（机械制造及其自动化专业论文）互谱声强测量误差分析及修正方法研究.pdf

摘要 声强是表示空间声场中声能量流动的物理量，声强测量在现代声学测量中具有十分重要的 位置，基于双传声器声压测量的“豆谱法声强”是目前声强测量的最重要方法。有限差分误差 是互谱法声强计算中存在的固有误差，直接影响互谱声强测量精度，限制了互谱声强测量系统 的工俸频率上限。 本文主要研究互谱声强测量中的有限差分误差的分析及修正方法，指出现有谖差分析中存 在的缺陷，提出的误麓分析和修正方法可对互谱声强测量有限差分误差进行定量分析和高精度 的修芷，解决了限制甄谱声强测量精度的关键问题；本文还对互谱声强测量中的三维声强探头 技零翻有限差分误差对基于声强溺鬣的全患复声压计算误差昀影响傲了细致的研究，弥奉 了瑗 有研究中的一些不足。全文七章主骚内容如下： 篇章回顾了声强技术发展历史和研究现状，分析了互谱声强测量中的误差，总结了互谱 声强蠢限差分误差秘基于声强测量的声全息研究中存在的问题，明确了本文的王馋内容。 第二章针对现有豆谱声强有限差分误差分析中存在的问题，指出置谱声强有限差分误差分 析时廒考虑声强探头轴线的空间方位，给出了考虑探头轴线空间方位的有限差分误差公式。 第三章提出互谱声强有限差分误差的通用数值分析方法，并用数值仿真算例验证了该方法 酶正确性，解决了现窍分析方法不能分衔复杂声场、适用蟊窄戆缺点；剩孺所提畿分耩方法讨 论了热型声场中全测量面上的声强布及其有限差分误差的空间分布；指出现有声强测量误差评 价指标的片面性，提出选用能综合反映考虑整个测鬣面上各点误麓的参数( 误差最大值、最小 值、误差平均值、误差标准差) 来德量全测量蚕上的声强测量误差。 第四章提出了鼹种互谱声强有限差分误差的修芷方法，即基于溅量点三维声强分量测量和 基于双传声器声压信号相位判别的修正方法：采用数值仿真的方法验证、比较了所提修正方法 在典型声源场中的修正效果；从修正方法的实现、修正效果等诸多方面证明了这两种修正方法 都撬予瑗有文献中的噩谱声强有限差分误差消除方法。 第五章中研究了三维声强探头技术，总结、比较了三维声强测量的方法及不同的探头结构 形式，重点讨论了由4 个传声器构成的“正四面体型”三维声强探头的测量、计算方法，比较 了这种结构探头的声强矢量解藕矩阵的选择特点，澄清了现有研究中的一些错误溅点。 第六章中，首先以测量系统误差导致的全息复声压测量误差为例，研究全息复声压测萋误 差对全息重构精度的影响，给出了这类误差导致的蓬构声场误差近似公式；提出熬于测量系统 通道间传递函数测薰的修正方法，并给出了简明的燕构声场修正公式。其次，利用本文所提出 的误蓑分析方法，研究了切向声强有限差分误差对复声压重构壤度的影嚷，研究表明互谱声强 有限麓分误差对全息面上复声压的计算精度影响远远超过b a h i m 算法本身产生的误差。 第七章对全文的工作与创新进行了总结，指出了需要进一步深入研究的问题。 关键词：声强置谱法有限謦分误差分析误差修正三维声强 声全息 a b s t r a c t s o u n di n t e n s i t yi sa l la c o u s t i cq u a n t i t yt od e s c r i b et h ef l o wo fa c o u s t i ce n e r g yi ns p a t i a ls o u n d f i e l d m e a s u r i n gs o u n di n t e n s i t yp l a y sav e r yi m p o r t a n tr o l ei nm o d e ma c o u s t i cm e a s u r e m e n t s c r o s s - s p e c t r a lm e t h o do fm e a s u r i n gs o u n di n t e n s i t yb a s e do n “t o w - m i c r o p h o n e p r i n c i p l ei s t h e m o s ti m p o r t a n tm e t h o do fs o u n di n t e n s i t ym e a s u r e m e n t f i n i t ed i f f e r e n c ea p p r o x i m a t i o ne r r o ri s i n h e r e n te r r o r si ns o u n di n t e n s i t ym e a s u r e m e n t sb a s e do nc r o s s s p e c t r a lm e t h o d ；i tw i l lr e d u c et h e p r e c i s i o no fs o u n di n t e n s i t ym e a s u r e m e n t sa n dl i m i tt h ec u t - o f fh i g l l * f r e q u e n c yo fa p p a r a t u sf o r s o u n di n t e n s i t ym e a s u r i n g i nt h i sp a p e r , e l l o ra n a l y s i sa n de r r o rc o r r e c t i o nm e t h o do fc r o s s s p e c t r a lb a s e ds o u n di n t e n s i t y m e a s u r i n ga r es t u d i e d , s h o r t c o m i n go fc u r r e n te r r o ra n a l y s i so ff i n i t ed i f f e r e n c ea p p r o x i m a t i o ni s p o i n t e do u t ，a ni m p r o v e d 程q o ra n a l y s i sm e t h o d ，w h i c hc a nb eu s e dt oe v a l u a t es o u n di n t e n s i t y m e a s u r e m e n te r r o rq u a n t i t a t i v ea n da l ln o v e le r r o rc o r r e c t i o nm e t h o d ，w h i c hg a l lr e d u c et h ef i n i t e d i f f e r e n c ee l t o re f f e c t i v e ，a l ep r o p o s e d t h es t i c k i n gp o i n to fp r e c i s i o nl i m i t a t i o ni ns o u n di n t e n s i t y m e a s u r e m e n t si ss o l v e d m e a n w h i l e ，t e c h n i q u eo f3 - d i m e n s i o n a ls o u n di n t e n s i t yp r o b ea n de f f e c to f f i n i t ed i f f e r e n c ee r r o ro i lh o l o g r a p h i cs o u n dp r e s s u r e sc a l c u l a t i n ge n o rb a s e do ns o u n di n t e n s i t y m e a s 蝴e n ta l ea l s oa n a l y z e d , s o m ee n h a n c e dr e s u l ta r eo b t a i n e d ，t h er r m i nc o n t e n t so f $ e v e n c h a p t e r si nt h ed i s s e r t a t i o na r es u m m a r i z e da sf e l l o w s ： k c h a p t e ro n 岛t h eh i s t o r yo fs o u n di n t e n s i t y sd e v e l o p m e n ta n dc u r r e n tr e s e a r c hs t a t u e sa l e r e v i e w e d ，e r r o r sa r i s i n gi nc r o s s s p e c t r a lb a s e ds o u n di n t e n s i t ym e a s u r i n ga l ea n a l y z e d 。s o m e s h o r t c o m i n g si nr e s e a r c ho nf i n i t ed i f f e r e n c ee r r o rc u r r e n t l ya n db r o a da c o u s t i ch o l o g r a p h yb a s e do n i n t e n s i t ym e a s u r e m e n t s ( b a h i m ) a r es u m m e du p t h em a i nc o n t e n t so f t h i sd i s s e r t a t i o nh a v eb e e n d e t e r m i n e d 魏t h ec h a p t e rt w o , i ti sp o i n t e do u tt h a tt h eo r i e n t a t i o no f s o u n di n t e n s i t yp r o b ei ns p a t i a ls o u n d f i e l ds h o u l db et a k i n gi n t oa c c o u n ta n dt h ec o r r e s p o n d i n ge l l o rf o r m u l ai sd e d u c e dt oo v e r c o m et h e s h o r t c o m i n go fc u r r e n tf i n i t ed i f f e r e n c ee r r o ra n a l y s i s 。 i nt h ec h a p t e rt h r e e , au n i v e r s a ln u m e r i cs t u d ym e t h o du s e di nc r o s s - s p e c t r a lb a s e ds o u n d i n t e n s i t yf i n i t ed i f f e r e n c ea q o ra n a l y s e si sp r o p o s e d ；n u m e r i c a ls i m u l a t i o n sa r eg i v e nt ov a l i d a t e e f f i c i e n c yo ft h i sm e t h o d s p a t i a ld i s t r i b u t i o no fs o u n di n t e n s i t ya n dc o r r e s p o n d i n gf i n i t ed i f f e r e n c e e r r o ro ne n t i r em e a s u r e m e n ts c o p ea l es t u d yb ya p p l y i n gt h i sm e t h o di nt y p i c a ls o u n df i e l d 。 o n e - s i d e d n e s so fg u i d e 1 i n et oe v a l u a t es o u n di n t e n s i t ym e a s u r e m e n te r r o ri sp o i n t e do u t , a n di tw a s p r o p o s e dt h a tas e to fs t a t i s t i cp a r a m e t e r s ( f o ri n s t a n c e ，m a x i m u m ，m i n i m u m ，a v e r a g ea n ds t a n d a r d d e v i a t i o no fe r r o r s ) ，w h i c hc a ng i v eac o m p r e h e n s i v es u r v e yo fe r r o ro ne n t i r em e a s u r e m e n ts c o p e ， s h o u l db ea d o p t e dt oe v a l u a t et h es o u n di n t e n s i t ym e a s u r e m e n t se r r o ro ne n t r es c o p eo f m e a s u r e m e n t i nt h e c h a p t e rf o u r , t w on o v e le r r o rc o r r e c t i o nm e t h o d sa r ep r o p o s e dt o e l i m i n a t ef i n i t e d i f f e r e n c ee r r o ro fc r o s s s p e c t r a lb a s e ds o u n di n t e n s i t y , o n ei sm e t h o db a s e do nm e a s u r e m e n to f 3 - d i m e n s i o n a ls o u n di n t e n s i t yv e c t o r , a n dt h eo t h e ri sm e t h o db a s e do nt w o m i c r o p h o n es o u n d p r e s s u r ep h a s ed i f f e r e n c ed e t e c t i o n s i m u l a t i o n sa r eg i v e nt ov a l i d a t et h o s et w om e t h o d s c o m p a r i n g o fr e a l i z a t i o no fc o r r e c t i o nm e t h o da n de r r o rc o r r e c t i o ne f f e c t ，i tc a nb ec o n c l u d et h a tt h o s et w o n o v e le r r o rc o r r e c t i o nm e t h o d sa r ee x c e e dt h eo t h e re r r o re l i m i n a t i o nm e t h o dm e n t i o n e di nc u r r e n t l i t e r a t u r e i nt h ec h a p t e rf i v e ，t e c h n i q u eo f3 - d i m e n s i o n a ls o u n di n t e n s i t yp r o b ei si n v e s t i g a t e d m e t h o d o fm e a s u r i n g3 - d i m e n s i o n a ls o u n di n t e n s i t yv e c t o ra n dd i f f e r e n ts t r u c t u r e so fp r o b ea r es u m m a r i z e d a n dc o m p a r e d ，t h ec h a r a c t e r i s t i c so fp r o b em a d eu p4 - m i c r o p h o n e sp l a c e da tt h ea p e x e so far e g u l a r t e t m h e d r o ni sd i s c u s s e di nd e t a i l ，g u i d el i n eo fd e c o u p l i n gm a t r i xs e l e c t i n gi so f f e r e da n ds o m e m i s t a k ea r ee l a r i f i e d i nt h ec h a p t e rs i x ，e f f e c to np r e c i s i o no fs o u n df i e l dr e c o n s t r u c t i o nc a u s e db yh o l o g r a p h i cs o u n d p r e s s u r em e a s u r i n ge r r o ri ss t u d i e d , t h ee r r o rf o r m u l a so fr e c o n s t r u c t i o ns o u n df i e l dc a u s e db yt h o s e e f i d r sa l ed e d u c e d , ac o r r e c t i o nm e t h o db a s e do nt r a n s f e rf u n c t i o no fd i f f e r e n tm e a s u r i n gc h a n n e l s a l ep r o p o s e d e r r o ro fh o l o g r a p h i cs o u n dp r e s s u r ec a u s e db yf i n i t ed i f f e r e n c ee r r o ro ft a n g e n ts o u n d i n t e n s i t yi ss t u d i e db ya p p l y i n gt h ee r r o ra n a l y s i sm e t h o dp r o p o s e di nc h a p t e r 2a n d3 ，t h ee r r o ro f h o l o g r a p h i cs o u n dp r e s s u r ec a u s e db yf i n i t ed i f f e r e n c ee r r o ri sm o r et h e nt h ea l g o r i t h mo fb r o a d a c o u s t i ch o l o g r a p h yb a s e do ni n t e n s i t ym e a s u r e m e n t ( b a h i m ) i nt h ec h a p t e rs e v e n ，t h er e s e a r c ha n di n n o v a t i o n si nt h i sd i s s e r t a t i o na r es u m m a r i z e d ，a n dt h e t o p i c sn e e df u r t h e rs t u d ya r ep r o p o s e d k e y w o r d s ：s o u n di n t e n s i t y ,c r o s s - s p e c t r a lm e t h o d ，f i n i t ed i f f e r e n c e ，e r r o ra n a l y s i s ， e r r o rc o r r e c t i o n ，3 - d i m e n t i o n a ls o u n di n t e n s i t y , a c o u s t i ch o l o g r a p h y 表格清单 表4 1单极子源声场中互谱声强误豢修正效果比较8 0 表4 2 偶极子源声场中互谱声强误差修正效果比较8 4 表4 3 楣于多源声场中强误差修正方法对毙8 6 表4 毒育限差分误麓修正比较8 7 表4 5 相干多源声场中互谱声强误惹修正方法对比( 频率变化) 8 9 表4 - 6 相干多源声场中互谱声强误箍修正方法对比( 声源间的距离变化) 9 1 表4 7 相干多源声场中互谱强误差修芷方法对比( 测爱面远近) 9 2 表6 i 全息垂土复声疆幅 壹计算摸差1 1 4 表6 2 全息亟上复声压相位重褐误差比较1 1 6 图2 1 图2 2 图2 3 图2 _ 4 图2 5 图2 6 图2 7 图2 8 图2 9 图2 1 0 图2 1 l 图3 1 图3 2 图3 3 图3 - 4 图3 5 图3 - 6 图3 7 图3 8 图3 - 9 图3 1 0 图3 1 1 图3 1 2 图3 1 3 图3 1 4 图3 1 5 图3 1 6 图3 1 7 图3 1 8 图3 1 9 图3 2 0 图3 2 l 图3 2 2 图3 2 3 图4 1 图4 2 图4 3 图4 4 图4 5 图4 6 图4 7 图4 8 图4 9 图4 1 0 图4 一l l 图4 1 2 插图清单 互谱声强计算原理2 3 互谱声强计算流程2 6 互谱声强有限差分误差( 随k d 变化) 2 8 互谱声强有限差分误差分贝值( 随k d 变化) 2 8 传声器间隔与波长关系2 9 互谱声强计算( 探头轴线倾斜) 3 1 质点振动速度计算误差分布3 2 中点声压计算误差分布3 3 互谱声强有限差分误差分布( 平面波场) 3 4 球面声波场中互谱声强计算原理3 6 近场系数m 1 变化规律3 8 声强理论值数值仿真流程4 3 相干多源声场中的声强4 4 互谱声强测量值数值仿真流程4 7 相干多源声场中的互谱声强测量4 7 单极子源声场5 1 偶极子声源模型5 1 偶极子源声场理论值与数值解比较5 3 两个同相点源组合声场声压分布比较5 4 单极子源场声强及有限差分误差分布5 6 单极子声源场中点声压计算误差5 8 单极子源声场质点振动速度误差5 8 单极子源场中声强有限差分误差构成5 9 测量面到声源距离对有限差分误差分布的影响5 9 偶极子源场声强及有限差分误差分布6 0 偶极子源与单极子源互谱声强误差比较6 l 偶极子源场中点声压和速度计算误差6 1 偶极子源声场中声强有限差分误差构成6 2 相干多源声场的声压分布6 3 相干多源声场z 向声强及误差6 3 相干多源声场x 向声强及误差6 4 测量面距离对误差的影响6 5 声源频率对声强误差的影响6 6 声源距离对声强误差影响6 7 单极子源声场中z 向声强的修正效果( 方法一) 7 8 单极子源声场中z 向声强的修正效果( 方法二) 7 9 单极子源声场中x 向声强的修正效果( 方法一) 7 9 单极子源声场中x 向声强的修正效果( 方法二) 8 0 偶极子源声场中z 向声强的修正效果( 方法一) 8 1 偶极子源声场中z 向声强的修正效果( 方法二) 8 2 偶极子源声场中x 向声强的修正效果( 方法一) 8 3 偶极子源声场中声强修正效果( 方法- - ) 8 3 相干多源声场中的声强修正( 方法一) 8 5 相干多源声场中声强修正效果( 方法二) 8 5 频率对修正效果的影响8 9 相干声源间距离对修正效果的影响9 0 测量面距离声源远近对修正效果的影响9 2 5 0 v x 型声强探头( 丹麦g r a s 公司) 9 5 6 传声器三维声强探头结构及原理示意图9 6 4 传声器探头三维声强( o n os k k i ，日本) 9 6 4 传声器三维声强探头( s a n t o s ，1 9 8 9 年) 9 7 4 传声器三维声强探头( 方法二) 9 8 4 传声器三维声强计算( 方法三) 1 0 0 4 传声器探头结构( 二) 1 0 2 全息声压测量系统的数学模型1 0 7 系统频响特性修正模型1 0 8 全息重构及误差修正1 1 0 全息面上切向声强测量及声强探头1 1 2 点源声场中全息面上复声压幅值不同计算方法误差比较1 1 4 复声压相位计算误差对比1 1 5 j d 之0 4 6 石刁0 乏0 4 5 石 4 5 5 5 5 s 5 5 6 6 6 6 6 6图图图图图图图图图图图图图图 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我 所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究 成果，也不包含为获得 金目巴王些太堂一或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名： 寻刍舐 i 签字日期：沙学年仁月2 矿日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解盒目巴工些太堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向 国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权盒胆王些 嫂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名： 寻麦孙 签字日期：2 年毕月2 0 日 学位论文作者毕业去向： 工作单位： 通讯地址： = 丝葛日 电话： 邮编： 致谢 本论文是在导师刘芷士教授的悉心指导下完成的。论文的选题、研究、撰写等每一步都浸 透了老师的大量心血和汗水。老师正巍的人品、严谨的治学态度、渊博的知识、敏锐的洞察力、 孜孜不倦的学本追求精神耪从容淡泊的学者风范傻我深感敬佩，对我港移默化，使我终生受益， 是我今聪学习、生活和工作的楷模。 感谢恩师多年来给我在学业上的悉心指导和生活上的细微关心、帮助，感谢师母周老师多 年来对我的鼓励和关心。 衷心感谢藩心昭教授，谴在百忙之中给予我无私关心耪指导，麓论文提出了宝赛意见。谴 高屋建瓴的学术造诣和甘为人梯的大家风范，使我在内心深处充满了崇高的敬意! 衷心感谢李志远教授在工作和论文中给予的帮助和支持。 感谢噪声振动工程磷究所的陈剑教授、许滨高工、毕传兴研究员、陈恩伟博士、陈品老师、 徐小军老师等在完成论文期间给予我的支持。 衷心感谢陈晓东博士、王勇博士、郑红梅博士、毕嵘博士等在论文完成期间给予的帮助和 支持。 商所有关心、爱护、帮勃我的老爆、簇导、霹事、嗣学表示最袭心酶感谢。 感谢我的父母，他们多年来对我默默地支持和瑗解，使我完成学业，感谢亲人们对我的 关心和谅解! 作者：麓益民 2 0 0 8 年2 月日 第一章绪论 第一章绪论 1 1 概述 声学是物理学盼一个分支，是门既吉老 毳；又迅速发展着的学科。声学主要研究声音鹩产 生、传播、接收和重放。声学和人们的生活戚戚相关，它的应用已经渗透到几乎所有重要的自 然科学和工程技术领域。人们对声学规律的研究甚至可以追溯到史前，到了1 9 世纪末，英国 物理学家瑞利爵士就出版了宏篇巨著声学理论，声学基本理论已经完备。但是，2 0 燃纪 7 0 年代初，国际上一些著名的物理学家在展望物理学发展前景时却指出：声学在物理学中“外 在性”最强，然而也是研究得最不充分的个分支。这表明声学尚有十分广阔的领域有待研究 和开发应用i l 2 j 。 作为一门与工程技术紧密联系的学科，声学的测量技术在现代声学研究中占有极其重要的 位置。它楚声学理论研究和声学技术发展躲基磊，默蜜黢中总结、凝练出来的理论都需要通过 实验来验证。声学测量技术是人们探求各种声学现象和本质规律的实践工具，它的发展直接影 响人们对声学现象的正确认识。 声强是表示空闫声场中声能量流动的物理璺，声强测量在现代声学测晕中具有十分重要的 位置。声强测量及其频谱分析对于噪声源的研究具有独特的优点，使得它能够有效地解决很多 现场声学测量闷题，如翔于识瘸主要噪声源、瓣定材料静声阻抗及吸声系数、隔声材料豹声能 传递损失以及计算振动表面的声辐射效率的测蹩。因此，声强测量迅速成为声学研究的一种有 力工具。 声功率是衡量噪声源翔外辐射噪声大小的一个客观指标，声功率的准确测量在噪声控创中 十分重要。基于声压法的声功率测量对测量环境要求较高，测量结果容易受到其它噪声源的干 扰，需要在特殊的声学环境下( 消声室或混噙塞) 才能实现噪声源声功率昀精密级溺量。丽基 于声强法的声功率测量可以消除其它噪声源干扰，在工作现场等普通声学环境下实现噪声源声 功率测量，是唯可以在普通声学环境下实现噪声源声功率的精密测量的方法p l 。全息面上 复声压的准确获得是遥场声全息( n 俎) 技术中进行全息变换的先决条 孛，箍由全息测繁瑟 上切向声强值可以计算得到全息面上的复声压。这种基于声强测量的全息面复声压获得方法不 需要了解激励源及与之有关的参考信号，且只需要的测量通道数较少，其有其它复声压测鲞方 法不可比拟的优点【5 】。所以，声强理论及其测量方法的研究与应用被誉为近2 0 年来声学测量 领域的最重要的成就之一【6 。 基于双传声器声艇测量的“互谱声强”是目前声强测鬣静最耋要方法。它充分利用f f t 谱分析技术，把原本要在时域内进行的声强求解计算变换到频域中进行，由构成声强探头的两 个传声器测量的声压信号互谱的虚部就w 得到所要计算的时均有功声强的幅值谱，这使得声强 酶测量、计算变得十分便捷。两且这稃基于互谱计算醵声强测量方法可以剩震测量透道间的传 递函数来校正测量通道间的相位失配误差。“甄谱声强”测量方法的提出极大地推动了声强测 量的广泛应用，是现代声学测量研究中一个重要里程碑泌l 。 准确的声强测量纛接关系到上述问题魍正确求解，亮精度的声强测璧技术一直是人们追求 的目标。 2 台肥下业大学博士学位论文 1 1 1 声学测量的重要手段声压测量与声强测量 声压是声场中最重要的声学量之一它是一个一阶声学量。比较容豺测量，但声压的大小 与测量环境、测量位置肯关。声压是个标量。它所能够表达的声场信息有限。空间声场表现 出来的特征，如向外辐射的声功率、辐射能量场( 动能场、势能场) 的传递、耗散等都是以“声 能量”来表征的。“声能量”是二阶声学量，更适台用来表示声场特征。但普通声学环境下通 过声压测量的办法来间接测鼍“声能量”的精度不高，只有在特殊的测试环境下才能实现精确 测量。如声功率的测量，只有在消声室或混响室等特殊声学环境下，才能利用声艇和声功率之 间存在着确定的关系，通过声压的测量。经过计算后得到声功率的数值【9 i o 。 表征空间声场中声能藿流动的声学量是声强。它定义为单位面积上，单侥时间内流过垂直 该面积的平均声能量。声强是矢量( 单位是矿m 2 ) ，不仅具有大小，还其有方向，完整的表 示了声场t p 声能量流动的信息，是一个比声压更加有用、更加全面的声学量。 在早期的声学测量技术的研究中，人们对声压测量和声强测量技术几乎是同时展开的理 论上对声压和声强的研究也都比较透彻。受到技术水平的限制，长期旺来人们还是只能保证声 压测量的精度，并且很早就设计制造出相羌的声压测量仪器声级计，在1 9 2 5 年美国的贝 尔电话公司就发明了世界上第一台声级计。到目前为止。声级计仍然是声学测量中最常用的基 本仪器，声压测量也是声场测量的一种主要方法，人f f 】也制定了相关的标准。虽然如此，但人 们对声强测量技术研究始终没有停止。 和声糙测量相比，在实际应用中。人们进行声强测量时会遇到很多困难，比如，和使用声 级计测量声压相比，声强测量仪器复杂，且性能要求较高；测量中需要更多的声学背景知识， 有时得到的测量结果还需螫用相关的声场指数来验证是否有效，如基于声强法的声功率测量 中，需要避过相关声场指数来确定测量过程是满足规定要求。某些声场中的近场声强分稚耍比 近场声压分布复杂很多，进行声强测量时也必须注意。 关于声强法测量声功率i s 0 9 6 1 4 系列国际标准n1 i i2 】及对应的美国标准a n s is 1 2 1 2 【】 和对声强测鬃仪器性能要求的国际标准i e c l 0 4 3 l 中都集中体现了声强测量实际应用中的困 难和限制条件。 1 1 2 声强测星技术发展历程 从2 0 世纪3 0 年代韧人们就开雉揲求声强的测量方法，但直到2 0 世纪7 0 年代中期才真正 研制出可在实验室中使用的声强测量仪器，2 。世纪8 0 年代初才出现齑箍纯的声强瀚量系统。 关于声强理沦的第一本专著是英国南安普顿大学的e j ，f a h y 于1 9 8 9 年出版的s o u n d i n t e n s i t y ) ) ，该书的第二版于1 9 9 5 年出版搏j 。而关于声强测量的第一个国际标准i s 0 9 6 1 4 1 a c o u s t i c s d e t e r m i n a t i o no fs o u n dp o w e rl e v e l so fn o i s es o u r c e su s i n gs o u n di n t e n s i t ymp a r t l ：m e a s u r e m e n ta td i s c r e t ep o i n t s 直到t 9 9 3 年才颁布实施，该标准捌定了基丁离散点声强测 量的噪声源声功率的测量方法。同年国际电工组织( i e c ) 也颁布了i e c l 0 4 3 e l e c t r o a c o u s t i c s - i n s t r u m e n t sf o r t h em e a s u r e m e n to fs o u n di n t e n s i t y m e a s u r e m e n t sw i t hp a i r so fp r e s s u r e s e n s i n gm i c r o p h o n e s ) ) ，规定了用于声强测曩仪的“声压传声器对”的性能测量。其后又过了3 年( 1 9 9 6 年) 才颁布了芙于声强测量的第二个国赫标准i s 0 9 6 l 轭a c o u s t i c s - d e t e r m i n a t i o n o fs o u n dp o w e rl e v e l so fn o i s es o u r c e su s i n gs o u n d i n t e n s i t y - p a r t2 ：m e a s u r e m e n tb y s c a r m i n g ，它规定了基。r 扫描声强测量的噪声源声功率的测量方法，按照该标准所规定的方 第一章缝论 3 法进行声强溺量，瓣量结栗翁蕤度譬缀为工程缀。2 0 0 2 年善际标准化缀织i s o ) 又公毒了声 强测爨的第三个国际标准i s 0 9 6 1 4 3 ( a c o u s t i e s d e t e r m i n a t i o no fs o u n dp o w e rl e v e l so f n o i s es o u r c e su s i n gs o u n di n t e n s i t 坩a r t3 ：p r e c i s i o nm e t h o df o rm e a s u r e m e n tb ys c a n n i n g ， 按照该标准进行基予扫描声强测量的噪声源声功率测量时，测量络聚的精度可以达到精密级。 从上述尼个标悫声强测量技术发凝瓣露闻苇熹可以蓍翻；声强溅零技本由理论走淹工程实 际应用历时将近六十年的时间；基予声强测量酶i s 0 9 6 1 4 系列酌三个簪际标准锻定、颁布也 前后历时近十年。这说明了人们对声强测量技术的研究一直没有停止，声强理论及测量技术也 一直襁不断进步，提搿声强测量的精度，研制高性能的声强测量系统始终是人们努力的目标。 按照声强瓣量、分析是在对阉域还是在频率域进行，剪凳声强溯藿熬霹究大致分力蘧个除 段：第一阶段的声强测鬣、研究工作都是在时城内进行，第二除段懿工作主要在频率域内进行。 在第一阶段研究中。人们直接按照声强的数学定义，通过先分别测量、计算声滕和质点振 动速度，然后再计算声场中的声强值。由于声压的擞接测量容易实现，因此声强测避研究的第 一酚段中煞主要妥标是懿蔼实现声场中质点摄番逮度游壹接测量，主要夔骚究工俸集中予砑割 出可以实现声强测蘩功能的溺量仪器。由于这阶段中声强溺晕技术并没有被广泛应用予工程实 践，所以也没有对影响声强测量精度的误差开展广泛深入的研究。第一阶段中于声强测量技术 的研究工作主要有： 早在1 9 3 2 年，美国久h m r yeo l s o n 麟提童了利用声篷窝凄熹速度麴乘积来直接褥劐声强， 并审请了名称失“s y s t e mr e s p o n s i v et ot h ee n e r g yh o wo fs o u n dw a v e s ”熬专剽h 弧。随后， c w c l a p p t l 6 j 和s b a k e r l l 等人又做了声强测量的研究工作。 1 9 4 3 年，r h b o l t 等人f l8 】给出了可以描述流体中质点振动速度和声压梯度之间关系的 e u l e r 公式，并善次瘦爝“双转声器技术”来测量材料麴声阻抗，这为疆后发震起寒豹双簧声 器法指出了方向。随嚣的1 9 5 6 年，誓j s c h u l t z 壮霹应臻r h b o l t 提遐酶“双簧声嚣法”原理处 理了两个传声器的声雁信号，得到了空间声场中的质点振动速度。他门的工作开创了空间声场 中质点振动速度的间接测量方法的研究，为声强测凝的发展做出了很大的贡献。 毽纪7 e 年健襁麓，南菲熬转。gv a nz y l 戮】等率先应用声强法测量了复杂声澡辐瓣赘声 功率。他们开始的黠候采爝直接测鬣质点振魂速糜霸声蓬静方法，后来改雳了双转声器静逮揍 测爨方法，还进行了商品化的声强测量仪的开发尝试1 2 。1 9 7 7 年，瑞士的h p l a m b r i c h 等人 2 2 , 2 3 1 基于双传声器测量方法开发了一套低频( 5 0 5 0 0 h z ) 的模拟斌声强仪来研究汽车内部噪 声。弱髓，嘉薪拉夫瓣g p a v i c 搿l 也开发了一种霸巍个电容式转声器_ j 辩一