一种新的三维矢量声强测量方法

　　引　言

　　随着声强测量技术和测量理论的日益成熟,商业化的声强测量仪器的相继出现[1~3],声强测量技术因为其适应性强、测量方便等优点,在实际声学测量过程中得到广泛采用。早在1931年Harry Olson就企图通过测量声强来确定声源的声功率[4],但由于声强测取困难而受挫;到1956年Schultz提出采用2个传声器进行有限差分近似来获取声强的方法[5],该方法现已成为声强测量的主流方法,但由于当时客观条件的限制,所获得的结果并不理想,故未引起重视;在1956到1974年间声强测量的发展一直处于停滞状态,直到1974年Van Zyl首次研制出一种标准模拟强度计[6],从而真正为声强仪器的后期发展铺平了道路;1977年Metravib公司和B&K公司分别推出了商品化的声强测量仪器,这些声强测量仪器均是采用2个传声器进行有限差分近似来获取某个方向的声强量[7],现已成为一种常用的声强测量方法[8]。

　　由于声强是矢量,因而确定三维矢量声强的方向对声源的定位有很高的参考价值。

　　三维声强的测量最早是通过1对声强探头对X、Y、Z3个方向分别进行测量来获得,这种测量只需要进行两通道采样,但只适用于稳态声场,而且测量耗时长。随后丹麦的B&K公司生产的B&KWA0447型三维矢量声强探头是采用3对声压传声器对6个通道同时采样、1次测量3个方向的声强的测量仪器,由于其中心点的声压由6个声压传声器平均获得,而6个所测信号并不完全一致,因而在高频区会出现较大的幅值波动,并且在时域内会出现一定程度的拖尾效应[9]。日本的Nittobo声学仪器公司研制了一种的MT ver2.0声强探头的旋转装置,在其上装上B&K 4181和4178型声强探头,沿着两个紧密结合的圆形导轨旋转探头就可以测量出X、Y、Z3个方向的声强矢量,这种测量方法保证了空间精度,但只能用于稳态声场[10]。丹麦的G.R.A.S.公司生产的50VX型X-Y-Z声强测量装置是一种采用两通道数据采样测量三维声强矢量的仪器,它是通过手柄上两个机械推钮来控制旋转头,使其可旋转到3个相互垂直的方向,从而分别测量3个方向的声强,但仅限于稳态声场。荷兰的MicroflownTechnologies BV公司在1994年打破传统的通过2个声压传声器通过有限差分近似来测量粒子振速的方法,而是直接通过粒子速度传感器来测量粒子振速,并在1998年推出了商品化的产品,通过3个振速传感器和1个声压传感器来测量声场中X、Y、Z3个方向的声强矢量,它能直接测出声能量流的幅值和方向,并可以大大地改进测量效果,在非稳态声场(如移动声源)的测量时特点尤为明显,而且它可以测量全频带上的声强矢量,并且此探头还可以用于测量总声能量和三维声阻抗,但是这种探头结构复杂、价格昂贵[11,12]。