《计量学基础》教学课件

中国计量学院计量测试工程学院《计量学基础》

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机械工业出版社

普通高等教育测控信息技术规划教材

精思国计，细量民生

第十四章 声学计量

声学是研究弹性媒质中声波的产生、传播、接收、效应及其应用的科学。

声学计量是声学的重要组成部分，也是声学的基础。

声学计量包括 :

空气声计量

超声计量

水声计量

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第一节 声学计量的基本概念

一、几个基本声学量

1. 声压（ p ）：在有声波时，介质中的压力与静压的差值，单位为 Pa 。

2. 质点振速（ u ）：因声波通过而引起的媒质中质点相对于其平衡位置的振动速度。单位为 m/s

2

0

1( )

Tp p t dt

T

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第一节 声学计量的基本概念

3. 声强（ I）：声场某点处，在单位时间内从质点振速方向垂直的单位面积上通过的声能，单位：W/m

I(t)=p(t)u(t)

4. 声功率（W ） : 单位时间内通过某一面积的声能。单位为W 。

5. 声阻抗（ Za ） : 在波阵面一定面积上的声压通过该面积的体积速度比。单位为

3/Pa s m

0

1( )

T

a nTW ds p t u dt

T

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第一节 声学计量的基本概念

二二、声学量的分贝表示

1.声压级的定义及其基准值

声场中某点的声压级可表示为：

2.声强级的定义

20lgpr

pL

p 10lgI

r

IL

I

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第一节 声学计量的基本概念

一、标准传声器的计量

1. 标准传声器

传声器分类：• 工作基准传声器：用作复现和保存声学计量单位的基准器。

• 计量标准传声器：用作二次校准。• 工作级传声器：用于各种目的的空气声学计量。

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第二节 空气声计量

二、测试传声器的计量

１ . 测试传声器

(1)工作原理：通过改变两极板间距离改变电容量，极板随声压变化运动输出交流电压信号。信号的波形和强度与被测声压波形和强度成正比。

(2)测试传声器的分类：自由场传声器、压力场传声器、无规则入射传声器。

(3)测试传声器的特征参数：灵敏度、修正值 K 、频率响应指向性等。

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第二节 空气声计量

1. 声校准器的检定

(1) 检定装置 :

• 标准传声器：开路声压灵敏度级的校准不确定度应不大于 0.05dB 。

• 测量放大器：在检定期内稳定度应优于±0.02dB, 对于所需频率谐波失真应小于0.1% 。

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三、空气声计量器具的检定

第二节 空气声计量

• 精密衰减器：在使用量程范围内不确定度应不大于 ±0.01dB。

• 交流电压表：不确定度应不大于 0.5%。• 正弦信号发生器：在检定期内稳定度优于±0.05dB，谐波失真应小于 0.1%，信噪比应大于 60dB。

(2)检定方法：声压级的检定、频率的检定、谐波失真的检定。

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第二节 空气声计量

2. 声级计的检定(1) 声级计：能对声音作出反应的仪器

(2) 声级计的检定方法• 声性能检定（原理如图）

• 性能检定

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第二节 空气声计量

1. 噪声声压级测量（ 1 ）测量的选择（ 2 ）读数记录方法：• 稳态（似稳态）噪声：用声级计慢档计量• 离散的冲击声：用脉冲声级计读取脉冲• 运载工具通过时的噪声：用声级计快档计量，读

取最大值。• 无规则变动噪声：用声级计慢档计量

四、噪声测量

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第二节 空气声计量

（ 3 ）外界因素的影响

2. 噪声声功率级测量

（ 1 ）半消声室中的精密测量方法

（ 2 ）混响室中的精密方法

（ 3 ）声功率级测量的工程法

（ 4 ）声强测量方法

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第二节 空气声计量

1.超声水听器

2.超声水听器的绝对法测量

3.激光干涉法测量

一、超声水听器测量

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第三节 超声计量

二、超声功率测量

1.超声功率计量器具的移定

（ 1 ）毫瓦级超声功率的检定：通常根据辐射力原理进行检定。

（ 2 ）瓦级超声功率计的检定：辐射压力或声光法进行检定

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第三节 超声计量

2.超声功率测量方法

(1)辐射力法 测定界面上产生辐射压力 , 其值等于等于界面两边声能的密度差。原理如图。

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第三节 超声计量

(2)量热法 通过测定温度升高或体积变化，从而测定超声波功率或声强。原理如图。

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第三节 超声计量

(3) 电测法 通过测量超声转能器在媒质中的辐射电导并经计算求得。

(4) 声光法 通过观测超声衍射光栅对光束产生的光辐射因素，就能检测到超声束的声功率。

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第三节 超声计量

1.天然水域

(1)水域的空间

(2)水域内环境噪声要求

(3)其他条件的要求

2.人工水池• 全消声型• 封闭型

所选水池的长度要与测量的声信号的波长成正比

一、声场设施

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第四节 水声计量

二、水声标准器1.标准水听器的类型• (1)RHS-2型标准水听器• (2)R&K8104型标准水听器• (3)RHAL-1型标准水听器2.测量用水声发射器• 用于水中产生所需声信号的发射转能器• 组成 : 标准发射器、互易转能器和一般辅助发射器

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第四节 水声计量

三、水声标准器计量

1.互易法计量• 自由场互易法• 耦合腔互易法计量• 行波管互易法计量

2.物理参数法计量• 振动液柱法计量• 压电补偿法计量• 静水压激励法计量

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第四节 水声计量

3. 比较法计量• 自由场中的比较法计量

• 声压场中的比较法计量

4. 振速水听器计量• 球面波自由场法计量

• 振动液柱法计量• 驻波场法计量

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第四节 水声计量

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