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实验十二声传感器噪声测量实验一.实验目的1.掌握声压级的测量方法。2.掌握噪声的测量方法。二.实验原理声音是大气压上的压强波动，这个压强波动的大小简称为声压，以p表示，其单位是pa（帕）。从刚刚可以听到的声音到人们不堪忍受的声音，声压相差数百万倍。显然用声压表达各种不同大小的声音实属不太方便，同时考虑了人耳对声音强弱反应的对数特性，用对数方法将声压分为百十个等级，称为声压级。声压级的定义是：声压与参考声压之比的常用对数乘以20，单位是db（分贝）。其表达式为：式中，p为声压，是参考声压，它是人耳刚刚可以听到的声音。值得注意的是两个声压级或多个声压级相加不是db的简单算术相加，是按照对数的运算规律相加。声压级只反映声音的强度对人耳的响度感觉的影响，而不能反映声音频率对响度感觉的影响。利用具有一个频率计权网络的声学测量仪器，对声音进行声压级测量，所得到的读数称为计权声压级，简称声级，单位为db。声学测量仪器中，模拟人耳的响度感觉特性，一般设置a、b和c三种计权网络。声压级经a计权网络后就得到a声级，用la表示，其单位计作db(a)。经大量实验证明，用a声级来评价噪声对语言的干扰，对人们的吵闹程度以及听力损伤等方面都有很好的相关性。另外，a声级测量简单、快速，还可以与其它评价方法进行换算，所以是使用最广泛的评价尺度之一。如金属切削机床通用技术条件规定：高精度机床噪声容许小于75db(a)；精密机床和普通机床噪声容许小于85db(a)。实际测量中，除了被测声源产生噪声外，还有其它噪声存在，这种噪声叫作背景噪声。背景噪声会影响到测量的准确性，需要对结果进行修正。初略的修正方法是：先不开启被测声源测量背景噪声，然后再开启声源测量，若两者之差为3db，应在测量值中减去3db，才是被测声源的声压级；若两者之差为4~5db，减去数应为2db；若两者之差为6~9db，减去数应为1db；当两者之差大于10db时，背景噪声可以忽略。但如果两者之差小于3db，那么最好是采取措施降低背景噪声后再测量，否则测量结果无效。测量环境中风、气流、磁场、振动、温度、湿度等因素都会给测量结果带来影响。特别是风和气流的影响。当存在这些影响时，应使用防风罩或鼻锥等测量附件来减少影响。三.实验仪器和设备1.计算机n台2.drvi可重组虚拟实验开发平台1套3.蓝津数据采集仪（ldaq-epp2）1套4.开关电源（ldy-a）1套5.声传感器1套四.实验步骤及内容1.噪声测量实验结构示意图如图12.1所示，按图示结构连接设备。图12.1噪声测量实验结构示意图2.启动服务器，运行drvi主程序，开启drvi数据采集仪电源，然后点击drvi快捷工具条上的联机注册图标，选择其中的drvi采集仪主卡检测进行服务器和数据采集仪之间的注册。联机注册成功后，分别从drvi工具栏和快捷工具条中启动drvi微型web服务器和内置的web服务器，开始监听8600和8500端口。3.打开客户端计算机，启动计算机上的drvi客户端程序，然后点击drvi快捷工具条上的联机注册图标，选择其中的drvi局域网服务器检测，在弹出的对话框中输入服务器ip地址（例如：192.168.0.1），点击发送按钮，进行客户端和服务器之间的认证，认证完毕即可正常运行客户端所有功能。4.在drvi软件平台的地址信息栏中输入如下信息http://服务器ip地址:8600/gccslab/index.htm，打开web版实验指导书，在实验目录中选择噪声测量实验，按实验原理和要求设计该实验。5.因为该实验的目的是了解噪声信号的测量方法，并且要实现服务器端的数据共享功能，需要分别设计服务器端和客户端的实验脚本。对于服务器端，首先需要将数据采集进来，drvi中提供了一个8通道的并口数据采集仪，用于完成对外部信号的数据采集，实际使用中，可以插入一片蓝津daq_a/d来完成；数据采集仪的启动采用一片0/1按钮芯片来控制；要完成噪声值的计算，首先必须计算出信号的功率谱，所以需选择一片频谱计算芯片,然后再插入一片倍频程芯片,采用fft算法来计算并显示声音信号的倍频程谱，并将计算出的声音信号的分贝值存储于输出数组的第1位，再使用一片vbscript脚本芯片,在其中添加脚本文件将倍频程芯片输出数组中的第1位数据（即噪声值）取出，并通过数码led芯片,显示出来；另外选择一片波形/频谱显示芯片,用于显示声音信号的时域波形；然后根据连接这些芯片所需的数组型数据线数量，插入4片内存条芯片,用于存储数组型数据；再加上一些文字显示芯片和装饰芯片，就可以搭建出一个噪声测量服务器端的实验，所需的软件芯片数量、种类、与软件总线之间的信号流动和连接关系如图13.2所示，根据实验原理设计图在drvi软面包板上插入上述软件芯片，然后修改其属性窗中相应的连线参数就可以完成该实验的设计和搭建过程。图12.2噪声测量实验（服务器端）设计原理图6.在本实验中频谱计算芯片将由数据采集仪采集并存储于内存芯片6000中的原始信号取出，进行功率谱计算，将计算结果存储于内存芯片6001中，因为要求进行功率谱计算，其频谱类型参数设定为1，该芯片的参数设定样例如图12.3所示。倍频程芯片完成对声音信号的倍频程分析以及声压级的计算功能，因为声压级是按对数规律计算的，所以将1/1，1/3参数设置为3，进行对数1/3倍频程计算，并将计算结果输出到内存芯片6018中，其频率计权网络取a计权，即将频率计权参数设置为1，另外倍频程芯片还有一个特殊功能，将声压级的计算结果存储于输出数据组的第1位上，实际应用中可以将此数值直接读出作为噪声测量值，该芯片的参数设置样例如图12.4所示。7.声压级数值的取出可以用vbscript脚本芯片来完成，在软面包板上插入该芯片，然后在其中添加从内存芯片6018取出第一位存储单元取值的代码，并将计算结果输出到数码led芯片中显示即可，参考的代码如下：remvbscriptdimdata(2048)fork=0to2047data(k)=0.00001nextdocument.getarrayline6018,1024,datadb=int(data(1))setline2,db8.对于客户端，与以前设计过的实验类似，必须在完成网络数据采集的基础上进行信号的分析和处理，在drvi软件平台中，客户端是通过tcp客户端芯片和定时器芯片的组合来完成网络数据采集功能，另外还需采用ip地址输入芯片来指定数据共享服务器的ip地址，其它的芯片则与服务器端基本相同，客户端所需的软件芯片数量、种类、与软件总线之间的信号流动和连接关系如图12.5所示。图12.5噪声测量实验（客户端）设计原理图9.在web版的实验指导书中，还提供了本实验的参考脚本，可以直接点击附录中该实验脚本文件服务器端和客户端的链接，将参考的实验脚本文件贴入drvi软件平台中并运行。服务器端实验效果示意图如图12.6所示。图12.6噪声测量实验（服务器端）实验效果图10.点击面板中的测量按钮，首先测量背景噪声并记录其结果。然后启动电机，调节电机转速，获得合适噪声大小。在多个方向测量噪声值并记录其结果，根据实验原理中环境噪声和被测声源之间计算关系的说明，得到被测声源声压级的正确值。11.对于客户端的分析，首先设定数据共享服务器的ip地址，然后在确保数据共享服务器端8500端口打开的前提下，点击测量按钮进行网络数据采集，观察数据共享服务器端噪声随外界条件变化而变化的情况，并记录实验结果。客户端实验效果示意图如图12.7所示。图12.7噪声测量实验（客户端）实验效果图五.实验报告要求1.简述实验原理和目的2.根据实验原理和要求整理出本实验的设计原理图。3.用图形表示声源的轮廓，标注出各测点处的噪声值大小，并标出背景噪声。六.思考题1.噪声信号是如何转换成电信号的？2.若要了解噪声对人体健康的影响，如何选择测点位置？3.怎样准确的扣除背景噪声的影响？附录：1.该实验的实验信号处理框图如图12.8所示图12.8环境噪声测量实验信号处理框图