通用小型汽油機(jī)噪聲測(cè)試傳聲器位置合適性準(zhǔn)則探討

楊 銳 劉建輝 毛文剛 劉 琳 楊建偉

（中檢西部檢測(cè)有限公司 陜西 西安 710032）

引言

通用小型汽油機(jī)由于其操作簡(jiǎn)單、通用性強(qiáng)的特點(diǎn)，具有廣泛的應(yīng)用范圍。它可以為農(nóng)林植保機(jī)械、園林機(jī)械、發(fā)電機(jī)組和小型工程機(jī)械等提供配套動(dòng)力。隨著通用小型汽油機(jī)的廣泛應(yīng)用和人們環(huán)保意識(shí)的不斷提高，通用小型汽油機(jī)的噪聲測(cè)試成為日益重要的檢測(cè)項(xiàng)目。GB/T 1859.1-2015《往復(fù)內(nèi)燃機(jī)聲壓法聲功率級(jí)的測(cè)定第1部分：工程法》于2015年12月10日發(fā)布，2016年7月1日實(shí)施[1]。該標(biāo)準(zhǔn)替代GB/T 1859-2000《往復(fù)內(nèi)燃機(jī)輻射的空氣噪聲測(cè)量工程法及簡(jiǎn)易法》中的工程法部分[2]。下面對(duì)新版標(biāo)準(zhǔn)中增加的噪聲測(cè)試傳聲器位置合適性準(zhǔn)則進(jìn)行介紹，并通過試驗(yàn)探討滿足傳聲器位置合適性準(zhǔn)則要求的方法。

1 傳聲器位置合適性準(zhǔn)則

在GB/T 1859.1-2015《往復(fù)內(nèi)燃機(jī)聲壓法聲功率級(jí)的測(cè)定第1部分：工程法》第7.7部分規(guī)定：如發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)所有傳聲器位置處測(cè)得的聲壓級(jí)平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差（sL′pm）（簡(jiǎn)稱聲壓級(jí)均值偏差）≤/2 dB，則滿足傳聲器位置合適性準(zhǔn)則要求，否則測(cè)量無效。所有傳聲器位置處測(cè)得的聲壓級(jí)平均值L′pm的標(biāo)準(zhǔn)偏差 s（L′pm）按式（1）計(jì)算，單位為分貝（dB）：

式中：L′pi為第i個(gè)傳聲器位置處測(cè)得的聲壓級(jí)，單位為分貝（dB）；NM為傳聲器位置的數(shù)目；L′pm為所有傳聲器位置處測(cè)得的聲壓級(jí)平均值。

所有傳聲器位置處測(cè)得的聲壓級(jí)平均值L′pm按式（2）計(jì)算，單位為分貝（dB）：

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

為探討滿足噪聲測(cè)試過程中傳聲器位置合適性準(zhǔn)則的要求，本次研究方案中設(shè)計(jì)3種試驗(yàn)。分別進(jìn)行不同測(cè)量距離和不同傳聲器位置數(shù)目的噪聲測(cè)試，試驗(yàn)方案見表1。試驗(yàn)嚴(yán)格按照GB/T 1859.1—2015的規(guī)定進(jìn)行。

表1 試驗(yàn)方案

2.1 測(cè)試儀器

聲級(jí)計(jì)滿足GB/T 3785.1規(guī)定的1級(jí)儀器的要求，聲校準(zhǔn)器應(yīng)滿足GB/T 15173規(guī)定的1級(jí)儀器的要求，每次系列測(cè)量前后測(cè)量系統(tǒng)不作調(diào)整的校準(zhǔn)讀數(shù)的差值應(yīng)小于0.1 dB。

2.2 聲學(xué)環(huán)境

本次試驗(yàn)的試驗(yàn)室為半消聲室。試驗(yàn)室四面墻壁和頂面裝有大量吸聲材料，反射面（地面）為水泥地面。測(cè)試環(huán)境滿足聲學(xué)合適性準(zhǔn)則。經(jīng)試驗(yàn)測(cè)得在傳聲器位置上平均后的背景噪聲聲壓級(jí)比未修正的被測(cè)聲源聲壓級(jí)至少低15 dB以上，滿足背景噪聲準(zhǔn)則。

2.3 試驗(yàn)對(duì)象

本次試驗(yàn)以170F型通用小型汽油機(jī)為測(cè)試對(duì)象，發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)參數(shù)見表2。

表2 試驗(yàn)用發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)參數(shù)

2.4 基準(zhǔn)體

根據(jù)GB/T 1859.1—2015的規(guī)定，確定基準(zhǔn)體尺寸時(shí)，可以將發(fā)動(dòng)機(jī)上非重要聲能輻射體的凸出部分忽略不計(jì)。為安全起見基準(zhǔn)體允許大到足以包住危險(xiǎn)區(qū)，如一臺(tái)另外的固定機(jī)械的運(yùn)動(dòng)件。本次試驗(yàn)矩形基準(zhǔn)體的長(zhǎng)l1=0.35 m、寬l2=0.29 m、高l3=0.87 m。

2.5 測(cè)量表面和測(cè)點(diǎn)位置

試驗(yàn)一和試驗(yàn)二的測(cè)量表面和測(cè)點(diǎn)位置如圖1所示。試驗(yàn)一中測(cè)量距離d=1 m，試驗(yàn)二中測(cè)量距離d=2 m。測(cè)點(diǎn)位置位于測(cè)量表面每個(gè)面的中心和角上（落入反射面的位置除外）。

圖1 試驗(yàn)一和試驗(yàn)二測(cè)量表面和測(cè)點(diǎn)位置

試驗(yàn)三的測(cè)量表面和測(cè)點(diǎn)位置如圖2所示。測(cè)量距離d=1 m。本部分將測(cè)量表面的每一個(gè)面分為4個(gè)等尺寸矩形面積單元，形成8個(gè)矩形等尺寸的矩形六面體。本部分的測(cè)點(diǎn)位置位于每個(gè)矩形面積單元的中心和角上（落入反射面的位置除外），矩形面積單元中心的測(cè)點(diǎn)有20個(gè)，矩形面積單元角上的測(cè)點(diǎn)有17，測(cè)點(diǎn)共37個(gè)。試驗(yàn)室測(cè)點(diǎn)布置如圖3所示。

圖2 試驗(yàn)三測(cè)量表面和測(cè)點(diǎn)位置

圖3 試驗(yàn)室測(cè)點(diǎn)布置圖

2.6 運(yùn)轉(zhuǎn)工況

噪聲測(cè)量時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)在ISO標(biāo)準(zhǔn)狀況下按GB/T 6072.1規(guī)定的ISO標(biāo)準(zhǔn)功率及相應(yīng)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)油溫、冷卻介質(zhì)溫度穩(wěn)定，環(huán)境和進(jìn)氣溫度不應(yīng)高于45℃。3次試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)均在3.8 kW@3 600 r/min工況下穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。

2.7 測(cè)試數(shù)據(jù)

本次使用聲級(jí)計(jì)測(cè)量時(shí)間計(jì)權(quán)聲壓級(jí)，被測(cè)聲源為穩(wěn)態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)，選擇用時(shí)間計(jì)權(quán)S（慢），時(shí)間平均聲壓級(jí)的測(cè)量時(shí)間間隔大于20 s。3次試驗(yàn)按照GB/T 1859.1—2015計(jì)算得出數(shù)據(jù)結(jié)果見表3。

其中測(cè)得的表面聲壓級(jí)和背景噪聲聲壓級(jí)分別按式（3）和式（4）計(jì)算，單位為分貝（dB）：

表3 計(jì)算得出數(shù)據(jù)結(jié)果

式中：L′pi為第i個(gè)傳聲器位置處測(cè)得的聲壓級(jí)，單位為分貝（dB）；L′p（B）為第 i個(gè)傳聲器位置處測(cè)得的背景噪聲聲壓級(jí)，單位為分貝（dB）；NM為傳聲器位置的數(shù)目。

其中表面聲壓級(jí)按式（5）計(jì)算，聲功率級(jí)LW按式（6）計(jì)算，單位為分貝（dB）：

式中：K1為背景噪聲修正值，單位為分貝（dB）；K2為環(huán)境修正值，單位為分貝（dB）。

式中：S1為測(cè)量表面面積，單位為平方米（m2）；S0為基準(zhǔn)面積，等于1，單位為平方米（m2）。

3 數(shù)據(jù)分析及結(jié)論

通用小型汽油機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，外形近似立方體，發(fā)動(dòng)機(jī)輻射的噪聲具有較強(qiáng)的指向性，并且發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)側(cè)噪聲輻射大，測(cè)點(diǎn)噪聲具有很大的不均勻性，在工程法測(cè)試中很難滿足傳聲器位置合適性準(zhǔn)則要求[3]。

通過對(duì)3組試驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理分析可以看出：試驗(yàn)一和試驗(yàn)二測(cè)得的聲壓級(jí)平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差s（L′pm）均大于/2 dB，不滿足噪聲測(cè)試工程法中傳聲器位置合適性準(zhǔn)則要求，測(cè)量無效。試驗(yàn)三測(cè)得的聲壓級(jí)平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差s（L′pm）=0.24 dB，標(biāo)準(zhǔn)偏差小于/2 dB，滿足工程法中傳聲器位置合適性準(zhǔn)則要求。

在GB/T 1859.1—2015標(biāo)準(zhǔn)中說明增加測(cè)量距離和增加傳聲器位置的數(shù)目可減小聲壓級(jí)均值偏差。試驗(yàn)二采用增加測(cè)量距離的方法，將測(cè)量距離增加為2 m，從試驗(yàn)結(jié)果看出聲壓級(jí)均值偏差較試驗(yàn)一減小0.1dB，但仍然不滿足標(biāo)準(zhǔn)偏差（sL′pm）≤/2 dB的要求。試驗(yàn)三通過細(xì)化測(cè)量表面的面積單元，增加傳聲器位置的方法，將測(cè)點(diǎn)數(shù)增加至37個(gè)。從試驗(yàn)結(jié)果看出聲壓級(jí)均值偏差較試驗(yàn)一減小0.66 dB，滿足標(biāo)準(zhǔn)偏差s（L′pm）≤/2 dB的要求。

從試驗(yàn)數(shù)據(jù)得出，增加測(cè)量距離和增加傳聲器位置的數(shù)目都可減小聲壓級(jí)均值偏差，但增加傳聲器位置的數(shù)目對(duì)減小聲壓級(jí)均值偏差效果明顯。通過細(xì)化測(cè)量表面的面積單元，增加傳聲器位置的方法，更容易達(dá)到工程法中傳聲器位置合適性準(zhǔn)則要求。