info@adtsystems.vn

Công suất âm thanh là gì?

CÔNG SUẤT ÂM THANH

Làm thế nào để đo công suất âm thanh của một sản phẩm phát ra?

Xem xét bộ loa trong Hình 1. Để cụ thể hơn về chủ đề này, chúng ta sẽ giả định rằng bộ loa đang phát ra âm thanh ổn định và không thay đổi.

tieng-on-phat-ra tu-san-pham

Bức hình 1. Bộ loa phát ra âm thanh

Để đo độ lớn âm thanh của bộ loa, người ta có cách đơn giản là đặt microphone trước bộ loa và đo mức decibel như trong hình 2.

do-luong-cuong-do-am-thanh-san-pham

Bức hình 2. Đo lường âm thanh của loa với microphone

Nhưng vị trí nào đặt microphone? Khoảng cách bao xa? Microphone đặt càng xa đối tượng phát ra âm thanh, giá trị decibel càng thấp (Hình 3). Khoảng cách chắc chắn ảnh hưởng đến âm thanh thu được.

van-de-khoang-cach-do-luong

Hình 3: Microphones đo âm thanh nằm cách loa 1 mét và 2 mét

 

Trên thực tế, trong trường  âm tự do, mức áp suất âm giảm dần 6 dB khi khoảng cách bộ loa phát ra âm thanh tăng lên gấp đôi. Đi từ 1 mét tới 2 mét sẽ giảm 6 dB. Nếu một bộ loa có yêu cầu là 50 dB, nhưng khoảng cách microphone không được chỉ định, người ta có thể đặt microphone cách xa đủ để đáp ứng yêu cầu!

Ngay cả khi một microphone được đặt ở cùng một khoảng cách, mức decibel đo được có thể khác nhau tùy thuộc vào vị trí tương đối giữa microphone với bộ loa, như trong Hình 4.

cung-mot-khoang-cach-khac-vi-tri

Hình 4. Microphone đo lường âm thanh ở cùng 1 cách khoảng cách bộ loa phát ra âm thanh nhưng khác vị trí

Một microphone đặt phía sau loa sẽ không thu được cùng một mức độ decibel như microphone đặt ở  trước của loa.

Làm thế nào có thể định lượng độ lớn âm thanh của một đối tượng, mà không phụ thuộc vào khoảng cách và vị trí của microphone? Câu trả lời là công suất âm thanh.

Công suất  âm thanh định lượng độ mạnh nguồn âm thanh của một đối tượng vật thể, không phụ thuộc vào khoảng cách và vị trí của phép đo.

Làm thế nào là thực hiện trong thực tế?

Đo lường công suất âm thanh

Có nhiều phương pháp khác nhau được sử dụng để định lượng công suất âm thanh của một đối tượng. Phương pháp phổ biến sử dụng các microphone đo kiểm âm thanh bao quanh đối tượng (Hình 5).

he-thong-microphone-bao-quanh-vat-the

Hình 5. Bố trí các microphone theo hình bán cầu bao quanh đối tượng, phía trên mặt phẳng phản xạ.
Bên trái: Các chấm đỏ biểu thị vị trí của các microphone.
Bên phải: hệ thống đo công suất âm thanh thực tế

Ví dụ, các microphones được đặt xung quanh vật thể theo hình bán cầu, để thu nhận tất cả âm thanh phát ra từ vật thể theo mọi hướng. Bằng cách lấy trung bình năng lượng của các microphone, ta sẽ thu được kết quả đo âm thanh không phụ thuộc vào vị trí của nguồn phát. Xem phần “Áp suất âm thanh” trong Phương trình 1.

Để đơn giản hóa mức thu của các microphone trên khoảng cách, diện tích bề mặt của bán cầu được tính toán và sau đó được chuyển đổi thành mức decibel (dB). Xem phần “Diện tích bề mặt” trong Phương trình 1. Bằng cách tính diện tích bề mặt của hình bán cầu, ta có thể thực hiện phép đo độc lập với khoảng cách.

dien-tic-be-mat-va-ap-suat-am-thanh

Phương trình 1: Công suất âm thanh dựa trên Diện tích bề mặt và Áp suất âm thanh

Phương trình 1 là công thức cơ bản của Công suất âm thanh (Lw), trong đó L là mức áp suất âm thanh và w là viết tắt của watt (đơn vị đo công suất âm thanh). Công suất âm thanh thường được tính theo mức decibel tham chiếu với 1 PicoWatt (1 pW).

Các phương trình có hai phần chính:

  • Áp suất âm thanh – Áp suất âm thanh từ các microphone khác nhau (Lp) được tính trung bình và chuyển đổi thành decibel
  • Diện tích bề mặt – Diện tích bề mặt bố trí các microphone được chuyển thành decibel. Diện tích bề mặt tham chiếu (So) là 1 m2.

Công suất âm thanh của một vật thể luôn luôn giống nhau bất kể kích thước bán cầu được sử dụng để đo đạc. Áp suất và diện tích bề mặt  kết hợp với nhau để tạo ra tổng công suất âm thanh luôn không đổi (Hình 6).

ap-suat-am-thanh-dien-tich-be-mat

Hình 6: Mặt cắt ngang của cấu hình đo công suất âm thanh hình bán cầu. Hình bên trái cho thấy các microphone gần đối tượng làm tăng mức áp suất âm thanh, nhưng có diện tích bề mặt nhỏ hơn. Hình bên phải cho thấy diện tích bề mặt lớn hơn với các microphone được đặt xa đối tượng hơn.

Khi diện tích bề mặt nhỏ hơn, các microphone ở khoảng cách gần đối tượng kiểm tra hơn:

  • Các microphone càng gần đối tượng thì mức áp suất âm thanh đo được càng cao.
  • Các giá trị áp suất âm thanh đo được cao hơn được bù trừ bằng sự giảm diện tích bề mặt trong phương trình.

Vì vậy, tổng công suất âm thanh (Lw) không thay đổi!

Ngược lại, khi diện tích tăng lên, các microphone sẽ cách xa đối tượng kiểm tra hơn. Càng xa đối tượng kiểm tra, thì mức áp suất âm thanh các microphone đo được càng thấp.

Phương trình công suất âm thanh được thiết lập sao cho bất kỳ sự thay đổi áp suất âm thanh đều được bù trừ bằng những thay đổi tương ứng của diện tích bề mặt, do đó, tổng công suất âm thanh vẫn không đổi.

quang-tam

Hình 7: Kết quả kiểm tra phổ công suất âm thanh – Mức decibel lọc A-weighted tham chiếu theo mức công suất Watts tính theo dải âm quãng tám

Kết quả đo công suất âm thanh sẽ là phổ quãng tám có sử dụng bộ lọc A-weighted (Hình 7). Nó có đơn vị là dB tham chiếu theo Watt.

Các thông số hiệu chỉnh

Đo công suất âm thanh được thực hiện trong nhiều cơ sở có chất lượng và hiệu suất khác nhau.
Các thông số hiệu chỉnh được sử dụng để loại bỏ một số sai khác giữa các cơ sở đo kiểm.

Trong thực tế, phương trình công suất âm thanh (Phương trình 1) giả định rằng không có các nguồn âm thanh khác  gần đó. Nó cũng giả định rằng không có vật cản gần với đối tượng đo ngoài mặt phẳng phản xạ từ mặt đất.

mo-phong-cae-ao-do-tieng-on

Hình 8: Mô phỏng CAE ảo của phép đo kiểm công suất âm thanh không tiếng ồn nền ngoại lai

Trong mô phỏng âm thanh CAE ảo, điều này có thể dễ thực hiện (Hình 8). Nhưng trong thực tế, có thể có sự phản xạ và các nguồn âm thanh khác. Các tham số điều chỉnh, K1 và K2 được sử dụng để loại bỏ các ảnh hưởng của các phản xạ và các nguồn khác, trong một số giới hạn nhất định. Những điều chỉnh này được thực hiện trên cơ sở dải âm quãng tám.

K1 – Hiệu chỉnh ồn nền

Khi thực hiện đo công suất âm thanh, người ta sẽ thực hiện một phép đo khi không có tín hiệu âm thanh phát ra từ đối tượng. Đây được gọi là phép đo ồn nền. Sự hiệu chỉnh này được thực hiện trên mỗi băng tần quãng tám. Tùy thuộc vào mức độ tiếng ồn nền so với phép đo thực, người ta có thể thực hiện một số thao tác hiệu chỉnh sau:

  • Nếu  độ ồn nền lớn hơn tiếng ồn đối tượng được đo phát ra thì toàn bộ kết quả đo không hợp lệ.
  • Nếu độ ồn nền rất thấp so với đối tượng được đo, thì không cần thực hiện sự hiệu chỉnh. Đây là trường hợp khi mức ồn nền thấp hơn mức đo từ 15 dB trở lên.
  • Nếu độ ồn nền nằm trong phạm vi định trước so với đo thực tế, phông tiếng ồn sẽ được loại trừ khỏi tổng số công suất âm thanh.

K2 – Phản xạ

Một số môi trường thử nghiệm không phải là phi phản xạ tuyệt đối. Âm thanh phản xạ từ các khu vực khác ngoài mặt phẳng phản xạ làm cho mức công suất âm thanh cao hơn mức thực tế. Tiếng ồn do phản xạ có thể được định lượng và hiệu chỉnh.

Để làm điều này, người ta sẽ đo một nguồn âm tham chiếu trong môi trường đo kiểm. Nguồn âm tham chiếu nguồn tạo ra mức năng lượng âm thanh biết trước và lặp đi lặp lại. Đối với một quãng tám cho trước, nếu mức nguồn âm tham chiếu là 90 dB, nhưng kết quả đo được là 91 dB do kết quả của các phản xạ, sự sai khác này sẽ được hiệu chỉnh.

Hai tham số hiệu chỉnh này được loại bỏ khỏi giá trị công suất  âm thanh. Xem Phương trình 2.

ap-suat-am-va-dien-tich-be-mat

Phương trình 2: Phương trình công suất âm thanh với áp suất âm, diện tích bề mặt và các tham số hiệu chỉnh

Kết luận

Công suất âm thanh định lượng độ lớn nguồn âm của một đối tượng, không phụ thuộc vào khoảng cách và vị trí của phép đo âm thanh.

Hình 9. Thực hiện đo công suất âm thanh với các microphone bố trí dạng bán cầu

Có 4 tham số chính cần quan tâm khi tính toán công suất âm thanh (Phương trình 2):

Đo thanh áp – Sử dụng một dãy microphones để đo thanh áp xung quanh đối tượng đo. Mật độ bố trí microphone đảm bảo kết quả đo chính xác mà không phụ thuộc vào vị trí.

Diện tích bề mặt – Diện tích bề mặt bố trí microphone để bù trừ với khoảng cách giữa các microphone và đối tượng đo.

Hiệu chỉnh K1 – Đại diện cho độ ồn nền của môi trường đo. Trong một số trường hợp, công suất âm thanh sẽ được hiệu chỉnh để bù trừ với ồn nền.

Hiệu chỉnh K2 – Để hiệu chỉnh cho các tín hiệu phản xạ bên ngoài làm cho công suất âm thanh tính được cao hơn giá trị thực tế.

Công suất âm thanh thường được sử dụng trong các quy định về độ ồn và các chứng nhận pháp lý do nó không phụ thuộc vào khoảng cách và vị trí. Tiêu chuẩn ISO 3744 và các tiêu chuẩn khác có các mô tả chi tiết về cách thực hiện các phép đo này.

What Is The Sound Power

MICRO ĐO KIỂM ÂM THANH

 

 

This post is also available in: viTiếng Việt

Share this post



Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *