大型機(jī)組現(xiàn)場噪音測試方法的研究應(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)場噪音測試方法的研究應(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，無法在噪音室內(nèi)組裝，噪聲測試只能在安裝現(xiàn)場進(jìn)行。受本底噪聲及房間常數(shù)影響，測試值嚴(yán)重偏離實際值，測試結(jié)果置信度不高。本文闡述了一種通過國標(biāo)GB/T 16538-2008《聲學(xué) 聲壓法測定噪聲源聲功率級現(xiàn)場比較法》測得噪聲聲功率級的數(shù)據(jù)，間接推導(dǎo)出聲源表面聲壓級的方法。

大型機(jī)組；噪音；現(xiàn)場；比較法

公司某款風(fēng)冷螺桿機(jī)組由于機(jī)組尺寸大，其噪音測試只能在性能實驗臺進(jìn)行，考慮到實驗現(xiàn)場及機(jī)組的特性，本文特采用一種對聲學(xué)環(huán)境基本沒有要求的測試方法對機(jī)組進(jìn)行測試，測試結(jié)果（聲功率級）等同于半消聲室的測試結(jié)果，根據(jù)聲功率級為定值不隨測試方法變化的特性，可推導(dǎo)出相應(yīng)包絡(luò)面的平均聲壓級數(shù)據(jù)。

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

1 現(xiàn)場環(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個壓縮機(jī)、24個風(fēng)機(jī)，對稱分布在中軸線的兩邊，為對稱聲源。機(jī)組俯視圖如圖1所示。

因樣機(jī)較長、兩邊對稱且對稱中心中間無風(fēng)機(jī)及壓縮機(jī)，同時性能實驗室是由兩個房間組成，故將樣機(jī)以實驗室的隔門為對稱軸，將樣機(jī)等分安裝在兩個實驗間里，如圖2。由于機(jī)組安裝在小車（高200mm）上，故機(jī)組的實際尺寸是15000×2300×2800mm；且機(jī)組的5個表面（4個側(cè)面+1個上表面）距實驗室的墻壁在2米以上。

2 標(biāo)準(zhǔn)解讀與分析

在任意環(huán)境下，所有聲源在某點的聲壓級數(shù)據(jù)LP，同聲功率級數(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

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)面測試聲功率級的計算公式。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。

對于同一環(huán)境下的兩個聲源，在相同的位置測試，其聲壓級符合以下規(guī)律。

對上述兩計算式進(jìn)行相減運算，在相同環(huán)境下，公式右側(cè)第二項的數(shù)據(jù)是相同的，則可得到：

式（5）中的LW2表示待測設(shè)備的聲功率級，LW1表示標(biāo)準(zhǔn)聲源的聲功率級，而標(biāo)準(zhǔn)聲源的聲功率級是已知的。LP2表示待測設(shè)備工作時，特定測點上的聲壓級，LP1表示標(biāo)準(zhǔn)聲源工作時，特定測點上的聲壓級，這兩項聲壓級數(shù)據(jù)可在現(xiàn)場直接測定得到，故此可得待測設(shè)備的聲功率級數(shù)據(jù)。

通過對標(biāo)準(zhǔn)GB/T 16538-2008《聲學(xué) 聲壓法測定噪聲源聲功率級現(xiàn)場比較法》的分析，測試過程為：

（1）核對測試環(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)聲源個數(shù)及位置；

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

（4）測試數(shù)據(jù)修正、計算出聲功率級。

圖3 GB/T 3767-1996中長型機(jī)器測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)均布在測量表面上，本文采用標(biāo)準(zhǔn)GB/T 3767-1996《聲學(xué) 聲壓法測定噪聲源聲功率級 反射面上方近似自由場的工程法》附錄C中長型機(jī)器傳聲器位置圖作為參考。

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

因機(jī)組噪聲源為對稱分布，將傳感器均布在兩個平面上，其中一個平面與測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來風(fēng)方向，因此傳聲器位置為幾個風(fēng)機(jī)的中間（具體見圖4）；參考輕商機(jī)組的測試方法，另外一個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)聲部件對稱分布在兩個測試間里，機(jī)組頂部只有風(fēng)機(jī)這一發(fā)聲部件，可將24個風(fēng)機(jī)對稱看成2個比較大的線狀聲源，加上底部的4個壓縮機(jī)，可認(rèn)為該機(jī)組有6個發(fā)聲部件。標(biāo)準(zhǔn)聲源主要是用來與被測聲源發(fā)聲部件做對比用，將標(biāo)準(zhǔn)聲源分別放置在此6個位置旁邊（頂部兩個位置分別位于各風(fēng)機(jī)組正中間），逐步測試上述所有傳感器位置的標(biāo)準(zhǔn)聲源聲壓級。

各傳聲器位置見圖4，其中測點1～10的高度為1.9米，測點11～22的高度為3.8米；標(biāo)準(zhǔn)聲源的位置分別位于四個壓縮機(jī)的旁邊以及機(jī)組頂部兩側(cè)風(fēng)機(jī)的正中間。

4 測試及數(shù)據(jù)分析

在所有傳聲器位置分別測試樣機(jī)未運行且實驗室關(guān)閉風(fēng)機(jī)系統(tǒng)時的背景噪聲、機(jī)組運行時的機(jī)組噪聲、6個標(biāo)準(zhǔn)聲源位置的噪聲；采集的噪聲是各傳聲器位置7個未計權(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。

對于每個倍頻帶，若背景噪聲聲壓級比測量得到的聲壓級低6～15dB，則要對測量得到的聲壓級按以下規(guī)定進(jìn)行修正。

若△L=->15dB，則不用做修正。若△L≥6dB，根據(jù)本部分的測量有效。即使測量對單個頻帶無效，只要△LA大于6dB，那么測量對A計權(quán)值仍然有效，這里△LA是與之差。

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

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

根據(jù)以上測試方法，共有22個傳聲器位置，6個標(biāo)準(zhǔn)聲源位置。計算各個倍頻帶的聲功率級：

式中：

上述數(shù)據(jù)，每個測點都有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個測點，共有22×7×8=1232組過程數(shù)據(jù)。按照公式（7）及A計權(quán)常數(shù)計算得到各頻帶聲A計權(quán)功率級及A計權(quán)總聲功率級數(shù)據(jù)，如表2所示。

另外，在計算過程中建議直接用總聲壓級數(shù)據(jù)來進(jìn)行計算。理論上對兩個聲源而言，總聲壓級直接計算同各頻帶聲壓級分別計算后再匯總計算，結(jié)果應(yīng)該一致。但是實際計算中發(fā)現(xiàn)，對于多個標(biāo)準(zhǔn)聲源，此兩種計算結(jié)果會有較大誤差，使用兩個標(biāo)準(zhǔn)聲源位置的情況下，誤差值在2dB左右；直接用總聲壓級數(shù)據(jù)進(jìn)行計算的誤差偏小。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計權(quán)頻帶聲功率級及A計權(quán)總聲功率級

5 聲壓級推導(dǎo)

此機(jī)組客戶對噪聲的指標(biāo)要求是測試聲壓級。對聲壓級和聲功率級這兩個指標(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，不隨測試方法和測試地點的變化而變化，相應(yīng)的聲壓級數(shù)值也是恒定的；而聲壓是聲功率在特定狀態(tài)下的一個表現(xiàn)形式，其值會隨具體測點的位置變化，也會受到測試環(huán)境的影響。

對于本次測試數(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)面上的平均聲壓級約為86dB（A）。

客戶要求的聲壓級指標(biāo)是基于在半消音室測試條件下1米測試包絡(luò)面的平均聲壓級數(shù)據(jù)。根據(jù)這一要求，對比半消音室條件下聲功率級測試計算公式，可以反向推出這個平均聲壓級。

在半消聲室中是通過測試聲壓級的方法來確定聲功率級的，公式如下：

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

在機(jī)組尺寸已知的情況下，是一個可以直接計算出來的定值，其值不受測試的影響。

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 16538-2008《聲學(xué) 聲壓法測定噪聲源聲功率級現(xiàn)場比較法》計算出機(jī)組的聲功率級后，按照理論計算，同一臺機(jī)組在半消聲室及現(xiàn)場測試，通過兩種測試方法得到的聲功率級是一樣的，因此通過公式（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。

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

本次測試數(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)面上的平均聲壓級約為86dB（A）。可見，采用此方法得到的結(jié)果更加真實可靠。

依次類推，現(xiàn)場測試同樣可通過測試聲強級的方法來計算得到總聲功率級，再按照上述原理反推計算出特定距離包絡(luò)面上的平均聲壓級。兩種方法各有優(yōu)劣，可以根據(jù)現(xiàn)場條件及聲音特性選擇合適的方法。

6 結(jié)論

（1）通過比較法可以在現(xiàn)場測試得出具備Ⅱ級精度的聲功率級數(shù)據(jù)，可克服大型機(jī)組不能進(jìn)入專業(yè)噪聲室測試噪聲的缺陷。

（2）根據(jù)理論推導(dǎo)，可通過現(xiàn)場測試得到的聲功率級數(shù)據(jù)推導(dǎo)出機(jī)組在半消聲室的1米包絡(luò)面聲壓級數(shù)據(jù)。

（3）在使用多標(biāo)準(zhǔn)聲源的情況下，通過各點的倍頻帶數(shù)據(jù)來計算總聲功率級比通過各點的總聲壓級數(shù)據(jù)計算的總聲功率級置信度更高。

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

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

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