第章噪声测量

本章学习要求：,1.掌握流速法测流量的原理；2.掌握压差法测流量的原理；3.了解涡轮流量计测流量的原理；4.了解电磁流量计测流量的原理；,第十三章噪声测量第1节噪声测量中的声学概念,声场声场声波传播的空间。自由声场允许声波在任何方向作无反射自由传播的声场。传播介质均匀，各向同性，无反射（全吸收）混响声场-允许声波在任何方向作全反射传播的声场。传播介质均匀，各向同性，无吸收（全反射）半自由声场仅地面为全反射，其余方向声波可作无反射自由传播的声场。半混响声场声波在其内传播，既不完全反射，也不完全吸收的空间。,返回,二、声压级和声功率级声压级声压声波波动引起传播介质中的压力变化量。声压数值很小变化范围很大。听阈声压正常人能听到的最低声压。210-5Pa。痛阈声压正常人耳开始疼痛的声压。20Pa。声压级：,声压级的数值大小与测点位置和测量环境有关。声功率级声功率声源在单位时间内辐射的总声能量。记为W。声功率级：,听觉范围：0120dB。,W0基准声功率，10-12W。,基准声压：P0=210-5Pa，1000Hz的纯音,声功率与声压之间有确定的关系，可以通过声压级的测量推算出声功率级。在理想声场中，点声源的声功率与声压之间的关系：,声功率级直接反映了噪声源辐射声音的强度，声源的声功率值在其安装条件确定后受环境的影响比较小，因此在实用中占有重要的地位。,返回,声级的计算实际声场有多个声源共同作用，需要进行声级的合成或分解计算。合成（分解）声级计算不能简单加（减）。必须根据能量叠加的原则进行。声级的合成设声场中同时有n个声源作用，第i个声源的声功率为Wi，(i=1,2,n)。根据能量叠加原理，这n个声源共同作用合成的总声功率和声功率级为：,设声场中同时有n个声源作用，测得某处在第i个声源单独发声时的声压为pi，声压级为Lpi，(i=1,2,n)。根据能量叠加原理，这n个声源共同发声时该处的总声压和总声压级为：,例：两个声源单独发声时的声压级为100dB，共同发声时的声压级为103dB，而不是200dB。,同理工作机械待测噪声的声功率级LWd为：,声级的分解声级的分解是声级合成的逆运算。实用上可从多声源的环境中分解出某一待测声源，如进行背景噪声修正。设工作机械的噪声与背景噪声的合成声压级为Lpt，工作机械停转后测得的背景噪声声压级为Lpb，则待测的工作机械噪声的声压级Lpd为：,背景噪声修正：,声级平均值,在某声源周围有与声源等距离的n个测点，测得第i点的声功率级为LWi，声压级为Lpi，(i=1,2,n)。根据能量叠加原理，这n个测点的平均声功率级和平均声压级为：,同理：,三、噪声的频谱噪声是空气的振动，一般是由多个频率组成的复合声。为了分析噪声的来源和性质，我们除了要了解噪声关于时间的变化规律外（时域分析），更关心噪声关于频率的分布特性（频域分析）。频程为什么要使用“频程”的概念？,如何划分频程？定义：若将整个频率范围划分为n个互相相连的频带，对任一频带i，上限频率为fsi，下限频率为fxi，如有：,则称这种频带划分为d倍频程。常用的倍频程，有1/3倍频程。d越大，频带划分越细，测量也需越精细。每一频带的中心频率与频带宽度为：,这样，可近似地将在i频带上的分布看成是均匀分布，并能量集中在该频带中心频率处。频带划分越细，噪声声压级曲线越低。数据比较应在同一倍频程下进行。,频程声压级和频谱能级频程声压级在噪声强度的分频带测量中（频带划分已定，如为1/3倍频程），在各频带上测得的噪声声压级。频带不同，频程声压级一般也不同。,根据能量叠加以原理，频率不同的声波不会发生干涉，因此，总声能等于各频带上声能量的叠加。频谱能级Sn,式中：f测量用的恒定带宽Lnf频带的声压级,频谱能级Sn表示1Hz带宽频带上的声压级。,频谱图低频：小于350Hz中频：3501000Hz高频：大于1000Hz,第2节噪声评定值,所谓噪声就是指人们不需要的声音。噪声对人的危害和影响包括许多方面，噪声评定指标的建立必须考虑噪声对人们影响的特点。除了噪声的声压之外，噪声的频率、涨落、出现时间以及各人的生理心理状态的不同都使人们对噪声的感觉不同。噪声评定指标就是在研究了人对噪声反应的各方面不同特征后提出的。一、等响曲线，响度级和响度人耳的特点：高灵敏度、大动态范围、强滤波功能、方位探测。人们常用“响”与“不响”来描述声音的强度。人耳对声音的响度感觉除了近似地与其强度的对数（声压级）成正比外，还与声音的频率有关。同为60dB的100Hz和1000Hz的声音，听起来后者要比前者响。前者达到67dB时，二者听起来才一样响。响度级某一频率的纯音和1000Hz的纯音听起来同样响时，该1000Hz纯音的声压级就定义为该待定声音的响度级。响度级的符号：LN响度级的单位：phon(方）。声音基准1000Hz的纯音,等响度级曲线听觉范围:频率：2020000Hz响度级：0120phon听阈0phon痛阈120phon,响度级的方值实质上是1000Hz纯音的声压级，仍是一种对数标度单位，不能线性地表明不同响度级之间主观感觉上的轻响程度。80方的声音听起来并不比40方的声音响一倍。,响度响度是与人主观感觉对声音轻响程度成正比的参量。定义：响度-正常听者判断一个声音比响度级为40phon参考声强响的倍数。响度的符号：N响度的单位：sone(宋）,规定：40phon声音响度为1sone,则：2sone是1sone的1倍响3sone是1sone的3倍响响度与响度级的关系：,大约：响度级每增加10phon，响度增加1倍。,二、计权声级和计权网络由等响曲线可知，人耳对不同频率的声波反应的敏感程度不同。对10005000Hz的声音比较敏感，对低频和很高频率的声音不敏感。计权声压级-为了使声音的客观度量与人耳听觉的主观感受近似取得一致，通常对不同频率声音的声压级进行特定的计权修正，再叠加计算得到噪声的总声压级。此声压级即为计权声压级。,计权网络近似以人耳对纯音响度级频率特性设计的频率修正特性。A计权网络-模拟40方等响曲线A计权声级单位：dB(A)与人耳感觉最接近，常用，适用于稳态宽频带噪声的评价。B计权网络模拟70方等响曲线B计权声级单位：dB(B)修正量较小。C计权网络模拟100方等响曲线C计权声级单位：dB(C)修正量最少。,三、统计声级（累计百分数声级）对现实生活中大量的非稳态噪声，可用噪声出现的时间概率来表示。目前采用的是统计声级（累计百分数声级）Ln。统计声级Ln表示在测量时间内高于Ln声级所占的时间为n%。一般用A计权声级。例如：LA10=70dB(A)，表示声级高于70dB(A)的时间占10%，其余90%的时间声级低于70dB(A)。,一般称：LA10为峰值噪声级LA50为平均噪声级LA90为背景噪声级（本地噪声级）在统计声级与人的主观反应相关性调查中，发现LA10用于评价涨落较大的非稳态噪声时相关性较好。因此LA10已被美国联邦公路局作为公路设计噪声限值的评价指标。,四、等效声级A计权声级对于稳态宽频带噪声是一个较好的评价指标，但对于一个声级起伏不定或不连续的噪声，A计权声级就很难确切反映噪声状况。这时采用噪声能量按时间平均的方法来评价噪声对人的影响更为确切。假定在某点测得t1到t2时段内的噪声信号A计权声压级曲线为LpA(t)，则等效声级Leq为：,如在同样的采样周期下测得一组噪声信号A计权声压级数据LpAi，i=1,2,n则：,第3节噪声测量仪器,随着大规模集成电路和信号处理技术的迅速发展，现代声学仪器种类繁多，日新月异。这里仅介绍几种基本而最常用的仪器。一、声级计声级计的分类按精度分：普通声级计，精密声级计国际电工委员会（IEC651)和国标GB3785-85将声级计分为四种等级。,按传声器类型分：动圈式、压电式、电容式,声级计基本组成：,传声器作用：将被测声波的声压信号转变为电压信号要求：测量范围大(24130dB)在测量范围内有平直的频率响应特性无指向性本底噪声低（10V)稳定性好,型式：动圈式：磁场中的线圈在声压作用下运动，产生感应电动势。能耐高温，但体积大，灵敏度低，易受电磁干扰，频响特性不平直。压电式：压电晶体受声压作用产生正压电效应，完成声电转换。灵敏度高，频响特性好，结构简单，价格便宜，但受温度影响大。动圈式、压电式传声器主要用于普通型声级计。,电容式：结构原理：膜片4与后极板3组成电容的两个极，两极间预先加一恒定不变的直流电压，使电容处于不变的充电状态。当膜片在声压作用下振动时，声压变化电极间距变化电容变化电流变化负载电阻R上的电压变化。特点：灵敏度高，频带宽，输出性能稳定，成本相对较高，需要配置十分稳定的直流偏置电压和前置放大器。,放大器和衰减器放大器：放大传声器的输出信号。有输入放大器和输出放大器。要求增益高，在声频范围（2020000Hz)内线性好，本底噪声低（10V)，性能稳定。具有高输入阻抗和低输出阻抗。衰减器：声级计量程大(24130dB)，检波器和指示器不可能有这么宽的量程，故设衰减器，将接到的强信号衰减，以免放大器过载，指示表头超量程，通常每档衰减量为10dB。输入衰减器接在输入放大器前，输出衰减器接在输入和输出放大器之间。为提高信噪比，应尽量减小输入衰减量，增加输出衰减量。计权网络：A、B、C计权网络和线性按键指示表头：快档，慢档，最大值保持档。声级计标定：标准声源活塞式发生器。NX6型：1240.2dB声压级，250Hz，线性误差3%。声级校准器。ND9型：1000Hz，93.6dB。,二、频谱分析仪实际测量中很少遇到单频声，一般是由许多频率组合而成的复合声。因此需对声音进行频谱分析。,频谱分析仪具有对信号进行频谱分析功能的设备。其核心是带通滤波器。滤波器一般有倍频程、1/3倍频程、恒定窄带宽带通滤波器。频带宽度不同，所测得的频谱图不同。需先换算成同一频程或频带宽度下的声压级方能比较。谱密度W(f)对于足够窄的带宽f，W(f)=p2/f,对连续的声音（振动）信号用快速富里叶变换（FFT）也能得到频谱图。,三、信号记录仪电平记录仪磁带记录仪实时分析仪（计算机）,第4节噪声测量方法与测量环境,一、测量方法的分类与选择测量方法分类：精密法，工程法，简易法方法选择原则：符合标准，适应测量目的和测量条件二、测量环境全消声室：自由声场。要求：内外两层墙，内室弹簧支撑隔震，室内6面为尖劈。室内容积大于声源体积的200倍。半消声室：半自由声场。要求：地面为刚性结构，反射声音。其余与全消声室同。测量室声源应尽量贴近室中心地面。混响室（全反射室）：混响声场。要求内室各面的吸声率小于12%，室内空间形状不规则。室外：近似半自由声场。汽车摩托车噪声测量即在室外。空旷范围50m，地面为柏油或水泥。注意背景噪声修正。普通实验室：半混响声场。注意实验室的声场特性的检查和调整，注意对测量结果的修正。,三、测量表面和测点布置测量表面各测点所在表面的组合。一般有半球面和矩形表面。测点的布置应符合标准要求和测量目的。四、测量结果处理背景噪声修正测量表面平均声压级计算,根据能量叠加原理进行。在声级的分解与合成中已述。,噪声声功率计算前面已述，进行噪声比较时，用声压级受测点位置和测量环境的影响较大，用声功率级则影响较小。故常用声功率级这一评价指标。理想声场中的计算普通实验室内的计算环境修正法,式中：LW声功率级，dBLpm已经背景噪声修正的的声压级K2测量场所修正值，K3测量环境修正值，S测量表面面积，m2，S0基准面积，1m2，A室内表面总吸声量，m2V房间体积，m3T房间的混响时间，sp大气压，kPat环境温度，0C,对测量环境的要求工程法：A/S6，K22.2dB简易法：A/S1，K27dB,标准声源法（比较法）预先在声学实验室测得标准声源的声功率级LW0，再在普通实验室中分别将标准声源和待测声源放在同一位置，测得各自在同一测量表面上的平均声压级Lp0m和Lpm，按下式计算待测声源的声功率级LW。,机动车辆噪声测量方法（加速噪声）测量环境：50m范围内无大的反射物，背景噪声低10dB(A)，平直柏油水泥路面。测点布置车辆准备：载荷，胎压，档位，车速控制测量数据处理,排气噪声测量,室内声能的增长和衰减过程当声源向市内辐射