 非线性曲线拟合方法确定理论声压级计算新模型中的两个未知参数Α和ro,将空气吸收衰 减部分加入计算模型，采用非线性最小二乘法拟合的方式对理论声压级进行估算，从而实 现被测消声室理论声压级的精确估算，使偏差分布趋于合理，有效提高校准精度。
【附图说明】
[0028]图1为声源频率为10kHz、温度为20 °C、相对湿度为50 %时，计算得到的声压级衰减 曲线。
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图和具体实施例，对本发明做进一步详细说明。
[0030] 第一步：利用传声器、多通道声分析仪、PULSE测试系统测量某消声室η个点（n = 16)的声压级，测量结果记为LPl，单位为dB，i为1到n，第i点与测试声源中心的距离记为 Γι。
[0031] 第二步：让消声室处于标准大气压下，测量消声室的摄氏温度T = 20°C、相对湿度 hr = 50%、声源频率f=10kHz，根据下式计算声压级衰减系数α。
[0032]
[0033] 式中，Tk为消声室的绝对温度，单位为K，Tk = T+273.15;To为参考温度，大小为 293.15K ; f为声源的频率，单位为HZ ; frf)为氧弛豫频率，单位为HZ ; frN为氮弛豫频率，单位为 Hz，其中
[0034]
[0035]
[0036]
[0037]
[0038] IK= I+ZM . ID
[0039]式中，h为水蒸汽的摩尔浓度，单位为％ ;T为消声室的摄氏温度，单位为°(： ;hr为相 对湿度，单位为％ ; TQ1为三相点温度，大小为-273.16K。
[0040]计算结果得声压级衰减系数α = 0.159。
[0041 ]第三步:①将Α与ro的初始值分别设置为0与-0.5;
[0042] ②将LPi，ri，A带入下式
[0043]
(3)
[0044] ③若Q>0 · 5且ro 彡0 · 5，则Π ) = Π )+0 · 00001，返回②；
[0045] ④若 Q>0 · 5 且r〇>0 · 5，则Α=Α+1，r〇 = -0 · 5，返回②；
[0046] ⑤若Q彡0.5，则记录此时的A和ro，结束计算。
[0047] 计算结果得A与ro分别为1890和0.04904。
[0048]第四步:根据下式和Γι，α，Α和ro确定自由声场理论声压级曲线，如附图所示。
[0049]
⑴
[0050] 式中，LPTi为距离声源中心ri处的理论声压级，单位为dB。
【主权项】
1. 一种消声室校准中自由声场理论声压级的估算方法，其具体步骤如下： 第一步：利用传声器、多通道声分析仪、P化SE测试系统测量被测消声室η个点的声压 级，η>10,测量结果记为LPi，单位为地，i = l，2,……，n，第i点与测试声源中屯、的距离记为 ri； 第二步:消声室处于标准大气压下，测量消声室的摄氏溫度T、相对湿度hr、声源频率f， 根据下式计算声压级衰减系数α:式中，Tk为消声室的绝对溫度，单位为Κ，化二Τ+273.15; To为参考溫度，大小为293.15Κ; f为声源的频率，单位为化;frO为氧弛豫频率，单位为化;frN为氮弛豫频率，单位为化，其中式中，h为水蒸汽的摩尔浓度，单位为％ ;Τ为消声室的摄氏溫度，单位为°C ;hr为相对湿 度，单位为％ ;Tqi为Ξ相点溫度，大小为-273.1服； 第Ξ步:①将A与ro的初始值分别设置为0与-0.5; ② 将Lpi，；Ti，A带入下式③ 若Q〉0.5且ro《0.5，则ro = ro+0.0001，返回②； ④ 若Q〉0.5且!〇〉0.5，贝ijA=A+1，ro = -0.5，返回②； ⑤ 若Q《0.5，则记录此时的A和ro，结束的十算； 第四步:根据下式和ri，α，A和ro确定自由声场理论声压级曲线式中，LPTi为距离声源中屯、ri处的理论声压级，单位为地。
【文档编号】G01H17/00GK105973459SQ201610352880
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年5月25日
【发明人】颜伟, 王钦, 王恩荣, 李林, 吴云
【申请人】南京师范大学