大型機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)噪音測(cè)試方法的研究應(yīng)用

董術(shù)海 李彬 徐新

（珠海格力電器股份有限公司 廣東珠海 519070）

大型機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)噪音測(cè)試方法的研究應(yīng)用

董術(shù)海 李彬 徐新

（珠海格力電器股份有限公司 廣東珠海 519070）

大型機(jī)組因尺寸大、所需工況及安裝配置要求高等因素限制，無(wú)法在噪音室內(nèi)組裝，噪聲測(cè)試只能在安裝現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行。受本底噪聲及房間常數(shù)影響，測(cè)試值嚴(yán)重偏離實(shí)際值，測(cè)試結(jié)果置信度不高。本文闡述了一種通過(guò)國(guó)標(biāo)GB/T 16538-2008《聲學(xué) 聲壓法測(cè)定噪聲源聲功率級(jí)現(xiàn)場(chǎng)比較法》測(cè)得噪聲聲功率級(jí)的數(shù)據(jù)，間接推導(dǎo)出聲源表面聲壓級(jí)的方法。

大型機(jī)組；噪音；現(xiàn)場(chǎng)；比較法

公司某款風(fēng)冷螺桿機(jī)組由于機(jī)組尺寸大，其噪音測(cè)試只能在性能實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行，考慮到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)及機(jī)組的特性，本文特采用一種對(duì)聲學(xué)環(huán)境基本沒(méi)有要求的測(cè)試方法對(duì)機(jī)組進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果（聲功率級(jí)）等同于半消聲室的測(cè)試結(jié)果，根據(jù)聲功率級(jí)為定值不隨測(cè)試方法變化的特性，可推導(dǎo)出相應(yīng)包絡(luò)面的平均聲壓級(jí)數(shù)據(jù)。

對(duì)于其他小型設(shè)備，由于安裝或其他因素制約需要現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)試噪聲，也可使用此種方法，且結(jié)果值準(zhǔn)確度相對(duì)于直接測(cè)試聲壓級(jí)的方法會(huì)更高。

1 現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境及機(jī)組分析

機(jī)組幾何尺寸為15000×2300×2600mm，該機(jī)組有4個(gè)壓縮機(jī)、24個(gè)風(fēng)機(jī)，對(duì)稱分布在中軸線的兩邊，為對(duì)稱聲源。機(jī)組俯視圖如圖1所示。

因樣機(jī)較長(zhǎng)、兩邊對(duì)稱且對(duì)稱中心中間無(wú)風(fēng)機(jī)及壓縮機(jī)，同時(shí)性能實(shí)驗(yàn)室是由兩個(gè)房間組成，故將樣機(jī)以實(shí)驗(yàn)室的隔門為對(duì)稱軸，將樣機(jī)等分安裝在兩個(gè)實(shí)驗(yàn)間里，如圖2。由于機(jī)組安裝在小車（高200mm）上，故機(jī)組的實(shí)際尺寸是15000×2300×2800mm；且機(jī)組的5個(gè)表面（4個(gè)側(cè)面+1個(gè)上表面）距實(shí)驗(yàn)室的墻壁在2米以上。

2 標(biāo)準(zhǔn)解讀與分析

在任意環(huán)境下，所有聲源在某點(diǎn)的聲壓級(jí)數(shù)據(jù)LP，同聲功率級(jí)數(shù)據(jù)LW，都符合以下公式[1]。

圖1 機(jī)組俯視圖

圖2 機(jī)組安裝現(xiàn)場(chǎng)

式中：

Q——聲源指向性因數(shù)；

在全消音室環(huán)境下Q=1，房間平均吸聲系數(shù)接近1，房間常數(shù)R為無(wú)窮大，則公式變?yōu)椋?/p>

這也就是在全消音室1米半徑包絡(luò)面測(cè)試聲功率級(jí)的計(jì)算公式。相應(yīng)的，在半消音室條件下，增加了一次反射，指向系數(shù)Q=2，則可得到如下公式。

對(duì)于同一環(huán)境下的兩個(gè)聲源，在相同的位置測(cè)試，其聲壓級(jí)符合以下規(guī)律。

對(duì)上述兩計(jì)算式進(jìn)行相減運(yùn)算，在相同環(huán)境下，公式右側(cè)第二項(xiàng)的數(shù)據(jù)是相同的，則可得到：

式（5）中的LW2表示待測(cè)設(shè)備的聲功率級(jí)，LW1表示標(biāo)準(zhǔn)聲源的聲功率級(jí)，而標(biāo)準(zhǔn)聲源的聲功率級(jí)是已知的。LP2表示待測(cè)設(shè)備工作時(shí)，特定測(cè)點(diǎn)上的聲壓級(jí)，LP1表示標(biāo)準(zhǔn)聲源工作時(shí)，特定測(cè)點(diǎn)上的聲壓級(jí)，這兩項(xiàng)聲壓級(jí)數(shù)據(jù)可在現(xiàn)場(chǎng)直接測(cè)定得到，故此可得待測(cè)設(shè)備的聲功率級(jí)數(shù)據(jù)。

通過(guò)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 16538-2008《聲學(xué) 聲壓法測(cè)定噪聲源聲功率級(jí)現(xiàn)場(chǎng)比較法》的分析，測(cè)試過(guò)程為：

（1）核對(duì)測(cè)試環(huán)境是否滿足標(biāo)準(zhǔn)要求條件；

（2）確定傳聲器位置、標(biāo)準(zhǔn)聲源個(gè)數(shù)及位置；

（3）測(cè)試背景噪聲、機(jī)組噪聲、標(biāo)準(zhǔn)聲源噪聲；

（4）測(cè)試數(shù)據(jù)修正、計(jì)算出聲功率級(jí)。

圖3 GB/T 3767-1996中長(zhǎng)型機(jī)器測(cè)量表面和傳聲器位置示例圖

圖4 各傳聲器位置及標(biāo)準(zhǔn)聲源位置示意圖

3 傳聲器位置及標(biāo)準(zhǔn)聲源位置確認(rèn)

按照標(biāo)準(zhǔn)要求，傳聲器位置應(yīng)均布在測(cè)量表面上，本文采用標(biāo)準(zhǔn)GB/T 3767-1996《聲學(xué) 聲壓法測(cè)定噪聲源聲功率級(jí) 反射面上方近似自由場(chǎng)的工程法》附錄C中長(zhǎng)型機(jī)器傳聲器位置圖作為參考。

結(jié)合機(jī)組的實(shí)際情況，確定該機(jī)組測(cè)量表面上各傳聲器的幾何位置，測(cè)量表面為距機(jī)組1米遠(yuǎn)的六面體包絡(luò)面。

因機(jī)組噪聲源為對(duì)稱分布，將傳感器均布在兩個(gè)平面上，其中一個(gè)平面與測(cè)量表面的上表面重合。由于風(fēng)機(jī)風(fēng)速較大，傳聲器不能直接面對(duì)來(lái)風(fēng)方向，因此傳聲器位置為幾個(gè)風(fēng)機(jī)的中間（具體見(jiàn)圖4）；參考輕商機(jī)組的測(cè)試方法，另外一個(gè)傳聲器分布平面高度取整機(jī)組高度加1米的二分之一處。

該機(jī)組的發(fā)聲部件對(duì)稱分布在兩個(gè)測(cè)試間里，機(jī)組頂部只有風(fēng)機(jī)這一發(fā)聲部件，可將24個(gè)風(fēng)機(jī)對(duì)稱看成2個(gè)比較大的線狀聲源，加上底部的4個(gè)壓縮機(jī)，可認(rèn)為該機(jī)組有6個(gè)發(fā)聲部件。標(biāo)準(zhǔn)聲源主要是用來(lái)與被測(cè)聲源發(fā)聲部件做對(duì)比用，將標(biāo)準(zhǔn)聲源分別放置在此6個(gè)位置旁邊（頂部?jī)蓚€(gè)位置分別位于各風(fēng)機(jī)組正中間），逐步測(cè)試上述所有傳感器位置的標(biāo)準(zhǔn)聲源聲壓級(jí)。

各傳聲器位置見(jiàn)圖4，其中測(cè)點(diǎn)1～10的高度為1.9米，測(cè)點(diǎn)11～22的高度為3.8米；標(biāo)準(zhǔn)聲源的位置分別位于四個(gè)壓縮機(jī)的旁邊以及機(jī)組頂部?jī)蓚?cè)風(fēng)機(jī)的正中間。

4 測(cè)試及數(shù)據(jù)分析

在所有傳聲器位置分別測(cè)試樣機(jī)未運(yùn)行且實(shí)驗(yàn)室關(guān)閉風(fēng)機(jī)系統(tǒng)時(shí)的背景噪聲、機(jī)組運(yùn)行時(shí)的機(jī)組噪聲、6個(gè)標(biāo)準(zhǔn)聲源位置的噪聲；采集的噪聲是各傳聲器位置7個(gè)未計(jì)權(quán)的倍頻帶（125Hz、250Hz、500Hz、1000Hz、2000Hz、4000Hz、8000Hz）數(shù)據(jù)。

從表1可看出各傳聲器位置的背景噪聲低于機(jī)組噪聲15dB（A）以上，滿足測(cè)試要求。各傳聲器位置各倍頻帶按照以下規(guī)定進(jìn)行修正。

對(duì)于每個(gè)倍頻帶，若背景噪聲聲壓級(jí)比測(cè)量得到的聲壓級(jí)低6～15dB，則要對(duì)測(cè)量得到的聲壓級(jí)按以下規(guī)定進(jìn)行修正。

若△L=->15dB，則不用做修正。若△L≥6dB，根據(jù)本部分的測(cè)量有效。即使測(cè)量對(duì)單個(gè)頻帶無(wú)效，只要△LA大于6dB，那么測(cè)量對(duì)A計(jì)權(quán)值仍然有效，這里△LA是與之差。

如果6dB判據(jù)不滿足，測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度將降低而達(dá)不到2級(jí)。如果3dB≤△L<6dB則可達(dá)到3級(jí)。用于這些測(cè)量的最大的修正為1.3dB。盡管如此，也可以給出結(jié)果報(bào)告，它對(duì)測(cè)定被測(cè)聲源聲功率級(jí)的上界可能會(huì)有用處。如果這樣的數(shù)據(jù)被報(bào)告，應(yīng)該在報(bào)告的正文以及數(shù)據(jù)的圖表中清楚說(shuō)明本標(biāo)準(zhǔn)的背景噪聲要求未能滿足[2]。

本文的測(cè)試條件滿足6dB判據(jù)，依次測(cè)試背景噪聲、機(jī)組運(yùn)行噪聲及6個(gè)標(biāo)準(zhǔn)聲源的噪聲。

根據(jù)以上測(cè)試方法，共有22個(gè)傳聲器位置，6個(gè)標(biāo)準(zhǔn)聲源位置。計(jì)算各個(gè)倍頻帶的聲功率級(jí)：

式中：

上述數(shù)據(jù)，每個(gè)測(cè)點(diǎn)都有1組本底噪聲數(shù)據(jù)，6組標(biāo)準(zhǔn)聲源發(fā)聲數(shù)據(jù)，1組機(jī)組噪聲數(shù)據(jù)，每組數(shù)據(jù)中含有7組倍頻帶數(shù)據(jù)，22個(gè)測(cè)點(diǎn)，共有22×7×8=1232組過(guò)程數(shù)據(jù)。按照公式（7）及A計(jì)權(quán)常數(shù)計(jì)算得到各頻帶聲A計(jì)權(quán)功率級(jí)及A計(jì)權(quán)總聲功率級(jí)數(shù)據(jù)，如表2所示。

另外，在計(jì)算過(guò)程中建議直接用總聲壓級(jí)數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行計(jì)算。理論上對(duì)兩個(gè)聲源而言，總聲壓級(jí)直接計(jì)算同各頻帶聲壓級(jí)分別計(jì)算后再匯總計(jì)算，結(jié)果應(yīng)該一致。但是實(shí)際計(jì)算中發(fā)現(xiàn)，對(duì)于多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)聲源，此兩種計(jì)算結(jié)果會(huì)有較大誤差，使用兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)聲源位置的情況下，誤差值在2dB左右；直接用總聲壓級(jí)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算的誤差偏小。標(biāo)準(zhǔn)聲源位置越多，此誤差越大；若標(biāo)準(zhǔn)聲源只有一個(gè)位置，則兩種方法的結(jié)果一致。

表1 各傳聲器位置的背景噪聲及機(jī)組噪聲dB（A）

表2 機(jī)組A計(jì)權(quán)頻帶聲功率級(jí)及A計(jì)權(quán)總聲功率級(jí)

5 聲壓級(jí)推導(dǎo)

此機(jī)組客戶對(duì)噪聲的指標(biāo)要求是測(cè)試聲壓級(jí)。對(duì)聲壓級(jí)和聲功率級(jí)這兩個(gè)指標(biāo)，聲功率表征的是設(shè)備的發(fā)聲能力，是設(shè)備的固有特性，不隨測(cè)試方法和測(cè)試地點(diǎn)的變化而變化，相應(yīng)的聲壓級(jí)數(shù)值也是恒定的；而聲壓是聲功率在特定狀態(tài)下的一個(gè)表現(xiàn)形式，其值會(huì)隨具體測(cè)點(diǎn)的位置變化，也會(huì)受到測(cè)試環(huán)境的影響。

對(duì)于本次測(cè)試數(shù)據(jù)，如果不考慮房間影響，僅是去除本底噪聲的影響的話，其包絡(luò)面上的平均聲壓級(jí)約為86dB（A）。

客戶要求的聲壓級(jí)指標(biāo)是基于在半消音室測(cè)試條件下1米測(cè)試包絡(luò)面的平均聲壓級(jí)數(shù)據(jù)。根據(jù)這一要求，對(duì)比半消音室條件下聲功率級(jí)測(cè)試計(jì)算公式，可以反向推出這個(gè)平均聲壓級(jí)。

在半消聲室中是通過(guò)測(cè)試聲壓級(jí)的方法來(lái)確定聲功率級(jí)的，公式如下：

式中：S為機(jī)組1米包絡(luò)面的面積，其同機(jī)組尺寸及測(cè)試距離有關(guān)，S0=1。

在機(jī)組尺寸已知的情況下，是一個(gè)可以直接計(jì)算出來(lái)的定值，其值不受測(cè)試的影響。

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 16538-2008《聲學(xué) 聲壓法測(cè)定噪聲源聲功率級(jí)現(xiàn)場(chǎng)比較法》計(jì)算出機(jī)組的聲功率級(jí)后，按照理論計(jì)算，同一臺(tái)機(jī)組在半消聲室及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，通過(guò)兩種測(cè)試方法得到的聲功率級(jí)是一樣的，因此通過(guò)公式（8），可以推導(dǎo)出此類大型機(jī)組在半消聲室的1米包絡(luò)面平均聲壓級(jí)。

依據(jù)公式（9）可以計(jì)算出該機(jī)組1米包絡(luò)面的平均聲壓級(jí)為：

本次測(cè)試數(shù)據(jù)，若不考慮房間影響，僅是去除本底噪聲的影響的話，其包絡(luò)面上的平均聲壓級(jí)約為86dB（A）。可見(jiàn)，采用此方法得到的結(jié)果更加真實(shí)可靠。

依次類推，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試同樣可通過(guò)測(cè)試聲強(qiáng)級(jí)的方法來(lái)計(jì)算得到總聲功率級(jí)，再按照上述原理反推計(jì)算出特定距離包絡(luò)面上的平均聲壓級(jí)。兩種方法各有優(yōu)劣，可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件及聲音特性選擇合適的方法。

6 結(jié)論

（1）通過(guò)比較法可以在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試得出具備Ⅱ級(jí)精度的聲功率級(jí)數(shù)據(jù)，可克服大型機(jī)組不能進(jìn)入專業(yè)噪聲室測(cè)試噪聲的缺陷。

（2）根據(jù)理論推導(dǎo)，可通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試得到的聲功率級(jí)數(shù)據(jù)推導(dǎo)出機(jī)組在半消聲室的1米包絡(luò)面聲壓級(jí)數(shù)據(jù)。

（3）在使用多標(biāo)準(zhǔn)聲源的情況下，通過(guò)各點(diǎn)的倍頻帶數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算總聲功率級(jí)比通過(guò)各點(diǎn)的總聲壓級(jí)數(shù)據(jù)計(jì)算的總聲功率級(jí)置信度更高。

[1] 馬大猷. 噪聲與振動(dòng)控制工程手冊(cè). 北京. 機(jī)械工業(yè)出版社, 2002

[2] GB/T 3767-1996《聲學(xué) 聲壓法測(cè)定噪聲源聲功率級(jí)反射面上方近似自由場(chǎng)的工程法》

Research and application of noise field test method on large air conditioning units

DONG Shuhai LI Bin XU Xin
(Gree Electric Appliances Inc. of Zhuhai Zhuhai 519070)

The noise of large air conditioning units are not suitable to be tested in the noise room, because of its large scale, and high requirement of operating condition and installation configuration, etc. Therefore, noise could only be tested in the installation site. However, the background noise and room constant of installation site might cause significant difference between test value and actual value. This thesis will illustrate a new method to acquire test value with a higher confidence level by applying Chinese Standard GB/T 16538-2008 Acoustics—Determination of sound power levels of noise sources using sound pressure—Comparison method in situ. By testing sound power levels with this standard, sound pressure levels of sound source surface will be indirectly derived.

Large air conditioning units; Noise; Field test; Comparison method