聲學測量歷史

17世紀初就有人嘗試測量空氣中的聲速。直到18世紀聲學測量只是在測量聲速方面做了一些工作，19世紀中雖在空氣中聲速的測定、調(diào)音波長的確定、質(zhì)點速度的測定和音色的觀察等方面取得了進展，但還屬起步階段，真正的聲學測量工作是在20世紀初由于電學線路和無線電技術(shù)的發(fā)展而開始發(fā)展的。先發(fā)明了用瑞利盤測定平面行波中的質(zhì)點速度，從而建立了聲強的測量，用光干涉法測量聲強等一些測量方法。后又發(fā)明了熱致發(fā)聲器等標準聲源，特別是電容傳聲器和互易校準的發(fā)明，室內(nèi)自由聲場──消聲室的建立，以及各種聲學測試儀器如聲分析儀等的問世，使聲學測量進入了新階段，到60年代，已發(fā)展得比較完善，基本上解決了各聲學量的測量，建立了空氣中和水中的聲強基準及有關(guān)的標準測量方法。近年來聲強和聲功率的測量有了新發(fā)展，聲學測量正在實現(xiàn)自動化，帶微處理機的聲學測量儀器也已出現(xiàn)，這表明聲學測量已邁進現(xiàn)代聲學的行列。

包括測量方法和測量儀器?；镜穆晫W測量聲強測量、聲強測量、聲質(zhì)點速度測量、波長測量、加速度測量、傳聲器和水聽器絕對校準、通信系統(tǒng)檢測、語言可懂度測試、聽力測量、聲波分析、電聲儀器性能評價、房間音質(zhì)測量等。近代聲學測量的儀器設(shè)備有各種電容傳感器和電子放大記錄設(shè)備、模擬和數(shù)字波譜分析儀、聲強計、加速度計、駐波管等，以及消聲室、混響室、隔聲室、高聲強實驗室、消聲水池和混響水池。

在聲學中，或描述一聲源及其產(chǎn)生的聲場的特性，或在某些聲學現(xiàn)象、效應中起主導作用的一些量,為聲學中的基本量。表1所列為這些基本量及其相互關(guān)系。在前四個量中，聲強是最容易測量的，而且可以量得很準確，另三個量又能由聲強導出，因此，過去一直誤認為只有聲強才是聲學中的基本量。實際上，當聲場不是自由場時，其他三個量與聲強間不存在一個簡單的關(guān)系，另外有不少聲學效應（例如次聲效應）并不直接只與聲強有關(guān)，而與聲能量或聲強等有關(guān)。對某一聲學問題選用哪個基本量來描述應視具體情況而定，因此所有這些聲學量在聲學測量中都是很重要的。

在實際生活中，聲音強度的變化范圍很大，從人耳剛能聽到的聲音(約10^-12W/m²)至強烈的噪聲 (約100W/m²)可差10¹⁴倍，最高甚至可達10⁷W/m²左右。而且人對聲音強弱的感覺并不與聲強成比例,而是與其對數(shù)值成比例。為了便于表示起見,使用聲強級LI這個量，它是某聲強值I與基準聲強I0之比的常用對數(shù)乘以10，其單位為分貝(dB)，即 　 LI=10lg(I/I0)， 基準聲強在空氣中為 10^-12W/m²。對于一個聲強值，不同的基準值給出的聲強級是不同的，故在講聲強級的同時一定要說明所用的基準聲強值。人們實際感覺到的或要處理的聲音大部分不是純音，而是具有波譜特性的噪聲，對于這類聲則常用某一有限波帶中聲能的有效聲強級來表示，稱為波帶聲強級。最常用的波帶寬度有倍波程和倍波程帶寬。由多聲源組成的、能量分布隨時間變化的如環(huán)境、交通等這類噪聲，則用累積百分和等效來表示，累積百分 是在規(guī)定時間T內(nèi)有N%時間的所超過的那個,等效是某規(guī)定時間T內(nèi)的能量平均值。常用的還有平均、評價、暴露等等?？傊畬δ撤N類型的聲和噪聲，應使用能表征其特性的某種來表示。聲強、聲功率以及其他聲學量用級表示時，與聲強級相同。表2所列為常用的名稱、符號和單位。

傳聲器和水聽器是在空氣和水中測量聲強的電聲接收換能器，表示其特性的主要參量為接收靈敏度，是它的輸出開路電壓與其接收的聲強的比值。當接收聲強為作用于接收面上的平均聲強時，此接收靈敏度為聲強靈敏度。接收聲強為傳聲器或水聽器的位置處當傳聲器或水聽器不存在時聲場的聲強，則接收靈敏度為聲場靈敏度，聲場為自由場時，為自由場靈敏度,聲場為擴散場時,為無規(guī)入射靈敏度。傳聲器和水聽器校準就是確定其接收靈敏度值。根據(jù)靈敏度的不同,校準方法也分成兩類,即聲強校準和聲場校準。上述的三種靈敏度不是彼此無關(guān)的，而有著一定的聯(lián)系。自由場靈敏度M與聲強靈敏度MI的關(guān)系為:M=DMI,此處D為衍射常數(shù),與傳聲器或水聽器的形狀、大小和波長等有關(guān)。自由場靈敏度M與無規(guī)入射靈敏度Md的聯(lián)系為M=RθMd，其中Rθ為指向性因數(shù)，也是與換能器形狀、大小和波長有關(guān)的常數(shù)，當k1 時，常數(shù)D=Rθ=1，即在長波時M=MI=Md，這樣就可以在長波時用聲強校準的方法獲得自由場靈敏度值。在實際中自由場靈敏度是最有用的，而聲強校準比較方便且準確度高。表3中列出了校準傳聲器和水聽器常用的方法。

活塞發(fā)聲器是利用一已知波長和位移的往復活塞，在一剛性密閉腔內(nèi)產(chǎn)生可以計算的聲強，以校準傳聲器。若在密閉腔內(nèi)充以液體媒質(zhì)，則可用于校準水聽器。靜電激勵器主要是一柵狀的輔助電極，它將已知靜電力加到傳聲器膜片（金屬的或涂以金屬的）上，以校準傳聲器，此方法特別適用于測量電容傳聲器聲強靈敏度的波響特性。液柱法和密閉腔補償法是兩種被國際電工委員會 (IEC)列作校準水聽器聲強靈敏度的標準方法。前者是一個充以液體的圓筒狀的開口容器，在激勵器驅(qū)動下，容器內(nèi)的液柱隨容器整體垂直吸收機械波，從而在液柱中獲得一已知聲強以校準水聽器；后者是用一能產(chǎn)生已知聲強的補償換能器，補償并由此確定聲源在密閉腔中產(chǎn)生的聲強來校準水聽器，根據(jù)補償換能器的結(jié)構(gòu)形式不同，又分為電動補償法和壓電補償法。

在聲學測量中需要有一個符合測量要求的測試環(huán)境，才能得到預期的結(jié)果。測試環(huán)境的聲學性能的好壞直接與測量準確度有關(guān)，故選擇或建立一個符合要求的測試環(huán)境是聲學測量中一個十分重要的問題，最常用的聲學測試環(huán)境為自由場和擴散場。

聲學測量自由場

通常的聲學測量都要求在自由場中進行，這是均勻各向同性媒質(zhì)中邊界影響可以不計的聲場。它可以是人工建造的室內(nèi)自由場如消聲室，在水中則為消聲水池或水槽；也可利用合適的自然環(huán)境以獲得室外自由場。

消聲室雖能得到接近理想的自由場條件，但造價昂貴，一般難以建造。利用自然環(huán)境條件來獲得自由場是一個實用和有效的方法。實際上一個具有足夠大的空間的廣場或田野，當將聲源和傳聲器置于離地面足夠高的地方如鐵塔上或懸掛于空中時，就能得到很好的自由場測試條件。同樣，像湖泊、海灣、港口、水庫等天然水域,只要有足夠大的開闊度和深度,都可用作自由場。在這類室外自由場中測試時，應當注意氣象條件對測試結(jié)果的影響。

在有限空間測試電聲器件或換能器聲學性能時，還可用脈沖聲技術(shù)，在時間上將來自邊界的反射聲與直達聲分開，以獲得自由場條件。這種脈沖聲技術(shù)在水聲測量中用得很普遍。

半消聲室或一個反射面上方的自由場，是近年來被廣泛使用的一種聲學測試條件。當聲源或傳聲器置于其中具有反射特性的地面上時，則在其上方的半空間中就能獲得如上所述的自由場條件。

聲學測量擴散場

這是能量密度均勻，在各個傳播方向作無規(guī)分布的聲場。符合此要求的實驗室稱為混響室。

在聲波長范圍內(nèi)，測量聲強以往一直是通過測量自由場平面波條件的聲強及用其與聲強的關(guān)系計算得到，對于其他聲場條件下的聲強則無法測量。在過去雖曾先后發(fā)明過一些企圖直接測量聲強的方法，但均因缺乏實用價值而未被采用。70年代以來，由于數(shù)字技術(shù)和微處理機應用的發(fā)展，一些能直接測量聲強的實用的儀器設(shè)備，如聲強計、實時聲強分析儀等已陸續(xù)問世（見聲強儀）。用這些儀器測量聲場中某點聲強的原理是，通過測量該點附近相鄰兩點的聲強，以其聲強和之半即平均聲強近似地表示該點的聲強，聲強差即聲強梯度近似地表示該點的質(zhì)點速度，再求其乘積和對時期求平均。此方法的主要誤差來源是上述二近似表示造成的，此與兩點的間距Δr 和圓波數(shù)k 有關(guān)。 例如用兩個直徑12mm的傳聲器組成的聲強測量探頭，當其間隔Δr=6mm時，其測量誤差在波長低于3.4cm或高于86cm時，將大于 1dB。這說明這種聲強測量儀器不適用于短波聲強的測量。

對于液體中短波聲強的測量，常用的方法有量熱法和光學法等。

量熱法的測量原理是用易吸收聲能的固體材料如石蠟等制成的小球作為聲強測量探針的敏感元件，當將它置于聲場中時，小球吸收的聲能轉(zhuǎn)化為熱，使其溫度升高，用熱敏電阻或溫差電偶等器件測出其溫度變化而得到聲強。由于敏感元件、測溫器件等的靈敏度低及穩(wěn)定性差，適宜于測量較大的聲強值，另外此法測得的是一定時間內(nèi)的平均聲強。

光學法是利用短波聲光致衍射現(xiàn)象以測量透明液體媒質(zhì)中的平均聲強。有聲波存在時，媒質(zhì)的密度ρ 在空間形成周期性變化，構(gòu)成一相位光柵，當光線與聲波垂直相交時，就產(chǎn)生光衍射現(xiàn)象,此時短波聲強I與光衍射條紋變化有如下關(guān)系

式中Λ 為光波波長，с為液體中的聲速，Л為光波通過聲場的深度，a為貝塞耳函數(shù)Jm(a)=0的根(a=2πΔrl/Λ)。用此法只能測量 1～10kW/m2（即0.1～1W/cm2）左右或更大的聲強。 　目前還有用光全息術(shù)測量由聲輻射使自由液面隆起的程度以確定聲強，此法測量聲強的范圍約為3～3000W/m2（即0.3～300W/cm2）。

聲學測量在自由場

聲源的聲功率W的測量,一般在自由場中進行，通過測量包絡(luò)聲源的封閉曲面S上的聲強I，由公式

計算得到。為了測量和計算的方便,實際上此測量表面S常取作以聲源為中心的球面,或其他具有一定對稱性的，如矩形六面體等測量表面，并將積分簡化成求和的形式，即把測量表面分成幾個小面積ΔSj，測得此小面積上的平均聲強 Ij，就得到聲源的聲功率：

。在半自由空間中測量時，除測量表面應取成半球面外，其他做法與上述的相同。

聲學測量在擴散場

聲源的聲功率也可在擴散場 (如空氣中的混響室或水中的混響水池)中測量，此時其聲功率為

此處捖為混響室中聲源產(chǎn)生的均方聲強，A為混響室的吸聲量，ρс為媒質(zhì)的特性聲阻抗。看來此法要比自由場法簡單而方便,對一混響室來講,A、ρс均為常數(shù),故只要測量混響室中幾處的聲強,以求得捖就能得到聲功率值。

國際標準化組織 (ISO)近年來制定了在各種聲學測試環(huán)境（如消聲室、混響室、反射平面上的自由場等）下，以不同準確度(精密、工程、簡易等)要求，測定空氣中噪聲源聲功率級方法的一系列國際標準(ISO3740～3746)。用這些方法，可以測倍波帶，測量準確度從0.5～5dB。

噪聲源聲功率級的測定，還可用與標準噪聲源比較的方法得到。標準噪聲源是一個已用標準方法測定聲功率級的標準聲源，它能在大于3.4cm~3.4m的波長范圍內(nèi)產(chǎn)生寬帶穩(wěn)定噪聲，在此波段內(nèi)，倍波帶聲功率級間的偏差應小于±3dB。標準噪聲源有電動式、風扇式和打擊式等幾種結(jié)構(gòu)。

上述測量方法與聲強測量相同，一般只適用于聲波范圍。對于短波超聲范圍的聲功率的測量，常用的有聲輻射法、量熱法和光衍射法等數(shù)種。

聲輻射法是用聲輻射計來測定聲功率，測量范圍能從幾微瓦到幾十瓦。

聲學測量量熱法

量熱法是利用液體吸收短波聲源輻射的聲能轉(zhuǎn)化為熱，測量液體上升的溫度來確定短波聲功率。一般有三種方法：①瞬時法，即直接測量液體吸收聲能引起的溫度升高值；②穩(wěn)流法，使液體穩(wěn)速流動，測量流進和流出液體的溫度差；③置換法，用電加熱液體使產(chǎn)生和吸收短波聲能同樣的效果，由加熱的電功率來確定聲功率。這三種方法中，一般說來置換法最好，因其可不必測定系統(tǒng)的熱容量及嚴格的保溫裝置。

光衍射法測定短波聲功率，就是用測量聲強的光學法測出其平均聲強，再乘以短波聲束的面積。

《廳堂擴聲系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》的五大聲學特性指標：

二〇一一年十月三十一日，由國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局、國家標準化管理委員會批準發(fā)布了標準號為GB/T 4959-2011的《廳堂擴聲系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》國家標準，此項標準已實施了3年多，但仍然有很多業(yè)內(nèi)同人不太了解。聲訊網(wǎng)帶你一起解讀《廳堂擴聲系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》的五大聲學特性指標 。

GB/T 4959-2011號標準中所涉及的廳堂擴聲系統(tǒng)的聲學特性反映的是廳堂擴聲系統(tǒng)與聲音效果的關(guān)系，但不包括與建筑特點有關(guān)的聲音效果關(guān)系。那么只與擴聲系統(tǒng)有關(guān)的聲學特性指標有哪些呢？按標準規(guī)定有以下幾個方面：

1、最大聲強級

該指標是衡量擴聲系統(tǒng)所提供的最大聲強級。當然該數(shù)值與廳堂的使用功能，造價直接相關(guān)，不能盲目地選得很大，標準提出了文藝演出類、多用途類及會議類三大類廳堂及相應一級、二級的定位，從性能指標上依次遞減。

最大聲強級基本上決定了擴聲系統(tǒng)的動態(tài)范圍的上限，而動態(tài)范圍的下限基本取決于廳堂的本底噪聲。

2、系統(tǒng)總噪聲

從實際廳堂的測試來看，本底噪聲是包含兩個概念：一是系統(tǒng)的總噪聲，二是廳堂的本底噪聲。一般來說系統(tǒng)總噪聲比較容易達標，而廳堂本底噪聲很難達標，因此系統(tǒng)動態(tài)范圍下限受制于廳堂的本底噪聲。

3、波長特性

按標準分類的三類廳堂具有相應的要求，平臺區(qū)范圍從4.3cm~4.3m相應升高到8.6cm~2.75m，不均勻性從±4dB降低到－6/ 4dB。

從實際實踐來看，這是符合當前國情的，不是越寬越好，同時波長特性的不均勻度也不是用波長均衡器補償?shù)迷狡教乖胶茫且_保均衡器的補償不要超過±6dB，允許廳堂的波長特性有±4dB的不均勻。

對于平臺區(qū)的上限區(qū)域及下限區(qū)域，按－6dB/oct的斜率均衡。

在上述這些標準，在實踐中很容易被誤讀，主要是波長響應的平臺區(qū)越寬越好，波長特性補償?shù)迷狡街痹胶?。這在設(shè)計，安裝，調(diào)試中是應該避免的。

4、傳聲增益

按該指標的定義是：擴聲系統(tǒng)達到最高可用增益時，廳堂內(nèi)各聽眾席處穩(wěn)態(tài)聲強級平均值與傳聲器處聲強級的差值。最高可用增益就是系統(tǒng)產(chǎn)生聲反饋自激臨界點以下6dB的增益。標準規(guī)定：一類文藝演出廳堂的傳聲增益，在平臺區(qū)域的平均值是大于或等于－8dB。為什么是一個負值？因為聽眾席處的聲強級肯定大于傳聲器處的聲強級，相減就得到一個負值，兩者差值越大，即傳聲增益越高，擴聲系統(tǒng)的聲音放大量越大。

5、穩(wěn)態(tài)聲場不均勻度

聲場不均勻度反映的是廳堂觀眾席聲強級的高低不均勻性，它很大程度上反映出揚聲器系統(tǒng)的覆蓋是否合理。在我們的調(diào)試階段，必須結(jié)合測量得到的數(shù)據(jù)與標準相比較，使其各測點的最大值與最小值之差在標準規(guī)定的范圍內(nèi)，如達不到要求，則調(diào)整揚聲器覆蓋角度。

聲訊網(wǎng)這里就簡單為您解讀了現(xiàn)行的廳堂擴聲系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范，具體測量方法請參照GB/T4959-2011《廳堂擴聲特性測量方法》。2100433B

聲學測量分析系統(tǒng)儀器是一款儀器。

聲學測量分析系統(tǒng)儀器包括RES聲學測試分析儀，SZSP聲功率測量系統(tǒng)，SZZB駐波管法吸聲系數(shù)測量系統(tǒng)，SYDW噪聲源定位分析系統(tǒng)，SZSQ聲強測量分析系統(tǒng)，SZFD風力發(fā)電機組噪聲測試系統(tǒng)。

北京聲振研究所RSE聲學測試分析儀功能：

RSE聲學測試分析儀是一個功能強大、便于操作的聲學測試儀器，它完全由筆記本電腦供電，集成多個傳統(tǒng)儀器的功能，它是一個便攜式的聲級計，一個便攜式的磁帶記錄儀，1/1到1/24倍頻分析儀，最高達100,000線分辨率的FFT分析儀。

RES聲學測試分析儀的功能：

雙通道聲學信號測試分析； 雙通道數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)回放：存儲容量僅受限于電腦硬盤容量； 采樣率高達100KHz； 聲壓級(SPL)測量； 噪聲統(tǒng)計分析：點擊一下鼠標就可以測量Leq、SEL和Ln的計算結(jié)果； 倍頻程分析：1/1、1/3、1/6、1/12、1/24 倍頻程分析； FFT 分析：最高達100,000 點FFT 分析； 信號分析圖形：時域圖、頻域圖、頻譜圖、時間-幅值-頻率分析； 最大峰值保持； 頻率計權(quán)：A、B、C、線性； 多種信號發(fā)生器； 自相關(guān)函數(shù)、互相關(guān)函數(shù)分析； MLS/TSP脈沖響應測量； 總諧波失真測量； 根據(jù)ISO3382標準進行室內(nèi)聲學參數(shù)測量； 自動報告生成：自動生成文件報告，也可輸出到Word和Excel； 校準數(shù)據(jù)跟蹤：校準數(shù)據(jù)伴隨于整個測量過程，包括編輯、后處理和報告生成。