第五章 噪声测试系统

第五章噪声测试系统5.1声学基本概念5.1.1声波和噪声声音是由物体振动产生的，在媒质中传播。振源也称为声源。对人而言，主要是通过空气接受声波，本章研究的声测量是指空气中的声测量。声波：当声波在空气中传播时，空气密度因此发生变化，相应处的压强也发生变化，并向邻近的质点传递此变化，形成压力传播过程，即声波。声波属于疏密波，由于空气质点的振动方向与声波的传播方向一致，所以声波又称为纵波。声波的频率f、周期T、波长λ和声速c的关系是：声波的特性：声波具有一般波动特性，在空间传播过程中遇到阻碍时会发生反射、折射和绕射（衍射）等典型的波动现象。两个同频率的声波在声场中相遇时会发生干涉现象。当振动源的频率在20～20000Hz之间时，称为声波，我们可以听到它。当振动源频率低于20Hz或高于20000Hz时，我们无法听到。低于20Hz的波动称为次声波，高于20000Hz的波动称为超声波。Tcfc/噪声物理定义——在日常生活中，一些声音是不需要的、刺耳的，统称为噪声。在物理意义上噪声指不规范的、间歇的或随机声振源产生的声音。生理感受——一种对人体有害的声音，它已成为主要公害之一噪声测量目的分析噪声产生的原因——降低或消除噪声评估环境5.1.2噪声的物理度量主要物理参数常用声压级、声强级和声功率级表示噪声的强弱，用频率或频谱表示其成分，也可以从听觉的主观感觉进行量度，如响度级等。1.声压和声压级1）瞬时声压当声波在声场中传播时，声场中任意一点的压强会在当地静态大气压强的基础上叠加一个波动分量，这个波动分量就称为该点的瞬时声压。它是时间的函数，记为p(t)。瞬时声压的单位也是帕（Pa，N/m2）。瞬时声压具有叠加性：多个声波在同一声场中传播时，声场中各质点将同时接受各个声波传来的压力变化，并传给声波传播方向的下一个质点，即各声波在声场中的传播是独立的。声场中某点的瞬时声压等于各声波单独作用时该点的瞬时声压之和。写为：tptpNii12）声压声压：所谓声压，是指某点上个各瞬间的压力与大气压力之差值，用声场中某点的瞬时声压的均方根来表示声压的大小，称为有效声压，简称声压。单位为P（单位帕Pa=1N/m2）.P2为均方声压，它们分别为：式中，为某时刻；T为平均时间。一般而言，声压会随时间的变化而变化，也就是说是t的函数。如果声压随时间的变化甚小，则称这种噪声为稳态噪声，否则为非稳态噪声。TdttpTp)(12TdttpTp)(122正常人耳：可听到的最弱声压为2x10－5Pa——基准/听阀声压感觉疼痛的声压为20Pa——痛阀声压听阀——痛阀声压数量相差甚远——100万倍声压合成：n个互不相关的声源niinpp123)声压级声压级：噪声强弱采用声压的对数表示，即基准声压po取听阀声压2x10－5Pa△声压级单位：分贝（dB）△听阀——痛阀声压的噪声强弱为：0～120dB△环保控制噪声60dB△合成：0lg20ppLp/10110lg10pipLniL2.声强与声强级声强(I)：是指在声场中的某一点上，单位时间内通过一个与指定方向垂直的单位面积的平均能量.（单位W/m2）式中，T为积分平均时间；为瞬时声压；为质点沿指定方向的瞬时速度分量。正常人耳：感受到声强范围10－12～1W/m2听阀——痛阀声强数量相差甚远声强是个矢量：与指定方向垂直的单位面积的声能量鉴别声源、判定它的方位测量：传播方向上的声压和质点振动速度乘积的平均值（T为声波周期）单位能量dttvtpTIT01tptv声强级声强级：噪声强弱采用声强的对数表示，即基准声强Io取听阀声强10－12W/m2△声强级单位：分贝（dB）△听阀声强级为：0dB；痛阀声强级为：120dB△普通谈话声的声强级65dB单位能量0lg10IILI0dB是否表示无声音？对于球形声源，假设声波在传播过程中没有受到任何阻碍，也不存在能量损失。当声压Pa为常数时，两个任意距离r1和r2处的声强为I1和I2，则有于是，有即两点的声强和它们各自与声源距离的平方成反比。3.声功率和声功率级1、声功率(W)是声源在单位时间内发射出的总能量，单位是W。注意：积分面不含声源时，结果为0声功率与声压和声强的区别：声功率是声源自身的基本物理特征，是评价和比较声源发声强弱的重要参数。一个置于空气中的声源，它的声功率通常是不变的，与周围的环境无关；而声压和声强是声源发出的声音在空气中传播时，在声场内各点产生的效应，与声场特性和观察点有关。单位能量I球面S半径RsdSIW.单位能量I球面S半径R2、声功率与观察点的声强：点声源：当观察点和声源的距离大于声源的尺寸时，此声源可以视为点声源。在自由场中，点声源将等同地向各个方向发射声能。可媒质不吸收声能，声源发出的全部声能就要均匀地通过观察点所在的球面。因此，声源的声功率被该球面积除就是观察点的声强I：式中，r为观察点到声源的距离。若测得包围声源的某个封闭面上的各点法向的声强，则：式中，为对应面积为处的声强值；为各声强方向对应的元面积。24rWIiNiiSIW1iIiSiS声功率级：相对于基准声功率W0的对数基准声功率W0取10－12W声功率级是反映声源发射总能量的物理量，且与测量位置无关，因此它是声源特性的重要指标之一。单位能量I球面S半径R0lg10WWLW测量：无法直接测量通过间接测量声压级来得到声场中半径为R的球面上多点声压pi的平均值为：自由声场中，声功率级仅半球方向传播的声功率级（相当于开阔地面或半消声室）单位能量I球面S半径R0222lg20ppLnpppj20lg()10(8lg)12pWpWLLRdBLLRdB噪声级的合成声场中若有n个互不相关的声源，其声压各自为pi总声压、总声压级总声功率级总声压级5.1.3声压级的叠加、扣除和平均niLpniinpiLpp110/1210lg10/10110lg10wiwLniLNiitptppppL1202202lg10lg10工程中，常利用两个噪声源的声压级之间差值来求得总声压级值L=Lx+△L（Lx噪声源中较大的一个声压级，△L为附加增值）两个噪声源声压级算术差012345678910附加增值△L3.02.52.11.81.51.21.00.80.60.50.4用表示第I个声源单独发声时测得的声压级，根据声压级的定义和对数运算法则：最后可得：由于实际产生的噪声，极少发生声波相干的情况，用上式计算声级叠加有着普遍意义。piL202lg10ppLtpi10/20210piLippNiLptpiL110/10lg10背景噪声的扣除背景噪声：在噪声测量时，即使所测量的声源停止发声，环境也存在着一定的噪声，称之为背景噪声、本底噪声工程意义：只有从测量结果L中扣除背景噪声△L后，才能得到所考察噪声的正确声压级值LxLx=L-△L由上表可以看出若被测噪声源的声压级高于本底噪声的10dB，则可忽略其的影响若两者相差小于３dB，则测量结果无效——被背景噪声淹没4、噪声测量基础与背景噪声的声压级算术差345678910扣除值△L3.002.301.701.250.950.750.600.45噪声的频谱测量为了找出噪声产生的原因，必须知道噪声的频率分布特性机床：电机噪声、齿轮啮合噪声、轴承噪声频率不同内燃机：燃烧噪声、机械噪声、排气噪声频率不同噪声频谱的测量技术频谱分析仪:声压信号的谱分析5.2噪声频谱和频带5.2.2频带声压级与倍频程频谱频带声压级:某频带(频程)中的声压级常用带宽：倍频程、1/3倍频程倍频程：频带的上限频率比下限频率高一倍，简称倍频程1/3倍频程：一个倍频程划分为3个频程，每个频程为1/3倍频程，每段上限与下限频率之比为1.26。例如：90～180Hz、710～1400Hz——倍频程90～120Hz、710～900Hz——1/3倍频程中心频率频率范围中心频率频率范围31.522.4～451000710～14006345～9020001400～280012590～18040002800～5600250180～35580005600～11200500355～7101600011200～22400中心频率频率范围中心频率频率范围2522.4～28800710～90031.528～35.51000900～11204035.5～4512501120～14005045～5616001400～18006356～7120001800～22408071～9025002240～280010090～11231502800～3550125112～14040003550～4500160140～18050004500～5600200180～22463005600～7100250224～28080007100～9000310280～355100009000～11200400355～4501250011200～14000500450～5601600014000～18000630560～710倍频程中心频率与频率范围1/3倍频程中心频率与频率范围噪声的主观评价——计权声压级——声级计人耳对声音所感觉的强度取决于：•声压大小•声音的频率响度/响度级：将频率和声压级统一起来的可以反映主观感觉的量•响度S：人耳判别声音强度大小的量，单位宋（sone）1sone:频率1000Hz、声压级40dB的平行波的强度•响度级LS：单位是方（phon）5.3噪声的主观评价噪声的主观评价等响度曲线——对各个频率的声音作试听比较，得出达到同样响度级时频率与声压级的关系曲线，通常称为等响曲线。人耳不同频率对应不同声压级•低频区：需要强度大•中频区：需要强度小些计权声压级从等响度曲线出发，在声测量仪器中添加频率计权网络，使得仪器的输出能近似地表达人耳对声音响度的感觉4、噪声测量基础噪声的主观评价A、B、C计权网络A计权较好地模仿了人耳对低频段(500Hz以下)不敏感、对1000～5000Hz敏感的特点在噪声测量中，使用最广泛的是A声级，国际上已把A声级作为评价噪声的主要指标C计权已淘汰B计权平均值——总声压级4、噪声测量基础若A计权较线性计值的权大，表明该声源频谱具有什么特点？中频丰富？常用噪声测量仪器是以声级计（计权声压级）为核心的噪声测量系统主要组成设备传声器声级计频谱分析仪校准仪5、噪声测量仪器传声器传声器是将声信号转换为相应的电信号的传感器类型：电容、压电、驻极体等电容传声器——最常用的传声器声压金属膜片振动后极板可变电容＋直流极化电压＝电信号优点：灵敏度高，频率响应平直、固有噪声低缺点：在较大湿度下，极板间容易放电并产生电噪声5、噪声测量仪器声级计测量声级配合多种辅助仪器，进行频谱分析、记录噪声的时间特性等特点：体积小，重量轻、操作简单等特点，适用于现场测量组成声级计的工作原理：声波被传声器转换成电压信号，该电压信号经衰减器、放大器以及相应的计权网络、滤波器，或者输入记录仪器，或者经过均方根值检波器直接推动指示表头5、噪声测量仪器声级计（噪声计）工作方框图声压级计权声压级（声级）声级计SL-5858多功能声级计（多功能噪音计）•标准：GB/T3785，IEC6512型，ANSIS1.42型•功能：SL,Leq(等效声级)•计权：A,C,Linear,Filter•测量范围：△A计权:30～130dB△C计权:35～130dB△线性:35～130dB•时间特征：快,慢•直流输出：0～2V•分辨率：0.1dB•准确度：1dB•电源：1节9V6F22电池5、噪声测量仪器噪声的常规测量——声级计以测量噪声的声压或声压级为基础的——最大缺点是测量结果深受环境的影响和限制噪声的其它测量80年代起，国际上倾向于用声功率来描述声源新的噪声测量方法——