CNS 14654-2002 Acoustics - Determination of sound power levels of noise sources using sound pressure - Precision methods for reverberation rooms《声学─利用声压测定噪声源声功率位准─回响室的精密级方法》.pdf
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1、1 聲學利用聲壓測定噪音源聲功率位準迴響室的精密級方法 印行年月 94 年 10 月 本標準非經本局同意不得翻印 中華民國國家標準 CNS總號 類號 ICS 17.140.01 14654 C6415 經濟部標準檢驗局印行 公布日期 修訂公布日期 91 年 7 月 1 日 年月日(共 32 頁) Acoustics Determination of sound power levels of noise sources using sound pressure Precision methods for reverberation rooms 0 簡介 0.1 本標準是 CNS 14653 系
2、列規範各種測定機器、設備及其次組件聲功率位準方法中的一個標準。在選擇 CNS 14653 系列中一種方法時,必須選擇最適合於測試條件與目的。 CNS_(ISO 12001)和 CNS 14653 提供協助選擇的一般指引。 CNS 14653 系列只提供關於受測機器或設備的操作及架設條件之一般原則。若有其他適用的,特殊型式機器或設備規定架設和操作條件的噪音測試法規則應參考使用。 0.2 本標準規範實驗室方法,利用具有特定音響特性的迴響測試室,來測定聲源所發出以頻率為函數的聲功率。若無具有這些特性的測試室,此基本標準系列也提供不同環境要求的其他文件 (參照表 1 和 CNS 14656 或 CNS
3、 14660)。 在本標準中,從聲壓的量測來計算聲功率,是基於以下的前提:在迴響室內發出的聲功率,在空間和時間平均的均方聲壓2p 與聲功率成正比,否則只依測試室之音響與幾何的性質及空氣的物理常數而定。 若聲源發出窄頻帶或不連續頻率的聲音,則要精確地測定發出的聲功率位準需更大的努力。其理由如下: a) 沿著一個短的微音器路徑之空間 /時間平均聲壓或以少量微音器的陳列來測定,在整個測試室的空間 /時間平均均方聲壓不一定是一個好的評估; b) 聲源發出的聲功率,更強烈受到測試室正常模式及測試室內聲源位置的影響。 若聲源發出窄頻帶噪音或不連續音調,在迴響室測定其聲功率位準,需要最佳化和評定測試室,及測
4、試設定 (參照附錄 A)或使用較多的聲源位置與微音器位置 (或以較長路徑移動微音器 )。增加低頻的吸收以降低迴響時間,可減少這些數量。若在量測期間,測試室有一個或多個運轉的擴散器,也有所幫助。附錄B 提供設計適當轉動式擴散器的指引。 2 CNS 14654, C 6415 表 1-在不同準確度等級的迴響條件下測定噪音源聲功率位準的標準概要 參數 本標準 精密級方法 等級 1 CNS 14655-1 工程級方法 等級 2 CNS 14655-2 工程級方法 等級 2 測試環境 迴響室 硬牆測試室 特殊迴響測試室 測試環境適當性的準則 評定測試室容積 V 和迴響時間 TrevV 40m3及 V40
5、VQ吸音係數 V / S .( 2) 其中 Trev:為迴響時間,以 s(秒 )表示。 V:為迴響室容積,以 m3表示。 S:為測試室的總表面積,以 m2表示。 若迴響時間不符合方程式 (2)所要求,應以附錄 E 所述的程序,來確立量測寬頻測試室的適當性。 5.4 背景噪音位準的要求 在量測的頻率範圍內所有頻帶,平均所有微音器位置或移動路徑,背景噪音位準至少要比受測聲源發出時的聲壓位準低 10dB。 對於低噪音的設備,可能無法在所有頻帶都達到 L10dB。受測聲源在 A-加權(參照附錄 F)內之任一頻帶聲之功率位準,低於最高 A-加權頻帶聲功率位準15dB 以上時,此頻帶可排除在量測頻率範圍外
6、。 若使用第 8.4.2 節的比較法,在量測的頻率範圍內所有頻帶的背景噪音,應比基準聲源操作時的聲壓位準低 15dB 以上。 5.5 溫度、濕度和氣壓的要求 在微音器放置的範圍內,溫度和相對濕度的變動,應在表 4 所列的範圍內。 8 CNS 14654, C 6415 應在大氣壓力 1.5kPa 的範圍內量測。 表 4 所列的範圍通常是足夠的 (參照參考書目 9)。然而,在特殊設備類型的噪音測試法規,可能規定其他的溫度和濕度條件,特別是若設備的操作關係到周圍的情況。此情況下,應結合這些條件,與量測程序一起應用。 表 4-量測期間迴響室內的溫度和相對濕度容許的變動範圍 相對溼度的範圍 % 50%
7、 溫度範圍 溫度和相對溼度容許的範圍 -5 15dB,則無需修正。 對於低噪音位準的設備,在量測頻率範圍內的一些頻帶, L 可能會小於10dB。此情形下,所要用於這些頻帶的最大修正值為 0.5dB。若要報告這類 12 CNS 14654, C 6415 數據,應如表列結果或圖示表示受測聲源聲功率位準的上邊界值,在報告的本文中清楚報告。 此外,若要計算總 A-加權聲功率位準,應以下述兩個不同方式計算整體的聲壓位準: a) 在量測頻率範圍內,對每個頻帶使用修正數據。 b) 對於 L3 125 100、 125、 160 6 6 250 200、 250、 315 6 12 500 400、 500
8、、 630 12 24 1000 800 6 15 30 若測試室和測試設定已依附錄 A,對量測不連續頻率分量評定合格,就不需上述的程序,且應使用評定時微音器位置的數量 (或連續微音器移動路徑的長度 )。 8.1.7 追加聲源位置需求的評估 若第 8.1.5 節測定的聲壓位準標準差超過 1.5dB,受測聲源發出的聲音就含有明顯的不連續頻率分量。此情形下,應修正測試室或測試設定,使其通過附錄 A 的評定,或以方程式 (8)和表 6 來決定聲源位置的數目 NS: NS KSTrev/V(1000/ )2+1/NM .( 8) 其中 NS為量測時聲源位置的數目; KS為從表 6 得到的值; Trev
9、為迴響室的迴響時間,以 s(秒 )表示; V 為迴響室容積,以 m3表示; 為量測的中心頻率,以 Hz 表示; N 為從表 5 決定量測聲壓位準的微音器位置之數量 備考:要修正原始偏差 (original deviation)的誤差,及從最近的分析與實驗研究的結果要有較佳的反應,與項目 (Trev/V)(1000/ )2相乘的常數要從 0.79 改為 1.0(參照參考書目 12-15)。 表 6-聲源位置的最小數量 NS與量測聲壓位準的值 KSKS頻率 Hz 標準差 dB 倍頻帶 1/3 倍頻帶 s 1.5 1.53 125 100、 125、 160 2.5 5 250 200、 250、
10、315 5 10 500 400、 500、 630 10 20 1000 800 - 12.5 25 NS的最小值 1 依方程式 (8) 14 CNS 14654, C 6415 備考:轉動式擴散器的使用,可降低追加聲源位置的需求 (參照附錄 B)。也可利用限制迴響時間,以增加眾數重疊來降低追加聲源 位置的需求。對於頻率低於 1000Hz 以下,建議 Trev V ( /1000)2其中 V 測試室的容積,以 m3表示; 所包含頻帶的中心頻率,以 Hz 表示 8.2 增加的量測 若依第 8.1.6 節和第 8.1.7 節,以 6 個微音器位置與一個聲源位置的初始量測不夠充份時,應進行增加的微
11、音器位置和 /或聲源位置的量測。這些增加的量測,應依據初始量測的要求 (參照第 8.1.1 節到第 8.1.4 節 )。 備考:當需要大量的微音器位置時,建議使用微音器移動。 8.3 測試室平均聲壓位準的測定 對每個聲源位置的每個頻帶,在所有微音器位置上或移動路徑上的聲壓位準,應依第 8.1.3 節量測。對每個聲源位置的每個頻帶平均聲壓位準,應先平均在微音器位置上或移動路徑上的聲壓位準,再以方程式 (9)代入背景修正值 K1(參照第 8.1.4 節 )來測定。 ()111.0101lg10 KdBNLMpiNiLMjp=.( 9) 其中 (pL )j 第 j 個聲源位置在指定頻帶,平均所有微音
12、器位置上或微音器路徑上的聲壓位準 (dB); piL 第 j 個聲源位置,在第 i 個微音器位置量測指定頻帶的時間平均聲壓位準 (dB),或適用時,第 j 個聲源位置,在第 i 個微音器移動路徑量測指定頻帶的時間平均聲壓位準 (dB); K1指定頻帶的背景噪音修正值 (dB); NM對每個聲源位置,固定微音器位置的數目或個別微音器移動路徑的數目。 若適用,結果應使用方程式 (10)對所有的聲源位置作平均。 ()dBNLSjpNjLSp=11.0101lg10 ( 10) 其中 pL為在指定頻帶,所有聲源位置和微音器移動路徑上平均的聲壓位準; NS為聲源位置的數目。 8.4 測定聲源的聲功率位準
13、 聲源在個別頻帶的聲功率位準,應依第 8.4.1 節和第 8.4.2 節所提供中的一種方法測定。 15 CNS 14654, C 6415 8.4.1 利用測試室等效吸音面積之測定方法 (直接法 ) 受測聲源的聲功率位準是由方程式 (11)決定,方程式 (11)利用依第 8.3 節所測定的測試室內平均聲壓位準,及安裝聲源時測定的迴響室等效吸音面積。 dBBBfVcSSAAALLpW+= 6273273400427lg2581lg1034.4lg1000. ( 11) 其中 LW為受測聲源的聲功率位準 (dB); pL 為測試室的平均聲壓位準 (dB); A 為測試室的等效吸音面積 (m2);
14、Ao=1m2; S 為迴響室的總表面積 (m2); V 為測試室的容積 (m3); 為量測的中心頻率 (Hz); c 為在溫度下的聲速 smc /27305.20 += ; 為溫度 ( ); B 為大氣壓力 (Pa); Bo =1.013 X 105Pa。 備考 1. 方程式 (11)加入項目 4.34 A/S dB,是考量測試室內空氣的吸音(參照參考書目 16) 2. 在方程式 (11)中,包括溫度和大氣壓力 B 的項目,是考量量測位置實際的氣象條件。此項目用來將量測的聲功率位準,調整為相當於特性阻抗 c =400N s/m3的氣象狀態下,量測的聲功率位準。 每個頻帶的測試室等效吸音面積 A
15、,應以沙賓 (Sabine)迴響時間方程式來計算 參照 CNS_(ISO 354) =revTVcA26.55.( 12) 其中 A 為測試室的等效吸音面積,以 m2表示 Trev為指定頻帶的迴響時間,以 s(秒 )表示 V 為測試室容積,以 m3表示 依 CNS_(ISO 354)量測迴響時間 Trev,但只用第一個 10dB 或 15dB 的衰減,分別以 T10和 T15表示。對於 6300Hz 到 10000Hz 的 1/3 倍頻帶,則使用對5000Hz 以 1/3 倍頻帶量測時相同的量測數量。 8.4.2 利用已知聲功率位準的基準聲源之測定方法 (比較法 ) 8.4.2.1 基準聲源的
16、安裝 基準聲源的位置應該在地板上,且距離迴響室牆壁和測試聲源 1.5m 以上。當受測聲源使用多個聲源位置時,基準聲源不需多個聲源位置。 8.4.2.2 測試室內平均聲壓位準的測定 16 CNS 14654, C 6415 基準聲源在測試室內操作所產生的平均聲壓位準,應依第 8.3 節測定。因為基準聲源的聲壓位準,在量測頻率範圍內的所有頻帶,比背景噪音至少多 15dB,所以無需背景噪音的修正。 8.4.2.3 測定受測聲源的聲功率位準 由基準聲源和測試聲源在測試室的平均聲壓位準,以下列方程式決定受測聲源的聲功率位準。 +=prpWrWLLLL ( 13) 其中 WL 為受測聲源在 1/3 倍頻帶
17、的聲功率位準 (dB); WrL 在相當於 c =400N s/m3特性阻抗的氣象條件下,校正基準聲源在 1/3 倍頻帶的聲功率位準; pL依第 8.1 節、第 8.2 節和第 8.3 節所測定的測試室內受測試聲源之平均 1/3 倍頻帶聲壓位準 (dB); prL依第 8.3 節所測定的,測試室內基準聲源的平均 1/3 倍頻帶聲壓位準 (dB)。 備考: 為獲得使用比較法標準化的聲功率位準,用於計算的校正值是相當於 c =400N s/m3特性阻抗的 氣象條件。基準聲源的校正值,不必為量測位置的氣象條件作修正。 8.5 測定聲源的 A-加權聲功率位準 必要時,依附錄 F 所述之程序,測定聲源的
18、 A-加權聲功率位準。 9. 要記錄的資料 當第 9.1 節到第 9.4 節所列的資料適用時,應編輯並記錄依本標準所做的所有量測。 9.1 受測的噪音源 要記錄下列的資料 a) 受測聲源的描述 (包括尺寸 ); b) 操作條件; c) 架設條件; d) 噪音源在測試室內的位置; e) 基準聲源在測試室內的位置。 9.2 音響環境 應記錄下列的資料: a) 測試室的描述,包括尺寸 (m)、牆壁、天花板和地板的表面處理,顯示聲源位置和測試室擺設的草圖; b) 空氣溫度 ( )、相對濕度 (%)及大氣壓力 (Pa, pascal)。 9.3 儀器 應記錄下列的資料: a) 量測用的設備,包括名稱、型
19、式、序號和製造商; 17 CNS 14654, C 6415 b) 符合第 6.1 節使用的聲音校正器和儀器系統,及符合第 3.9 節使用的基準聲源 (若使用 ),校正日期、地點和方法。 9.4 聲音數據 應記錄下列的資料: a) 微音器移動路徑或排列的位置與方位 (若需要,應附草圖 ),並描述微音器如何沿著路徑移動; b) 為考量背景噪音而對每個頻帶所用的修正值,以 dB 表示; c) 將聲功率位準 (dB)表列到最接近的 0.1dB(較佳 )或 0.5dB(需要達到 );也可選擇以圖形的方式來表示;應指出頻率加權及頻帶的寬度; d) 完成量測的時間和日期。 若要計算 A-加權聲功率位準,應
20、使用附錄 F 的計算程序。 10. 要報告的資料 只有量測目的 參照 CNS_(ISO 4871)需要所記錄的數據 (參照第 9 節 )才需要報告。 此報告應聲明所報告的聲功率位準,是否完全依本標準的要求而獲致的。 受測聲源的 A-加權聲功率位準,應報告到最接近的 0.5dB。 備考: CNS_(ISO 9296)要求電腦和事務設備之 A-加權聲功率位準 LWAd的宣告,應以 B (bel)表示, 1B= 10dB。 18 CNS 14654, C 6415 附錄 A (規範 ) 量測不連續頻率分量測試室之評定程序 A.1 簡介 當受測設備的聲音,含有明顯的不連續頻率分量時,將會發生量測問題。
21、這是因為聲場的空間變動,及聲源耦合到迴響室模式的空間和頻率領域的變動,對於不連續頻率的聲音是遠大於寬頻帶聲音。本標準第 8.1.5 節到第 8.1.7節說明,若需要時以個別案例處理這些問題的方法。另一個可採取的程序,是將測試室的最初設計及測試設定最佳化,以使任一及所有頻譜的組合,符合本標準第 4 節量測準確度的目標。由於不可能定量預知許多使用在如此最佳設計的設計特點的音響成效,本附錄提供一個經驗上的評定程序,以判定測試設備所有特點的整體成效 (參照參考書目 19-26)。 在低頻,主要的問題傾向於只有少數的測試室模式,能在任何指定的頻率下被激起 (excited)。此缺點可用大型測試室、適宜測
22、試室比例 (參照第 D.3 節 )及增加測試室的濕度,以加寬每個模式的頻率響應 (模式頻寬 )(參照第 D.4 節 )的方式改善。然而,利用附錄 B 所述的大型轉動式擴散器,僅能在低頻符合評定準則 (參照表 A.1)是有可能的。 在高頻,限制的因素是所用的微音器位置之數量。在不連續微音器位置的陣列,若利用一個有效的轉動式擴散器有可能改善,但經常可能需要使用一個長微音器移動路徑的連續空間平均體系。在指定的空間,圓形移動路徑所提供的,會比直線的移動路徑更長且更容易自動化。 表 A.1-最大允許取樣標準差 倍頻帶中心頻率 Hz 1/3 倍頻帶中心頻率 Hz 最大允許標準差 dB 125 250 50
23、0 1000 和 2000 100 到 160 200 到 315 400 到 630 0800 到 2500 3.0 2.0 1.5 1.0 A.2 概述 本附錄所描述的程序提供,在指定的迴響室內,利用特定或一組聲源位置,及指定的微音器陣列或路徑,來量測不連續頻率聲音時,其不確定度上限的評估。若在整個量測範圍內的標準差,未超過表 A.1 所列之值,對於測試發出含有明顯的不連續頻譜分量的任何噪音源,使用這些測試設備 (包括測試室內聲源位置、儀器、轉動式擴散器 (若有 )及微音器陣列或路徑 )就可滿足。因此,對於任何受測試的特定設備,不需做追加的評估 (如第 8.1.5 節所述 )。 資格評定程
24、序是應用以純音調信號來表示最壞情況,因此本程序得到的標準差,大於或等於測試任何現實噪音源時之再現性量測不確定度。 19 CNS 14654, C 6415 A.3 儀器 除了第 6 節和第 8 節所規定的儀器與微音器陣列或路徑外,測試室的評定測試需有下列項目: a) 直徑 200mm 或以下,具有氣密後蓋的揚聲器。 b) 信號產生器、頻率合成器、振盪器;可用來測定頻率的計頻器或分析儀;放大器和電壓表。 對找到一個頻率響應夠平坦,符合第 A.4 節準則的揚聲器,需嘗試多數種型式的揚聲器。 信號產生器、頻率合成器、振盪器應能如表 A.2 所示的頻率與公差,產生一個或多個正弦信號,且在整個量測頻率範
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