汽车振动与噪声-噪声测量分析技术

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1、1,主讲：胡爱军,汽车振动与噪声控制,2,噪声测量分析技术,第一节 传声器及其参数特性 传声器是最基本的声学测量设备，是一种装有换能器的电声器件，能把声波的机械能转换为电能。（Microphone 俗称话筒，音译作麦克风） 传声器可以分为静电和电动两种： 静电传声器是以电场变化为原理的传声器，常见的有电容式、驻极体式和压电式三种 电动传声器是用电磁感应为原理，以在磁场中运动的导体上获得输出电压的传声器，常见的有动圈式 和带式传声器,3,第一节 传声器及其参数特性 动圈式传声器：动圈式传声器以悬浮于磁路系统中的音圈切割磁力线而产生电压输出。它的结构牢固，性能稳定，能承受强音而不失真，价格较便宜，

2、是一种耐用的传声器，广泛应用于一般音响系统。是在生活中最常见的传声器，但在声学测量中很少使用。,噪声测量分析技术,4,第一节 传声器及其参数特性 动圈式传声器：,噪声测量分析技术,5,第一节 传声器及其参数特性 动圈式传声器：,主要由振动膜片、音圈、永义磁铁和升压变压器等组成。它的工作原理是当人对着话筒讲话时，膜片就随着声音前后颤动，从而带动音圈在磁场中作切割磁力线的运动。根据电磁感应原理，在线圈两端就会产生感应音频电动势，从而完成了声电转换。为了提高传声器的输出感应电动势和阻抗，还需装置一只升压变压器。 动圈传声器结构简单、稳定靠、使用方便、固有噪声小，被广泛用于语言广播和扩声系统中。但缺点

3、是灵敏度较低、频率范围窄。不适合做声学测量。,噪声测量分析技术,6,第一节 传声器及其参数特性 带式传声器,带式传声器的振动系统是一条悬挂在强磁场中的波状合金箔。它的频率响应极好，特别是瞬态特性好，音色柔和自然，指向性为双向，但输出电平极低，而且防风耐震性差，易损坏，不宜在室外使用。目前除特殊用途外，已很少使用。,噪声测量分析技术,7,第一节 传声器及其参数特性 静电传声器,按换能方式分，又可以分为： 电容式传声器，压电传声器，驻极体传声器三种 按感应方式分，又可以分为： 压强式、压差式和相移式三种 其中压强式是常用的。,噪声测量分析技术,8,第一节 传声器及其参数特性 传声器参数指标,噪声测

4、量分析技术,9,第一节 传声器及其参数特性 传声器灵敏度,传声器灵敏度也称响应，指输出端电压和输入端有效声压的比值。S=输出电压/输入端声压，实际使用时也常用对数（分贝）来表示灵敏度，称作灵敏度级 但在噪声测量中，常把灵敏度级称为灵敏度* 灵敏度反映的是传声器对声音的测量灵敏程度,噪声测量分析技术,10,第一节 传声器及其参数特性 传声器灵敏度,灵 敏 度： 20mV/Pa（驻极体传声器）,灵 敏 度： 18mV/Pa（驻极体传声器）,灵敏度（1KHz、4.5V、2.2K） 48dB 28dB (0dB=1V/pa) 68dB 48dB (0dB=1V/bar 0.1Pa),噪声测量分析技术,

5、11,第一节 传声器及其参数特性 传声器频响特性,传声器的灵敏度对频率的响应情况（即传声器灵敏度随频率的变化情况）称为传声器的频率响应特性。 理想情况下，传声器的频率响应特性应尽可能平直，即在测量范围内输出恒定，灵敏度保持不变，但实际的传声器往往出现高低起伏的变化,噪声测量分析技术,12,第一节 传声器及其参数特性 传声器频响特性,传声器在不同频率的声波作用下的灵敏度是不同的。一般在中频时灵敏度高，而在低音频（如几十赫）或高音频（十几千赫）时灵敏度降低。我们以中音频的灵敏度为基准，把灵敏度下降为某一规定值的频率范围叫做传声器的频率特性。频率特性范围宽，表示该传声器对较宽频带的声音较高的灵敏度，

6、扩音效果就好。理想的传声器频率特性应为20Hz20kHz。,噪声测量分析技术,13,第一节 传声器及其参数特性 传声器频响特性,频响特性： 100Hz-12KHz,频响特性： 150Hz-12500Hz,频响特性： 501000Hz,噪声测量分析技术,14,第一节 传声器及其参数特性 传声器输出阻抗,传声器的输出阻抗是指传声器的两根输出线之间在1KHz（即1千赫）时的阻抗。有低阻（如50、150、200、250、600等）和高阻（如10K、20K、50K）两种。 频率不同，传声器的阻抗也有所不同，一般来说，频率较低时阻抗会较大，为确保低频响应，设计测量系统时要注意阻抗匹配。,噪声测量分析技术,

7、15,第一节 传声器及其参数特性 传声器指向特性,传声器感应面上的声压变化不仅与声波频率、传声器形状和尺寸有关，而且还与声波的传播方向有关。传声器这种灵敏度随声波入射方向变化的特性称为传声器的指向性。 一般用当声波以一个角度入射时，传声器灵敏度与轴向入射轴向灵敏度的比值来表示指向性 一般来说，同一传声器对不同频率的声音指向特性不同，频率越高，指向特性越明显。,噪声测量分析技术,16,第一节 传声器及其参数特性 传声器指向特性,指向性图案： 一般来说，传声器尺寸与波长相比很小可以忽略时，传声器可以看作是无指向性的，但如果尺寸不可忽略，传声器将表现出明显的指向性,噪声测量分析技术,17,第一节 传

8、声器及其参数特性 传声器动态范围,传声器灵敏度保持不变的声压变化范围称为动态范围，传声器动态范围宽，则可测量的声压范围大。 传声器最小测量声级主要由电路内部噪声决定，上限可测范围一般指出现3谐波失真时的声级，一般来说，传声器直径越小，可测上限声级越高。,噪声测量分析技术,18,第一节 传声器及其参数特性 传声器其他参数,信噪比（固有噪声） 工作电压、工作电流 外型尺寸,噪声测量分析技术,19,第一节 传声器及其参数特性 静电式传声器的结构及工作原理,传声器均有两部分组成 声接收器：一般由膜片及壳体等构成。将声压转化为位移或速度。 电换能器：将位移或速度转化为电量。电容式，驻极体式换能器为可变电

9、容；压电式传声器为压电晶片。,噪声测量分析技术,20,第一节 传声器及其参数特性 电容式传声器,由模片和后极板构成一电容位移传感器。在极化电压作用下，在有声压变化时，会有电流产生，并输出电压。 灵敏度高，频响特性宽而且平直，动态范围广，从12170dB均可测量。输出稳定，环境适应性强。但制造成本高，制造复杂，而且需要极化电压（不同传声器的极化电压有所不同）,噪声测量分析技术,21,第一节 传声器及其参数特性 电容式传声器,噪声测量分析技术,22,第一节 传声器及其参数特性 驻极体式传声器,利用驻极体换能器进行工作的传声器称为驻极体传声器，通常使用聚四氟乙烯材料作为振动膜片。由于这种材料经特殊电

10、处理后，表面被永久地驻有极化电荷，从而取代了电容传声器的极板，故名为驻极体电容传声器 其工作原理与电容式传声器比较接近，只是不再需要极化电压，实际上是一种自偏压式电容位移传感器。,噪声测量分析技术,23,第一节 传声器及其参数特性 驻极体式传声器,驻极体传声器由于不需要极化电压，可直接与放大器相连接，结构坚固，成本低，便于使用。但高频频响差，稳定性不高。,噪声测量分析技术,24,第一节 传声器及其参数特性 压电传声器,压电传声器是利用压电晶体作为感应器，在声压变化时，压电晶体会随之产生电荷，输出电压信号。由于压电晶体比电容传声器模片厚得多，因而固有频率低，频响特性较窄，灵敏度也比较低。只适合于

11、普通场合的的噪声测量。,噪声测量分析技术,25,第二节 倍频程及计权声级 频谱,以频率为横坐标，声压级或者声强级为纵坐标给出的噪声测量图形称为频谱图，一般来说频谱图中各峰值所对应的频率就是某声源造成。,噪声测量分析技术,26,可听声范围从20Hz到20KHz频率变化范围高达1000倍，为实用方便，把频率变化范围划分为若干频程，每个频程有上下限和中心频率，如果两个频率相差一倍则称为相差一个倍频程,第二节 倍频程及计权声级 倍频程,噪声测量分析技术,27,第二节 倍频程及计权声级 倍频程,按国际通用取法，人耳能听到的频率范围按倍频程分为9段,噪声测量分析技术,28,第二节 倍频程及计权声级 1/3

12、倍频程,倍频程划分频率太粗略，为使频带更窄一点，通常把一个频程再分为三份，称为1/3倍频程 从31.54000Hz共26个频率段来表示,噪声测量分析技术,29,第二节 倍频程及计权声级,噪声测量分析技术,30,第二节 倍频程及计权声级 1/3倍频程,1/3倍频程声压级,噪声测量分析技术,31,第二节 倍频程及计权声级 A计权声压级,对声或者噪声的客观量度一般采用声压级、声强级或声功率级表示，但人的主观感受还很大程度上受频率的影响。模拟40方等响曲线对声音进行修正，模拟人的主观感觉，这样得到的声压级称为A计权声级。80dB(A),A,噪声测量分析技术,32,第二节 倍频程及计权声级 A计权声压级

13、,习惯上，常按1/3倍频程的中心频率给出各个频段的修正值。计算总的计权声级时，将各个频带的声级根据中心频率进行修正后再进行叠加。,噪声测量分析技术,33,第二节 倍频程及计权声级 A计权声压级,在声级叠加时需要进行分贝的合成，分贝合成,从声贝的合成可以看到，如果两个声源中一个噪声级超过另外一个68分贝，则较弱者可以忽略不计。,噪声测量分析技术,34,第三节 汽车噪声常用的测量方法 频谱分析法： 以频率为横坐标，声压级或者声强级为纵坐标给出的噪声测量图形称为频谱图，一般来说频谱图中各峰值所对应的频率就是某声源造成。,噪声测量分析技术,35,第三节 汽车噪声常用的测量方法 频谱分析法： 频谱分析的

14、主要目的是了解噪声的频率结构，了解噪声能量在各个频率上的分布。,分析噪声频率一是人的主观感觉与频率结构相关，另一方面与噪声的产生、辐射和传播密切相关，频率特性为寻找噪声源提供了重要依据。,噪声测量分析技术,36,第三节 汽车噪声常用的测量方法 频谱分析法： 对声压级、声强级和声功率级均可以进行频谱分析，从而得到声压级谱、声强级谱、声功率谱（自功率谱，互功率谱）。,噪声测量分析技术,37,第三节 汽车噪声常用的测量方法 频谱分析法： 频谱的横坐标可以是线性坐标，也可以是对数坐标，相应的谱就称为线性谱（恒定带宽谱或窄带谱）或对数谱。对数谱中又根据频程定义可称为1/n倍频程谱,噪声测量分析技术,38

15、,第三节 汽车噪声常用的测量方法 频谱分析法： 小提示： 频谱分析的本质 单边谱，双边谱，幅值谱，相位谱，谱密度函数，谱幅值，谱的单位 声压幅值谱:(声压单位为Pa的话，谱单位为Pa，声压单位为dB的话，谱单位为dB） 相位谱的单位是rad 谱密度的单位：W/Hz,噪声测量分析技术,39,第三节 汽车噪声常用的测量方法 频谱分析法： 利用频谱识别汽车噪声 汽车主要零部件的频率范围：,噪声测量分析技术,40,第三节 汽车噪声常用的测量方法 频谱分析法： 频谱分析设备：,带频谱分析功能的声级计 专用的频谱分析设备（B&K，Hp, 中科院声学所，声望公司）,传声器,供电电路,放大电路,抗混滤波电路,

16、A/D,FFT分析,噪声测量分析技术,41,第三节 汽车噪声常用的测量方法 声压测量： 声压测量法是目前最常用的噪声测量方法，利用声级计等声压测量仪器直接测量声场中的声压级分布，从而找出噪声峰值，确定主要声源的位置：,声级计 声强测量设备,噪声测量分析技术,42,第三节 汽车噪声常用的测量方法 声压测量： 声级计：根据声级计在标准条件下测量1000Hz纯音所表现出的精度，国际上把声级计分为两类，一类叫精密声级计，一类叫普通声级计。近年以来开始实行四类分法，即分为0型、1型、2型和3型。它们的精度分别为0.46、0.76、1.00和1.5dB。 0型声级计主要用作实验室参考标准；1型声级计供实验室及声学环境能够严格控制的场合使用；2型声级计适合一般的测量使用；3型声级计主要用于现场的噪声普查,噪声测量分析技术,43,第三节 汽车噪声常用的测量方法 声压测量： 声级计：根据声级计所用电源的不同，还可将声级计分为交流式声级计和用干电池的电池式声级计两类。电池式声级计也称为便携式