热工测试技术噪声测量

1、第十三章、噪声(zoshng)测量热工测试(csh)技术本章学习要求：1.声学基本概念2.声级的计算（求平均值、合成与分解）3.声级计测量声压的原理和使用共二十八页噪声：环境的污染源之一。从主观感觉出发，噪声就是人们不希望的声音。动力机械噪声占噪声源较大比例。交通车辆内燃机； 室内空调、通风设备空气动力噪声、机械噪声、燃烧噪声、电磁噪声（进排气系统）（发动机齿轮室） （点火系统）制定噪声控制法规、监测标准： 如我国的噪声标准：人们不应(b yn)在85dB（A）以上连续噪声下长时间工作。第十三章、噪声(zoshng)测量 共二十八页13.1 基本(jbn)声学概念 第十三章、噪声(zoshng

2、)测量 一、声场自由声场: 在任何方向，无反射自由传播。 在空中的飞机；声学实验室混响声场: 在任何方向，无吸收的全反射传播。 声学实验室。半自由声场:仅地面为反射面，其余面符合自由声场条件。 旷野中的汽车；发动机噪声实验室半混响声场：边界既不完全反射声波，也不完全吸收声波。 实际生活空间噪声是声波的一种，也是由物体振动而产生，具有声波的一切特性 共二十八页13.1 基本声学(shngxu)概念 声音按频率可分为：次声、可听声、超声、特超声。次 声：频率低于20Hz的声音；可听声：人耳可听到的声音，频率为20Hz 到20000Hz；超 声：声波的频率高到超过(chogu)人耳听觉范 围的频率极

3、限，人们觉察不到的 声波；特超声：高于超声频率上限的超高频声波 如300MHz、500MHz、1000MHz的 声波。共二十八页13.1 基本声学(shngxu)概念 2、声压和声压级 1）声压 声压是指有声波时，传播(chunb)介质的压力对静压（没有声波时介质的压力）的变化量，通常以其均方根值来表示。 声压记为p，单位为牛/米2（N/m2） 即帕（Pa）。 听阀声压：正常人双耳能听到的1000Hz的纯音 的声压为210-5Pa基准声压：210-5Pa痛阀声压：20Pa共二十八页13.1 基本声学(shngxu)概念 2）声压级 声学上引入“级”的概念，用成倍比关系的对数量来表示声音的强弱，

4、即声压级（Lp） 式中，p0为基准声压（p0=210-5Pa）。 声压级Lp的单位(dnwi)为分贝（dB）,听觉范围为0120dB，声压级每变化20dB，相当于声压值变化10倍。共二十八页13.1 基本(jbn)声学概念 3、声功率与声强 1）声功率 声功率是声源在单位时间内发射出的总能量，通常用W表示，W= ,单位为瓦。 v为质点振动速度 取10-12W作为基准声功率。 2）声强 声场中某一点处的声强定义为一个与指定方向（声波由声源该点的传播方向）相垂直(chuzh)的单位面积上、每单位时间内传过的声能 。 以I表示， 单位为W/m2 取10-12W/m2作为基准声强 。共二十八页13.1

5、 基本(jbn)声学概念 3）声功率级和声强级 声强级（LI） 式中，I0为基准声强（I0=10-12W/m2）。 声功率级（LW） 式中，W0为基准声功率（W0=10-12W）。声功率级的数值不是直接测量得到的，而是根据相应(xingyng)条件下声压级的实测值换算而来（Page247 表131）；在噪声测量中，之所以要将噪声的声压级测量结果换算为声功率级，是因为声压的数值随声源与测点之间的距离而改变，而且还与测试环境有关；声功率在其安装条件确定后，受环境的影响较小；目前国际标准化组织推荐以声功率级作为固定式机械设备噪声的评价量。共二十八页13.1 基本(jbn)声学概念 4、频程、频程声压

6、级 通常，噪声由大量不同频率的声音复合而成；在很多情况下，只测量噪声的总强度（即总声级(shn j)）是不够的，还需要测量噪声强度关于频率的分布；通常是将声频范围划分为若干个区段，这些区段就是所谓的频程或频带（Page47 表132、133）；在噪声强度的分频带测量方法中，各频程上所检测到的噪声声压级称为频程(频带)声压级；常用1倍频程和1/3倍频程, 1倍频程上下限频率之比为2:1共二十八页13.1 基本声学(shngxu)概念 5、频谱图 以测量选用的频率或频程的中心频率为横坐标，以相应的频谱能级(nngj)或频程声压级为纵坐标，所绘制的图形就是噪声的频谱图；频谱图反映了噪声的频率分布特性

7、，是噪声频谱分析的基本依据；噪声频谱中，声压级分布在350Hz以下的噪声称为低频噪声；中频噪声在3501000Hz范围内；高频噪声在1000Hz以上。由图可见，高频噪声以废气涡轮增压器的噪声为主；中低频噪声以柴油机为主。共二十八页第十三章、噪声(zoshng)测量 13.2 声级(shn j)计算声级合成 通常情况下，声源不是单一的，而总是有多个声源同时存在的。因此，就有声级的合成问题，声级的合成用分贝加法来进行。 在各声源发生出声波互不相干的情况下，若相加的声压级分别为Lp1，Lp2，Lpn，可得 总的声压级Lpt为: 式中，Lpi为第i个声源的声压级（dB）。 声强级的求和公式： LIt为

8、总的声强级(dB)；LIi为第i个声源的声强级。共二十八页13.2 声级(shn j)计算声级分解 在某些情况下，需要从总的测量结果中减去被测声源以外的声音，如本底噪声的影响，以确定(qudng)单独由被测声源产生的声级，这就要进行分贝相减的计算。 声级平均值 分贝平均值的求法由分贝求和法而来，即 式中，m为测点数目；Lpi为第i点测得的声压级为测点数目为m点的平均声压级。共二十八页13.2 声级(shn j)计算例：某试验室测量动力机械运转时的总噪声级为95dBA，环境噪声为87dBA，试问次动力机械的实际(shj)噪声为多少？解：为总噪声，为背景环境噪声；或者，由查表法求；级差=95-87

9、=8dB，扣除量=0.75dB，所以级差345678910扣除量2.002.301.701.250.950.750.600.45共二十八页第十三章、噪声(zoshng)测量 13.3 噪声(zoshng)评定值 响度级 在声学测量仪器中，声级计的“输入”信号是噪声客观的物理量声压，而“输出”信号，不仅是对数关系的声压级，而且最好是符合人耳特性的主观量响度级。为使声级计的“输出”符合人耳特性，应通过一套滤波器网络造成对某些频率成分的衰减，使声压级的水平线修正为相对应的等响曲线。 响度单位为方(phon)共二十八页13.3 噪声(zoshng)评定值计权声级 一般声级计中，参考等响曲线设置计权网络

10、A、B、C三种，对人耳敏感的频域加以强调，对人耳不敏感的频域加以衰减，就可直接读出反映人耳对噪声感觉的数值(shz)，使主客观量趋于一致。 共二十八页13.3 噪声(zoshng)评定值 A计权网络是效仿(xiofng)倍频等响曲线中的40方曲线设计的，较好地模仿了人耳对低频段（500赫以下）不敏感，对10005000赫声敏感的特点。用A计权测量的声级叫做A声级，记作分贝（A），或dBA。 B计权网络是效仿70方等响曲线，低频有衰减。 C计权网络是效仿100方等响曲线，在可听频率范围内，有近乎平直的特点，让所有频率的声音近乎均同通过，基本上不衰减，因此C计权网络代表总声压级。接近线性。 声级计

11、的读数均为分贝值。显然，选用C档计权网络测量时，声压级未经任何修正（衰减），读数仍为声压级的分贝值。而A档和B档的计权网络，对声压级已有修正，故它们的读数不应是声压级，但也不是响度级，其读数应称计权声级。 共二十八页第十三章、噪声(zoshng)测量 13.4 声压(shn y)和声强测量的基本原理一、声压测量的基本原理 传声器 传声器是将声信号转换成相应的电信号的一种声电换能器。 1、传声器的种类和结构 传声器按其变换原理，可分成电容式、压电式和电动式等类型，其中电容式传声器在噪声测试中的应用最为广泛。共二十八页13.4 声压(shn y)和声强测量的基本原理 1) 电容式传声器的结构 如右

12、图所示： 张紧的膜片与其靠得很 近的后极板(j bn)组成一电容器。 在声压的作用下膜片产生 与声波信号相对应的振动， 使膜片与不动的后极板之间的极距改变，导致该电容器电容量的相应变化。因此，电容式传声器是一极距变化型的电容传感器。运用直流极化电路输出一交变电压，此输出电压的大小和波形由作用膜片上的声压所决定。共二十八页13.4 声压(shn y)和声强测量的基本原理2)压电式传声器的结构 如右图所示： 压电式传声器主要由膜片和 与其相联的压电晶体弯曲(wnq)梁 所组成在声压的作用下，膜 片位移，同时压电晶体弯曲 梁产生弯曲变形，由于压电材料的压电效应， 使其两表面生产相应的电荷，得到一交变

13、的电 压输出。 受温度影响大。共二十八页13.4 声压和声强(shn qin)测量的基本原理3)动圈式传声器的结构 如右图所示： 电动式传声器，又称动 圈式传声器在膜片的中 间附有一线圈（动圈）， 此线圈处于(chy)永久磁场的气隙中，在声压的作 用下，线圈随膜片一起移动，使线圈切割磁 力线而产生一相应的感应电动势。 对低频声音衰减大；基本不用共二十八页第十三章、噪声(zoshng)测量 13.6 噪声测量(cling)仪器声级计 1、声级计的分类按用途声级计可分为： 一般声级计、脉冲声级计、积分声级计和噪声暴露计（又称噪声剂量计）等 按其精度可分为四种类型： 0型声级计作为实验室用标准声级计

14、； 1型相当于精密声级计； 2型作为一般用途声级计； 3型作为普级型声级计。共二十八页13.4 噪声测量(cling)仪器 2、声级计的工作原理 声级计主要由传声器、输入级、放大器、衰减器、计权网络，检波电路和电源等部分组成。 声信号通过(tnggu)传声器转换成交变的电压信号，经输入衰减器、输入放大器的适当处理进入计权网络，以模拟人耳对声音的响应，而后进入输出衰减器和输出放大器，最后通过(tnggu)均方根值检波器检波输出一直流信号驱动指示表头，由此显示出声级的分贝值 。共二十八页13.4 噪声测量(cling)仪器共二十八页13.4 噪声测量(cling)仪器 声级计的指示表头一般有“快”

15、、“慢”两档，根据测试声压随时间波动的幅度大小来作相应选择。 输入级是一阻抗变换器，用来使高内阻抗的电容传声器与后级放大器匹配。要求输入级的输入电容小和输入电阻高。但当输入信号较大时，又需要对信号进行衰减，使电表指针得到适当的偏转。 为了插入(ch r)滤波器和计权网络，故衰减器和放大器分成两级，即输入衰减器、输入放大器和输出衰减器、输出放大器等。 共二十八页13.4 噪声测量(cling)仪器 计权网络是模拟人耳对不同声音的反应而设计的滤波线路。 国际电工委员会651号文件规定，声级计最少带有A、B、C三个计权网络中的一个，并对A、B、C网络的频率特性和允许误差做了明确规定。 当计权网络开关

16、放在“线性”时，声级计是线性频率响应，测得的是声压级。当放在A、B或C位置时，计权网络插入在输入放大器与输出放大器之间，测得相应的计数(j sh)声级。 共二十八页13.4 噪声(zoshng)测量仪器 3、声级计的使用 声级计的校准： 一般声级计自身能产生一个标准(biozhn)的电信号用于校准放大器等电路的增益。在测量前，对传声器或声级计整机进行校准，必要时测量完成后再校准一次。电容传声器常用的校准器有活塞发声器、落球发声器等。如国产NX6型活塞发声器，其校准不确定在0.2dB以内。 共二十八页13.4 噪声测量(cling)仪器LD824声级计CAL250校准器标定(bio dn)信号共二十八页内容摘要第十三章、噪声测量。交通车辆(chling)内燃机。自由声场: 在任何方向，无反射自由传