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IEC TS 62370：电声学——声强测量仪器
声强测量仪器的技术规范、校准方法与工程实践指南
IEC TS 62370于2017年作为技术规范发布，规定了用于声强测量的仪器的要求。声强测量是一种功能强大的声学工程技术，与传统声压测量有根本区别：声强测量的是描述每单位面积声能量流动的矢量量。这种矢量特性使工程师能够确定声传播方向、识别噪声源位置，并在不需要消声室或混响室等特殊声学环境的情况下原位测定声功率。声强定义为瞬时声压与相应质点速度在传播方向分量的时间平均乘积。IEC TS 62370涵盖了使用p-p法进行声强测量的仪器，在该方法中，通过两个紧密间隔的压力传声器和欧拉方程的有限差分近似来估算质点速度。这项技术于20世纪70年代首创，并已在国际上标准化，以便在真实环境中实现可靠、可重复的声功率测定。
声强测量与传统声压测量的核心区别在于：声压是标量，而声强是矢量。声强测量可以抑制背景噪声干扰，识别声源方向，这是传统声压测量无法做到的。这一特性使得声强法在工业现场噪声测试中具有独特的优势，无需昂贵的专用声学实验室即可获得高精度结果。
仪器规格与性能要求
该标准根据测量精度将声强仪器分为两个等级：1级（精密级）和2级（普通级）。1级仪器必须在压力-残余声强指数和频率响应平坦度上满足更严格的公差要求，适用于实验室级测量和噪声法规合规性测试。2级仪器适用于不需要最高精度的现场测量和诊断应用。关键性能参数包括：压力-残余声强指数，表征仪器在低频下区分声压和声强分量的能力；传声器通道间的相位失配，这是低频下最主要的误差源；工作频率范围；声强级的动态范围；以及随时间推移和环境条件变化的校准稳定性。
| 参数 | 1级 | 2级 | 测试方法 |
|---|---|---|---|
| 压力-残余声强指数（250 Hz） | >= 15 dB | >= 10 dB | 两个传声器承受等压的耦合器测试 |
| 通道间相位失配 | <= 0.3 deg @ 1 kHz | <= 0.6 deg @ 1 kHz | 静电激励器或互易校准 |
| 频率范围 | 20 Hz – 6.3 kHz | 50 Hz – 5 kHz | 频率响应测量 |
| 级线性误差 | <= 0.5 dB（60 dB范围） | <= 1.0 dB（50 dB范围） | 插入电压法或活塞发声器法 |
| 校准漂移（1年） | <= 0.3 dB | <= 0.5 dB | 年度校准检查 |
声强测量中最关键的误差源是低频下两个传声器通道之间的相位失配。在200 Hz以下频率，两个传声器信号之间的相位差变得非常小，测量系统中任何残留的相位失配都可能主导声强读数。在50 Hz时，仅仅0.1度的相位失配就可能导致典型声场中的声强测量误差超过10 dB。因此，使用静电激励器或专用相位校准耦合器定期进行相位校准对于可靠的低频测量至关重要。在工程实践中，建议每次测量前后都进行相位验证，特别是当测量环境存在显著温度变化时。
校准方法与工程设计要点
IEC TS 62370规定了多层校准方法。现场校准在每次测量前后使用声校准器在一个或多个频率验证系统。实验室校准在每个年度周期或任何维修后提供完整的表征，包括压力-残余声强指数、频率响应、相位响应和级线性。标准规定现场校准的声压级测量不确定度通常为+/- 0.2 dB，而实验室校准在参考条件下的目标为+/- 0.1 dB。
声强测量的工程实践涉及几个关键程序。扫描法被广泛用于原位声功率测定和噪声源识别。标准提供了扫描速度、每个面积单元的测量时间和空间平均技术的指导。对于声功率测定，测量面必须完全包围声源，并且必须在此表面上以足够的空间采样密度测量声强。负局部功率指示器是一个有价值的诊断工具，可以揭示吸收、侧向传声或无功场分量，这些因素可能偏置声功率评估结果。在实践中，使用声强法进行声功率测定时，应特别注意低频段的测量精度，因为在该频段相位失配的影响最为显著。
ISO 9614-1和ISO 9614-2提供了使用声强测量进行声功率测定的标准化程序。IEC TS 62370通过规定实现所述测量不确定度所需的仪器性能要求来补充这些标准。综合运用这些标准，可以在实际环境中以1-3 dB的典型扩展不确定度进行声功率测定，这对于传统混响室方法不切实际或不可行的机械设备现场测试来说具有重要价值。
| 应用 | 测量目标 | 典型探头配置 | 关键挑战 |
|---|---|---|---|
| 原位声功率测定 | 确定运行环境中机械设备的噪声排放 | 50 mm或12 mm间隔圈 | 背景噪声抑制、无功近场 |
| 噪声源识别 | 定位复杂机械上的主要噪声源 | 12 mm或50 mm间隔圈 | 空间分辨率与低频灵敏度的权衡 |
| 隔声量测量 | 测量建筑墙体、门窗的隔声量 | 12 mm间隔圈 | 侧向传声、结构耦合 |
| 吸声系数测量 | 原位确定声学材料吸声系数 | 12 mm或50 mm间隔圈 | 表面阻抗匹配、边缘衍射 |
问1：声强测量与声压测量有何不同？
答：声压是标量，在单点测量。声强是矢量，量化声能量流的幅度和方向。声强测量可以抑制背景噪声并识别噪声源方向，这是传统声压测量无法做到的。声强还能直接测定声功率，无需特殊的声学测试环境。
答：声压是标量，在单点测量。声强是矢量，量化声能量流的幅度和方向。声强测量可以抑制背景噪声并识别噪声源方向，这是传统声压测量无法做到的。声强还能直接测定声功率，无需特殊的声学测试环境。
问2：为什么p-p探头中的传声器间隔圈尺寸很重要？
答：间隔圈决定两个传声器之间的距离，影响探头的频率范围和灵敏度。50 mm间隔圈适用于低频测量，但高频响应受限。12 mm间隔圈扩展了高频范围，但降低了低频灵敏度。6 mm间隔圈用于专业应用中的甚高频测量。间隔圈的选择需要在低频灵敏度和高频空间分辨率之间进行权衡。
答：间隔圈决定两个传声器之间的距离，影响探头的频率范围和灵敏度。50 mm间隔圈适用于低频测量，但高频响应受限。12 mm间隔圈扩展了高频范围，但降低了低频灵敏度。6 mm间隔圈用于专业应用中的甚高频测量。间隔圈的选择需要在低频灵敏度和高频空间分辨率之间进行权衡。
问3：声强探头应多久校准一次？
答：现场校准应在每次测量前后进行。完整的实验室校准（包括相位失配表征和压力-残余声强指数验证）应至少每年进行一次。对于高精度1级测量，建议每半年进行一次完整校准，每季度进行一次相位验证。
答：现场校准应在每次测量前后进行。完整的实验室校准（包括相位失配表征和压力-残余声强指数验证）应至少每年进行一次。对于高精度1级测量，建议每半年进行一次完整校准，每季度进行一次相位验证。
问4：能否在室外进行声强测量？
答：可以但有条件。风在探头上产生的噪声是室外测量的主要限制因素。必须使用防风罩，风速超过5 m/s时应避免测量。温度梯度和大气湍流也会影响测量精度。尽管存在这些挑战，室外声强测量仍广泛用于环境噪声评估和风力涡轮机噪声特性分析。
答：可以但有条件。风在探头上产生的噪声是室外测量的主要限制因素。必须使用防风罩，风速超过5 m/s时应避免测量。温度梯度和大气湍流也会影响测量精度。尽管存在这些挑战，室外声强测量仍广泛用于环境噪声评估和风力涡轮机噪声特性分析。
