一文读懂声学测试：它究竟能为我们做些什么？

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声学包括对声音、噪声和振动的研究。了解产品的声学性能至关重要，因为不同的设备可接受的噪声等级不同。声学测试评估产品在真实环境中的表现，并确定是否需要进行调整以最小化噪音。许多行业的制造商都依靠声学测试来建立这些性能基准。

声学品质和设计是产品性能的重要组成部分。声音在很大程度上影响着人们对产品特性和功能的认知，同时也体现了产品的品牌形象。与此同时，制造商面临着越来越多的监管要求和竞争压力，他们必须降低噪声等级，遵守严格的噪声制造或噪声限制标准。工程师需要高效的工具来设计、改进和验证整个开发过程中的原型。

因此，声学测试解决方案必须具有多功能性，能够适应广泛的行业应用和工程任务，同时符合最新的国际标准。

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声学噪声测试测量的是被测设备产生的声发射，即设备的响度。许多行业都要求进行这种测试，以保护技术人员和最终用户的听力。主要应用包括：

消费电子：在家庭和办公环境中，产生干扰音或嗡嗡声的设备会很明显。随着耳机、智能手机、扬声器、笔记本电脑和其他家用电器等产品对卓越音质的需求不断增长，制造商面临的这一挑战将始终存在。

航空航天与国防：声学噪声测试对航空航天和国防产品至关重要，可防止听力损失，实现清晰的通信，减少听觉检测，并确保在苛刻条件下的关键任务性能。

汽车：电动汽车和混合动力汽车的兴起带来了新的挑战，需要明智的权衡和先进的测试方法。现在比以往任何时候都更迫切需要更好的测试和更准确的数据。

听力学：近几十年来，助听器行业取得了长足的进步。现在，智能自适应设备提出了新的测试挑战，包括如何应对环境变化和切换通道，以优化音质和用户对自己声音的感知。

环境噪声与监测：环境噪声，无论是遥远的发电站还是交通，都会影响到每一个人。噪声监测由法规和立法驱动，旨在保护环境和公众健康免受噪声污染。

监管：国际监管机构要求制造商在销售各类设备之前，必须声明其声学噪声排放等级。除了帮助制造商满足合规要求外，我们还经常受邀参与 ISO 标准的制定。

声音和振动有什么区别，它们之间有什么联系？

声音是由空气分子振动产生的。物体振动时会产生声波，声波在空气中传播。这种由振动引起的空气运动就是我们所认知的声音。

振动是声音的来源。例如，当用鼓槌敲击鼓时，鼓膜会振动并产生声波。鼓膜前后移动时，会推动周围的空气，使空气的流动速度比平时快。移动速度更快的空气与周围的空气分子发生碰撞，向外传递能量。这种空气分子振动的连锁反应一直持续到能量散去，声音消失为止。

有几个因素会影响振动，进而影响声音。例如，增加振动强度会使声音变大，而增加振动频率则会使声音变高。这些振动的频率决定了生物所能听到的声音。人类可以感知特定范围的频率，而其他动物（如狗）则可以感测到超出人类听觉频率的声音。

声音来源

在测量声音时，大多数人会想到使用传声器测量声压。但这是评估声源的最佳方法吗？当金属板振动时，会导致周围的空气粒子移动。当声波与一个粒子相互作用时，会暂时将其从静止位置移开。受激粒子相互传递动量，我们用传声器测量的就是这些空气粒子的扰动。然而，根据传声器的位置，或者是在室内还是室外，记录的声压会有所不同。

为了客观地评估声源，我们必须测量声功率，即振动物体（如金属板）发出的声能，单位为瓦（W）。声功率与环境、距离或方向等因素无关--声压是一种易于测量的效果，而声功率则代表实际原因。

我们如何测量热量就是一个类似的现象。例如，家用散热器会散发热量，但我们使用温度计来测量效果，显示为温度（摄氏度或华氏度）。温度会因环境的不同而变化--但散热器无论是在沙漠中还是在冰屋中散发的热量保持不变。测量声功率可以进行客观比较，通常也是法律要求的。在推出新产品之前，制造商通常必须根据 ISO（国际标准化组织）标准以及当地和地区法规对其进行认证。

除认证外，健全的功率测试还有助于开发符合行业标准的产品，使企业能够超越期望，提高竞争优势，并加强品牌战略。

声功率级可用于：

• 认证机器或设备的噪声排放    

• 验证申报的噪声等级    

• 比较不同机器（无论其类型或大小）的噪声排放情况   

• 降低机器噪声的工程设计    

• 预测噪声等级    

• 确定噪声源的特征    

测量声功率

声功率的测量是一个复杂的过程。它可以通过测量声压 (Pa) 或声强来确定，声强表示单位面积内的能量流动率，单位为瓦特/平方米 (W/m²)。

此外，还有一些替代方法，如声全息技术，可通过定量阵列技术提供定位信息等额外优势。不过，这些方法不符合 ISO 标准，声学照相机等工具得出的结果不能用于监管目的。

基于声压的声功率测量必须在非常特殊的环境条件下进行，通常在消声室或混响室等声学室中进行。这种方法最常用于认证目的，因为它遵循 ISO 标准，该标准概述了获得准确结果所需的程序。

另一方面，基于声强的声功率测量可在任何声场中进行，只要满足某些与声音相关的要求即可。这种方法的优势在于，它可以对单个机器或声源进行测量，即使存在其他发出噪声的部件。由于稳定的背景噪声不会影响测量的声强，因此这种方法可用于控制较差的环境。不过，它也有一些局限性，例如可用频率范围有限、测量过程耗时以及对噪声源特性的限制。与基于声压的测量方法一样，基于声强的测量方法也受 ISO 标准的约束，以确保测量结果的高质量。

选择适当的方法取决于测试目的、可用设备、所需精度、背景噪声等级和测试环境。

精确法：这是 1级方法，可提供最精确的结果。它要求实验室条件和最高质量的设备，以达到最小的不确定性。虽然它能确保最高的精确度，但在测量过程中也需要付出很大的努力。

工程方法：2级方法，结果高度精确。这种方法考虑了声学环境的影响和声源的性质。它非常适合工程任务，如主动或纠正声学设计措施。

调查法：3级方法，需要的时间和设备最少。虽然这种方法适用于比较具有相似特征的声源，但在进行详细的噪声评估时价值有限。

用于测定声功率的设备

要获得符合 ISO 标准并可用于噪声标识和噪声限制目的的结果，需要高质量的测量设备。ISO 3740 和 ISO 9614 标准根据所选的测量方法和所需的精度水平列出了对设备的具体要求。

确定声功率的常用设备包括传声器、声强探头、电缆、滤波器和校准器。

主动式声浪设计（Active Sound Design）

在汽车行业，动力总成电气化的转变提升了主动声浪设计的重要性。内燃机（ICE）汽车中的人工音效主要侧重于提高音质和唤起情感反应，而电动汽车中的音效设计现在则扮演着功能性角色，成为驾驶体验中不可或缺的一部分。

在混合动力汽车中，主动声音设计技术可以从声音上消除干扰性的车内噪声，例如发动机开启或关闭时的过渡噪声。对于电动汽车来说，这项技术可以产生一致的声音反馈，反映加速和制动等驾驶条件，而这些声音在电动马达中通常是没有的。

主动声浪设计还有助于满足“电动汽车警报系统（AVAS）”的法律要求，确保以最小的噪声等级提醒其他道路使用者。该系统可发出外部声音，声音特征独一无二，易于品牌识别。

对新汽车声音的需求--无论是技术上的还是情感上的--都给声音开发团队带来了新的挑战。我们提供全面的工具包，帮助以综合方式应对这些挑战。

空气声学风洞试验

在汽车行业，汽车风洞试验是测量和优化风噪声的有效方法，在早期开发阶段，我们就进行了全面的 CFD（计算流体动力学）和 3D 振动声学模拟。随着汽车电气化趋势的不断发展，对风洞试验的需求激增。没有了内燃机的遮蔽效应，风噪已成为改进的重中之重。

由于风洞试验成本高昂，试验设施面临着改进程序以平衡需求与成本的压力。现在，在每次测试过程中尽可能多地采集数据至关重要。这导致了从基本测试系统向更先进的高通道数系统的转变，后者可提供更强的数据收集能力。

工程师的任务是最大限度地提高测试活动的价值，因此必须选择正确的方法和技术组合。通过将各种技术集成到一个平台中，可以获得新的见解，从而提高车辆的气声性能。我们的解决方案提供尖端技术，可确保最高的生产率和可靠性，是满足当前和未来测试需求的安全有效之选。

“通过噪声”工程

在城市地区，交通噪声是一个重要的不适声源，影响着数百万人的日常生活。为了营造更安宁的生活环境，降低与噪声接触相关的风险，立法者正在制定可接受的噪声排放水平，并对通过噪声 (Pass-by Noise) 等级施加限制。ISO 认证标准用于确保车辆符合这些规定，所有公路车辆，包括卡车、公共汽车、摩托车、大客车和私家车，都必须进行认证。

对于混合动力车和电动车，已经引入了衡量最低噪声排放的新标准。这些车辆还配备了车辆声学警报系统 (AVAS)，增加了车外噪声以提高行人安全。

我们提供用于可靠数据采集的全系列传声器和附件，确保测量准确高效。我们的解决方案不仅有助于认证程序，还能提供有价值的工程见解，例如找出主要噪声来源的根本原因。

声品质工程

产品设计的一个新趋势是消费者可选择的设计方案越来越多。这一趋势给开发和验证团队中的噪声、振动和声振粗糙度（NVH）工程师带来了更大的压力，他们需要更快、更高效地提供测试结果。无论工程师的经验水平如何，他们都需要能帮助他们在不影响其分析和方法的质量或信心的前提下更快获得结果的工具。

我们的解决方案就是为满足这些需求而专门定制的。通过这些工具，您可以排除声品质问题，与竞争对手进行比较，提高 NVH 测试的生产率，并深入了解客户对产品声音的看法。将提高生产率、加深对客户的了解和加快决策相结合，将帮助您更快地向市场推出高质量、音质出色的产品。

声功率测试

测量产品产生的声功率对许多行业都至关重要。声功率值不仅是认证所必需的，也是工程设计和基准测试所必需的。我们的声功率测试解决方案可确保符合国际标准和法规要求，同时还能灵活集成定制的详细声学工程工作流程。

总结

声音和振动质量影响着我们的日常生活，从我们使用的智能手机和驾驶的汽车，到我们操作的机器和生活的环境。领先企业面临的挑战是如何在紧迫的时间内提供创新、高效和定制化的产品，以提供独特的声音和振动体验。

GRAS Sound & Vibration 可帮助声学工程师做出更明智的决策，提高测试效率，并确保符合行业标准。我们通过完整的传声器产品线和外围设备，共同创造的定制化解决方案，以及卓越的售后支持，帮助全球的工程师获得独特的声学和振动测试体验。