CNS 14660-2-2002 Acoustics - Determination of sound power levels of noise source using sound intensity - Part 2 Measurement by scanning《声学─利用声强测定噪声源声功率位准─第二部:扫描量测》.pdf
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1、1 聲學利用聲強測定噪音源聲功率位準第二部:掃描量測 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 14660-2 C6421-2 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 22 頁) Acoustics Determination of sound power levels of noise sources using sound intensity Part 2: Measurement by scanning 0.簡介 0.1 由聲源所發射出來的聲功率,等於任何完全覆蓋聲
2、源的表面,其元素面積向量和聲強向量兩者的純量乘積所作的積分。前面的幾個標準描述了測定噪音源聲功率位準的方法,主要有 CNS 14653 到 CNS 14659,均規範了聲壓位準為聲音量測主要的一個量,沒有例外。在任一點之聲強位準和聲壓位準兩者之間的關係,決定於聲源的特性、測試環境的特性和量測位置與聲源之間相對的排列配置。所 以 CNS 14653 到 CNS 14659 就必要地規範聲源的特性、測試環境的特性、評定程序再加上量測方法,這樣一來就可預期將聲功率位準測定的不確定度,限定到可接受的範圍內。 CNS 14653 到 CNS 14659 所規範的程序並不一定是完全恰當,理由如下。 a)
3、若要求高精密度,就需要昂貴的器材。在此設施下,通常不可能去安裝和操作大型的設備。 b) 他們無法使用於受測聲源外,存在發出高位準噪音的外來聲源。 0.2 本標準規範了測定聲源聲功率位準的方法,其不確定度在特定範圍內,而其測試條件的限制比 CNS 14653 到 CNS 14659 所要求的要少。由本標準的程序所測定的聲功率位準為現場 (in situ)聲功率位準;物理上來說,它是環境的函數,但在某些狀況下,相同聲源,不同條件下,其聲功率位準就可能不同。 建議要從事本標準的聲強量測人員,必須經過適當的訓練和經歷。 0.3 本標準所補充的 CNS 14660-1 以及 CNS 14653 到 CN
4、S 14659 系列標準,都規範不同的方法來測定機器和設備的聲功率位準。它與 CNS 14653 到 CNS 14659 系列主要的不同有三方面: a) 它是作聲強的量測,如同聲壓的量測; b) 在本標準所規範的測定聲功率位準之不確定度,是依所規範的補助測試之結果,以及與測試有關的計算來分級。 c) 聲強量測設備現有的限制必須符合 CNS_(IEC 61043),其範圍限制在 1/3 倍頻帶的 50Hz 到 6.3kHz。頻帶限定的 A-加權值均由構成的全倍頻帶或 1/3 倍頻帶值來判定,而非直接作加權量測。 0.4 由任何完全覆蓋聲源的表面,其元素面積向量和聲強向量,兩者純量的乘積所作的積分
5、,可作為對所有為此表面所涵蓋的聲源,將聲功率直接發射到空氣中所作的一種評量,它排除了位於此表面外之聲源所發射出來的聲音。在實務上,此項排除只在受測聲源和其他外來聲強在量測表面的聲源,對時間而言是平穩 2 CNS 14660-2, C 6421-2 的情況下才有效。若有出現聲源在測量表面外,則任何位於此表面內的系統就有可能吸收一部分投射到它的能量,在量測表面內聲功率的總吸收量對聲源功率而言,是一項負作用,而且也可能造成在聲功率測定上的誤差。為了將此伴隨的誤差減至最低,必須將在受測聲源操作時,通常不應出現的這些放置於測量表面內的任何吸音材料加以移除。 此項方法是根據,沿一條或多條特定路徑,連續移動
6、探棒在垂直測量表面的聲強場中作取樣。其造成的取樣誤差為在量測表面上正向聲強分量之空間變動的函數,是與所選擇的取樣表面、路徑模式、探棒掃描速度以及量測表面外外來聲源接近的程度有關。 在一位置上其所測量到聲強垂直分量的準確性,對於現場聲壓位準和現場正向聲強位準兩者之間的差異非常靈敏。當在一量測位置上的聲強向量以一大角度(接近 90)導引指向垂直現場量測表面時,就可能造成大的差異。另一方面來看,在量測表面外的聲源其在現場所發出的聲壓位準有可能包含有聲強的作用,但若是在一封閉的迴響聲場,或此聲場對鄰近的另外一個近聲場及 /或駐波的出現,有很強烈的反應時,其所衍生的可能為一很小的淨聲音能量流動。 測定聲
7、功率位準的準確度受到經部分量測表面流入為量測表面所涵蓋體積之聲音能量反面的影響;即使如此,理論上,可提高經其他部分表面,由體積流出的聲音能量,來作補償。此狀況是由於存在一強大的外來聲源,很接近,但位於測量表面之外所造成的。 1.適用範圍 1.1 在本標準規範一個方法來量測一垂直於所選量測表面的聲強分量,而此量測表面可以涵蓋所要測定聲功率位準的噪音源。 垂直於量測表面的聲強分量其表面積分,是將量測表面概略分成相鄰的區塊,然後在每一區塊以聲強探棒沿著函蓋區塊範圍的連續路徑作掃描。此時量測儀器就會對每一掃描時段,決定出平均正向聲強分量和均方聲壓。此項掃描操作,可用手動的方式或是機械系統來執行。 頻帶
8、限制的加權聲功率位準,是從量測的倍頻帶或 1/3 倍頻帶值計算出來。此方法適用於任何聲源在實體上有一可定義的固定之量測表面。同時,在量測表面上,受測聲源和其他明顯外來聲源所產生的噪音,在時間上也是穩定的 (如第3.1.3 節所定義 )。聲源是依量測表面的選擇來定義。此方法適用在現場或是在特殊用途的測試環境。 本標準附錄 B 上規範某些補助程序,可依循來配合聲功率的測定。其結果可用來顯示此項測定的品質,也加強了準確度的等級。若是所顯示出來的測定品質無法達到本標準的要求時,則測試程序就須以所指定的方式來加以修改。 本標準不適用於在頻帶上所做量測聲源聲功率為負值的任一頻帶。 1.2 本標準適用於聲源
9、所處的任何環境,它既不會因時間的變化,而降低聲強量測的準確度到無法接受的程度,也不會使得聲強量測的探棒感應到不能接受的氣流速度和氣流的不穩定性(參照第 5.22 節、第 5.3 節和第 5.4 節)。 3 CNS 14660-2, C 6421-2 在一些情形下,可以發現測試條件太過偏頗以致無法符合本標準的要求。一個外來的噪音位準在測試中可能超過量測儀器能力範圍,或變化到一過量的程度。在這些情形下,本標準就不適合用來測定聲源的聲功率位準。 備考 1. 其他方法, (例如 CNS_(ISO/TR 7849)所描述,從表面振動位準來測定聲功率位準 ),可能較合適。 2.參考標準 下列標準所包含的條
10、款,在本文中均有引用,並共同構成本標準的內容。 ISO 13331 音壓校正器。 CNS_(IEC 61043) 電聲學量測聲強的儀器用成對的聲壓感應微音器作量測。 3.定義 本標準有應用到下列的定義。 3.1 聲壓位準 3.1.1 聲壓位準( sound pressure level, Lp):用均方聲壓與基準聲壓平方之比,取以 10 為底對數( logarithm)後,再乘上 10 倍。基準聲壓為 20 Pa。 聲壓位準以 dB 表示。 3.1.2 區塊平均聲壓位準 (segment-average sound pressure level, Lpi):用 i 區塊上空間平均 (spati
11、al-average)均方 (mean-square)聲壓與基準聲壓平方之比,取以10 為底對數後,再乘上 10 倍。 以 dB 表示。 3.2 瞬時聲強( instantaneous sound intensity, Ir(t)):位於局部瞬間聲音粒子速度方向上,每單位表面積聲音能量瞬時的流動速率。 這是一個向量,等於在一點上瞬時聲壓和其關連的粒子速度之乘積: )()()( tutptIrr= ( 1) 其中 )(tp 為在一點上的瞬時聲壓 )(tur為在相同點上,其關連的瞬時粒子速度 t 為時間,單位為秒 (s) 3.3 聲強 (sound intensity,I ):在一臨時性穩定的聲場
12、中, )(tI的時間平均值: dttITITT)(1lim0= .( 2) 其中 T 為積分時間。 同時 I 為有正負號標示I 的量,正負號標示是一個方向性的指示,並且選擇能量流動的正向方向來指定。 I為無正負號標示I 的量。 3.4 正向聲強 (normal sound intensity, In):聲強在量測表面垂直方向上聲強的分量,可由單位垂直向量n來定義。 4 CNS 14660-2, C 6421-2 = nIIn.( 3) 其中n為單位垂直向量,其方向為自量測表面涵蓋的體積指向外面。 3.5 正向聲強位準 (normal sound intensity level,nIL):無正負
13、號標示的正向聲強nI之對數值,其值為: dBIILnIn0/lg10 = .( 4) 其中0I 為基準聲強( )212/10 mW= 。 以 dB 表示。 當nI 是負數時,位準值是以 (-)XX dB 表示,但用於0pI評估時例外 (參照第 3.11節 )。 3.6 聲功率 (sound power) 3.6.1 部分聲功率 (partial sound power,iP ):聲音能量通過一量測表面上的一個面積元素 (區塊 )上的時間平均流動速率。 iniiSIP = 為在量測表面位置 i 所量到的正向聲強分量,有正負號標示的量; Si為區塊 i 的面積。 同時iP 為iP 的量。 3.6.
14、2 聲功率 (sound power, P):利用本標準提供的方法,所測定聲源產生的總聲功率為: =NiiPP1.( 6) 以及 =NiiPP1.( 7) 其中 N 為量測表面所劃分區塊的總數目。 3.6.3 部分聲功率位準 (partial sound power level, LWi):以對數的方法來評量通過量測表面上區塊的聲功率。其值為: dBPPLWi 0/lg10 = .( 8) 其中 0P 為基準聲源的功率)10(12W= 以 dB 來表示。 當 Pi是負數時,以 (-)XX dB 表示。 3.6.4 聲功率位準 (sound power level, LW):以對數的方法來表示聲
15、源所產生的聲功率,以本標準來判定。其值為: dBPPIW 0/lg10 = (9) 以 dB 來表示。 5 CNS 14660-2, C 6421-2 當 P 是負數時,位準以 (-)XX dB 表示,只為記錄用途。 3.7 量測表面 (measurement surface):在做聲強量測時,會假設一個表面,要能完全的涵蓋待測聲源,或結合一個聲學上堅硬、連續的表面,涵蓋了待測聲源。當此假設的表面被一擁有實體表面的物體穿透時,則量測表面終止在物體和此表面交會的線上。 3.8 區塊 (segment):由量測表面所分割成一組較小表面之一。 3.9 外來聲強 (extraneous intensi
16、ty):位於量測表面外的操作聲源對聲強所產生的效果 (此聲源機構是在包含量測表面的體積之外操作 )。 3.10 探棒 (probe):為聲強量測系統的一部分,裝有感應器。 3.11 殘壓聲強指數 (pressure-residual intensity index,0pI):將一探棒放置並定向在一聲場中,使其聲強為零時,其所指示pL和nIL之差。以 dB 表示。 0pI的決定詳述於 CNS-(IEC 1043)。 ( )nIppILL =0 .( 10) 3.12 動態能力指數 (dynamic capability index,dL ):其值為 KLpId=0( 11) 以 dB 表示。 K
17、 值是依所要的準確度等級來選定 (參照表 1)。 表 1 - 偏離誤差因子, K 準確度等級1)偏離誤差因子 dB 工程級 (等級 2) 評估級 (等級 3) 10 7 註 1)定義在 CNS_(ISO 12001) 3.13 平穩訊號 (stationary signal):在量測表面上一個區塊的量測中,一個訊號的時間平均性質與相同的區塊其平均時間延長到所有區塊做完量測後的總時間之時間平均性質是相等的。 備考 2. 如果每一區塊的量測時間延長到 10 個週期以上,則週期性訊號因此可定義為平穩的。 3.14 聲場指標 (field indicator, FpI到 F+/-):參照附錄 A。 3
18、.15 掃描 (scan):一個聲強探棒在量測表面上的一個區塊,沿著一特定的路徑作連續的移動。 3.16 掃描線密度:相鄰掃描線間,平均間隔的倒數。 4 一般性要求 4.1 噪音源的大小 噪音源的大小並未受到限制,聲源的大小是由量測表面的選擇來定義。 4.2 聲源所發出噪音的特性 信號在時間上,應是平穩的,在第 3.13 節已有定義。若聲源依照工作週期來操作,亦即有明顯且穩定連續的操作週期,為了達到本標準應用的目的,對每一 6 CNS 14660-2, C 6421-2 個顯著的週期都要測定它個別的聲功率位準並列入報告內。若預知有非平穩的外來噪音源之操作出現時,要避免進行量測 (參照附錄 B
19、之表 B.1)。 4.3 量測的不確定度 單獨應用本標準的步驟,來測定一噪音源的聲功率位準與真實值可能有所不同。實際的差異是無法評量的,但把握測定值相較於是位於真實值的某一範圍內是可確定的。在合理的推斷,測定值是經過多次的此步驟之應用,會常態分佈在真實值附近。其對一個位於名義上完全一樣的測試條件之測試現場的聲源,作重複應用時,使用相同的測試步驟和儀器,那麼這些所測定值組合成的數據群,就會出現統計上測定的重複性。當一測試聲源,在不同測試現場和用不同物理性的儀器,以符合本標準規範所作的測定值,此時所得的數據群就會出現統計上測定值的再現性。再現性會受到測試現場環境條件的變動和實驗技術的影響。標準差不
20、能作為因聲源操作 (例如轉速、線電壓 )或架設條 件的改變,所造成聲功率輸出變化的解釋。在本標準所規範的步驟,最高重現性標準差列於表 2 上。 備考 3. 若某些技術人員使用類似的設施和儀器,對一所給的聲源於一既定的測試現場所做的聲功率測定結果,很可能出現比表 2 所列小的標準差。 4. 對有類似聲功率頻譜的類似大小之特殊類聲源,在類似環境條件下操作,同時以一特定測試法規來量測時,其再現性的標準差就會小於表 2所顯示之值。 CNS_(ISO 7574-4)有以統計的方法來定出批次機器特性的描述。 5. 本標準內的步驟和表 2 所列的標準差,都可應用來量測一已知聲源。同類或型式的批次聲源,其聲功
21、率位準的特性描述,包括所指定的信賴度區間所使用的隨機取樣技術和以統計的上限來表示結果。在應用這些技術時,總標準差不是已知,就是已估計,包括所產生的標準差,在該批次中,個別機器間聲功率輸出變動的一個評量,如 CNS_(ISO 7574-1)所定義。 為本標準應用的目的,表 2 定義了二個等級的準確度。所載的不確定度為量測步驟所關連的允許隨機誤差,也附隨了最大量測偏離誤差。而依照適當的準確度等級要求,偏離誤差因子 K 的選擇,限制了最大量測偏離誤差 (參照表 1)。它們不是用來解釋 CNS_(IEC 61043)所規範的標稱儀器性能之許可差。也不是用來解釋聲源安裝、架設和操作條件變動所導致的效應。
22、 6. 低於 50Hz 時,並沒有有足夠的數據可以定出不確定度之值。為本標準的目的,倍頻帶的 63Hz 到 4kHz, 1/3 倍頻帶的 50Hz 到 6.3kHz ,涵蓋了 A-加權數據的正常範圍。若在 31Hz 到 40Hz 和 8kHz 到 10kHz 的頻帶上,沒有明顯的高位準,則從 63Hz 到 4kHz 範圍的倍頻帶和 50Hz 到6.3kHz 範圍的 1/3 倍頻帶位準計算得來的 A-加權值是正確的。在這個評斷的議題下,明顯的位準是做 A-加權後之頻帶位準,不會比所計算的 A-加權值超過 6dB 以上之位準。如果 A-加權量測和關連的聲功率測定,是在更多限制的頻率範圍內來做時,此
23、範圍應依第 10.6 節 b)加以記載。 7 CNS 14660-2, C 6421-2 一個測定噪音源聲功率位準其不確定度,是與聲源聲場的特性,外來聲場的特性,待測聲源的吸音特性,聲強場 (intensity field)取樣形式和所使用的量測步驟有關。因此本標準規範了一些初始步驟做為存在於所建議量測表面 (參照附錄 A)區域內,聲場特性指標的評量。此初始測試結果,可用表 B.1 來選定一個適當的行動方向。 表 2 - 測定聲功率位準的不確定度 標準差 s 倍頻帶中心頻率 Hz 1/3 倍頻帶 中心頻率 Hz 工程級 (等級 2) dB 評估級 (等級 3) dB 63 到 125 050
24、到 160 3 250 200 到 315 2 500 到 4000 0400 到 5000 1.5 6300 2.5 A-加權1)1.52)4 備考 若在 1/3 倍頻帶 400Hz 到 5000Hz 範圍外的總 A-加權功率超過此範圍的總數,則所列之 A-加權概估之不確定度就不適用,而要應用個別頻帶上的不確定度。 註 1) 63Hz 到 4kHz,或 50Hz 到 6.3kHz。 2) 預期 A-加權聲功率位準的真實值,在量測值的 3dB 的範圍內,有 95%的確定度。 若只需求一個 A-加權的測定,則任何單一 A-加權頻帶位準低於最高 A-加權頻帶位準 10dB 以上,就可忽略不計。若有
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