通用小型汽油机噪声测试传声器位置合适性准则探讨

杨 锐 刘建辉 毛文刚 刘 琳 杨建伟

（中检西部检测有限公司 陕西 西安 710032）

引言

通用小型汽油机由于其操作简单、通用性强的特点，具有广泛的应用范围。它可以为农林植保机械、园林机械、发电机组和小型工程机械等提供配套动力。随着通用小型汽油机的广泛应用和人们环保意识的不断提高，通用小型汽油机的噪声测试成为日益重要的检测项目。GB/T 1859.1-2015《往复内燃机声压法声功率级的测定第1部分：工程法》于2015年12月10日发布，2016年7月1日实施[1]。该标准替代GB/T 1859-2000《往复内燃机辐射的空气噪声测量工程法及简易法》中的工程法部分[2]。下面对新版标准中增加的噪声测试传声器位置合适性准则进行介绍，并通过试验探讨满足传声器位置合适性准则要求的方法。

1 传声器位置合适性准则

在GB/T 1859.1-2015《往复内燃机声压法声功率级的测定第1部分：工程法》第7.7部分规定：如发动机工作时所有传声器位置处测得的声压级平均值的标准偏差（sL′pm）（简称声压级均值偏差）≤/2 dB，则满足传声器位置合适性准则要求，否则测量无效。所有传声器位置处测得的声压级平均值L′pm的标准偏差 s（L′pm）按式（1）计算，单位为分贝（dB）：

式中：L′pi为第i个传声器位置处测得的声压级，单位为分贝（dB）；NM为传声器位置的数目；L′pm为所有传声器位置处测得的声压级平均值。

所有传声器位置处测得的声压级平均值L′pm按式（2）计算，单位为分贝（dB）：

2 试验设计

为探讨满足噪声测试过程中传声器位置合适性准则的要求，本次研究方案中设计3种试验。分别进行不同测量距离和不同传声器位置数目的噪声测试，试验方案见表1。试验严格按照GB/T 1859.1—2015的规定进行。

表1 试验方案

2.1 测试仪器

声级计满足GB/T 3785.1规定的1级仪器的要求，声校准器应满足GB/T 15173规定的1级仪器的要求，每次系列测量前后测量系统不作调整的校准读数的差值应小于0.1 dB。

2.2 声学环境

本次试验的试验室为半消声室。试验室四面墙壁和顶面装有大量吸声材料，反射面（地面）为水泥地面。测试环境满足声学合适性准则。经试验测得在传声器位置上平均后的背景噪声声压级比未修正的被测声源声压级至少低15 dB以上，满足背景噪声准则。

2.3 试验对象

本次试验以170F型通用小型汽油机为测试对象，发动机技术参数见表2。

表2 试验用发动机技术参数

2.4 基准体

根据GB/T 1859.1—2015的规定，确定基准体尺寸时，可以将发动机上非重要声能辐射体的凸出部分忽略不计。为安全起见基准体允许大到足以包住危险区，如一台另外的固定机械的运动件。本次试验矩形基准体的长l1=0.35 m、宽l2=0.29 m、高l3=0.87 m。

2.5 测量表面和测点位置

试验一和试验二的测量表面和测点位置如图1所示。试验一中测量距离d=1 m，试验二中测量距离d=2 m。测点位置位于测量表面每个面的中心和角上（落入反射面的位置除外）。

图1 试验一和试验二测量表面和测点位置

试验三的测量表面和测点位置如图2所示。测量距离d=1 m。本部分将测量表面的每一个面分为4个等尺寸矩形面积单元，形成8个矩形等尺寸的矩形六面体。本部分的测点位置位于每个矩形面积单元的中心和角上（落入反射面的位置除外），矩形面积单元中心的测点有20个，矩形面积单元角上的测点有17，测点共37个。试验室测点布置如图3所示。

图2 试验三测量表面和测点位置

图3 试验室测点布置图

2.6 运转工况

噪声测量时，发动机在ISO标准状况下按GB/T 6072.1规定的ISO标准功率及相应转速稳定运转，此时发动机油温、冷却介质温度稳定，环境和进气温度不应高于45℃。3次试验发动机均在3.8 kW@3 600 r/min工况下稳定运转。

2.7 测试数据

本次使用声级计测量时间计权声压级，被测声源为稳态运转，选择用时间计权S（慢），时间平均声压级的测量时间间隔大于20 s。3次试验按照GB/T 1859.1—2015计算得出数据结果见表3。

其中测得的表面声压级和背景噪声声压级分别按式（3）和式（4）计算，单位为分贝（dB）：

表3 计算得出数据结果

式中：L′pi为第i个传声器位置处测得的声压级，单位为分贝（dB）；L′p（B）为第 i个传声器位置处测得的背景噪声声压级，单位为分贝（dB）；NM为传声器位置的数目。

其中表面声压级按式（5）计算，声功率级LW按式（6）计算，单位为分贝（dB）：

式中：K1为背景噪声修正值，单位为分贝（dB）；K2为环境修正值，单位为分贝（dB）。

式中：S1为测量表面面积，单位为平方米（m2）；S0为基准面积，等于1，单位为平方米（m2）。

3 数据分析及结论

通用小型汽油机结构紧凑，外形近似立方体，发动机辐射的噪声具有较强的指向性，并且发动机的进气系统和排气系统侧噪声辐射大，测点噪声具有很大的不均匀性，在工程法测试中很难满足传声器位置合适性准则要求[3]。

通过对3组试验数据的整理分析可以看出：试验一和试验二测得的声压级平均值的标准偏差s（L′pm）均大于/2 dB，不满足噪声测试工程法中传声器位置合适性准则要求，测量无效。试验三测得的声压级平均值的标准偏差s（L′pm）=0.24 dB，标准偏差小于/2 dB，满足工程法中传声器位置合适性准则要求。

在GB/T 1859.1—2015标准中说明增加测量距离和增加传声器位置的数目可减小声压级均值偏差。试验二采用增加测量距离的方法，将测量距离增加为2 m，从试验结果看出声压级均值偏差较试验一减小0.1dB，但仍然不满足标准偏差（sL′pm）≤/2 dB的要求。试验三通过细化测量表面的面积单元，增加传声器位置的方法，将测点数增加至37个。从试验结果看出声压级均值偏差较试验一减小0.66 dB，满足标准偏差s（L′pm）≤/2 dB的要求。

从试验数据得出，增加测量距离和增加传声器位置的数目都可减小声压级均值偏差，但增加传声器位置的数目对减小声压级均值偏差效果明显。通过细化测量表面的面积单元，增加传声器位置的方法，更容易达到工程法中传声器位置合适性准则要求。