第六章电器产品噪声及振动检验.doc

第六章电器产品噪声及振动检验 电器产品检验中涉及的各类性能指标很多，本章重点介绍噪声、振动检验内容。第一节 噪声的危害与电器噪声的来源从物理学观点来讲，噪声是指声音强弱和频率变化都杂乱无章、没有规律的声音。从生理学观点来讲，凡是人们不希望听的、听了令人烦恼、讨厌的声音均可称为噪声。众所周知，“三废一声，（废水、废气、废渣及噪声）中的噪声，是城市四大公害之一，其危害程度已引起各国的高度重视。噪声的危害主要表现在以下几个方面： 1危害人体的身心健康 噪声对人身危害最常见的是引起听力减退和噪声性耳聋。当人们长期处于90dB噪声级(A）的环境中，就会产生听力减退，并逐步加深而转变为噪声性耳聋。当噪声级（A）达到115dB时，就可能即刻引起耳聋，而当噪声级（A）达到140dB时，则会出现耳鼓膜破裂出血，使双耳完全失听，称为爆炸性耳聋。 2影响人们正常休息和谈话 噪声妨碍人们的睡眠和休息，干扰谈话，并使人精神上异常烦恼。经试验证明，即使对于睡眠着的人，当环境噪声级（A）达到40dB至50dB时，脑电波就产生反应，显示出大脑的休息受到破坏。而人们普通的谈话声约为60dB(A)，大声谈话约为70至80dB(A)，当噪声级（A）达到65dB时就会干扰诉话，当噪声级（A）达到80dB时，人们进行正常交谈就相当困难。 3影响工作和降低生产效率 在强噪声环境中，使人心情烦躁，注意力分散，反应迟钝，并容易引起疲劳，这样就会影响工作，降低效率；特别对于干细活和脑力劳动的人来说，更是如此。 4降低设备的使用寿命 一般来说，当环境噪声级达到130dB至140dB(A）及以上时，为强噪声环境。日用电器在此环境下容易产生“声疲劳，和“声共振”现象。这就会加速其部件损坏，缩短使用寿命。特别是对于敏感元件、高灵敏度的继电器等部件，其影响尤为明显。从电器产品的质量检验角度来讲，即使不太大的噪声，也可以与电器的设计性能、运行状及产品的综合质量发生联系。以波轮式洗衣机为例，如波轮和洗衣桶的结构形状设计不合理，不但要影响洗涤效果，而且将会增大摩擦噪声；当洗衣机外壳的刚性不够时，就易产生结构共振噪声；又如桶与外壳的连接结构不合理，使水流旋转时产生的振动传递到外壳上，也易产生共振噪声；电动机传动环节的装配不良，不但使机械零件容易损坏，而且能使电动机的振动传递到壳体上，产生不必要的低频噪声。所以，分析噪声来源、检测噪声大小对发现产品质量上存在的问题有其独特的意义。根据国内外对几种主要家用电器噪声的分析研究表明，其主要噪声源为：电冰箱及空调机的压缩机、管道、风冷用风扇；洗衣机的电机、水声、排水阀、制动器、外壳；吸尘器：风机、电机、吸嘴；电风扇的风叶、变速器等等。根据噪声产生机理的不同，家电的噪声可以分为流体噪声、电磁噪声和机械噪声。流体噪声是由于流体的流动而产生的，流体力可直接作用于大气使大气振动而产生噪声，如电风扇；流体也可通过构件振动而发声，如压缩机；气流在风道内由于风压的变化还会产生出共鸣声。电磁噪声是由电磁力产生的，如电机、变压器、内藏电动机的压缩机等。机械噪声是由固体振动而产生的。旋转物体的不平衡、固体撞击和摩擦都会产生这类噪声。它包括轴承噪声、旋转噪声、电刷噪声和结构共振噪声。就生产企业而言，了解噪声、分析噪声，最终是为了降低或控制噪声。降低和控制噪声可以针对噪声源和传播途径这两个环节采取措施，即要结合产品的原理和结构特点，采用适当的手段，减小噪声源的声量或基本杜绝噪声源的出现；在噪声的传播途径中，通过采用合适的材料，配置适当的消声器或滤波器，实现吸声、隔声、隔振，以求减弱噪声。第二节噪声检测基础噪声属于声音一类，它具有波动的一切特性，噪声的产生根本上是由于物体的振动所引起的。在各类日用电器产品中，有相当一部分会产生噪声。一个产品的噪声的大小，综合地反映出它的设计和制造水平，也反映出产品的质量。GB4214-84家用电器噪声声功率的测量对辐射稳定和非稳定的宽带、窄带噪声的声源测试环境作了相应的规定。这是适合噪声测量的通用标准，对各类产品测量的特殊要求还得由各类专用产品噪声测量方法规定，如交流电风扇噪声测试按GB158-82标准，电冰箱噪声测试按GB8059.1-82标准规定等。一、基本名词术语1声源激起声波的振动物体叫做声源。2声场声波传播的空间称作声场。3自由声场自由声场是只有直达声而无反射声的声场。理论上自由声场是没有边界的，媒质均匀且各向同性。实际上自由声场是指声波传播的空间环境中的一切反射影响可以忽略，即声波传播可以自由行进的声场。消声室声源所在的房屋六面都铺设吸声材料，以实现自由声场条件的房间叫消声室。在室外安静的高空，由于所发出的声音不受周围反射也可以实现自由场条件，但会受到环境噪声干扰和风雨等气候条件的影响。5半自由场和半消声室如果实验房屋很大或在室外开阔地，则边界墙面的反射可以忽略，这时只剩下地面的反射，称之为半自由场条件。房间内六个界面中五面铺设有效的吸声材料或结构（常用的是超细玻璃纤维尖劈或泡沫塑料块）而有一面为有效地反射声波，也就是地面是反射面（如水磨地面）的消声室，即叫做半消声室。近年来半消声室普遍用于机器噪声功率的测量。6扩散场指空间各点声能密度均匀，从各方向到达某一点的能流率相同，以及在各个传播方向声波的相位是作无规分布的声场。7混响室指具有扩散场的实验房间。它是吸声很小，混响时间很长，室内声波经过多次反射形成声能分布均匀的房间。8声频人耳对声音的感觉与声音的频率有关，能够听到的声音频率范围为2020 000z之间这个区域的频率称为声频。二、噪声的物理量度人耳之所以能听到声音，有如下几方面的因素：一是有产生声音的声源存在，当物体振动时，就能发声。二是有将声音传递到人耳的媒质，如空气就是一种媒质。声波是一种“疏密波”，它能在一切象气体、液体、固体样这样的弹性媒质中传播，声波在空气中传播的方向与空气质点振动的方向一致，所以空气中的声波是纵波。三是声波具有强度，如果强度太小（如声强小于10-12/m2），人耳是听不到声音的。正常人耳可听的声强级范围为0120dB。四是声音的频率，低于20z和高于20000z的频率，人耳都是听不到的，正常人耳所能听到的频率范围为2020000z，如果声音的频率低于20z称为“次声”，高于20000z的称为“超声”。日”，漪湘川川明阴以洲服对噪声的评价，象对其它物理量度量一样，国际上也采用统一的量度单位和方法。评价日用电器噪声最常用物理量的是声压与声压级或声功率与声功率级。1声压和声压级由于声音在空气的传播，使空气压强在大气压附近按声频起伏变化，这种压强的变化就称之为声压。声压是随时间变化的量，声场中某一点某一时刻的声压，为瞬时声压，可以比静压大为正值，也可以比静压小为负值。一般使用时声压是有效声压量的简称。某点的有效声压是该点在一段时间内各瞬时声压的均方根值。对于周期性声压，这段时间应取为周期的整数倍，或比周期大得多的时间。对于非周期性声压，这段时间应长到不影响计算结果的程度。声压用符号P来表示，单位为帕（Pa），即牛米2(N/m2)。声压是表示声音强弱的基本物理量。正常人耳刚能听到的1 000Hz声音的声压为210-5Pa，称为听阈声压。此声压常被规定为确定声音和噪声的参考声压0。使人耳刚刚产生疼痛感觉的声压称为痛阈声压，其值为20Pa。听阈声压和痛阈声压就帕（Pa）这个单位来说，相差一百万倍，直接用这个单位来表示有时是不够方便的，再者，人耳对声音强弱的感觉，并不是简单的比例关系，而是接近对数关系，一般人们习惯用对数方法对所需分析的量值范围加以压缩。声压级是某点的声压P与参考声压P0的比取常用对数再乘以20的值，单位为分贝(dB)，即LP20lg（6-1）式中，这有效声压，参考声压P0=210-5Pa20Pa。正常人耳从听阈到疼阈相应的声压级为0120dB。声压级是相对量，无量纲。在声学中，用“级”来表示相对量，并都用分贝作单位。在考虑这些量时，应指明它们所对应的参考量，并按对数法则进行运算。2声强和声强级单位时间内通过垂直于传播方向单位面积上的平均声能称作声强，用I表示，其单位为瓦米2 (W/m2)。声波在介质中的传播是能量的传播，介质并未移动，人耳对声音大小强弱的感觉主要与声强有关。在没有流动的介质中，声强矢量等于瞬时声压和同一点上相应的质点速度的时间平均乘积。在给定方向上，声强矢量的分量是（6-2）式中，T周期的整数倍或长到不影响计算结果的时间；方向上某点处的瞬时声压；方向上同一点媒质质点的瞬时速度。对自由场中的平面波或球面波，在传播方向上距的声源d处的声强为 (6-3)式中：P传播方向上距的声源d处的有效声压；媒质的密度；C声速（m/s ）。式 (6-3)为声压与声强间建立起了联系。一般称oC为空气的特性阻抗，它与气压、温度有关，因此在声级测量中的温度气压修正值就是由此而来的。相应于听阈声压的声强为10-12/m2，此值常取作参考声强。相应于疼阈声压的声强值为1/m2。人耳对声音的感觉并非完全按听阈声压和痛阈声压确定的范围线性变化，为了更好地符合人耳的听觉习惯，引入声强级的概念。声强级是指该点的声强I与参考声强Io的比值取常用对数再乘以10的值，单位仍为分贝，即：L10lg (dB) (64)式中，Io为参考声强，在空气中Io=10-12W/m2。正常人耳从听阈到疼阈相应的声强级为0120dB。应当注意的是：声强即有大小以有方向，它是一个矢量，而声压只有大小而无方向，是一个标量。但对于声压级或是声强级它们都是相对量，分贝只是级的单位，而级是无量纲的。若把式（(6-3)代入式（(6-4)，则（65）式中，在一定条件下为一常数。式（65）论及在空气中同一点测得的声压级与声强级之间相差常数。在标准大气压下，温度为38.9时，空气的Pa.s/m。则1，此时；在气温为15或26时，Pa.s/m，则1.02，0.086dB，此值在一般测量中可略而不计。所以在常温下空气中，可认为，由此可见，在同一点处测出的声强级数值可近似地用声压级来表示。3声功率和声功率级声功率是声源在单位时间内辐射出的总能量，用表示，单位为瓦（W）。它是用能量的大小来表征声音强弱的物理量。声功率级也是声功率与参考声功率0的比值取常用对数再乘以10的值，单位仍为分贝，即LW10lg(d)（65）式中，为声功率；0为参考声功率，在空气中取Wo=10-12(W)。4.频带和噪声的频谱声压谱级前面的讲述是从声压和声能等方面描述噪声，现在再从声音频率的角度去描述噪声。声音听起来有的尖锐，有的低沉，这是由于音调有高低不同，而音调的高低差异主要取决于声源声振动的频率。对于2020 000Hz的可闻声，频率有1 000倍的变动范围。为了便于分析，将宽广的频率范围划分为若干较小的频段，每一个频段称之为一个频程或一个频带。目前采用10段倍频程的表示方法，每段以其几何中心频率来命名。每一个频程或频带均有上限和下限频率，中心频率我们也能方便的求出来。在噪声控制中，仅用中间的8段就足够了。若把一个频程再分为三份，即得到1/3倍频程。各量的数学关系式为：（66）式中，节i频带下限频率；节i频带上限频率；m倍频程数，常用频带中心频率为：频带宽度为：常用的1倍频程和倍频程的中心频率及频率范围见附表二所示。以每段的中心频率为横坐标，声压级（或声强级、声功率级）为纵坐标绘制出的图形，称为频谱图，如果声音为噪声，则为噪声的频谱图，简称噪声的频谱。图6-1为某吸尘器的噪声频谱，经分析得知，400Hz处的峰为电动机转子不平衡所产生；5001000Hz的带宽峰为吸嘴所引起的气流噪声；2500Hz的峰为风叶引起的旋转噪声。一般噪声，多为复杂非周期信号，从理论上讲，频谱应是连续的，但当我们要从实验中绘制出频谱图，想测出单一频率下的声压级或声功率级是不可能的。人们为了尽可能实现这一目标，就定义了声压谱级（声谱密度级）的概念。声音在某一频率处的声压谱级，是指以该频率为中心频率，带宽为1z的频带中所有声能的有效声压级，其数学表达式为：（67）式中：相应于带宽的频带声压级；通过带宽的滤波器的有效声压（a）；参考声压，；滤波器带宽（z）参考带度，z在实际测试中，多采用1倍或1/3倍频程带通滤波器（每给定一个中心频率，测定此带宽频带的声压级）测量其频带声压级。采用不同倍频程，在同一点测量的声压谱级理应相同，但因各倍频程在某中心频率进行滤波时，由于频宽的不同等原理，使得某些信号不能在本频程内显示，从而造成了对连续的噪声，在同一点测量的差异。常用的频带声压级之间有相互关系，即在同一中心频率处有： （68） （69）式中，用1倍频程滤波器测得的频带声压级，即倍频带声压级；用1/2倍频程滤波器测得的频带声压级，即1/2倍频带声压级；用1/3倍频程滤波器测得的频带声压级，即1/3倍频带声压级。三、噪声的主观评价人类的听觉较声波的物理参数测量要复杂得多，它具有多种属性，其中包含区分声音高低和强弱两种属性。人的听觉是以耳朵作为传感器，由脑神经作最后的评价。耳朵是一种非线性器官，它把接到的声压与声波频率结合起来评价声音的大小。听觉用音调区分声音的高低，它主要依赖于声音的频率，但也与声压、波形有关。听觉用响度区分声音的强弱，它主要依赖于声压，但也与频率、波形有关。故必须根据人对声音的主观感受程度来定义噪声的主观度量响度和响度级。（一）纯音（单一频率的声音）的主观评价1响度和响度级响度是凭听觉判断声音强弱的量（即人们对声音强弱的直观判断），与正常人对声音的主观感觉成正比。它不仅取决于声音的强弱，也与声音的频率、波形有关。响度的单位为宋（one），符号为。规定频率为1000z，声压级比听阈声压级大40dB的声音的响度定义为1one，同时规定声音的声压级每升高10 dB，响度增加一倍。即声压级40dB为1one，50 dB为2Sone,，60 d B为4Sone，30dB为0.5Sone，20dB为0.25Sone。为了判断任一个声音的响度，最简单的办法就是将其与另一个标准声音进行比较。国际标准化组织1936年决定采用1000z纯音作为标准参考纯音。调节1000z纯音的声压级，使它与所研究的声音听起来一样响，则这个1000z纯音的声压级就是该声音的响度级，单位为方（Phon）。例如一个声音听起来和声压级为80dB,频率为1000 Hz的标准纯音一样响，则这个声音的响度级就是80Phon。Phon与Sone的数学关系式为 （610）式中响度（宋）响度级（方）式（610）仅适用于纯音或窄带噪声，对于一般的宽带噪声，史蒂文斯（tevens）提出了一种响度指数计算方法，后面将有讲解。2纯音等响曲线两个声压级相同但频率不同的纯音作用于人耳时，人会感觉两者并不一样响。若以频率为1000z的标准参考纯音，与其它频率的纯音通过比较试听，得出在整个人耳听觉范围内的一系列响度相等的声压级，将此声压级与频率的关系绘制成曲线，则该位于频率声压级直角坐标系内的曲线就称为纯音等响曲线。英国国家物理实验室鲁宾逊(Robinson)和达逊(Dadson)经过大量的实验，测得了纯音的等响曲线，如图62所示。它表达了典型的听者认为响度相同的纯音的声压级与频率的关系。图62中各等值曲线上的数值表示声音的响度级，也是与这个声音同样响的1000z纯音的声压级。曲线中最下面一条是听阈线，上面120方的曲线是痛阈曲线。由等响曲线可以看出：（1）人耳对高频声音，特别是对30005000Hz的声音最为敏感，而对低频声音，特别是100Hz下的声音很不敏感。如响度级同为50Phon，对1 000Hz的频率声压级是50dB；对30004000Hz频率声压级是42dB；对100Hz的频率声压级是59dB；对40Hz的频率声压级则为75dB。可见，同样响但频率不同的纯音具有不同的声压级，而把同样响的声音称为具有同等响度级（2）声压级越小，频率越低的声音，其声压级与响度级的数值差值越大。如声压级为50dB时，30Hz的低频声音是听不见的（低于听阈曲线），因为它的响度级还不到0Phon。而同一50dB的声压级，60Hz低音的响度级为25Phon，500z时为54Phon，1000Hz时则为50Phon（3）当声压高于100dB时，等响曲线已经逐渐趋平，这说明，声音强到一定程度（高于100dB）时，人耳已经不易分辨出频率的高低。此时，声音的响度级主要取决于声压级而频率关系不大。等晌曲线是许多声学侧量仪器设计的依据（二）宽带噪声（含有多种频率成分的噪声）的主观评价 1计权声压级噪声测试时，由于不能直接测得响度级和响度，而常用可测得的声压级来表示噪声的强弱。为了使声压级能类似描述人耳对噪声的实际感觉程度，从等响曲线出发，采用某种电气网络对不同频率的声音信号实行不同程度的衰减，使得测量仪器的读数能近似地表达人耳对声音的响应，这种网络称为频率计权网络，它可以用一种特殊的滤波电路来实现。通过计权网络测得的声压级称为计权声压级或计权声级，简称声级。通常在声学测量仪器中设置A,B,C三种计权网络，它使所接受的声音按不同程度滤波。计权网络A是模拟人耳对40Phon纯音的响应，它使信号通过时，低、中频段（1 000Hz以下）多有较大的衰减；计权网络B是模拟人耳对70Phon纯音的响应，它使信号时，低频段有一定的衰减；计权网络C是模拟人耳对100Phon纯音的响应，在整个可听频率内有近乎平直的响应。这三种计权网络分别用于较弱、中等和较强噪声测试中。由于B,C两种网络表征耳的主观特性不明显，故近年来已逐渐不用于评定噪声级。为了避免响度转换的烦琐，并且频率计权网络对较强声音的测试结果基本上也符合人耳的感受情况，所以现在一般都采用A计权网络，称为A声级（LA），记作dB或分贝（A）。一般在不作其它说明时采用A声级来评价噪声。只有在为了判断频率特性时，才附带测量B,C声级。图6-3是几种计权网络的特性曲线。由于计权曲线的频率特性是以1 000Hz为参考计算衰减的，所以所有曲线均重合于1 000z。需要注意的是声级仅用于稳态连续噪声的评价。表61、计权曲线频率特性频率z计权特性（相对响应）频率z计权特性（相对响应）曲线曲线曲线曲线曲线曲线31.5-39.4-17.1-3.0800-0.80040-34.6-14.2-2.0100000050-30.2-11.6-1.312500.60063-26.2-9.3-0.816001.00-0.180-22.5-7.4-0.520001.2-0.1-0.2100-19.1-5.6-0.325001.3-0.4-0.5125-16.1-4.2-0.231501.2-0.7-0.8160-13.4-3.2-0.140001.0-1.2-1.3200-10.9-2.0050000.5-1.9-2.0250-8.6-1.306300-1.0-2.9-3.0315-6.6-0.808000-1.1-4.3-4.2400-4.8-0.5012500-4.3-6.1-6.2500-3.2-0.3016000-6.6-8.4-11.2630-1.9-0.102等效连续A声级由于声级仅用于稳态连续噪声的评价。而对于有起伏或间歇或随时间变化的非稳态噪声，1971年公布了“职业性噪声暴露和听力保护”的噪声标准1999，在此标准中提出以“等效连续声级”为非稳态噪声的评价标准。所谓等效连续声级就是在声场中的某一定点位置上，对一段时间内出现的几个不同的声级采用能量平均的方法，以一个在相同时间内能量与之相等的稳定连续的声级来表示该段时间内噪声的大小，这个声级就是等效连续声级。也即考察噪声对人们的危害，除了要注意噪声的强度和频率以外，还要注意作用时间。因为噪声的危害程度同这三者都有关。事实上，这三者都是变化的。等效连续声级常用eq表示，单位为dB(A)。其数学表达式为（611）式中总的测量时间（s）计权瞬时声压（）0基准声压。020Pa实际应用时，由于，所以有若对有限个声级测量值，上式可简化为（612）式中分别为t1，t2时间内发生的声级；t1，t2分别为对应的时间段。例如，若洗衣机开停时间相同，测得各段声级（扣除背景噪声）如下，单位为分贝。80，0，80，0，80，共16个值。计算等效连续声级。解：由式（612）得eq也是计算日夜平均声级LDN和噪声污染级LNP的基础。因为这个指标的主要用途是评价听力损失发病率，所以得到国际上的广泛承认。3噪声评价数（NR）噪声评价数NR是ISO于1961年提出的，它同时考虑了噪声的强度和频率两个主要因素。比单一的声级作为评价指标更为严格。这一指标主要评定噪声对听觉的损伤，语言干扰和对周围环境的影响。NR（613）式中1倍频程声压级；a，b与各倍频程中心频率有关的常数，见表62表62a，b常数值1倍频程中心频率Hz631252505001000200040008000a35.57212480-3.5-6.1-8.0b0.7900.8700.9300.97411.0151.0251.030将式（612）绘成曲线即为噪声评价曲线，如图6-4所示。它是由一系列每隔5dB一条的曲线所组成，同一曲线上各倍频程的噪声级对人们的干扰程度相同。每条曲线上，1000Hz声音的声压级等于噪声评价数NR。也就是噪声评价曲线的序号。 对于某产品和环境噪声的评价，是以它的倍频程噪声频谱上的最高点所靠近的曲线值作为它的NR数。例如某噪声倍频程噪声谱的最高点接近NR75的曲线，则该噪声的评价数为NR75。噪声评价NR在数值上与A声级的关系可近似表示为：当75dB(A)时（6-14）当75dB(A)时 （6-15）据此，可以由噪声容许标准规定的A声级来确定相应的容许噪声评价数NR值。4宽带噪声的响度和响度级 现介绍史蒂文斯（tevens）提出的宽带噪声的响度计算方法。其计算步骤如下，（1）在所需考察的频率范围内，对噪声进行倍频程分析，测出倍频程声压级。（2）根据每一频程中心频率和声压级，查图65得相应的响度指数。（3）按下列公式计算出噪声的总响度。 （6-16）式中由步骤(2)查得的最大响度指数；图65响度指数曲线所有响度指数之和。根据Phon与Sone的数学关系式（610）可以得到相应的响度级。 第三节 噪声的测量噪声的测量主要是声压级的测量、声功率级的测量、声强的测量。对声压级的测量，测量系统是以声级计为仪器核心；声功率级的测量也是以声级计为测量仪器核心，再通过声压级计算得出；声强的测量是以声强计为中心或以声强测量系统来实现。一、噪声测量仪器声级计声级计也就是声级电压测量放大器，IEC651标准中按仪器测量精度将声级计分为四个等级，即0,1,2,3型，并规定测试用仪器必须是1型或1型以上的精密声级计。2型和3型的测定结果只能作参考，一般只用于环保检测。0型仪器为试验室精测时用。声级计分类见表6-3。表63声级计分类ICE类型号0型1型型3型仪器精度仪器名称士0. 4dB测量放大器士0. 7dB精密声级计士ldB普通声级计士1. 5dB普通声级计1声级计的工作原理声级计是声压测量的主要仪器，其工作原理框图如图6一6所示一般由传声器、放大器、衰减器、计权网络、检波器、指示器及电源等部分组成。被测声音信号通过传声器转换成电压信号，进入前置放大器，经阻抗变换后，由前置放大器获得低阻抗输出信号，经适当放大或衰减后进入计权网络得到声级量，然后再放大或衰减后经检波器送至指示器以上的衰减器和放大器人为两级进行，输入放大器和输入衰减器的作用是将过小的信号放大，过大的信号衰减，使后续电路有合适的输入量值，扩大声级计的工作量程；输出放大器和输出衰减器的作用是为了提高声级计的信噪比，并使指示表针获得适当的偏转角度，以提高测试精度。计权网络对通过的信号进行频率滤波，使声级计的整机频率响应符合规定的频率计权要求，以使能测量声级。交流信号经检波器后变为直流信号，并由指示器的“分贝”指示测量结果。另外，输出放大器的输出信号可供频率分析仪、示波器或记录设备使用有的声级计还备有“外接滤波器”插孔，用来与其它滤波器连接进行频谱分析为了现场测量的方便，一般声级计都采用电池供电。2传声器传声器是一个将声能变换成电能的换能器，也可称之为话筒式微音器。用于噪声测试的传声器一般有电容式、压电式和电动式等。电容式体积小，灵敏度高，频率响应好，温度和湿度影响小，但价格较高；压电式结构简单，价廉且灵敏度高，但频率响应相对较差；电动式体积大，灵敏度较低。由于压电式和电动式性能不及电容式，只用于普通声级计上，精密声级计都用电容式传声器。电容式传声器的基本构造如图67所示。振膜是一张拉紧的金属薄膜，其厚度约0.00250.05mm，在声压作用下，产生振动。振膜是电容器的一个极板，背极则为另一个极板，两条导线分别接于振膜与背极。当有声压作用于振膜上时，由于振膜的振动，从而使电容器的电容量发生变化。背极上有若干个经过特殊设的阻尼孔，振膜运动时所造成的气流将通过这些小孔产生阻尼效应，以抑制振膜的共振振幅，防止振膜因共振而破坏。壳体上开有毛细孔（均压孔），用来平衡振膜两侧的静压力，以防止振膜的破袭然而，动态的压力变化（声压）很难通过毛细孔作用于内腔来保证仅有一振膜的外侧受到声压的作用。绝缘体用于将振膜与背极分开，并支持背极。传声器最主要的特征参量是灵敏度的频率响应。传声器的灵敏度是指传声器输出端电压与振膜处有效声压之比，单位是/a(伏/帕)。而传声器灵敏度的频率响应是指传声器置于指定声场条件下，并在恒定声压和给定入射角的声波作用下，其灵敏度和频率的关系。传声器灵敏度的频率响应有三种：即声压灵敏度频率响应，自由场灵敏度频率响应和无规入射灵敏度频率响应。声压灵敏度频率响应是传声器的整个振膜上受到均匀声压时，传声器的输出电压与声压之比与频率的关系。自由场灵敏度频率响应是指传声器置于自由声场中，其输出电压与传声器未置于声场前的声压之比与频率的关系。无规入射灵敏度频率响应其声场为扩散场。与上述三种响应相对应，传声器也分为声压传声器、自由场传声器和无规入射传声器三种。但对大多数传声器而言，其声压灵敏度频率响应和无规入射灵敏度频率响应很接近，所以可用声压传声器来代替。实践测量时，若是在自由场条件下进行测量，应使用自由场传声器，传声器正对声源，并使声波垂直入射于传声器的振膜；若是使用声压传声器，则应使声波掠入射（即入射角为90）。若是在扩散场中测量时，则应使用声压传声器：若使用自由场传声器，应在自由场传声器上附加无规入射修正器（声学共鸣器）进行修正。工业噪声测量中，主要在自由场条件下测量，所以主要采用自由场传声器使用时，传声器应正对声源，使声波垂直入射。若声波是从多方向传来时，应加上传声器的附件无规则入射修正器来修正。测量环境噪声，可始终将传声器指向上方。再者，对于低声级的噪声测试应选用高灵敏，有较大直径（如1英寸）的传声器；对于频带要求高的或用于高声级的噪声测试应选用小尺寸（如1/2英寸）的传声器。家用电器噪声测试采用自由场型传声器。传声器与声级计连接的延伸电缆必须是匹配的。3噪声测试仪的使用以丹麦产B&K2203，B&K2209为例说明仪器的操作程序：(1)在电源未接通的情况下安装传声器。(2)电源开关应在“关”的位置装电池，后打开电源开关检查电池容量。声级计表头指针应在标记内，否则需要更换电池。(3)仪器预热15min后，用声级校准。此时应使衰减器处于最高读数，计权网络放在线性Line”的位置，根据校准器标定的分贝值决定输入衰减值的位置。调节灵敏度旋钮，使声级计指针指示校准标定的分贝值。(4)仪器“快”“慢”档的选用，按标准规定，仪器表头读数实际上是某段时间的计量值，对于一般随机噪声来说，这种读数的误差与所取的时间有关。“快”档，相当于0. 27s平均时间，很接近人耳的听觉反应。“慢”档，相当于1.05 s平均时间，用RC积分线路实现。实际测量中一般选用“快”档，当表头指针变化小于2dB时，可以用“快”档读数，取其平均值；当表头指针变化为2-3dB时，用“慢”档读数，取其平均值；当指针变化大于士3dB时，读数的观察时间要增加到10-30s，也就是说，对于稳态的随机噪声，必须有合适的平均时间，才能准确测量。 (5)在进行计权测定或频谱分析时，应先接“线性”档测定，当输入衰减器至合适位置后，A计权测定或频率分析只能调输出衰减器。 (6)测试结束后，应重新用声级校准器校准仪器。如偏差1dB以上，前面测试的数据无效，应重测。而后将衰减器放在最大读数档，关闭电源开关，取出电池。二、声压级的测量利用声级计可以测量、等声压级，而对一般噪声的评价标准，国际标准化组织于1967年就提出采用声级。因为以声级来表征噪声的强弱与人耳的感觉最接近。所以对噪声声压级的测量，实际上就是声级的测量。测量声级的主要仪器及设备如图66所示。1声级计的校准图68活塞式发声器示意图1.塞活 2.凸轮 3.电动机4.耦合空腔 5.待校准的传声器。2为了确保声压级测量的精度，声级计必须经常校准。每次测量开始和结束时，都必须进行校准，两次校准差值不得大于1dB，否则测量结果无效。声级计可以使用活塞发生器、声级校准器进行校准（声学校准法），也可以用声级计内部电校准信号校准，但这种方式仅校准了放大器及检波指示器，未校准传声器。有条件时，应尽量使用声学校准法校准，至少应定期进行声学校准声级计校准后，测量时不应再调节“灵敏度”旋钮。这里介绍最常用的活塞发生器校准法。3活塞发生器（图68）是由直流电动机带动凸轮使两个对称的活塞作正弦往复运动，导致空腔中的气体压力随时间按正弦规律变化，从而产生（1240.2）dB的声压级的发声装置。校准时声级计的传声器插入活塞发声器即可。活塞发生器具有结构简单、使用方便、失真度小等优点，是实验室、生产现场和其它声学测量中广泛应用的校准声源。2测量点的布置在现场测量噪声，由于声源多，房间大小有限，周围有许多反射面，很难达到自由声场的条件。因此，为了减少其他噪声源发来的声波和周围反射声波的干扰，传声器应当接近机器的噪声辐射面，以获取大的直达声信号。也即一般多采用近声场的测量法。传声器过分接近声源也不好，因为该处的声场往往是不稳定的。测点与声源的距离：对于外形轮廓尺寸小于0.3m的被测对象，传声器测点距其外廓表面0.3m。对外形轮廓尺寸为0.31m的被测对象，传声器测点距其外廓表面0.5m。对外形轮廓尺寸大于1m的被测对象，传声器测点距其外廓表面1m。测点高度的选择：距地面1.5 m的位置来测量噪声。在某些特殊情况下，最低高度不得低于0.5m。测量时，传声器面向声原，并与水平面平行。 测点的数目：对于均匀向四周辐射的噪声源，可只选一个测点。对于非均匀地向各个方向辐射噪声，应在声源周围不同位置上测量若干个点，除找出A声级最大的一点作为评价依据之外，同时还应当测出若干点（一般多于5点）的A声级和频谱，作为评价的参考。必要时应测出声源在各个方向的噪声级分布，若需要了解噪声对人体健康的影响，可以把测点选在工作者操作位置人耳处（此时人应避开）。或者在工作者经常工作活动的范围内，以人耳高度为准选择几个测点。测试环境：最理想的情况是把被测对象置于自由场条件下进行测量。3测量环境的影响（1）背景噪声背景噪声又称本底噪声，所谓背景噪声就是指被测定的噪声源停止发声时，其周围环境的噪声。噪声测量时，测量结果不可避免地会受到周围环境的影响。所以噪声测试时声级计指示器上的读数实际上是被测噪声与本底噪声的综合值，因此必须予以修正。一般说，被测噪声源的A声级以及各频带的声压级分别高于背景噪声的A声级和各频带的声压级10 dB，则可忽略背景噪声的影响。若相差大于3dB不到10dB则应按表6-3进行修正，若相差小于3dB，则测量结果无效。表63背景噪声的修正值LP -LPe344661010修正值-3-2-10表中：LP为所测噪声源的声压级；LPe为背景噪声声压级；修正后噪声的声压级应为LP加修正值。（2）反射声当被测声源附近有大的障碍物或在室内测试时，由于障碍物、室内壁面、地面的声反射，使测得的结果中混有反射而带来的噪声。为了避免上述影响，通常要求在被测声源附近23m内无大的障碍物，室内测试时应检验环境是否近似自由场。同时还应注意测试人员及声级计本身反射的影响，这在测试高频噪声时更为重要。（3）其它环境因素测试现场的风、磁场、振动与温度、湿度等都会给测试结果带来影响。要根据测试要求和具体情况采取必要的措施。如风速、气流流速较大时使用风罩和鼻锥（具体用法参阅声级计使用说明书），以保证测试的准确性。4声压级信号的频谱分析若需要对声压级信号作频谱分析，可以将滤波器接入声级计，根据滤波器的中心频率与声级计上的读数，绘制出频谱图。常用的滤波器有倍频程和1/3倍频程滤波器。若滤波器与电平记录仪同步工作，则可自动绘出频谱图来。另外，还可以将声级计的输出直接送到信号处埋设备作频谱分析。或者用磁带记录仪将声级计的输出记录下来，然后再重放到信号处理设备上作分析。5声压及声压级的合成当有两个或两个以上声源同时作用时，就涉及到声压与声压级的合成。现设某点有两个声源作用，则在该点瞬间有两个声波通过，则该点的瞬时总声压p(t)为两声源分别作用在该点处的瞬时声压p1(t)和p2(t)之和。 （6-16）通常，声压的大小用其有效值来表征，所以总声压的大小p为 （6-17）式中适当长的积分时间。式（6-17）表明两个声波共同作用的总声压不等于两声压之和。只有当两个声波是不相干波的时，式（6-17）的第三项才等于零。因而也只有在这种情况下，才可认为总声压的平方等于两声压平方和。考虑到实际中所遇到的声音有的是不同频率的纯音，或者是宽噪声，总之多为不相干波，这时（6-18）该式就是噪声声压相加的计算式。需要注意的是如果两声波是相干波，则必须按式(617)来计算总声压。现将式（6-18）推广到多个不相干声波作用于某点处的总声压有：（6-19）对于声压级的合成，可由（6-19），根据声压级的定义，则在n个声源同时作用的情况下，声场中某点处总声压级为又因为所以（6-20）式中Lpi节i个声源在测定处引起的声压级。这就是声压级的合成公式。例1已知Lp1=90dB ，Lp2=95dB， Lp3=88dB求合成总声压级。解：根据式（6-20）有96.8dB若仅有两个声源，且p1=p2，即Lp1=Lp2时，声压级的合成，也可以利用分贝和增值图表（见图610）来进行计算。例如上例可将其中任两个声压级先合成，合成之值再与另一个声压级合成以得到总的合成声压级。不妨先将Lp1和Lp2合成，由于（Lp1- Lp2）5dB，则由分贝和增值图得修正值为1.2dB，得合成值为（95+1.2）dB96.2 dB，此值再与Lp3合成，由于（96.2 dB - Lp3）8.2，则由分贝和增值图得修正值为0.6dB，由此可得总合成声压级为（96.2 dB+0.6 dB）96.8 dB。由分贝和增值图（图610）可以看出，总声压级不会超过较大声压级3 dB。而当两声压级之差等于或大于10dB时，合成声压级比其中较大者大，但不超过0.5dB这一点很重要，它表明在这种情况下，总的声压级近似等于二者中较大者，也即可忽略小声压级声波的影响。6、平均声压级求多个声压级的平均值时，应当将各声压级转化成声压，而后取这些声压平方和的平均值作为平均声压的平方值，最后再转化为声压级。例如：已知声压，相应的声压级为。求平均声压级。由于则平均声压的平方为根据声压级的定义有（6-21）也可以借助分贝和增值图表（图610）进行计算。其具体方法是先将各声压级合成，合成声压级再减去声压级个数的对数的10倍，即合成声压级减去10lgn。此种方法称为能量叠加法。例2现测得四个声压级的值分别为100dB、104dB、105.5dB、106.5dB求平均声压级。解：任取其中二值，如100dB和104dB，105.5dB和106.5dB，从分贝和增值图表（图610）确定修正值分别为1.5dB和2.5dB，加上修正值后分别得105.5dB和109dB。再将105.5dB和109dB合成，找出相应的修正值1.6dB，于是合成的声压级为110.6 dB。则有平均声压级为10lgn由表64查得：表6410lgn值测点数n34567891010lgn(dB)4.86.07.07.88.49.09.510三、声功率级测量对噪声的评价标准中，和同样提出采用声功率级。适用于除运行车辆及其他非固定设备外的所有工业产品。采用声功率级的原因，一是因为功率是表示噪声发射的声能，声功率易于表达声源的噪声辐射强度和辐射特性。而声压不具有能量的概念，它只代表了声波引起的大气压的起伏变化。二是因为声功率级测试值和测量距离无关。对某一产品而言，该产品的噪声声功率是一个恒定值，而声压级测试则随测量距离而改变，因此用声功率级更便于进行产品间的噪声比较。1测量环境声功率级不是直接测试得来，而是在特定的声学环境中，通过测量声压级计算出来的。所以测量声功率级用的基本仪器仍是声级计。特定的声学环境可以是消声室、半消声室、混响室和特定混响室。国际上，对机器噪声的声功率测量分为3级，即精密级、工程级和概测级。日用电器各类器具的测试精度（即最大标准偏差值）一般要求在工程级以上。精密测量一般在消声室或半消声室内进行消声室是一个自由场的实验室，适用于测量球面布点的各类产品。半消声室是一个反射面在下方的自由场实验室，对于笨重的噪声源产品，在这种环境里测量较为方便。工程中有时只能在近似于半消声室的环境里测量.。如在户外开阔的空间，将被测产品放置在坚硬平坦的地面上，近似于半消声室的测量条件。检测产品噪声时，其声学环境应符合有关标准的规定。 日用电器噪声的精密级测量，一般建议在半消声室内建立一个反射面上的自由场来进行测试。利用半消声室测量有两个优点，它即模拟了产品实际使用时地面反射的特点，又可避免因消声室的地面吸声结构布置而带来的测试和安装上的很大不便。在日用电器测试时，对背景噪声有一定的要求。当背景噪声的影响需要修正时，应将产品测得的噪声值减去修正值，声压级的修正值参见表6-3。2被测产品的安装及工作状况（1）安装位置 对于立式、柜式、台式等机电产品，当在各种半自由场条件测试时，一般安放在测试场所地面的几何中心处。对于手提式、悬吊式等机电产品，在各种自由场条件测试时，一般用弹性支架将产品悬吊空中或夹紧装置固定，被测器具的最低部分离地面的距离应不小于1.3m。 在各混响场条件测试时，一般将器具安放在地面上，被测器具的表面离各墙面（包括顶面）的距离不小于