声学基础培训

XuFeng声学基础知识讲座XuFeng声学基础知识1.声波的描述2.声级的定义3.声级的相加4.声级的相减5.噪声的频谱分析声学基础知识XuFeng声学基础知识机械振动是声波产生的根源弹性媒质是声波传播的必要条件声波在空气和液体中为纵波，在固体中传播可能是纵波也可能是横波例子：固体振动产生声波：喇叭，振动平板，锣，鼓，冲压钢板气流产生声波：笛子，高压气流，喷气发动机应用：扬声器、传声器声波的描述XuFeng声学基础知识声波的描述声压：由振动引起的介质压力在平均压力的基础上面变化的部分一般定义：其中：为声压，单位是帕(Pa)，在空气中研究的声压范围一般在10-5~106Pa之间)sin(),(0kxtPtxpp显然，媒质中任一点的声压都是随时间变化的，每一时刻的声压称为瞬时声压，而某段时间内瞬时声压的均方根值称为有效声压,TedttpTp02)(1一般的，如果没有特殊说明，声压都指有效声压XuFeng声学基础知识声速：声波在弹性媒质中的传播速度，由媒质的弹性，密度，温度等因素决定，与振动的特性无关。00pc一般定义：tc61.045.331空气中声速：取室温：340m/s声波的描述频率：通常噪声都是由多种频率组成，用表示：次声波20Hz可听声20000Hz超生波fffc波长、频率、声速的关系XuFeng声学基础知识声波的描述声能量：声波在声场中产生的总能量声功率：声源单位时间辐射的声能量，用表示，单位为瓦。指声源总功率中以声波形式辐射出来的一小部分功率。空气声研究的范围一般在10-12~109w声强：单位时间通过垂直声波传播方向的单位面积的平均声能量为矢量，具有方向性，用表示。一般的，某点声强可以表示为该点声压与其质点速度之积IpuSIXuFeng声学基础知识声级的定义实际应用中描述声波的强度性质所用的物理量参数变化范围太大，用绝对值来描述很不方便比如：1000Hz纯音，人耳听阀到痛阀：2×10-5~20Pa人耳对声音强度的响应接近于对数关系声压级：单位分贝（dB）声强级：单位分贝（dB）声功率级：单位分贝（dB）0lg20ppLp0lg10wwLw0lg10IILIP0=2×10-5PaI0=1×10-12w/m2W0=1×10-12wXuFeng声学基础知识声级的相加两种情况：声压叠加声能叠加0lg20ppLp0~6+dBiLpiL10/10lg10相干声源：空间产生相加或相消的干涉现象不相干声源：大部分情况下，能量直接相加3+dBXuFeng声学基础知识声级的相减室外两个声源S1，S2，对于某一测点P，S1,S2同时发声测得声压级为LP，关闭S1，只有S2声测得声压级为LP2，关闭S2，只有S1发声时声压级会是多少？)1010lg(1010/10/12PPLLPL背景噪声问题（important))1010lg(1010/10/背景总LLpL实际的测量中，△L=L总-L背景10dB时，可以不考虑背景噪声认为测量值即声源产生的声压级一般的，在大多数的声学测量中都需要测量背景噪声,这时声源产生的声压级为：XuFeng声学基础知识频率分析的用处噪声控制主观感觉噪声源鉴辩降噪计算可听声的频率范围：20Hz－20kHz倍频程和1/3倍频程频段太宽人耳对声音频率的分辨率也是符合对数规律，等比带宽称为1/n倍频程窄带分析FFT，APS，CPS，更细致的频谱分析，线性噪声的频率分析nff2/12XuFeng声传播规律1.声波的反射，折射，散射和绕射2.点声源，线声源和面声源3.声波随距离衰减4.空气的吸声5.声屏障声传播规律XuFeng声波的反射、折射声波的反射，折射反射系数透射系数r反射系数小的材料成为吸声材料透射系数小的材料称为隔声材料声传播规律XuFeng声波的散射声传播规律如果障碍物表面很粗糙（表面起伏比波长大）又或者障碍物得到大小和波长差不多，则声波入射时，会产生各个方面的散射注意省略入射问题！XuFeng声传播规律声波的干涉、衍射干涉：振动的叠加产生干涉，驻波，定波现象衍射：声波绕过障碍物而使传播方向改变的现象，波长于障碍物的大小比值越大，衍射越严重。而高频声遇到大障碍物，就会在障碍物后产生阴影区缝隙会大大降低低频声的隔声效果声屏障对高频声有较好的降噪效果，而对低频声效果就差XuFeng声传播规律点声源点声源的定义点声源的传播规律对于理想点声源，在自由空间中，它向周围媒质（均匀、各向同性）辐射球面声波。当声源以稳定的功率W辐射时则到距离声源中心为r的球面上任一点的声强I为：24rWI11lg2041lg10lg104110lg14lg10lg10202000020rLrWWrIXuFeng声传播规律计算从距离r1传播到距离r2时的声强级或声压级衰减量12lg20rrL点声源XuFeng声传播规律线声源线声源的定义严格意义上的很少：长火车、公路上的长车队，输气管道连续点声源，不相干性XuFeng声传播规律当线声源的长度远远大于接收点与声源的距离时，传播特性将只与接收点与线声源的垂线距离有关。且此时衰减量满足12lg10rrL线声源XuFeng声传播规律面声源面声源的定义车间内声波透过避面向外传播，大型机器设备振动表面连续点阵列不相干性XuFeng声传播规律接收点在一个面声源内部时，噪声级为一个恒定的值，而在面声源外部，随着距离的增加，传播特性将逐渐向点声源靠拢面声源XuFeng声传播规律声波在空气中传播时，一部分声能将转化为热能而损耗。损耗的大小与声波频率、温度、相对湿度及气压都有关系。分子驰豫吸收，改变声速、吸收声能国际标准：曲线，表格数据(需要插值）空气的吸声标准标准颁布时间计算方法ANSI1261978工厂噪声的欧洲一般预测方法ISO3891VDI2714/2720OAL28ISO9613Part1ISO9613Part2XuFeng声传播规律声屏障XuFeng声传播规律声屏障声波遇到声屏障，将产生反射、透射和衍射三种传播现象，实际上，一般的，声屏障都有足够的隔声效果，所以主要考虑的是声衍射屏障的附加衰减与d和频率有关声传播路径增加d=源到屏障+屏障到接收点-源到接收点XuFeng噪声的主观感觉噪声的主观感觉1.噪声的定义2.人耳与听力3.听力特性-频率，振幅和时间4.等响曲线5.计权声级的定义6.声质量简介XuFeng噪声的主观感觉Noiseisdefinedasunwantedsound.不想听到的声音.噪声的定义XuFeng噪声的主观感觉人耳与听力人耳分为：外耳、中耳、内耳外耳起阻抗匹配的作用，使更多的声音能够进来。20~20kHz响度最灵敏的频率在2ｋ~5ｋHz中耳连接外耳的空气振动与内耳的液体振动声传递滤波功能XuFeng噪声的主观感觉听力的特性：频率、振幅和时间人耳对声音的感觉不仅与声压有关，而且与频率也有关，也就是说，声压级相同而频率不同的声音，听起来会不一样响！响度的定义，比如一个声音听起来和40分贝1kHz的纯音一样响，则整个声音就是４０方(phon)振幅，声音的强度，与频率无关较强噪声环境下(80dB以上）暴露，会出现听力暂时下降XuFeng噪声的主观感觉等响曲线记录不同频率下的纯音同等响度下的声压级曲线XuFeng噪声的主观感觉等响曲线XuFeng噪声的主观感觉计权声级人耳对不同频率的声音反应不同使声压级不能反映人的主观反映根据等响曲线，选择几条有代表性的曲线，设计计权网络Ａ计权网络４０方等响曲线的倒置，模拟人耳对低强度噪声的感觉Ｂ计权网络７０方等响曲线的倒置模拟人耳对中等噪声的响度感觉Ｃ计权网络１００方等响曲线的倒置模拟人耳对高强度噪声的响度感觉实际应用中，Ａ声级对强和弱的噪声都比较能够反映人的主观感受同时，与人耳的损伤程度也对应的很好。Ｂ、Ｃ基本不用XuFeng噪声的主观感觉计权曲线ＡＢＣXuFeng噪声的主观感觉频率631252505001000200040008000dB946570565670504094.0A-计权修正-26.2-16.2-8.6-3.2010.5-1.1dBA67.848.861.452.8567150.538.973.2Ａ声级计权后的声压级和人耳对声音的反映一样，可以表征声音的主观大小倍频程衰减级XuFeng评价声音的强弱十分复杂，要考虑绝对大小，频率，以及持续时间等等，一般的，分成两类基于响度（声音的大小）基于噪度（人对这个声音的烦躁度）噪声评价量最简单的就是A声级，目前应用最为广泛对于稳态声音，一般直接测量A声级对于非稳态声音，测量等效A声级，即长时间测量结果的一种时间上的平均噪声的主观感觉XuFeng噪声的主观感觉声质量声音的大小不是声品质的唯一评判标准对人所感受到声音的质量进行研究仪器只能测量声音的物理量测量的物理量与人的感觉不可知声质量的研究即建立两者的联系，是心理声学的范畴psychoacoustics目前没有国际标准XuFeng产品的声音可以被分成三类：1．被动声：产品被碰触时发出的声音，如开关车门的声音。这类声音往往影响到用户对产品的第一印象。2．运转声：产品长期稳定工作时发出的声音，如发动机运转的声音。3．信号声：产品告知用户将要执行某项功能或某项功能已经完成的声音，如手机开机或按键的声音。对不同类型的声音，评价标准也不同，如运“转声要”尽可能不让用户感到厌烦，而“信号声”则要尽可能的引起用户的觉察。总而言之，声品质是产品质量的重要表现，会影响用户对产品整体质量的判断。声质量分类噪声的主观感觉XuFengLoudness响度（单位sones)Sharpness尖锐度（单位acum）Roughness粗糙度（单位asper）FluctuationStrength抖动强度（单位vacil）声质量研究：客观评价量噪声的主观感觉XuFeng噪声的测量1.噪声与时间的关系2.常用噪声评价量3.噪声测量的仪器4.工业企业噪声卫生标准5.环境噪声标准6.工业产品噪声标准7.建筑声学测量标准噪声的测量XuFeng噪声的测量噪声与时间的关系一般的，声音都是变化，±３dB就可以认为是稳态噪声，且不含显著的纯音成分测试根据声源的随时间变化情况，而有不同的测试方式及参量XuFeng噪声的测量常用噪声评价量A声级等效连续A声级暴露声级累计百分比AL])(1lg[100202TdtptpTLTAAeq])(lg[100202dtptpLTAAE99~1nnnnLmaxALminALXuFeng噪声的测量1.传声器2.前置放大器3.信号传输方式4.信号处理仪器5.声学测试实验室噪声测试的仪器XuFeng传声器将声信号转换成相应的电信号的声电换能器类型：压电式、电容式、动圈式、驻级体式声学测量要求：灵敏度高、频响要宽，动态范围大，随环境条件变化小自由场，压力场噪声的测量XuFeng前置放大器传声器的信号微弱电容式传声器，电阻太大，需要阻抗匹配与传声器一体噪声的测量XuFeng信号传输方式模拟信号平衡输入，非平衡输入BNC、TNC，LEMO头等数字信号抗干扰能力强噪声的测量XuFeng信号处理设备声级计0型(±0.4dB)、I型(±0.7dB)、II型(±1dB)、III型(±1.5dB)MicrophonePreamplifierDisplayWeightingNetRangeControlDetector一般流程方框图噪声的测量XuFeng信号处理设备其他声级计积分式声级计脉冲式声级计频谱声级计数字型，DSP技术选购要考虑的因素：精度计权测量参数频谱分析内存大小与计算机接口价格服务噪声的测量XuFeng信号处理设备多通道数采大多采用数采与分析分离，利用电脑进行数据分析，对软件依赖性越来越大。硬件：通道数软件：根据需要最大采样率传输方式速度本底大小同步性便携性稳定性噪声的测量XuFeng声学实验室两大类：消声室，混响