第三章噪声的测量

1、环境噪声控制工程,环境科学与工程学院,Chapter 3,噪声源的测量,?,3.1,基本声学量,声压的测量,?,3.2,声源的频谱测量,?,3.3,声强及声功率测量,?,3.4,测量仪器,3.1,基本声学量,声压的测量,?,描述声波特性最基本的物理量是声压，它是测量,声强、声功率等物理量的基础。,?,测量声压比测量质点振动速度和位移更简单和直,接。,?,声压测量是声学测量的基础，其测量的准确度关,系到整个测量任务的成败。,?,声波的接受是声学测量的基础和首要环节。,在空气介质中最常用的接受声波的传感器,称为传声器（,microphone,）。,传声器,?,传声器：,是一种将声压转换为电压的声,

2、电换能器。,?,对传声器的要求：,测量频率范围内有平直的频率,响应；,动态范围大，无指向性；,本底噪声低；,稳定性好。,1.,传声器,?,分类：,?,按换能方式分类：电动式、电容式和压电,式等。,?,按传声方式分类：有限传声器和无线传声,器两类。,?,按传声器的指向特性：无指向性、双指向,性和单指向性（心型和钳形指向性）,?,按声波接收原理：压强式、压差式、压强,与压差复合式和多声道干涉式。,电容传声器,驻极体式传声器,传声器的主要性能：,?,频率响应：,传声器的频率响应是输出电平与,频率之间的关系。一般来说，频率响应越好,的传声器，性能就越好。,?,灵敏度：,传声器膜片上感受到,1Pa,声压

3、时，,其额定负载阻抗上产生的输出电压值。,灵敏,度一般与传声器输出阻抗的高低成正比。,?,输出阻抗：,是指传声器的输出负载阻抗的额,定值。一般分为高阻和低阻两类。,传声器的主要性能：,?,固有噪声：,在没有声波作用于传声器时，由,于传声器内部电路的热噪声或周围空气压力,起伏的影响，在传声器的输出端测出的噪声,电压。,?,最大输入声压级：,传声器不产生严重失真的,最大输入声压级。,?,指向特性：,声波不是正对传声器振膜的垂直,轴线方向传入，而是从周围各方向入射时，,传声器的灵敏度和频响特性。,3.2,声源的频谱测量,?,3.2.1,快速傅立叶变换,FFT,?,3.2.2,窗函数,?,3.2.3,

4、滤波器,?,3.2.4,小波分析技术,3.2.1,快速傅立叶变换,FFT,?,某噪声的强度是各频率声音的平均结果。,?,为了更好的了解噪声的特性，需要知道声压,级与频率之间的关系，即需要将通常的时间,域的数据转变为频率域中的数据。能够完成,这种转变的设备就是频率分析仪或称为频谱,分析仪。,?,关于信号的时间域和频率域的数学处理属于,傅立叶变换,领域。,3.2.2,窗函数,?,窗函数是一种在给定区间之外取值均为,0,的实,函数。,?,任何函数与窗函数之积仍为窗函数，就像透,过窗口“看”其他函数一样。,?,目前常用的窗函数：汉宁窗、平顶窗、矩形,窗、力窗、指数窗。,2,?,t,?,1,),0,?,

5、t,?,T,?,(,1,?,cos,?,H,(,t,),?,?,2,T,?,?,0,t,取其他值,3.2.3,滤波器,?,作用：让,f1,和,f2,之间的所有频,率通过，且不影响其幅值和,相位，而不让,f1,以下和,f2,以上,的任何频率通过。,?,频率分析仪通常分为两类，,一类是恒定带宽分析仪，一,类是恒定百分比带宽分析仪。,?,恒定百分比带宽分析仪的带,宽是中心频率的一个恒定百,分比值，带宽随中心频率的,增加而增大。,f,?,f,?,f,0,1,2,3.2.4,小波分析技术,?,小波分析也是,时,-,频,分析。,?,窗口傅立叶分析对不同的频率成分，在时间,域上的取样步长均相同，而小波分析则

6、利用,小波的伸缩和时移特性，对不同的频率成分,在时间域上的取样步长是具有调节性的，,高,频者小，低频者大,。,?,小波分析由于傅立叶分析的一个,显著特点,是：,小波分析在时间域和频率域上同时具有良好,的局部化性质。,3.3,声强及声功率测量,?,3.3.1,声强测量,?,3.3.2,声功率测量,3.3.1,声强测量,?,?,?,?,作用：,用来鉴别声源和判定其方位；,画出声源附近的声能流动路线；,测定吸声材料的吸声系数和墙体的隔,声量；,?,求出声源的声功率。,3.3.1,声强测量,?,原理：,声场中某点的声强，是指在该点所,研究的方向上，单位时间内通过与指定方,向垂直的单位面积的声能量的平均

7、值,。,?,?,I,?,p,u,1,T,I,r,?,?,p,(,t,),u,r,(,t,),dt,?,p,(,t,),?,u,r,(,t,),T,0,原理,：,?,常用方法：,使用两个性能相同的声,压传声器组成声强计的传感器，能容,易实现声强的测量。,?,?,p,(,t,),?,(,p,A,?,p,B,),/,2,I,?,p,u,?,p,?,(,p,B,?,p,A,),/,?,r,?,r,p,B,?,p,A,u,r,?,?,?,0,?,r,?,I,?,1,2,?,0,?,r,(,p,A,?,p,B,),?,(,p,B,?,p,A,),dt,测量程序,原理,：,测量程序,原理,：,?,互功率谱方

8、法,：测声强的频谱密度,I,r,(,?,),?,1,?,0,?,?,r,I,m,?,R,AB,?,3.3.1,声强测量,?,声强测量仪器：,小型声强仪,双通道快速傅里叶变换分析仪,数字滤波技术,声强测量仪器一般由三部分构成：,探头部分、信号处理部分和校准部分。,3.3.2,声功率测量,?,声压法,?,声强法,?,振速法,?,精密法,?,工程法,?,简易法,?,1.,混响室法,?,2.,自由声场法（消声室法）,?,3.,户外声场法（现场测量方法）,1.,声压法,（,1,）自由声场法,无指向性声源辐射的声功率测量：,L,W,?,L,p,?,20lg,r,?,11,指向性声源辐射的声功率测量：,L,

9、P,?,L,I,由于：,L,W,?,L,I,?,10,lg,S,还可以表示为：,L,W,?,L,p,?,10,lg,S,0,，,S,0,?,?,?,S,i,i,?,1,n,?,1,0.1,L,p,i,?,L,p,?,10,lg,?,?,10,?,?,n,i,?,1,?,n,1.,声压法,（,1,）自由声场法,声学,声压法测定噪声源声功率级,消声室和半消,声室精密法,GB/T6882-2008,中规定：,a.,固定的传声器位置,b.,平行平面内同轴的圆形路径,c.,子午线移动,d.,螺旋线路径,e.,其他传声器排列,1.,声压法,（,2,）,混响室法,?,S,p,W,A,?,4,?,0,c,2,

10、L,w,?,L,p,?,10lg(,?,S,),?,6.1,考虑空气吸收对高频声的影响：,L,w,?,L,p,?,10lg(,?,S,?,4,mV,),?,6.1,2.,声强法,不需要使用消声室或混响室等声学设施，在多,个声源辐射叠加的声场中能区分不同声源的辐,射功率，即可用于现场测量。,?,定点式测量方法,扫描式测量方法,3.,现场测量方法,?,直接测量方法,现场修正量，,由房间常数,R,决定,L,W,?,L,p,?,10lg,S,0,?,K,4,S,0,K,?,10lg(1,?,),R,S,0,T,60,K,?,10lg(1,?,),0.04,V,混响时间,3.,标准声源法,L,Wx,?,

11、L,Ws,?,(,L,px,?,L,ps,),?,?,?,L,WS,：标准声源的声功率级；,Lpx,：待测声源现场测量的平均声压级；,Lps,：,标准声源现场测量的平均声压级。,?,置换法、并摆法、比较法,4.,振速法,?,背景噪声比被测机器直接辐射的噪声还要高,;,?,需要将结构噪声与空气动力噪声分开,;,?,需要确定整个声源的结构噪声是来自机器还,是来自机组的另一部分,;,?,需要确定机器负载的噪声同时又要排出拖动,负载及其他噪声的影响。,?,振速法测定噪声源声功率级,用于封闭,机器的测量（,GB/T 16539-1996,）,3.4,测量仪器,?,3.4.1,声级计,?,3.4.2,频谱

12、分析仪和滤波器,?,3.4.3,磁带记录仪,?,3.4.4,实时分析仪,3.4.1,声级计,3.4.1,声级计,?,定义：,按照一定的频率计权和时间计,权测量声音声压级和声级的仪器。,?,种类：,?,按用途：普通声级计、积分声级计、脉冲,声级计、噪声暴露计、统计声级计、频谱,声级计等。,?,按电路组成：模拟声级计、数字声级计,?,按体积大小：台式声级计、便携式声级计,和袖珍声级计,?,按指示方式分：模拟指示和数字指示,3.4.1,声级计,工作原理：,被测量的声音由,传声器,接收，传声器将声波转换,成电信号，微小的电信号经,前置放大器,送到,输入衰减,器,和,输入放大器,，放大器将信号放大，衰减

13、器对较大,的输入信号加以衰减，使在,指示器,上获得适当的指示，,也使测量量程扩大。,计权滤波器,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特性的要求，以,便能测量计权声级。信号再经输出衰减器和输出放大,器后被送到检波器进行检波，交流信号变成直流，并,由显示器以“,dB,”,指示出来。,（,1,）传声器：,?,对于精密声级计，一般采用电容传声器，,普通声级计用驻极体电容传声器。,（,2,）放大器：,?,?,?,?,?,要求：,音频范围内响应平直；,足够低的本底噪声；,较高的输入阻抗和较低的输出阻抗；,较小的线性失真。,（,3,）,衰减器：,?,功能：将接到的强信号给予衰

14、减，,以免放大器过载。,?,输入衰减器,?,输出衰减器,（,4,）,滤波器,：,?,A,、,B,、,C,、,D,计权网络滤波器,?,1/1,倍频程滤波器,?,或,1/3,倍频程滤波器,频谱分析仪和滤波器,（,5,）,检波器和指示器,：,?,检波器是将放大器输出的交流信,号检波（整流）成直流信号，然,后在指示器表头上指示读数或显,示数字。,2.,声级计的校准,?,活塞发声器,?,声级校准器,3.,声级计的主要附件：,?,1.,防风罩：避免风噪声的影响；,?,2.,鼻形锥：降低气流扰动的影响；,?,3.,延长电缆：,?,用途：,精密型噪声测量和频谱分析仪器，配置不同,硬件和软件模块，用于各种工业噪

15、声测量和频分析，,环境噪声测量和机场噪声的自动监测，以及混响时,间测量。,?,特点：,1,级声级计，满足最新国际标准和计量检定,规程；,?,可内置,1/1,或,1/3,倍频程滤波器；,?,大屏幕点阵式,LCD,显示，有背景光；,?,本底噪声低，,70dB,线性工作范围。,?,系统由户外传声器、数据分,析单元、数据传输单元、中心,计算机和数据处理软件等组成。,?,可对噪声信号进行实时,1/3,倍频程频谱分析，不仅可以监测,与分析环境噪声的性质和特征，,判断噪声的来源，而且可以按精,密法测量和计算机场噪声的感觉,噪声级和有效感觉噪声级。,?,主要用于城市环境噪声自动,监测、交通噪声监测、机场噪声,

16、监测、噪声事件监测和报告及噪,声数据自动采集、储存、传输。,也适用于噪声污染源（如施工场地、,厂界、道路车辆等）在线监测。,?,主要功能：,声强测量、,声压测量、,声功率测量、,时域示波、,短,/,瞬时声功,率测量和声,场指示值测,量。,3.4.2,振动分析仪,振动测量的三个物理量,?,振动位移,x,?,A,cos(,?,t,?,?,),dx,u,?,?,?,A,?,sin(,?,t,?,?,),?,振动速度,dt,2,d,x,2,?,振动加速度,u,?,2,?,?,A,?,cos(,?,t,?,?,),dt,将振动加速度处以正比于频率的系数而得到振,动速度，将振动加速度除以正比于频率平方的系数,而得到振动位移。,3.4.2,振动分析仪,振动测量的主要构件：,传感器、加速度计和,前置放大器。,与声学系统的主要区别：,用加速度计及前置放大器来代替电容传,声器和传声器前置放大器