噪声测量

2020/7/12噪声测量噪声测量的内容：整机噪声测量：评价机械产品质量是否符合噪声标准。专项噪声测量：查明主要噪声源，以改进其中某一部件结构、降低噪声的测量。故障诊断噪声测量：作为检测手段，判断机械各部分运转是否正常。2020/7/12有关噪声的声学知识基本概念声音：源于气体、液体、固体的振动。当振动频率在20～20KHZ，即为可闻声。纯音：声音最简单的形式，波形为正弦波。一般声：许多不同幅度、频率和相位的正弦纯音的复合。包括噪声和乐声。2020/7/12有关噪声的声学知识基本概念乐声：较有规律的振动所产生的周期性的声波组合而成的。噪声（物理学定义）：无规则、非周期性的杂乱声波。噪声（心理学定义）：一切“不需要的声音”。2020/7/12有关噪声的声学知识燃烧噪声电磁性噪声空气动力性噪声机械性噪声噪声类型2020/7/12声波的传播和声场1、声波的传播声波的传播特点:发声体的振动是通过弹性介质传播出去的；传播出去的是物质的运动而不是物质本身；空气质点的振动方向与波的传播方向一致，空气中的声波为纵波。2020/7/12声波的传播特点：在声源附近，声波具有球面波的形状；在通道和管子中，或距离声源很远的地方，一般呈平面波传播。声波衰减与声波的频率、介质的成分、温度和湿度有关。一般高频声比低频声衰减的快，也较低频声易吸收和控制。声波的波长较大时，声波将绕射；声波波长很小时，声波将被反射或散射。声波的传播和声场2020/7/12声波的传播和声场二、声场声场：有声波存在的弹性介质空间。自由声场：没有边界的、介面均匀而各向同性的声场。特点：声波在任何方向均可无反射地自由传播。半自由声场：仅有地面为反射面的声场。混响声场：声波多次反射所形成的声场。半混响声场：既不完全反射也不完全吸收声波的声场。2020/7/12声压和声压级1、声压定义：声波的存在引起在弹性介质中压力的变化值。有效声压：一段时间内瞬时声压的均方根值，可表示为：在实际应用中，若没有特别说明，声压p就是指有效声压。TdttpTp0212020/7/12声压和声压级2、声压级可闻阈声压：人耳敏锐听觉能听到的1000Hz纯音最弱声压为2×10-5Pa，也称作“基准声压”，用p0表示。痛阈声压：正常人耳忍受但不感到痛苦的最大声压为20Pa，用pT表示。声压级LP定义为：式中p——有效声压，Pa；p0——基准声压，p0=2×10-5Pa。0lg20ppLp2020/7/12声压和声压级声压级的单位是分贝，记作dB。分贝没有量纲，只有一个比较指标，可以表示所测的量与基准量比较的相对大小。由计算得：听阈声压为0dB；可闻声声压的变化范围为0～120dB；普通谈话声的声压是60～70dB；大街上载重卡车的声压为80～90dB；每变化20dB，相当于声压值变化10倍。2020/7/12声强和声强级1、声强定义：单位时间通过垂直于声波传播方向的单位面积的声能。记作I，单位为W/m2。声强I与声压p之间的关系可以表示为：式中ρ——空气密度，kg/m3；c——声速，m/s；ρc——声特性阻抗，其大小随大气压力和温度而变化，Pa·S/m。cpI22020/7/12声强和声强级2、声强级声强级的定义为：式中I——声强；I0——基准声强，I0=10-12W/m2。在常温常压下，声特性阻抗变化不太大。当取ρc=常数时，则注：在应用中，可以测量声压级得到声强级。0lg10IILIpILppppIIL02020lg20lg10lg102020/7/12声强和声强级例：如果两台发动机同时工作，噪声声压级有何变化？cpII211222lg102lg10lg202lg2010101ppLppppL2122pp2020/7/12声功率和声功率级1、声功率定义：声源在单位时间内辐射出来的总声能量，记作W，单位为W。2、声功率级声功率级的定义为：式中W——对应的声功率，W；W0——基准声功率，W0=10-12W。0lg10WWLW2020/7/12响度级和噪声级1、响度级响度：响度的单位为“宋”（sone），定义频率为1000Hz的纯音，当声压级为40dB时的响度为1宋；并规定声压级每升高10dB，响度则增加1倍。响度级：其单位为“方”（phon）。即选取1000HZ的纯音作为基准声，若某声音听起来与该纯音一样响时，则该声音的响度级（phon值）就等于这个纯音声压级的数值（dB）。2020/7/12响度级和噪声级纯音的等响度曲线又称为国际标准等响曲线2020/7/12响度级和噪声级响度级记作，响度记作N，两者关系如下：从等响曲线可知：人耳的听感特性对高频声敏感，对低频声迟钝。在4000HZ左右最敏感；同一响度级的声音，频率越低，所需声压级越高；响度级越高，曲线越平坦，即频率的影响越小。NL401.02NLNNNLNlg22.3340log104022020/7/12响度级和噪声级2、计权声级定义：在噪声测量仪器内安装专门设计的滤波线路，叫频率计权网络，造成对某些频率成分的衰减，这时所测得的声级叫计权声级。计权网络：根据人耳对声音的频率响应特性而设计的电滤波器，它对不同频率的声音实行不同程度的衰减，以便仪器的频率响应与人耳听觉器观感受近似一致，也即让仪器对不同频率和声压级但具有同样响度的声音有相同的测量值。国际电工委员会（IEC）对声学仪器规定了A、B、C等几种国际标准频率计权网络，它是参考国际标准等响曲线而设置的。2020/7/12响度级和噪声级2、计权声级A网络——模拟40方等响曲线倒立形状，它对500HZ以下中、低频段的声音有较大的衰减，对高频较敏感，对低频不敏感。这与人的听觉特性较接近，因此，一般采用A网络测得的值代表噪声级的大小。B网络——模拟70方等响曲线的倒立形状，声音通过时，低频段有一定的衰减。2020/7/12响度级和噪声级2、计权声级C网络——模拟100方等响曲线的倒立形状，在整个可闻声频率范围内基本上没有衰减。因此可把C网络的测量结果作为总声压级。噪声级:经过频率计权后的声压级，单位仍然是dB。但须注明测量时所使用的国际标准频率计权网络的名称。如80dB（A），即表示用A计权网络测得噪声级为80dB。2020/7/12响度级和噪声级几种计权网络的频率响应2020/7/12一些声源的声压和声级声源（或环境）声压（Pa）A声级（dB）静夜、安静住宅2×10-4～2×10-320～40办公室内、家用电冰箱0.002～0.0240～60普通谈话声、家用洗衣机0.02～0.0760～70城市街道两侧、小轿车0.07～0.270～80普通车床、重型汽车0.2～0.780～90汽油机、中小型柴油机、鼓风机0.7～790～110大型柴油机、进排气噪声7～70110～130喷气式飞机、大炮70～700130～1502020/7/12一些声源发出的声功率、声功率级声源声功率（W）声功率级（dB）轻声耳语10-930小电钟2×10-843钢琴2×10-2103汽车（72km/h）0.1110气锤1120大型鼓风机102140喷气式飞机1041602020/7/12噪声测量仪器噪声的主要测量项目:噪声级噪声频谱指向性特征(有时还需测量)常用的仪器:有声级计频率分析仪电平记录仪磁带记录器等2020/7/12声级计声级计外形图按测量精度分类：普通声级计（±3dB）精密声级计（±1dB）结构：由传声器、衰减器、放大器、计权网络、检波电路及指示表头等组成。2020/7/12声级计声级计原理方框2020/7/12声级计一、传声器又称微音器或话筒，它是将声波信号转换为电信号的声电转换器件。分类：电动式（用于普通声级计）压电式（用于普通声级计）电容式（常用于精密声级计）2020/7/12传声器电容传声器简图1、电容传声器特点：输出阻抗很高灵敏度较高；可闻声范围内响应平直；测量动态范围宽；输出性能稳定，适性应强；外形尺寸较小；对机械振动敏感小。2020/7/12传声器2、驻极体电容传声器特点：传声器极头输出阻抗很高结构简单坚固不需极化电压电容量大制造成本较低使用温度一般不超500C驻极体电容传声器原理2020/7/12传声器3、压电式传声器特点：结构简单，结实可靠，量程宽（最高250dB）价格较便宜不需极化电压灵敏度较低，受温度影响较大，对机械振动也较为敏感。压电式传声器原理图2020/7/12传声器4、动圈式传声器特点：结构较简单，制造方便，造价低，容易保养维护，可靠性好，寿命长，对使用环境的适应性强，对温度、湿度不敏感，输出阻抗小，可以接长电缆而不降低灵敏度，固有噪声低。体积大，灵敏度低，频率特性不均匀度较大，易产生电磁感应噪声，对机械振动较敏感。2020/7/12衰减器和放大器作用：是在测量微弱信号或强信号时，使表头指针都能获得适当的偏转。衰减选择旋钮一般分上下两层，下层控制输入衰减器，上层控制输出衰减器，每一档的衰减量为10dB。使用时，应尽量将上层输出衰减器旋钮沿顺时针旋到底，使输出衰减最大。只有当信号微弱时，下层输入衰减调至最小时表头指针仍偏转很小，才可减小输出衰减量。注：声级计测得的噪声级分贝数，等于衰减器旋钮指示值与表头指示值之和。2020/7/12计权网络在精密声级中，装有三种标准的计权网络，对所测噪声进行听感修正。也可以作简单频率分析。声级LA≈LB≈LC时，表明所测噪声未受低频衰减的影响，含高频成分较多；若LALBLC，则说明使用A和B网络时噪声都受到衰减，噪声中含低频成分较多；若LALB≈LC，则说明此噪声含有中频成分较多。2020/7/12检波电路和表头为测量有效声压，声级计中设有均方根值检波器，将输出放大器放大后的信号变成直流有效值，由表头指示。均方根值的实际时间，即仪器对噪声的平均时间，规定分为“快”和“慢”两档。“快”档的平均时间为0.27秒，接近人耳听觉生理平均时间，所以“快”档声级变化与人的感觉协调。“慢”档的平均时间为1.05秒。快档用于测量随时间波动不大的噪声。当指针摆动大于4dB时，则应换用慢档。TdttpTp0212020/7/12频谱分析频谱：以频率为横向坐标的谱线或曲线。频段或频程：把声频范围分割成若干个较小的频段，称之为频段或频程。带宽：带通滤器的上限截止频率fh与下限截止频率fL之差，称为频带宽度，简称带宽，以△f表示。Lhfff2020/7/12频谱分析带通滤波器响应曲线2020/7/12频谱分析频带的划分方式：恒定带宽法各频带的宽度是相同的。恒定带宽滤波器的最大优点是选择性强，因此特别适合对高频范围的分析。恒定比带宽法各频带的宽度与其中心频率f0的比值为一恒量，当△f/f0=常数。随着中心频率的增加，其带宽按一定比例增加。2020/7/12频谱分析频程按下列关系划分：nLhff2式中n——倍频带数或称倍频程数。n可以是任意正实数，n越小，分的越细，频程越短，测量所需的时间也越多。常用的有n=1时的1/1倍频带（简称倍频带），n=1/3时的1/3倍频带。2020/7/12频谱分析每个频带的中心频率fm为各自频带上下限的几何平均值，即于是频带的宽度△f可表示为Lhmfffmnnff2122020/7/12频谱分析1倍频程和1/3倍频程的比较2020/7/12频谱分析中心频率（HZ）31.5631252505001000200040008000频率范围（HZ）22~4545~9090~180180~355355~710710~14001400~28002800~56005600~112001/1倍频程的中心频率与频率范围2020/7/12频谱分析1/3倍频程中心频率与频率范围中心频率（HZ）频率范围（HZ）中心频率（HZ）频率范围（HZ）中心频率（HZ）频率范围（HZ）中心频率（HZ）频率范围（HZ）50638010012516020045~5656~717