CNS 14657-2002 Acoustics - Determination of sound power levels of noise sources - Precision methods for anechoic and semi-anechoic rooms《声学─测定噪声源声功率位准的精密级方法─用于无响室和半无响室》.pdf
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1、1 聲學測定噪音源聲功率位準的精密級方法用於無響室和半無響室 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 14657 C6418 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 29 頁) Acoustics Determination of sound power levels of noise sources Precision methods for anechoic and semi-anechoic rooms 0.1 相關的標準 本標準是一系列測定機器及設備聲功率位準不
2、同方法中的一種。這些基本文件僅敘述如表 1 所示適合不同測試環境下做量測的聲音要求。 應用這些基本文件時,必須決定何者最適合測試的條件及目的。受測機器或設備的操作和安置條件,必須依照基本文件敘述之一般原則。 CNS 14653聲學 - 噪音源聲功率位準測定 使用基本標準的指引 提供做這些決定的指引。若特殊的機器沒有聲音測試法規的說明,則安置和操作條件必須在報告中詳細敘述。 表 1 標準所規範測定機器和設備聲功率位準的方法 標準編號 * 方法的 分級 測試環境 聲源的 容積 噪音的特性可獲得的 聲功率位準 可用的 選擇性資料CNS 14654 穩 定、寬 頻帶 CNS 14654 精密級 符合規
3、範要求的迴響室穩 定、不 連續頻率或窄頻帶 1/3 倍頻帶或倍頻帶 A-加權聲功率位準 CNS 14655 工程級 特殊的迴響測試室 最好是小於測試室容積的1% 穩 定、寬 頻帶、窄頻帶或不連續頻率 A-加權和倍頻帶 其它加權的聲功率位準 CNS 14656 工程級 室外或在一個大的室內最大尺寸小於15.0m 不限 CNS 14657 精密級 無響室或半無響室 最好是小於測試室容積的0.5% 不限 A-加權和1/3 倍頻帶或倍頻帶 方向性資料和聲壓位準為時間的函數; 其他加權聲功率位準 CNS 14658 評估級 無特殊測試環境 無限制:只受可利用的測試環境限制穩 定、寬 頻帶、窄頻帶或不連續
4、頻率 A-加權 聲壓位準為時間的函數; 其他加權聲功率位準 參照第 2 節 2 CNS 14657, C 6418 0.2 CNS 14657 的大綱 適用性 (applicability) 測試環境 自由聲場 (無響室 )或在一反射平面上的自由聲場 (半無響室 )。 聲源種類 裝置 (device)、機器 (machine)、零組件 (component)、次組件 (subassembly)。 噪音源的大小 聲源體積最好小於測試室容積的 0.5%。 聲源發射噪音的特性 所有類型。 準確度 (accuracy) 精密度 (precision) (在無響室測定 1kHz 倍頻帶聲功率位準的標準差
5、小於或等於 0.5 dB,在半無響室小於或等於 1.0 dB)。 要量測的量 在規定表面上的聲壓位準 (加權及頻帶 )。 要計算的量 加權聲功率位準 (A 是必要的;其它加權是選擇性的 )。 頻帶的聲功率位準。 聲源的方向性特性 (選擇性的 )。 0.3 概述 本標準詳細說明兩種在音響實驗室之無響室裡測定一裝置、機器、零組件或次組件發射聲功率的方法。其它方法可以用來量測機器及設備發出的噪音,本標準說明的方法對產生穩定噪音及其期望的聲源方向性資料聲音輸出評價特別有用。 本標準說明的方法產生的實際資料,可用於下列目的: (1) 依其聲功率輸出對裝置做評價; (2) 建立聲音控制量測; (3) 預測
6、一裝置在已知包覆空間 (enclosure)或環境下產生的聲壓位準。 本標準中未包含為特殊目的而利用此實際資料的技術。 在一自由聲場或反射平面上測定聲源發射的聲功率位準,是以聲源產生的迴響聲場可被忽略和以時間平均及在圍繞聲源之假設球體或半球體上之空間得到的均方聲壓表示之總發射聲功率為前提。選擇球體和半球體的半徑,使其表面在聲源的遠發射場內。 1. 適用範圍及領域 1.1 概述 本標準說明測定聲源聲功率位準的兩種實驗室方法。其對測試室聲源位置、操作條件和儀器均有要求。獲得估計表面聲壓位準及其聲源加權聲功率位準,和 3 CNS 14657, C 6418 倍頻帶或 1/3 倍頻帶計算的聲功率位準的
7、技術均有說明,此說明意圖描述在特殊種類設備使用之測試法規的聲音量測技術。 1.2 應用領域 1.2.1 噪音種類 本標準應用於一聲源其產生的聲音在量測的頻率範圍內做平均分佈,並至少相對穩定 30 秒。聲音的頻譜也可包含噪音的明顯不連續頻率成分或窄頻帶 (參照附錄 9 偵測脈衝噪音的指引 )。 1.2.2 聲源大小 本標準主要應用於小聲源,即聲源的體積最好是小於用來作量測之測試室容積的 0.5%。此限制可確保圍繞聲源的假設球體或半球體位在聲源的遠發射場內。 1.3 量測不確定度 符合本標準所做的量測,會趨向於產生等於或小於如表 2 或表 3 所示之標準差。表 2 和表 3 的標準差反映所有量測不
8、確定度的累積效果,從一測試到另一測試之聲源聲功率變化除外。 無響室測定聲功率不確定度的主要原因為聲源方向性導致聲場空間的不規則性。半無響室的空間不規則性可能因實際聲源 (actual source)和映像聲源 (image source)之聲場的重疊而增加。一個位於反射平面上的聲源,其方向性場形(directivity pattern)通常比相同聲源在自由聲場中更複雜。此外,近聲場會延伸至較大的距離,且測試半球體的半徑通常比在自由聲場要求的測試球體的半徑大。在自由聲場中測定聲功率位準時,存在最小的不確定度,因此,若無其它限制,實驗室的量測以自由聲場環境較佳。然而某些種類的設備不容易在真實的自由
9、聲場中做量測。某些太大的聲源裝不進現有的無響室,某些太重而無法懸掛在測試室的中央,也有一般的支撐或聯結在堅硬之反射平面上。因為這些原因,反射平面之上的自由聲場是量測許多不同種類設備有用的實驗室環境。 無響室提供具最小不確定度之較佳的量測環境。然而,半無響室在遵守本標準說明的措施時,也可得到合理之準確度。 表 2 在無響室測定聲源聲功率位準的不確定度 倍頻帶中心頻率 1/3 倍頻帶中心頻率 均值標準差 Hz Hz dB 125 至 500 100 至 630 1.0 1000 至 4000 0800 至 5000 0.5 8000 06300 至 10000 1.0 表 3 在半無響室測定聲源聲
10、功率位準的不確定度 倍頻帶中心頻率 1/3 倍頻帶中心頻率 均值標準差 Hz Hz dB 125 至 500 100 至 630 1.5 1000 至 4000 0800 至 5000 1.0 8000 06300 至 10000 1.5 4 CNS 14657, C 6418 2. 參考標準 CNS 13545 聲學量測上的優選頻率 CNS_(ISO/R 354) 迴響室內吸音係數的量測 CNS 14653 聲學噪音源聲功率位準量測使用基本標準的指引 CNS 14654 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 CNS 14655 聲學測定噪音源聲功率位準的工程級方法 CNS 14
11、656 聲學測定噪音源聲功率位準的工程級方法用於一反射平面上的自由聲揚條件 CNS 14658 聲學測定噪音源聲功率位準的評估級方法使用在一反射平面上之包封量測表面 CNS_(IEC 50(08) 國際電機技術詞彙電聲學 CNS_(IEC 179) 精密聲度表 CNS_(IEC 179A) 179 出版的第一次補充,脈衝聲音量測的追加特性 CNS_(IEC 225) 作為聲音和振動分析的倍頻帶、 1/2 倍頻帶與 1/3 倍頻帶濾波器 3. 用語釋義 3.1 自由聲場 (free sound field):一個無界限、同質等向介質中的聲場。 3.2 反射平面上的自由聲場 (free field
12、 over a reflecting plane):一無界限、堅硬平面之上半空間,其為均勻、等向介質的聲場。 3.3 無響室 (anechoic room):一種測試室,其表面可吸收主要量測頻率範圍內所有入射的聲能,因此,可在量測表面上保持自由聲場條件。 3.4 半無響室 (semi-anechoic room):一種有堅硬之反射地板的測試室,其表面可吸收主要量測頻率範圍內所有入射的聲能,因此,可在一反射平面上保持自由聲場條件。 3.5 表面聲壓 (surface sound pressure):以均方值為基礎之時間平均聲壓,也可利用第 7 節所述之平均程序在量測表面上做平均。 3.6 表面聲
13、壓位準 (surface sound pressure level, pL ),單位為分貝 (dB):表面聲壓平方對基準聲壓平方的比值以 10 為底取對數後乘以 10。必須說明所使用的加權電路 (weighting network)或頻帶寬;例如: -加權聲壓位準、 倍頻帶聲壓位準、1/3 倍頻帶聲壓位準等。基準聲壓為 20 Pa。 3.7 聲功率位準 (sound power level, Lw),單位為分貝 (dB):已知聲功率對基準聲功率的比值以 10 為底取對數後乘以 10。必須說明所使用的加權電路或頻帶寬;例如: -加權聲功率位準、倍頻帶聲功率位準、 1/3 倍頻帶聲功率位準等。基準
14、聲功率為 1 pW (=10-12W)。 備考:某些基準半徑的均值聲壓位準 (mean sound pressure level)與聲功率位準數值不同,不建議用來替代聲功率位準。 3.8 量測的頻率範圍 (frequency range of interest):一般目的時,量測的頻率範圍包含中心頻率在 125Hz 至 8000 Hz 之間的倍頻帶,及中心頻率在 100Hz 至 10000 Hz 之間的 1/3 倍頻帶。所有在最高頻帶聲壓位準之下超過 40 dB 之位準均除外。特殊目的時,量測的頻率範圍可在兩端延伸,測試環境及設備準確度應在延伸 5 CNS 14657, C 6418 頻率範圍
15、內均能適用。發射甚高 (或低 )頻率聲音的聲源,量測的頻率範圍可能被限制以使測試設備和程序能更有效地被利用。 3.9 量測表面 (measurement surface):包圍聲源而量測點位置在其上的一假想表面。本標準中,量測表面通常是一個半徑為 r 的球體或半球體。 3.10 遠聲場 (far field):一噪音源發射場的一部分,其聲壓位準在量測表面面積每增加一倍,則聲壓位準降低 3 dB。其等於離點聲源距離每增加一倍降低 6 dB。 在遠聲場中,均方聲壓 (mean-square sound pressure)與聲源發射的總聲功率成正比。 備考:大部分實際的聲源,遠聲場開始於距聲源之距離
16、明顯小於 2a 處,其中a 是聲源的最大尺寸。 3.11 近聲場 (near field):一噪音源發射場的一部分,其位置在聲源及遠聲場之間。 3.12 受測聲源的體積:受測物的總體積。 4.測試室要求 4.1 概述 測試室必須足夠大及有足夠高的總吸音值,並在每一個選擇的量測表面及量測的頻率範圍內對所有頻帶提供適當的自由聲場。參考附錄 7,無響室的設計指引。 4.1.1 測試室適當性的準則 必須使用附錄 1 的程序,依本標準之量測用測試室的適當性。 4.1.2 背景噪音的準則 在微音器位置,背景聲壓位準包含所有因微音器移動引起的任何噪音,必須至少低於量測之頻率範圍內每一個頻帶的聲壓位準 6 d
17、B,最好是低於 12 dB。 4.2 測試室的容積 為了要在聲源的遠發射場做量測,建議測試室的容積至少大於待測定聲功率位準之聲源體積的兩百倍以上。 4.3 溫度和溼度的準則 測試室的空氣吸音隨溫度及溼度而改變,特別在 1000 Hz 以上的頻率。依本標準之量測,在量測聲壓位準期間必須控制溫度及相對溼度,若可行應將其保持在接近固定值。 4.4 反射平面的準則 聲源位置的反射平面必須至少延伸至量測表面。反射平面的吸音係數必須不超過 0.06。 5.儀器 5.1 概述 儀器必須設計在時間上及量測表面上平均的 -加權或倍頻或 1/3 倍頻均方聲壓位準。表面平均通常在預定時間常數對固定數量之微音器位置
18、(參照第 7.3 節 )及依第 7.7 節計算平均值之時間平均聲壓位準的量測時進行。 6 CNS 14657, C 6418 備考:為確認脈衝噪音的存在,必須使用符合 CNS_(IEC 179A)特性的脈衝計(impulse meter)。 使用的儀器必須以兩種不同的方式執行要求的時間平均: (1) 使用以時間常數為A的 RC 平滑電路對方波信號做連續平均。此種連續平均只能達到近似真實的時間平均,並限定穩定時間 (settling time)和觀測時間(observation time)。 備考:一個以此種方法做平均的儀器例子為符合 CNS_(IEC 179)要求,有 “慢 (slow)“計量
19、特性的聲度表。 (2) 在固定時間間隔 積分方波信號。此積分可以以數位或類比的方式完成。 適當儀器系統之例子參照附錄 8 及附錄 9。 5.2 微音器及其相關的信號線 必須使用電容式微音器或準確度、穩定度和頻率響應相當的微音器。微音器必須在量測的頻率範圍內依製造廠商規定的入射角度要有平坦的頻率響應。建議使用 13 mm (1/2 in)的微音器。 選擇的微音器及相關信號線的靈敏度在量測時的溫度範圍內必須不會改變。微音器移動時必須小心進行以避免引入噪音 (例如:風噪音 )或電氣噪音 (例如:由齒輪、信號線或滑動接觸 )干擾量測。 5.3 儀器系統的頻率響應 儀器系統的頻率響應,參照儀器製造廠商規
20、定的入射角度,於量測的頻率範圍內應是平坦的 (flat)且許可差在表 4 所示之許可差內。 表 4 儀器系統的相對許可差 頻率 許可差限制 Hz dB 80 1.5 0100 至 4000 1.0 5000 至 8000 1.5 10000 2.0 12500 3.0 5.4 加權電路,頻率分析儀 應使用到許可差符合 CNS_(IEC 179)之 -加權電路及符合 CNS_(IEC 225)要求的倍頻帶或 1/3 倍頻帶濾波器。頻帶的中心頻率必須符合 CNS 13545聲學量測上的優選頻率 的規定。 備考:若使用 -加權之外的其他加權電路,必須報告此種電路的特性。 5.5 校正 (calibr
21、ation) 在每一系列的量測之前,必須使用一準確度為 0.2 dB 的聲音校正器 (acoustical calibrator),在整個量測系統量測的頻率範圍內的一個或多個頻率做微音器的校正。校正器必須每年檢查,以確定其輸出未改變。此外,儀器系統量測的頻率範圍必須至少以兩年為週期,做電性校正。 7 CNS 14657, C 6418 6.聲源的安裝及操作 6.1 概述 許多例子中,聲源發射的聲功率取決於其支撐或安裝條件及聲源的操作方式。本節對聲源的安裝及操作給予一般的建議。關於指定類型聲源 (例如:旋轉式電動機械 )之安裝與操作,應做更詳細資料的測試法規參考。 6.2 聲源的安裝 聲源有任何
22、典型之安裝條件時,若可行,必須使用或模擬此條件。通常被一個硬表面支撐或附於其上之聲源,必須架設在半無響室 (反射平面上的自由聲場 )。 6.2.1 架設方法 許多小的聲源 (例如:日光燈安定器、電子鐘等 ),雖然它們本身低頻聲音的發射較差,但可能由於安裝的方法,當其振動能量傳送至表面足夠大時會增加低頻聲音而成為有效的發射體。若有可能,在量測物和支撐表面之間可用彈性支撐 (resilient)架設,使傳送到支撐物的振動及對聲源的作用均可降至最低。然而,若受測裝置沒有在典型聲場做彈性支撐架設,則不使用此彈性支撐架設。此種狀況,安裝基座須有足夠高的阻抗,防止其振動及發射過多的聲音。 6.3 方法的選
23、擇 依本標準的要求,決定聲功率量測的方法時,應做下述考量。 6.3.1 平面反射表面 當一聲源安裝靠近一反射平面時,其發射的功率與發射進入一個自由聲場的功率會有少許的不同。若此安裝是聲場的典型安裝,則受測物必須安裝在半無響室內 (反射平面上的自由聲場 ),其相對於硬地板的位置視為標準聲場內架設。反射平面被視為聲源的一部分。 6.3.2 自由聲場環境 若受測聲源通常不是安裝在一個反射平面之上,或若無典型的安裝條件,則聲源必須放置在無響室的中央附近。 備考:設備通常在一張桌子上或落地操作,測試時必須依樣安裝。無響室或半無響室均可使用。 6.4 輔助設備 必須注意確保連接至設備的電氣導管、管路或風管
24、不致會發出影響量測的聲能。若實務可行,所有受測裝置操作必需的輔助設備應設置於測試室外面,並且測試室內應清除所有可能妨礙量測的物體。 6.5 測試中聲源的操作 做聲音量測時,聲源必須在指定的正常標準使用條件下操作。下列的一種或多種操作條件可以適用: (1) 裝置在正常負載以正常速度操作; (2) 裝置在全負載 (如與上項不同 ); (3) 裝置在無負載 (空轉 ); (4) 裝置在相當於產生最大聲音之操作條件。 8 CNS 14657, C 6418 聲源的聲功率位準可由任何期望的操作條件的組合來測定 (即溫度、溼度、裝置速度等 )。這些測試條件必須預先選擇,測試中必須保持不變。聲源在做任何噪音
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