噪声与振动控制PPT学习教案

1、会计学1 噪声与振动控制噪声与振动控制 噪声控制技术的主要内容 ： 声学基本原理 噪声评价与测量 噪声控制技术 第二章 噪声评价与测量 噪声对人的危害是多方面的，为评价噪声对实 际生活的影响，根据不同的应用环境和目的，提出 了多种噪声的评价方法和测量方法，迄今为止噪声 的评价方法已有几十种而测量方法也很多，在此我 们仅给出几种重要的噪声评价方法和测量方法以供 读者参考。 第1页/共37页 2.1 噪声的度量 2.1.1、声压级、声强级、声功率级 1）声压级(sound pressure levels)： 定义为测量声压的有效值Pe与参考声压P0的比 值取以10为底的常用对数，在乘20，单位为d

2、B(分 贝)。声压级一般用符号来表示，其数学表达式为 )(log20 0 dB P P L e P 其中：在空气中规定参考声压为210-5帕。这个 值是一般人能够察觉到的最低声压。 几中常见的声源的声压级： 第2页/共37页 噪声源位置声压级dB 锅炉排气放 空 离喷口1m140 大型柴油机 增压器 离进气口0.3m130 汽车喇叭距离1m120 大型风机房离风机1m110 织布机车间织机间走道104 冲床车间离冲床1m100 发电机车间离电机1m95 大型卡车车厢内90 大声讲话距离1m80 住宅噪声厨房内60 轻声耳语距离0.3m40 环境噪声郊区静夜20 第3页/共37页 1）人耳能感觉

3、到的声压，从可听阈210-5帕的声压到 20帕范围，对应的声压级的变化为0dB到120dB， 2）采用声压级描述声压的大小使声的度量得到了简化 ，声压增大一倍声压级近似增加6分贝。 3）一般的微风轻轻吹拂树叶的声音约为14分贝，在房 中高声讲话约为68-74分贝（相距1米），交响乐队的演奏 约为84dB（5米远），飞机起飞时约为140分贝， 4）一般人耳对声音强弱的分辨能力约为0.5分贝。 应了解的几个数据： 2）分贝相加减 例如有两个声源，分别为A、B，其在空间 一点产生的噪声声压级的大小为LA、LB， 则有其在该点产生的声压级的大小应为多 少？ 第4页/共37页 注意：分贝相加减应遵从声的

4、叠加原理 先将声压级转换为声压后在进行声压相加， 而后将所得的和再转换成声压级所得的值： )1010lg(10 1 . 01 . 0 BA LL PT L 可以推广到n个声源的情况，有如下的关系式： )10lg(10 1 1 . 0 n i L PT Pi L 其中：Lpi为第i个声源在测量点处产生的噪声的声压级。 3）声强级(sound intensity levels) 定义为测量的声强值与参考的声强值之比取以10为底 的常用对数，在乘10，其单位为分贝。声强级一般用 符号LI表示，其数学表达式为： 第5页/共37页 0 log10 I I LI 其中：I0为参考声强值，在空气中取为10-

5、12瓦/米2。 空气中的声强参考值I0是与空气中参考声压P0相对应 的声强。 由于有： c P I 2 则有： c L c P c P I I L PI 400 lg10lg10lg10 00 2 0 2 0 在空气中，空气的特征阻抗率取400帕秒/米（相应温度39） 在一般的情况下 的值很小，因此声压 级近似等于声强级。例如，在一个大气压下，摄 氏0度的情况下，声压级与声强级之差为-0.16分 贝，因此可认为声强级和声压级近似相等。 c 400 lg10 第6页/共37页 4）声功率级(sound power levels) 定义为：声功率的测量值与声功率的参考值之比， 取以10为底的常用对

6、数，在乘10，其单位为分贝(dB)。 声功率级一般用符号Lw表示，其数学表达式为： 0 log10 W W Lw 其中：W0为参考声功率值，在空气中参考声功率值为10-12瓦。 5）声压级、声强级与声功率级之间 SL SLS I I IS SI W W L P IW lg10 lg10lg10lg10lg10lg10 0000 第7页/共37页 上述三个量之间应注意以下的问题：声强级和声功 率级定义前的系数为10，而声压级定义前的系数为 20。因而导致声压增加一倍声强级和声压级增加6 分贝，而声强增加一倍声强级和声压级增加3分贝。 2.1.2、响度级 以1000赫兹的纯音为基准，对听觉正常的人

7、进行 大量的比较视听的方法来定出声音的响度级，他的定 义是以频率为1000赫兹的纯音的声压级为其响度级。 也就是说，对于1000赫兹的纯音，它的响度级就是这 个声的声压级，对频率不是1000赫兹的声音，则用 1000赫兹的纯音与这一待定的纯音进行试听比较，调 节1000赫兹纯音的声压级，使它与待定的纯音听起来 一样响，这时1000赫兹纯音的声压级即为待定纯音的 响度级。响度级一般记为LN，单位是方（phon）。 二、定义 一、声音的频谱 第8页/共37页 对于各个频率的声音与1000赫兹的纯音相比 较，把听起来同样响的个响应的声压级按频率连 接成曲线，这些曲线称为等响曲线，在同一条曲 线上的每

8、个频率的声音在感觉上都一样响，它的 响度级为相应曲线上1000赫兹处的声压级值。 三、等响曲线 四、响度 声音响的程度，叫响度，响度记为N，单位是宋 （SONE）。定义40方为1宋，每增加10方，响度 增加一倍，其表达关系式为： )40(1 . 0 2 N L N 第9页/共37页 第10页/共37页 2.1.3、计权声级 人耳对不同频率的声音的感觉是不同的，对于高 频声音特别是对与1000-5000赫兹的声音比较敏感，而 对低频声，特别是对100赫兹以下的声音不敏感，即相 同声压级的声音在不同频率处听起来的感觉是不同的， 为了能够使声音的客观度量和人的主观感觉是一致的， 可对测量信号进行滤波

9、处理。在实际中对不同的大小 的声音的滤波处理网络是不同的，一般的有三种网络 即A，B，C。用A滤波网络处理得到的声级称为A声级， 其他依次类推。A计权网络是模拟40方的等响曲线设计 的，相当于人耳对低声压级的响应，B为70方，相当于 人耳对中等声级的响应，C为100方，相当于对高声级 的响应。由于A计权与由宽频带噪声对人的影响的描述 较好，因此一般的情况下的噪声测量中常采用A计权声 级。 第11页/共37页 2.1.4、等效连续声级 等效连续声级常用符号Leq表示，其数学表达式如下： 1 2 1 2 10 21 22 21 10 1 lg10 1 lg10 t t L t t req dt t

10、t dtpp tt L A 第12页/共37页 2.1.5、累积百分声级 对于不规则大幅度起伏变化的噪声，常用A声级统计量 (又称累积百分声级)L10、L50和L90表示，它们分别为测 定时间内出现时间为10%以上，50%以上和90%以上的 A声级值，其中L10表示峰值噪声，L50表示平均噪声， L90表示背景噪声。 当监测时间段长度相等时有: n i L eq Ai n L 1 10/ 10 1 lg10 第13页/共37页 噪声评价数是评价噪声引起 的烦恼和危害(听力损失和语言 干扰)的参数，是1961年由ISO推 荐的评价噪声的方法。噪声评价 数和倍频带声压级的关系如图所 示。每条曲线的

11、噪声评价数等于 频率为1000Hz声音的声压级，用 符号NR表示。求噪声评价数时 ，先将噪声的倍频带声压级画在 噪声评价数曲线上，其中最接近 而稍高的一条NR曲线就是噪声 的评价数。 3噪声评价数NR 噪声评价曲线 A声级与噪声评价数NR之间 有一个换算关系，一般NR数 比A声级低38dB，平均低5dB。 第14页/共37页 2.2、 噪声测量 在实际工程应用过程中，对于不同的声学量有不同 的测量方法，而且即使是同一个声学量，在不同的测量 条件下，测量的方法也不相同。本部分主要介绍声压级、 声强级、声功率级等几个主要量在不同情况下的测量原 理，实际测量中的具体要求请参阅相应的国家标准或国 际标

12、准 2.2.1、声压级及声级的测量 一、测量设备 声级计 可调带通滤波器 频谱分析仪 记录仪 第15页/共37页 1）组成: 电容传声器、输入级、衰减器、放大器、计权网络、检波 网络和读出表头及电源等几部分组成 测试仪器-声级计介绍 第16页/共37页 第17页/共37页 2）分类: 声级计按测量精度和稳定性区分为0，1，2，3四种类型： A、3级声级计只有A计权网络，适用于室外噪声调查； B、2级普通声级计具有A、B、C三种计权网络，适用 于一般现场噪声测量； C、1级精密声级计除有A、B、C计权网络外，还有外 接滤波器插口，可以进行频谱分析，专供声场可以严格控 制的实验室用； D、0级标准

13、声级计具有严格的准确度和容许极限，仅 作为实验室标准。 第18页/共37页 2）测量方法 3）频谱测量 一般的，噪声的频率范围较宽，在噪声控制中往 往需要知道噪声的频谱，为了测量得到噪声的频谱， 需要采用滤波器。噪声测量中经常使用的是1倍频程和 1/3倍频程滤波器，一个频程是指具有一定带宽的频带， 每一频带有上、下边截止频率，并有代表该频带的中 心频率。假定上、下截止频率各为f1和f2的频带，f2 f1， 其中心频率为f0，它们之间的关系为： 国家标准GB3222-82城市环境噪声测量方法规 定了噪声测定的读数方法和表示方法。在读数变动 较少(约1-2dB)时，可读一个估计平均量；若噪声呈 周

14、期性或间歇性变化，读n次值，以它的平均值表 示；在噪声不规则大幅度变化时，每隔5秒钟读取 一个A声级，连续读100个数据(或200个)，按从大到 小顺序排队，在规定测量时间内有N%时间的声级 超过某一声级值LpA，这个LpA值就叫累积百分声级 LN。 第19页/共37页 其中：n为倍频程数。n=1就是1倍频程的上、下截 止频率的关系；n=1/3就是1/3倍频程上、下截止频 率的关系，中心频率规定为上、下截止频率的几何 平均值： 210 fff 声学中常用的一倍频程及1/3倍频程划分如下： 1 倍频程中 心频率f0 （Hz） 31.56312525050010002000400080001600

15、0 202531.540506380100125160 200250315400500630800100012501600 1/3 倍频程 中心频率f0 （Hz） 2000250031504000500063008000100001250016000 2.2.2、声强的测量 12 2 ff n 第20页/共37页 2.2.2、声强的测量 在声场中任一点的瞬时声强I： )()(tutpI 其中：p(t)任一点的声压，u(t)相应点介质质 点的振动速度。 通常测得的平均声强为: T dttutp T I 0 )()( 1 沿测量方向的声强： )()()()( 1 0 tutpdttutp T I

16、r T r 1）测量原理 第21页/共37页 采用双传声器测量声强，实际上就是用距离较近的两点 的声压变化梯度来近似质点的振动速度u(t)。 由运动方程，即动量守恒方程： r p t u 其中：-介质密度。 可知，速度可表示为压力P的梯度： dt r p ur 1 r pp r p r p 21 )( 2 1 21 ppp 由图可见，近似有： 第22页/共37页 进而有： dtpppp r Ir)()( 1 2121 进行傅氏变换经运算，可得到： r GI I m r 12 2 1 )( 2)测量中注意的问题: 基于上述基本原理，声强测量存在如下的 主要几种误差： （1）有限差分误差 （2）相

17、位失配误差 （3）近场测量误差 （4）空气流的干扰 第23页/共37页 （1）有限差分误差 r p r p r r 为了求得质点的速度，引入了式: dt r p ur 1 r pp r p r p 21 当两个传声器之间的距离 时，可得到 正确的近似解，但是当时 ，会得到了完全 错误的结果，因此在测量中应使 的取值满 足 ，当选定 时，频率越低，测得的精度越 高，而高频则有一定的测量上限，越小，测量的 上限频率越高。 r r r r r 第24页/共37页 以平面波为例，可得: rk rk I I )sin( 真 测 （2）相位失配误差 设P1，P2的相位误差为 ，测试仪器的相 位误差为 ，则

18、对平面波有: )sin( )sin( 真 测 I I 当一定时，增大，测量误差减小，说明适当增大r可以 补偿仪器的相位失配，这要求r的取值不能过小，由此限定了 r一定时的测量频率下限。r越大，下限频率越低。根据上述 两条，可以确定一定的r所对应的频率范围。在实际测量中，应 选择适当的r，以确保实验的准确性。 第25页/共37页 1 R 2 R R r 近场测量的影响 （3）近场测量误差 如图所示的点声源，可得如 下的关系式: 2 2 4 1 1 R rI I 真 测 2 r R 当:时，测量误差最大。 （4）空气流的干扰 空气流影响声强的测量结果，当风速超 过时，一般结果不可靠，尤其在低频时，

19、应 加挡风罩。 第26页/共37页 2.2.3 声功率级测量 声源的声功率可以衡量声源每秒辐射声能的大小， 它与测量点距离声源的远近无关，是描述声源特性的 重要物理量。声功率的测量主要有以下几种方法：混 响室法、消声室或半消声室法、现场法、声强测量法。 混响室法是将声源放置在混响室内进行声功率 测量的方法。混响室指的是一间体积比较大（一般 大于180米3），墙的隔声和地面的隔声都很好，壁 面的吸声系数很小（一般小于0.02）的房间。在这 样的空间里，从理论和实践可以证明，声源的声功 率和室内一点的声压级之间的关系为: 1)混响室法 Rr Q LL WP 4 4 lg10 第27页/共37页 其

20、中：LW为声源的声功率级，LP为距离声源为 r 点的声压级， Q 声源的指向性系数，r 测点离声源的距离，R 房间常数， a Sa R 1 ，S 为混响室内的总面积，为吸声系数。由上式可以 看出只要知道了 R、Q 的值，通过测量混响室内的一点的声压 级，即可计算得出声源的声功率级。 2)消声室法(模拟自由声场) 在自由声场中，做一个声源的包络面，视包络面是由 n 个面积 单元组成，则可以通过下面的式子计算出声源的声功率。 其中 n单元的个数， Ii垂直于第 i 个面积单元Si的声强。 进而有 n i ii SIW 1 A)原理 第28页/共37页 n i i L n i n i i L ii

21、n i i W S S W SI W SI W W L p i 1 1 . 0 11 1 . 0 00 1 0 10lg10 10lg10lg10lg10lg10 B)步骤及方法 1确定基准体 2选择测量表面 3测点数目及测点位置 确定基准体的长宽高 计算特征距离 2 3 2 2 2 1 0 )() 2 () 2 (L LL d 半球面:半径大于特征距离的两倍 六面体:每个测量面到基准体的距离一 般为1米,最小不得小于0.5米 第29页/共37页 1矩形六面体测量表面上的测 点 第30页/共37页 2半球测量表面上的测点 第31页/共37页 3)现场测量法 现场测量法是在非实验室的条件下进行的，在 此情况下室内的声学条件往往是介于混响室和消声 室之间，因此声功率的测量即不能按混响室又不能 按消声室来进行测量。再上面我们曾经给出了混响 室内进行声功率测量的公式: Rr Q