声学测量分析技术方案

1、声学测试分析技术方案、声压声波传播过程中，空气质点也随之振动，产生压力波动。一般把没有声波存在 时媒质得压力称为静压力，用几表示。有声波存在时，空气压力就在大气压附近 起伏变化，出现压强增量，这个压强增量就就是声压，用P表示。声压得单位就就是压强得单位，在SI单位制中，面积S得单位就是米2,力F 得单位就是牛（顿），其声压得单位就是牛/米2,记为N/亦，或称为帕（斯卡），记 为Pa,其辅助单位为微巴，记为/.ibar （达因/厘米?，dyntcnr）.换算关系为：Pa = IN/m2 = 1 Odyn / cm = Qpbar（13）与大气压相比，声压就是相当小得。在1000赫时得可听声压范围

2、大约在0、 0002200微巴之间。声压随时间起伏变化，每秒钟内变化得次数很大，传到人耳时，由于耳膜得惯 性作用，辨别不出声压得起伏，即不就是声压得最大值起作用，而就是一个稳定得 有效声压起作用。有效声压就是一段时间内瞬时声压得均方根值,这段时间应就 是周期得整数倍。有效声压用数学表示为卩=曲：PQdf（IT式中T周期；“瞬时声压；t时间。对于正弦声波p = pN，几为声压幅值，即最大声压。在实际使用中，若不 另加说明，声压就就是有效声压得简称。二、声压级5一个声音得声压级就是这个声音得声压与基准声压之比得以10为底得对数 得20倍，即=201g必Po(1-11)式中 Lp声压级，分贝;P声压

3、，帕； 几基准声压，取几二20微帕。有了声压级得概念，就可把山声压值表示得数白万倍变化,改变为0120分 贝得变化范围。三、声学频谱声频范圉很广，从低频到高频变化高达1000倍，一般不可能，也没有必要对 每个频率逐一测量，为方便与实用上得需要,通常把声频得变化范围划分为若干 个较小得段落，称为频程，或频段、频带，一般它就是两个声或其信号频率间得距 离。频程有上限截止频率值、下限截止频率值、中心频率值与上下限截止频率之 差。上、下限截止频率之差即就是中间区域，称为频带宽度，简称带宽。一般频程以高频与低频得频率比得对数来表示,此对数通常以2为底，其单 位称倍频程。即(1-15)牛2”或”现层式中

4、fl、f2 一一成倍频程关系得低频与高频频率,即下、上限截止频率；n两个频率相比得倍数。“可以就是任意正实数，n越小，分得越细，频程越短，测量所需时间就越多, 当”二1时，即两个频率相距1倍时，称倍频程,简称倍频程；当n = /3时，称1/3倍 频程，依此类推。在倍频程中，频程间得中心频率之比都就是2:1,其中心频率就是上、下限得 儿何平均值，即四、计权声级声波得性质主要山声强大小、频率高低与波形特点决定。人们得听觉也就是 山于对声音强、弱、调子高低与音色产生微妙得差异才能分辨出各种不同得声音。所以确定物理量数值与主观感觉得关系就是必要得。设置计权网络，通过对人耳 敬感得频率加以强调，对人耳不

5、敬感得频率加以衰减,就可以直接读出反映人耳对 噪声感觉得数值，使主客观量趋于统一。常用得计权网络A、B、C三种。目前还出现D(DC Dj、E与SI儿种计权, 一般采用A计权网络。A计权网络就是效仿倍频程等响曲线中得40方曲线得反曲线而设计得。它 较好地模仿了人耳对低频(500赫以下)不敬感，对10005000赫声敏感得特点。用 A计权测量得声级来代表噪声得大小，称为A声级，记为分贝(A),或dBAo五、信号处理过程得加窗与平均常用窗函数在对信号进行频域处理时，先要对数据加窗选取，以减小谱得泄露。常用得儿种窗函数如下：(1) 矩形窗矩形窗属于时间变量得零次幕窗，函数形式为1/(相应得窗谱为:2

6、sin心疋(1-29)矩形窗使用最多，习惯上不加窗就就是使信号通过了矩形窗.这种窗得优点 就是主瓣比较集中，缺点就是旁瓣较高。(2 )汉宇(Hanning)窗汉宇窗乂称升余弦窗，其时域表达式为:(1-30)IW相应得窗谱为:sin “工亠 1 sin(呵 + 0 + sm(魄一劝(1-31)汉宇窗可以瞧作就是3个矩形时间窗得频谱之与，或者说就是3个sine(t) 型函数之与，而括号中得两项相对于第一个谱窗向左、右各移动了 n /T,从而使 旁瓣互相抵消，消去高频干扰与漏能。(3 )海明(Hamming)窗海明窗也就是余弦窗得一种，乂称改进得升余弦窗，其时间函数表达式为:(1-32)其窗谱为:夥

7、(“)=1.08 里字+ 0.46sin( 观 + + sin( 邀一劝呦+ JT爲一兀(1-33)海明窗与汉宇窗都就是余弦窗，只就是加权系数不同。海明窗加权得系数 能使旁瓣达到更小。分析表明,海明窗得第一旁瓣衰减为一 42dB.海明窗得频谱 也就是III 3个矩形时窗得频谱合成,但其旁瓣衰减速度为20dB / (lOoct),这比汉 宇窗衰减速度慢。海明窗与汉宇窗都就是很有用得窗函数.除了以上儿种常用窗函数以外，尚有多种窗函数，如平顶窗、帕仁(Parzen) 窗、布拉克曼(Blackman)窗、凯塞(kaiser)窗等。 窗函数得选择应考虑被分析信号得性质与处理要求.如果仅要求精确读出 主瓣

8、频率，而不考虑幅值精度，则可选用主瓣宽度比较窄而便于分辨得矩形窗;如 果分析窄带信号，且有较强得干扰噪声，则应选用旁瓣幅度小得窗函数，如汉亍窗、三角窗等;对于随时间按指数衰减得函数，可采用指数窗来提高信噪比.平均方式数字信号处理中，根据研究LI得与被分析信号得特点，常使用以下儿种平均 方式进行处理。(1)线性平均线性平均：YN=(l/N)*SXi i=lN(1-34)全部输入数据得影响都就是N、线性平均要把全部输入数据储存后再讣算，可改为递推线性平均递推线性平均：Y2= Yi/2=(V2)*(Xi+X2)计算后 X1,X2 可删除Y3= Yi/2,3 =(Xi+X2+X3)=()* Y2+(1

9、)X3 计算后 Y2 可删除Yn= (n-l)/n)*Yn-i+(V n)* Xnn=lN(2) 指数平均一阶微分方程Tc (dy(t)/dt)+ y(t) = x(t)Tc时间常数(1-35)以釆样间隔 t离散成一阶差分方程，dt-* A t, y(t)-*y(n)yn, x(t)-*x(n)xn, dy-*yn- yn-iYn=(N-l)/N)*Yn-l+(l/N)*Xn(1-36)因 Tc A t,可令 Tc/ A t=N,Yn=(N-l)/N)*Yn-i+(l/N)*Xn(1-37)例:N=4, Xn=Xi X2 X3 X4 X5Yi=(lA)* XiY2=(3)* Yi+(1/4)*

10、X2=(4)*(1A) *Xi+(1A)*X2丫3=(询* Y2+(1/4)*X3=()*(I)*(1Z4) Xi+()*(1/4)*X2+(1A)*X3Y4=()*Y3+(1A)*X4=()*()*(3)*(1A)*X1+()*()*(1A)*X2+()*(1A)*X3+(1A)*X4可见以往输入数据对现在输岀得影响按（N-1）/N）m逐渐减小（遗忘）。（3）最大值保持保持声压最大得一次结果，作为最终得分析结果。六、测试基本原理及流程传声器（专用得声学传感器）将瞬时声压信号转换为电压信号，声级计将此电压信号放大 （或衰减）、加权（A、B或C,也可不加权）、倍频程滤波（附加）、均方根检波与对数

11、转换,最后给 出噪声得声压级、计权声级或倍频程声压级;还可以输岀与成比例得电压信号供监测、存储 与频谱等分析之用。AZD声S3芦级大S5声学测量倍频程分析方法流程图抗馄溉液讨饯修ZE抿後打印七、试验所需仪器设备：6、1动态信号测试分析系统动态信号测试分析系统网络型动态信号测试分析系统，应用范围非常广泛，一套系统,就可完成应力 应变、振动（加速度、速度、位移）、冲击、声学、温度（各种类型热电偶、钳电阻）、圧力、流量、力、扭矩、电压、电流等各种物理量得测试与分析输入阻抗10MQ40PF输入保护当满度值不大于10V时,输入信号大于15V（直流或交流峰值）时，输入 全保护；当满度值为20V时,输入信号

12、大于30V（直流或交流峰值）时， 输入全保护输入方式GND、DC（单端、差分八AC、ICP工作方式数据采集器单端输入、差动输入.ICP适调输入外接适调器（选 件）ICP适调器（带双积分硬件网络）、应变适调器、电荷 适调器、电荷适调器（带双积分硬件网络）.420mA 适调器、双恒流源应变适调器满度值100mV 200mV. 500mV 1V、2V. 5V 10V. 20V最大分析频宽DC100kHz低通滤波器截止频率(-3dBldB)10、 30、 100 、 300、 lk. 3k、 10k 、 PASS(Hz)八档 分档切换平坦度小于0、ldB（2/3截止频率内）阻带衰减大于一24dB/oc

13、t信号状态指示过载指示输入大于满度值,指示灯为红色，表示过载50mV指示输入小于满度得0、5张指示灯为绿色，表示欠载模数转换器分辨率24位S-AA/D转换器;最大通道数每台仪器可有16通道或32通道，每台计算机可控制无限多通道通讯接口100Mbps以太网接口连续采样速率（存 贮深度由计算机剩 余硬盘空间容量决 定）整数采样速率所有通道（无限多）同时工作时，每通道10、20、50、 100、200. 500、lk. 2k. 5k. 10k. 20k、50k. 100k、 200k （Hz）分档切换整数分析频率所有通道（无限多）同时工作时,每通道5、10、20、50、 100、 200、 500、

14、 Ik. 2k. 5k. 10k. 20k. 50k. 100k （Hz）分档切换;抗混滤波器滤波方式每通道独立得模拟滤波+实时数字滤波组合抗混滤波 器；截止频率采样速率得VI、56倍，设宜采样速率时同时同步设左阻带衰减约 120dB/oct平坦度（分析频 率范围内）小于0、ldB仪器工作电源交流电源220V, 50Hz宜流电源10 18V使用环境适用于GB6587. 1-86-II组条件外形尺寸236mm（宽）X133mm（高）X317mm（深）（十六通道）；482mm（宽）X 133mm（高）X 317mm（深）（三十二通道）.6、2声学测量传感器系统声传感器就是把外界声场中得声信号转换

15、成电信号得传感器。它在通讯、噪声控制、坏 境检测、音质评价、文化娱乐、超声检测、水 下探测与生物医学工程及医学方面有广泛得应 用。自由声场定义:均匀得各向同性得非流动 媒质中，边界影响可以不计得声场。能感受声压并转换成可用输出信号得传感 器称为声压传感器。它有以下得几种实现形式: 电阻变换式、压电式与电容式。压电式声压传感器利用压电晶体得压电效 应制成得，压电晶体得一个极而与膜片相连接, 当声压作用在膜片上使其振动时，膜片带动压 动晶体产生振动,压电晶体在机械应力得作用 下产生随声压大小变化而变化得电压,从而完 成声一电得转换。理想得测量传声器应该满足以下条件：/rr符临負3昭MP301A23innrTexo?ja)45333 Kytf