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LMS声学培训 关于声学的一些基本概念 加速噪声法规 ECER51方法B介绍 主要内容 声学工程及重要性基本的声学参量声压 声压级声强 声强级声功率 声功率级吸声 隔声 吸声材料测试声品质基本概念加速噪声测试及现行法规的修改情况 一 LMS声学培训 关于声学的一些基本概念 声学问题 满足不同的要求 声压 声功率 声品质 声源识别 排序 解决 不满足功能或法规要求 满足法规要求提升产品品质 声学的重要性 产品能否销售 各国法规要求保修成本顾客抱怨竞争优势领先竞争对手的声品质 声学工程在产品开发中的作用 后期花费成本直线上升 声压 声压级 声压 弹性介质中传递的压力波动 由于声波存在而引起的大气压力增值 p P1 P0单位 帕 Pa 1Pa 1N m2巴 bar 1bar 100kPa声振动的能量范围极广 可相差十几个数量级 同时人耳对声音的感知接近于与声音强度的对数成正比 基于此 声学上常用对数坐标衡量声压 以声压级表示 声压 声压级 声压级 SPL 20log10 pe pref dB 10log10 pe2 pref2 dBpe 待测声压有效值 pref 参考声压pref 2 10 5Pa 相同声压级的加法 一个有趣的问题 声源1100dB 2Pa 声源2100dB 2Pa 声源1 声源2 相同声压级的加法 相干单频声源叠加 声源1 100dB 2Pa 1kHz声源2 100dB 2Pa 1kHz声源1 声源2 106dB 4Pa 此时 100dB 100dB 106dB 相同声压级的加法 非相干单频声源叠加 声源1 100dB 2Pa 1kHz声源2 100dB 2Pa 2kHz声源1 声源2 103dB 2 82Pa 此时 100dB 100dB 103dB 相同声压级的加法 非相干随机声源叠加 声源1 100dB 总值 声源2 100dB 总值 声源1 声源2 103dB 总值 此时 100dB 100dB 103dB 相同声压级的加法 结论 两个相干单频声源叠加时 声压级增加6dB 两个非相干声源叠加时 声压级增加3dB 工程上遇到的问题 一般是增加3dB 不同声压级的加法 55dB 51dB L 4dB对应增量为1 4dBLpt 55dB 1 4dB 56 4dB两个声源声压级相差15dB以上 数值小的声压级影响可以忽略 方法1 利用加法表 快速 不同声压级的加法 方法2 直接计算 相同声压级加法 相差15dB以上 不同声压级的减法 1 查表法 2 计算法 60dB 53dB L 7dB对应减量为1dBLpt 60dB 1dB 59dB 可用于计算机器自身辐射噪声水平 几个 场 的概念 近场与远场近场 在不足两倍机器尺寸或所发声波最低频率的一个波长距离之内 二者中取大者 大于此距离 称为远场自由场只有直达声 无反射声的声场 理想状态 半自由场有一面为反射面的自由场混响场声音多次反射后形成的均匀声场 几个 场 的概念 距离增加一倍 点声源声压级降低6dB 线声源声压级降低3dB 人耳对声音的感知 人耳对不同频率的声音敏感度不一致 对3k 6k之间的声音最敏感 在同一条等响曲线上 人耳感觉到的声音一样响 反映了人耳对不同频率声音感知的敏感程度是不同的 等响曲线 响度 Sone响度级 Phon 1000Hz纯音 声压级为40dB时的响度为1Sone 计权声压级 A计权 40Phon等响曲线的翻转 模拟人耳对声音的听觉感知特性 对低中频段有较大衰减 以dB A 表示 40Phon等响曲线 40Phon等响曲线的翻转与A计权曲线 计权声压级 A计权 40Phone等响曲线的翻转 模拟55dB以下低强度噪声特性 B计权 70Phone等响曲线的翻转 模拟55dB 85dB中等强度噪声特性 C计权 100Phone等响曲线的翻转 模拟高强度噪声特性 D计权 专用于飞机噪声的测量 倍频程 将频谱分为若干个频段 每个频段为一个频程 以直方图表示 N 1 一倍频程 简称倍频程N 1 3 三分之一倍频程N 1 12 十二分之一倍频程 中心频率 带宽 倍频程 连续频段 一个频段的上限频率是下一个频段的下限频率 e g 声强 定义 单位时间内垂直通过单位面积的声能 p 声压 Pa v 质点振动速度 m s 两者之间的相位差 自由场 点声源条件下 声压与质点振动速度同相 在传播方向上的声强为 p 声压 Pa 介质密度 kg m 3 c 声速P 声功率 r 点声源到测量点的距离 矢量 声强 测量声强时稳态背景噪声对被测声源的声功率没有任何影响 而用声压法测声功率时 测试环境对声压测量结果影响较大 声强法测声功率原理 测量完全包围被测声源的测量面上的法向声强分量 声功率等于包围声源的某一表面的法线方向上的声强平均值乘上这个表面的面积 声强级 计算公式 空气介质在室温时 与基准声压相对应的声强近似等于基准声强 因此 在自由声场中 声强级与声压级在数值上近似相等 声功率 声功率级 声功率 声源单位时间内发射出的声能量 单位 W 声功率级 确定声功率级的两种方法 通过测量声压级和声强级来确定由声压级确定声功率级的方法 GB T6881系列 GB T3767 GB T3768 ISO3745 ISO3747声强法确定声功率级的方法 GB T16404 GB T16404 2 GB T16404 3 几种声学试验室 全消声室六个面全铺设高效吸声材料的房间模拟近似自由场环境 没有反射声可用于测量 声源声功率 辐射声源的指向特性等对高频声的吸收效果明显 对低频声的吸收取决于房间体积及吸声材料的厚度等特性 几种声学试验室 半消声室五个面铺设吸声材料 地面为光滑反射面的房间模拟半自由声场空间适用于对大型设备和机器进行声学测试 几种声学试验室 混响室在所有边界上能全部反射声能 并在其中充分扩散 能形成在各处能量密度均匀 在各传播方向作无规分布的扩散场的房间可用来测量声源声功率 材料吸声系数等房间表面尽量不规则 以使混响时间尽量长 保证声能充分扩散 声学材料测试 声波入射到吸声材料表面时 入射 反射 吸收 透射 声学材料测试 吸声系数 0 1坚硬表面 高反射 低吸收 如钢板 花岗岩等 0 9高吸声材料 低反射 如泡沫 玻璃纤维等多孔吸声材料 1所有的入射声被全部吸收 声学材料测试 材料的吸声性能取决于多个因素 材料厚度 孔隙率 频率 流阻 表面光洁度等吸声原理 声波进入吸声材料内部 与材料发生摩擦作用将声能转化为热能 吸声特性 随着频率的增高吸声系数逐渐增大 若要改善低频吸声效果 需增加材料厚度 声学材料测试 吸声系数测量方法 1 驻波管 阻抗管 法 较小试件测量声音正入射时的吸声系数测试标准 ISO10534 22 混响室法 较大试件测量声音无规入射时的吸声系数测试标准 ISO354 声学材料测试 透射系数 传声损失 隔声量 垂直入射时 高频声比低频声更容易隔绝隔声效果遵循 质量定理 双层隔声结构会显著改善隔声效果 声品质 相同声级的声音 由于频谱结构的差异 会引起人耳听觉感知的大不相同 声 并非指声波 而是指人耳的听觉感知 品质 指人耳对声事件进行听觉感知并作出的主观判断 涉及心理学 声学 心理声学反映产品品质 影响顾客购买心理的重要指标 声品质的几个指标 临界带响度 临界带值 修正因子 1 4 掩蔽量 调制频率 声品质的几个指标 响度 描述人耳对声音强弱的主观感觉与声压 频率 振幅有关A计权声压级仅符合响度为1Sone时人的主观感受 对其他大小的声音有较大误差响度单位 Sone 声品质的几个指标 尖锐度 描述声音的音色特征频谱成分中高频成分占主要地位所致粗糙度 抖晃度 反映声音的幅值调制特性调制频率低于20Hz时 参考频率为4Hz 表现为抖晃度特性调制频率高于20Hz时 参考频率为70Hz 表现为粗糙度特性烦恼度 描述人们对声音的厌烦程度综合考虑了响度 尖锐度 粗糙度 抖晃度等的影响 掩蔽效应 定义 一个声音 被掩蔽音 的听阈受到另一声音 掩蔽音 的干扰而提高的现象纯音对纯音的掩蔽 频率相近的两个纯音间易发生掩蔽效应 且较强声易易掩蔽较弱声 低频纯音可有效掩蔽高频纯音 反之作用较小 窄带噪声对纯音的掩蔽 临界频带的掩蔽作用最明显 临界频带 当噪声掩蔽纯音时 起作用的是以纯音频率为中心频率的一定频带宽度内的噪声频率 如这频带内的噪声功率等于在噪声中刚能听到的该纯音的功率 这个频带就称为临界频带 掩蔽效应类型 频域掩蔽发生在掩蔽声与被掩蔽声同时作用时强音会掩蔽其频率周围的弱音时域掩蔽发生在掩蔽声与被掩蔽声不同时出现时前掩蔽 被掩蔽声发生在掩蔽声之前后掩蔽 被掩蔽声发生在掩蔽声之后 声品质工程 二 加速噪声法规 ECER51方法B介绍 GB1495 2002修订工作 2009年9月成立汽车标委会噪声工作组跟踪ISO ECE相关法规标准修订完善我国汽车噪声标准体系目前已起草了 汽车加速行驶车外噪声限值及测量方法 汽车定置噪声限值及测量方法 草案 但尚有相当多的技术细节未最终确定建议先制定测试方法并验证数据 对加速噪声限值待时机成熟再推出 车外加速噪声GB1495 2002 参考ECER51附件3 方法A 和ISO362 1998 噪声限值 现行方法的不足 仅考虑了车辆满负荷加速工况 不具有车辆在市区公路上行驶的典型性发动机噪声 进排气噪声已得到很大改善 轮胎 路面噪声已成为噪声的主要组成部分单纯降低型式认证噪声限值对加速噪声的影响很小 汽车保有量增加 ECER51方法B ECE法规体系影响最广泛 能满足ECE法规的产品基本都能进入各国现行国标参考ECER51 2007方法AECER51 2007增补方法B 要求自2007年7月1日起 除按方法A测试外 还要按方法B测试 ECER51方法A与方法B的差别 测试方法的形成机理方面 方法A仅考虑了车辆满负荷加速工况 入线速度50Km h 考虑的主要噪声源为动力总成相关噪声源 方法B更接近车辆在市区运行的典型工况 对M1和N1类车还需测量匀速噪声 车辆参考点在经过测点时速度为50Km h 考虑了轮胎 路面噪声的影响 ECER51方法A与方法B的差别 方法B新增术语车辆运行质量 空载质量 驾驶员质量 功率质量比 PMR 汽车参考点 根据发动机布置形式选定 目标加速度 由统计数据获得的城市典型工况加速度 参考加速度 在测量路面上加速测量时期望的加速度 传动比加权系数 用以权重两个不同档位得出结果的无量纲系数 部分功率系数 用以权重加速试验和匀速试验得出结果的无量纲系数 锁定传动比 控制传动系 使其在测试期间传动比不变 ECER51方法A与方法B的差别 测量仪器和测量条件方面 方