汽车噪声检测

第八节汽车噪声的检测噪声作为一种严重的公害已日益引起人们的关注，目前世界各国已纷纷制定出控制噪声的标准。噪声的一般定义是：频率和声强杂乱无章的声音组合，造成对人和环境的影响。更人性化的描述是，人们不喜欢的声音就是噪声。随着汽车向快速和大功率方面的发展，汽车噪声已成为一些大城市的主要噪声源。汽车噪声主要包括：发动机的机械噪声、燃烧噪声、进排气噪声和风扇噪声；底盘的机械噪声、制动噪声和轮胎噪声，车厢振动噪声，货物撞击噪声，喇叭噪声和转向、倒车时的蜂鸣声等噪声。由于车辆噪声具有游走性，影响范围大，干扰时间长，因而危害比较大。一、噪声的评价指标1．噪声的声压和声压级噪声的主要物理参数有声压与声压级、声强与声强级和声功率与声功率级。其中声压与声压级是表示声音强弱的最基本的参数。声压是指由于声波的存在引起在弹性介质中压力的变化值。声音的强弱取决于声压，声压越大听到的声音越强。人耳可以听到的声压范围是2×10-5(听阈声压)～20Pa(痛阈声压)，相差100万倍，因此用声压的绝对值表示声音的强弱会感到很不方便，所以人们常用声压级来表示声音的强弱。声压级是指某点的声压P与基准声压(听阈声压)P0的比值取常用对数再乘以20的值，单位为分贝(dB)。可闻声声压级范围为0～120dB。2．噪声的频谱人耳对声音的感觉不仅与声压有关，而且还与声音的频率有关。人耳可闻声音的频率范围为20～20000Hz。一般的声源，并不是仅发出单一频率的声音，而是发出具有很多频率成分的复杂声音。声音听起来之所以会有很大的差别，就是因为它们的组成成分不同造成的。因此，为全面了解一个声源的特性，仅知道它在某一频率下的声压级和声功率级是不够的，还必须知道它的各种频率成分和相应的声音强度，这就是频谱分析。噪声的频谱也是噪声的评价指标之一。以声音频率(Hz)为横坐标、以声音强度(如声压级dB)为纵坐标绘制的噪声测量图形，称为频谱图。人耳可闻声音的频率有1000多倍的变化范围，在实际频谱分析中不可能逐个频率分析噪声。在声音测量中，让噪声通过滤波器把可闻声音的频率范围分割成若干个小的频段，称为频程或频带。频带的上限频率(或称上截止频率)与下限频率(或称下截止频率)具有的关系，频带的中心频率，当时称为倍频程或倍频带。可闻声音频率范围用10段倍频程表示，如表4-10所示。表4-10倍频程中心频率及频率范围(Hz)中心频率31.563125250500频率范围22～4545～9090～180180～355355～710中心频率100020004000800016000频率范围710～14001400～28002800～56005600～1120011200～22400如果需要更详细地分析噪声，可采用1/3倍频程，即可以把每个倍频程分成3份(1/3)。3．噪声级声压级相同的声音，但由于频率不同，听起来并不一样响，相反，不同频率的声音，虽然声压级也不同，但有时听起来却一样响，因此，用声压级测定的声音强弱与人们的生理感觉往往不一样。因而，对噪声的评价常采用与人耳生理感觉相适应的指标。为了模拟人耳在不同频率有不同的灵敏性，在声级计内设有一种能够模拟人耳的听觉特性，把电信号修正为与听觉近似值的网络，这种网络称作计权网络。通过计权网络测得的声压级，已不再是客观物理量的声压级，而是经过听感修正的声压级，称作计权声级或噪声级。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，它们是参考国际标准等响曲线而设计的。由于A计权网络的特性曲线接近人耳的听感特性，故目前普遍采用A计权网络对噪声进行测量和评价，记作dB(A)。二、汽车噪声的标准及检测(一)汽车噪声检验标准GB7258-1997《机动车运行安全技术条件》对客车车内噪声级、汽车驾驶员耳旁噪声级和机动车喇叭声级作了规定，GB1495—79《机动车辆允许噪声》和GB1496-79《机动车噪声测量方法》对车外最大噪声级及其测量方法作了规定。(1)车外最大允许噪声级汽车加速行驶时，车外最大允许噪声级应符合表4-11的规定。表中所列各类机动车辆的变型车或改装车(消防车除外)的加速行驶车外最大允许噪声级，应符合其基本型车辆的噪声规定。(2)车内最大允许噪声级客车车内最大允许噪声级不大于82dB。(3)汽车驾驶员耳旁噪声级耳旁噪声级应不大于90dB。(4)机动车喇叭声级喇叭声级在距车前2m、离地高1.2m处测量时，其值应为90～115dB。(二)声级计的结构与工作原理在汽车噪声的测量方法中，国家标准规定使用的仪器是声级计。声级计是一种能把噪声以近似于人耳听觉特性测定其噪声级的仪器。可以用来检测机动车的行驶噪声、排气噪声和喇叭声音响度级。根据测量精度不同声级计可分为精密声级计和普通声级计两类，根据所用电源不同可分为交流式声级计和直流式声级计两类。后者也可以称为便携式声级计，具有体积小、重量轻和现场使用方便等特点。表4-11车外最大允许噪声级车辆类型车外最大允许噪声级[dB(A)]1985年1月1日以前生产的汽车1985年1月1日起生产的汽车载货汽车8t≤载质量15t3.5t≤载质量8t载质量3.5t929089898684轻型越野车8984公共汽车4t≤载质量11t载质量≤4t89888683轿车8482声级计一般由传声器、放大器、衰减器、计权网络、检波器、指示表头和电源等组成。其工作原理是：被测的声波通过传声器被转换为电压信号，根据信号大小选择衰减器或放大，放大后的信号送入计权网络作处理，最后经过检波并在以dB标度的表头上指示出噪声数值。图4-23为我国生产的ND2型精密声级计。图4-23ND2型精密声级计(1)传声器传声器是将声波的压力转换成电压信号的装置，也称话筒，是声级计的传感器。常见的传声器有动圈式和电容式等多种形式。动圈式传声器由振动膜片、可动线圈、永久磁铁和变压器等组成。振动膜片受到声波压力作用产生振动，它带动着和它装在一起的可动线圈在磁场内振动而产生感应电流。该电流根据振动膜片受到声波压力的大小而变化。声压越大，产生的电流就越大。电容式传声器由金属膜片和金属电极构成平板电容的两个极板，当膜片受到声压作用发生变形，使两个极板之间的距离发生变化，电容量也发生变化，从而实现了将声压转换为电信号的作用。电容式传声器具有动态范围大、频率响应平直、灵敏度高和稳定性好等优点，因而应用广泛。(2)放大器和衰减器在放大线路中都采用两级放大器，即输入放大器和输出放大器，其作用是将微弱的电信号放大。输入衰减器和输出衰减器是用来改变输入信号的衰减量和输出信号衰减量的，以便使表头指针指在适当的位置上。衰减器每一档的衰减量为10dB。(3)计权网络计权网络一般有A、B、C三种。A计权声级模拟人耳对55dB以下低强度噪声的频率特性，B计权声级模拟55～85dB的中等强度噪声的频率特性，C计权声级模拟高强度噪声的频率特性。三者的主要差别是对噪声低频成分的衰减程度不同，A衰减最多，B次之，C衰减量最少。A计权声级由于其特性曲线接近于人耳的听感特性，因此目前应用最广泛，B、C计权声级已逐渐不被采用。(4)检波器和指示表头为了使经过放大的信号通过表头显示出来，声级计还需要有检波器，以便把迅速变化的电压信号转变成变化较慢的直流电压信号。这个直流电压的大小要正比于输入信号的大小。根据测量的需要，检波器有峰值检波器、平均值检波器和均方根值检波器之分。峰值检波器能给出一定时间间隔中的最大值，平均值检波器能在一定时间间隔中测量其绝对平均值。多数的噪声测量中均采用均方根值检波器。均方根值检波器能对交流信号进行平方、平均和开方，得出电压的均方根值，最后将均方根电压信号输送到指示表头。指示表头是一只电表，只要对其刻度进行标定，就可从表头上直接读出噪声级的dB值。声级计表头阻尼一般都有“快”和“慢”两个档。“快”档的平均时间为0.27s，很接近于人耳听觉器官的生理平均时间。“慢”档的平均时间为1.05s。当对稳态噪声进行测量或需要记录声级变化过程时，使用“快”档比较合适；在被测噪声的波动比较大时，使用“慢”档比较合适。声级计面板上一般还备有一些插孔，这些插孔如果与便携式倍频带滤波器相连，可组成小型现场使用的简易频谱分析系统；如果与录音机组合，则可把现场噪声录制在磁带上储存下来，待以后再进行更详细的研究；如果与示波器组合，则可观察到声压变化的波形，并可存储波形或用照相机把波形摄制下来；还可以把分析仪、记录仪等仪器与声级计组合、配套使用，这要根据测试条件和测试要求而定。(三)汽车噪声的测量方法国家标准规定汽车噪声使用的测量仪器有精密声级计或普通声级计和发动机转速表，声级计误差不超过±2dB，并要求在测量前后，按规定进行校准。1．声级计的检查与校准(1)在未接通电源时，先检查并调整仪表指针的机械零点。可用零点调整螺钉使指针与零点重合。(2)检查电池容量。把声级计功能开关对准“电池”，此时电表指针应达到额定红线，否则读数不准，应更换电池。(3)打开电源开关，预热仪器10min。(4)校准仪器。每次测量前或使用一段时间后，应对仪器的电路和传声器进行校准。根据声级计上配有的电路校准“参考”位置，校验放大器的工作是否正常。如不正常，应用微调电位计进行调节。电路校准后，再用已知灵敏度的标准传声器对声级计上的传声器进行对比校准。常用的标准传声器有声级校准器和活塞式发声器，它们的内部都有一个可发出恒定频率、恒定声级的机械装置，因而很容易对比出被检传声器的灵敏度。声级校准器产生的声压级为94dB，频率为1000Hz；活塞式发声器产生的声压级为124dB，频率为250Hz。(5)将声级计的功能开关对准“线性”、“快”档。由于室内的环境噪声一般为40~60dB，声级计上应有相应的示值。当变换衰减器刻度盘的档位时，表头示值应相应变化10dB左右。(6)检查计权网络。按上述步骤，将“线性”位置依次转换为“C”、“B”、“A”。由于室内环境噪声多为低频成分，故经三档计权网络后的噪声级示值将低于线性值，而且应依次递减。(7)检查“快”、“慢”档。将衰减器刻度盘调到高分贝值处(例如90dB)，通过操作人员发声，来观察“快”档时的指针能否跟上发音速度，“慢”档时的指针摆动是否明显迟缓。(8)在投入使用时，若不知道被测噪声级多大，必须把衰减器刻度盘预先放在最大衰减位置(即120dB)，然后在实测中再逐步旋至被测声级所需要的衰减档。2．车外噪声测量方法(1)测量条件①测量场地应平坦而空旷，在测试中心以25m为半径的范围内，不应有大的反射物，如建筑物、围墙等。②测试场地跑道应有20m以上平直、干燥的沥青路面或混凝土路面。路面坡度不超过0.5%。③本底噪声(包括风噪声)应比所测车辆噪声至少低10dB。并保证测量不被偶然的其他声源所干扰。本底噪声是指测量对象噪声不存在时，周围环境的噪声。④为避免风噪声干扰，可采用防风罩，但应注意防风罩对声级计灵敏度的影响。⑤声级计附近除测量者外，不应有其他人员，如不可缺少时，则必须在测量者背后。⑥被测车辆不载重，测量时发动机应处于正常使用温度，车辆带有其他辅助设备亦是噪声源，测量时是否开动，应按正常使用情况而定。(2)测量场地及测点位置如图4-24所示为汽车噪声的测量场地及测量位置，测试传声器位于20m跑道中心点O两侧，各距中线7.5m，距地面高度1.2m，用三角架固定，传声器平行于路面，其轴线垂直于车辆行驶方向。图4-24车外噪声测量场地及测量位置(3)加速行驶车外噪声测量方法①车辆须按规定条件稳定地到达始端线，前进档位为4档以上的车辆用第3档，前进档位为4档或4档以下的用第2档，发动机转速为其标定转速的3/4。如果此时车速超过了50km／h，那么车辆应以50km／h的车速稳定地到达始端线。对于自动变速器的车辆，使用在试验区间加速最快的档位。辅助变速装置不应使用。在无转速表时，可以控制车速进入测量区，即以所定档位相当于3/4标定转速的车速稳定的到达始端线。②从车辆前端到达始端线开始，立即将加速踏板踏到底或节气门全开，直线加速行驶，当车辆后端到达终端线时，立即停止加速。