基于笔记本电脑的声功率级测量
Written by Carsten Frederiksen
为了确保消费者和使用者的健康和安全，几乎任何种类的机械或装置的生产商都必须遵守法规，例如欧盟的噪音和机械指令(2006/42/EC) ，以衡量和申报其产品的声功率 -- 从玩具、打印机和白色家电到工业工具和建筑机械。声功率也用于工程任务，如产品声音设计。
这个应用程序说明描述了如何执行一个声音功率级测量与 Dewesoft 声功率解决方案。被测对象是一台笔记本电脑，一个标准的笔记本电脑，测量是在半消声室中根据 ISO 3744进行的。
声功率 vs 声压
声源，如机械辐射声能量，这就产生了声压。声压的效果是可以测量的，但声功率是原因。与声压不同，声功率不依赖于周围环境的声学效果，也不依赖于其他来源的噪声或特定的测量位置。因此，声功率对于量化产品的噪音是有用的。
声功率定义为一个声源在单位时间内辐射的总声能，其计量单位为瓦特。产品的声功率需要测量，以符合国际标准和法规。声功率级是首选的测量，因为它是一致的，可比较的，和更有用的噪声控制工程-结果通常报告在分贝。
ISO 7779:2018声学标准规定了测量笔记本电脑等信息技术和电信设备发出的空气噪声的方法。制造商和用户采用了各种各样的方法来满足特定的设备或应用需求。这些不同的做法，在许多情况下，使噪音发射的比较困难。ISO 7779简化了这种比较，是宣布 ITT 设备噪声发射水平的基础。
用以申报资讯科技设备噪音排放的标准是 iso9296:2017声学标准-电脑及商用设备的申报噪音排放值。本标准适用于信息技术和电信设备，并规定:
▶ 对于一批设备，确定数值的方法,
声称的 a 加权平均声功率级(LWA，m) ;
声称的 a 加权平均发射声压级(LpA，m) ;
用于验证的统计加法器(Kv) ;
统计上限 a 加权声功率级(LWA，c) ;
▶ 如何向用户提供声学和产品信息,
▶ 核实已申报的噪音发射值的方法
为避免对现有设施和经验作出过度限制，本署订明了三项基本的噪音发射标准，以决定声功率级。ISO 3741规定了混响测试室中的比较测量值; ISO 3744和 ISO 3745规定了反射面上基本自由场中的测量值。在确定机器的声功率级时，可根据本文件的要求，选择和使用这三个基本噪声发射标准中的任何一个。
声功率级测试装置
这款笔记本—— Dell Inspiron 17R ——根据 ISO 3744进行了测试。根据本标准进行的测量是在专门的测试室中进行的，这样可以防止测量不需要的声反射以及测试设备的噪声输出，或者在自由场的室外测试环境中。在这种情况下，测试是在一个半消声室中进行的，笔记本电脑处于不同的性能状态:
空转-睡眠
▶ Saving” 最小: 笔记本电脑空闲时的最小噪音排放(Windows 电源计划: “节能”)
▶ 介质: 当笔记本电脑空闲时记录的平均噪声发射(电源计划: “节能”)
▶ 最大值: 当笔记本电脑空闲时测量到的最大噪声发射(电源计划: “高性能”)
运作
▶ 媒介: 电脑在高度使用系统时的平均噪音发射。(3D Mark 2006，Power Plan: Power Plan: “ High Performance”)
▶ 最大值: 当系统处于高负载时，最大可能的噪音排放(电源计划: “高性能” ，100% CPU 和 GPU 使用率——用于测试工具，如 Prime95和 Furmark 加载 CPU)
考虑因素
在一个安静的房间里，人的耳朵可以听到背景噪音，应该达到28分贝左右。正常音量范围内的对话60分贝。所有这些值取决于距离噪声源的距离。因此，测量仪必须固定在离测试对象恒定距离的地方。通过这种方式，测量结果提供了彼此可比较的清晰结果。
这些测量数据是以图形的形式显示的，可以主观地判断:
▶ 小于30分贝: 几乎听不见
▶ 可达35分贝: 可听但不会分散注意力。笔记本电脑运行办公程序的理想噪音排放水平
▶ 高达40分贝: 清楚听得见，过一会儿可能会分散注意力
▶ 高达45分贝: 如果使用者在一个安静的房间里，可能会打扰使用者。玩游戏时仍然可以接受
▶ 超过50分贝: 笔记本电脑的排放超过这个水平是令人不舒服的响亮
声功率测量的数据采集与测量装置
在许多情况下，半消声室可以实现反射面上的自由场条件。这些房间在产品设计过程中特别有用，可以定位和改善单独的噪音源。在这种情况下，半消声室内外的测量装置包括:
数据采集系统
▶ SIRIUS modular DAQ system - SIRIUSi-HD-16xACC，usb 为基础，16通道 iepe/电压单元，24位 Sigma-Delta ADC 和每秒200千赫采样率
▶ 10个麦克风 (缩放:-40/-55 mV/Pa)
▶ 半球套件(对角线: 2716毫米，高度: 1283毫米)
▶ 10根 BNC 电缆(10米)
软件
▶ DEWESoft X2 DSA package Sound Power plugin
半球套件设置
在这种情况下，使用到了一个半径约1.36米的装载了10个麦克风的半球套件从 G.R.A.S.。从声源发出到麦克风的距离是1米。该网格非常简单，可以按照附加的说明书组装。一切都在大约30分钟内准备就绪。
首先，金属棒被组装并连接在一起，创造出半球结构。下一步是根据标准将麦克风放在正确的位置。网格支持10或20个麦克风，所以最适合的位置为麦克风安装必须选择。位置必须与标准对齐，半球套件提供协助，因为位置用不同颜色的小螺丝标记。
麦克风
10根 BNC 电缆，每根长10米，使测量设备能够放置在半消声室之外。这对于将背景噪音降低到最小很重要。麦克风有 TEDS 芯片，所以 Dewesoft 软件在插入后会自动记录校准因子。
整个数据采集过程大约花了我们10分钟。我们测量了笔记本电脑在三个不同的状态，一个测量的最小测量时间是20秒(根据标准)。
声音功率软件设置
参加会议的设置是从下拉菜单中选择的(ISO 3744，半球) 。10个麦克风的确切位置(x，y，z)安装在声源周围的半径为1米的表以及在一个视觉表示。测量并输入大气压力，另外选择背景测量(K1修正)方法。
声功率测量界面和数据可视化
在 Dewesoft x 软件中的声功率插件为您整个过程提供指导。首先，在关闭声源(笔记本电脑)的情况下，对背景噪声进行测量。然后笔记本电脑被打开，配置为“空闲模式”或“高系统使用” ，并执行测量。根据标准，数据必须在每个步骤收集至少20秒。动作按钮(绿色)允许交互(获取背景，开始获取)。下面的文本框显示状态消息和警告。
ISO 3744测量的最终结果表示在相同的测试时间和地点等相同的环境条件下各频带声功率级，根据背景平均声压级进行计算，并对背景噪声、测试环境的影响和测量面积进行了修正。
17英寸笔记本的噪音水平被确定为非常好。笔记本电脑的声音一直都能听到，因为风扇从来没有停止过转动。然而，在空闲时的噪音是非常低的32分贝(a) 。在这种情况下，风扇速度或多或少是恒定的，因此非常适合办公环境。硬盘驱动器可能会有点干扰与读/写头的叮当声，37.6分贝(a)测量在高活性。在最高性能的戴尔 inspira 17R，噪音上升到40.4分贝(a)(压力测试 cpu + gpu-FurMark)。当玩游戏或运行3DMark 2006，我们测量了一个中等的声功率级为36.4分贝(a)。然而，在这些情况下，风扇的速度也是恒定的，没有扰人的噪声。
| 天气 | 晴朗 |
|
温度[℃] : |
22 |
|
压力[kPa] : |
1000 |
|
相对湿度[%] : |
45 |
|
测量时间[s] : |
20 |
|
K1 [dB] : |
1.30 |
|
K2[ dB ] : |
0.00 |
| 频率[Hz] |
Lw (avg) [dBA] |
| 100 |
11.4 |
| 125 |
6.14 |
| 160 |
4.81 |
|
200 |
7.65 |
|
250 |
11.18 |
|
315 |
15.58 |
|
400 |
20.47 |
|
500 |
26.84 |
|
630 |
30.07 |
|
800 |
29.52 |
|
1000 |
31.89 |
|
1250 |
32.22 |
|
1600 |
31.56 |
|
2000 |
29.73 |
|
2500 |
29.51 |
|
3150 |
27.51 |
|
4000 |
25.69 |
|
5000 |
24.95 |
|
6300 |
23.99 |
|
8000 |
23.28 |
|
10000 |
22.7 |
声功率级报告
项目编号 :
000002
项目简介 :
带电源的笔记本电脑的声压级
测量日期 :
14.7.2015
公司 :
Dewesoft d.o.o.
报告版本 :
1.0
标准 :
ISO 3744 3744
测量地点 :
负责人 :
Dewesoft
机器类型 :
Laptop 笔记本电脑
机器描述 :
长度[ m ] :
0.27
阔度[ m ] :
0.028
高度[ m ] :
0.41
风扇速度[RPM] :
3963.00
补充信息 :
该笔记本电脑在性能测试 FurMark 1.16.0.0下运行(与附录 a 相同)
高精度声功率计 :
Dewesoft
测量放大器 :
Sirius ACC
半球 :
G.R.A.S. (1 m)
麦克风 :
G.R.A.S.
数据记录和分析软件 :
DEWESoft X2 SP3
校准器 :
G.R.A.S 校准器
麦克风位置 :
半球
半径[ m ] :
1
麦克风的数量 :
10
房间类型 :
半消声的