声强分布.docx

声强分布的测量一、 定义：1、声强：在传播方向上单位时间内通过单位垂直面积的平均声能量 。2、声强级：表示声强大小的指标。3、声压：介质压强的变化量。二、基本信息：1、声强：（1） 声强用I表示；（2） 单位：w/m2（瓦/平方米）（3） 物理意义：表示声场中声能流的大小和方向的物理量。用单位时内通过垂直于声波传播方向的单位面积的能量(声波的能量流密度)表示；（4） 影响因素：声强的大小与声速、声波的频率的平方、振幅的平方成正比。声音强度由振动幅度的大小决定，以能量来计算称声强，以压力计算表示时称声压； (4)公式：W=U2*Ra.W声功率。U流体的体积速度。Ra声源的辐射电阻声强又常以声功率Lw表示。2、声强级：（1）声强级用Lp表示；单位：dB（分贝）,其中1dB=1/10B（2）声音的声压与基准声压之比的常用对数乘以10；计算公式：Lp=10*lg（I/Io）基准声强：Io=10(-12)w/m23、声强与声强级关系：把基准声强Io=10(-12)w/m2定义为0B(或0dB)声强声强级1Io0B10Io1B100Io2B1020Io20B4、声压：（1）声压用P表示；（2）单位：Pa（帕斯卡）或MPa；（3）产生原因：声压就是大气压受到声波扰动后产生的变化，即为大气压强的余压，它相当于在大气压强上的叠加一个声波扰动引起的压强变化。介质中有声场时的压强P与没有声场时声压和声压级实例的压强P0之差即为声压。由于声压的测量比较容易实现，通过声压的测量也可以间接求得质点速度等其它物理量；（5）计算公式：声压（p）的平方=声强（I）*介质密度（）*声速（v）P2=I*V声强单位：w/m2 密度单位：kg/m3 声速：m/s三、声压与声强的关系（1） 声强（I）与声压（P）的关系为：I=（P2）/(v) （此时P为有效值，若P为幅值，则 I=(P2)/(2v) ）其中-介质密度，v-声速四、声强的测试原理1、声强的定义及其特性（参考声强测量及其应用-陈瑞石）（声强测量原理方法及其应用李彪）（声强测量研究邓长勇、赵兴花、田铁）1.1定义：单位时间内通过垂直于声传播方向的面积S的平均能量就称为平均声能量流或者声功率。因为声能量是以声速co传播的，因此平均声能量流应等于声场中面积为S，高度为co的主题所包括的平均能量，即W=coS （1）平均声能流，单位为w（瓦），1w=1NM/S。通过垂直于声传播方向的单位面积上的平均声能量流就称为平均声能量流密度或称为声强，即I=WS=co （2）根据声强的定义，它可以用单位时间内、单位面积的声波向前进方向毗邻介质所做的功来表示Ir=1T0TRepRevdt （3）式中Re代表取实部。声强的单位是w/m2.声波强度，简称声强。定义为单位时间通过与声波传播方向垂直的单位面积中的声能。当介质中无平均流时，对于平稳各态历经的随机过程，声强等于瞬时声压和同一点上的瞬时速度乘积平均值；设介质质点振动速度为ur（t），该质点声压为prt，则声波沿r方向的声强表达式为Ir=limr1T0Tptturtdt （4）如果在足够长的时间间隔T中进行时间平均，故时均声强为 Ir=1T0Tptturtdt （5） Ir=pttur（t） （6）其中，Ir及ptturt上面的横线表示时间的平均，ur（t）=drdt为r方向的质点速度，它是一个振动量，有正有负。由此推论可得到关于声强更全面的定义。设声场中某点的瞬时声压为ptt，质点振动速度矢量为urt，则该店的瞬时声强定义为：Ir(t)=ptturt (7)可见，声强是一个矢量，其作用方向始终与质点速度urt处在同一直线上。设Ir(t)=Iwi+Iwj+Iwk、又知汉密牛顿算子为：=xi+yj+zk，可以写出声场的的能量平衡方程为Ev(t)t=Ixx+Iyy+Izz （8）通常实用上说的声强是指时间平均声强，即Ir=pttur（t） （9）1.2性质：在（1.6）式中，我们可以把r方向的质点速度ur（t）看作由两个分量合成即ur（t）=u（t）+u（t） （10）其中u（t）与ptt同相位，为有功分量，Ir=1T0Tpttu（t）dt0 （11）而u（t）则相位于ptt具有90度相位差，为无功分量,Ir=1T0Tpttu（t）dt=0 （12）时间平均将使瞬时声强中的无功分量相互抵消，因此，有功分量与声源辐射声功率有关，无功分量表明时间平均值为零的能量起伏。故声源辐射的声功率只取决于时均声强。2、声强的测量方法：2.1互谱法测量声强采用双传声器，其间距为r，同时采集声压信号P1、P2，若r很小，可以用P1、P2的平均值来代替其中的点声压，用其一阶有限差分来获得声压梯度：P（t）12P1（t）+12P2（t） （13）V（t）1d-T（P1（t）-P2（t）dt （14）取傅里叶变换，并带入Ir=1T0TRepRevdt 得 I(f)=-ImG12f20fr （15）式中：G12f是P1、P2单边互功率谱，Im表示取虚部， ImG12f为两个传感器信号之间互谱的虚部， f为频率，I(f)为声强频谱，0为标准状况下的空气密度，r为感受声压信号p1与p2的两只传感器的中心间距。由上式可知，测得P1、P2后求其互谱，在经过频域代数运算即可