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1、2019/1/11,噪声测量,噪声测量的内容： 整机噪声测量：评价机械产品质量是否符合噪声标准。 专项噪声测量：查明主要噪声源，以改进其中某一部件结构、降低噪声的测量。 故障诊断噪声测量：作为检测手段，判断机械各部分运转是否正常。,2019/1/11,有关噪声的声学知识,基本概念 声音：源于气体、液体、固体的振动。当振动频率在2020KHZ，即为可闻声。 纯音：声音最简单的形式，波形为正弦波。 一般声：许多不同幅度、频率和相位的正弦纯音的复合。包括噪声和乐声。,2019/1/11,有关噪声的声学知识,基本概念 乐声：较有规律的振动所产生的周期性的声波组合而成的。 噪声（物理学定义）：无规则、非
2、周期性的杂乱声波。 噪声（心理学定义）：一切“不需要的声音”。,2019/1/11,有关噪声的声学知识,2019/1/11,声波的传播和声场,1、声波的传播 声波的传播特点: 发声体的振动是通过弹性介质传播出去的 ； 传播出去的是物质的运动而不是物质本身； 空气质点的振动方向与波的传播方向一致，空气中的声波为纵波。,2019/1/11,声波的传播特点： 在声源附近，声波具有球面波的形状；在 通道和管子中，或距离声源很远的地方， 一般呈平面波传播。 声波衰减与声波的频率、介质的成分、温 度和湿度有关。一般高频声比低频声衰减 的快，也较低频声易吸收和控制。 声波的波长较大时，声波将绕射；声波 波长
3、很小时，声波将被反射或散射。,声波的传播和声场,2019/1/11,声波的传播和声场,二、声场 声场：有声波存在的弹性介质空间。 自由声场：没有边界的、介面均匀而各向同性的声场。特点：声波在任何方向均可无反射地自由传播。 半自由声场：仅有地面为反射面的声场。 混响声场：声波多次反射所形成的声场。 半混响声场：既不完全反射也不完全吸收声波的声场。,2019/1/11,声压和声压级,1、声压 定义：声波的存在引起在弹性介质中压力的变化值。 有效声压：一段时间内瞬时声压的均方根值，可表示为： 在实际应用中，若没有特别说明，声压p就是指有效声压。,2019/1/11,声压和声压级,2、声压级 可闻阈声
4、压：人耳敏锐听觉能听到的1000Hz纯音最弱声压为210-5Pa，也称作“基准声压”，用p0表示。 痛阈声压：正常人耳忍受但不感到痛苦的最大声压为20Pa，用pT表示。 声压级LP定义为： 式中 p有效声压，Pa； p0基准声压，p0=210-5Pa。,2019/1/11,声压和声压级,声压级的单位是分贝，记作dB。分贝没有量纲，只有一个比较指标，可以表示所测的量与基准量比较的相对大小。 由计算得： 听阈声压为0dB； 可闻声声压的变化范围为0120dB； 普通谈话声的声压是6070dB； 大街上载重卡车的声压为8090dB； 每变化20dB，相当于声压值变化10倍。,2019/1/11,声强
5、和声强级,1、声强 定义：单位时间通过垂直于声波传播方向的单位面积的声能。记作I，单位为W/m2。 声强I与声压p之间的关系可以表示为： 式中 空气密度，kg/m3； c声速，m/s； c声特性阻抗，其大小随大气压力和温度而变化，PaS/m。,2019/1/11,声强和声强级,2、声强级 声强级的定义为： 式中 I声强； I0基准声强，I0=10-12W/m2。 在常温常压下，声特性阻抗变化不太大。当取c=常数时，则 注： 在应用中，可以测量声压级得到声强级。,2019/1/11,声强和声强级,例：如果两台发动机同时工作，噪声声压级有何变化？,2019/1/11,声功率和声功率级,1、声功率
6、定义：声源在单位时间内辐射出来的总声能量，记作W，单位为W。 2、声功率级 声功率级的定义为： 式中 W对应的声功率，W； W0基准声功率，W0=10-12W。,2019/1/11,响度级和噪声级,1、响度级 响度：响度的单位为“宋”（sone），定义频率为1000Hz的纯音，当声压级为40dB时的响度为1宋；并规定声压级每升高10dB，响度则增加1倍。 响度级：其单位为“方”（phon）。即选取1000HZ的纯音作为基准声，若某声音听起来与该纯音一样响时，则该声音的响度级（phon值）就等于这个纯音声压级的数值（dB）。,2019/1/11,响度级和噪声级,纯音的等响度曲线,又称为国际标准
7、等响曲线,2019/1/11,响度级和噪声级,响度级记作 ，响度记作N，两者关系如下： 从等响曲线可知：人耳的听感特性对高频声敏感，对低频声迟钝。在4000HZ左右最敏感；同一响度级的声音，频率越低，所需声压级越高；响度级越高，曲线越平坦，即频率的影响越小。,2019/1/11,响度级和噪声级,2、计权声级 定义：在噪声测量仪器内安装专门设计的滤波线路，叫频率计权网络，造成对某些频率成分的衰减，这时所测得的声级叫计权声级。 计权网络：根据人耳对声音的频率响应特性而设计的电滤波器，它对不同频率的声音实行不同程度的衰减，以便仪器的频率响应与人耳听觉器观感受近似一致，也即让仪器对不同频率和声压级但具
8、有同样响度的声音有相同的测量值。 国际电工委员会（IEC）对声学仪器规定了A、B、C等几种国际标准频率计权网络，它是参考国际标准等响曲线而设置的。,2019/1/11,响度级和噪声级,2、计权声级 A网络模拟40方等响曲线倒立形状，它对500HZ以下中、低频段的声音有较大的衰减，对高频较敏感，对低频不敏感。这与人的听觉特性较接近，因此，一般采用A网络测得的值代表噪声级的大小。 B网络模拟70方等响曲线的倒立形状，声音通过时，低频段有一定的衰减。,2019/1/11,响度级和噪声级,2、计权声级 C网络模拟100方等响曲线的倒立形状，在整个可闻声频率范围内基本上没有衰减。因此可把C网络的测量结果
9、作为总声压级。 噪声级:经过频率计权后的声压级，单位仍然是dB。但须注明测量时所使用的国际标准频率计权网络的名称。如80dB（A），即表示用A计权网络测得噪声级为80dB。,2019/1/11,响度级和噪声级,几种计权网络的频率响应,2019/1/11,一些声源的声压和声级,2019/1/11,一些声源发出的声功率、声功率级,2019/1/11,噪声测量仪器,噪声的主要测量项目: 噪声级 噪声频谱 指向性特征(有时还需测量) 常用的仪器: 有声级计 频率分析仪 电平记录仪 磁带记录器等,2019/1/11,声级计,声级计外形图,按测量精度分类： 普通声级计（3dB） 精密声级计（1dB） 结构
10、：由传声器、衰减器、放大器、计权网络、检波电路及指示表头等 组成。,2019/1/11,声级计,声级计原理方框,2019/1/11,声级计,一、传声器 又称微音器或话筒，它是将声波信号转换为电信号的声电转换器件。 分类： 电动式（用于普通声级计 ） 压电式（用于普通声级计 ） 电容式（常用于精密声级计 ）,2019/1/11,传声器,电容传声器简图,1、电容传声器 特点： 输出阻抗很高 灵敏度较高； 可闻声范围内响应平直； 测量动态范围宽； 输出性能稳定，适性应强； 外形尺寸较小； 对机械振动敏感小。,2019/1/11,传声器,2、驻极体电容传声器 特点： 传声器极头输出阻抗很高 结构简单坚
11、固 不需极化电压 电容量大 制造成本较低 使用温度一般不超500C,驻极体电容传声器原理,2019/1/11,传声器,3、压电式传声器 特点： 结构简单，结实可靠，量程宽（最高250dB） 价格较便宜 不需极化电压 灵敏度较低，受温度影响较大，对机械振动也较为敏感。,压电式传声器原理图,2019/1/11,传声器,4、动圈式传声器 特点： 结构较简单，制造方便，造价低，容易保养维护，可靠性好，寿命长，对使用环境的适应性强，对温度、湿度不敏感，输出阻抗小，可以接长电缆而不降低灵敏度，固有噪声低。 体积大，灵敏度低，频率特性不均匀度较大，易产生电磁感应噪声，对机械振动较敏感。,2019/1/11,
12、衰减器和放大器,作用：是在测量微弱信号或强信号时，使表头指针都能获得适当的偏转。 衰减选择旋钮一般分上下两层，下层控制输入衰减器，上层控制输出衰减器，每一档的衰减量为10dB。使用时，应尽量将上层输出衰减器旋钮沿顺时针旋到底，使输出衰减最大。只有当信号微弱时，下层输入衰减调至最小时表头指针仍偏转很小，才可减小输出衰减量。 注：声级计测得的噪声级分贝数，等于衰减器旋钮指示值与表头指示值之和。,2019/1/11,计权网络,在精密声级中，装有三种标准的计权网络，对所测噪声进行听感修正。也可以作简单频率分析。 声级LALBLC时，表明所测噪声未受低频衰减的影响，含高频成分较多； 若LALBLC，则说
13、明使用A和B网络时噪声都受到衰减，噪声中含低频成分较多； 若LALBLC，则说明此噪声含有中频成分较多。,2019/1/11,检波电路和表头,为测量有效声压，声级计中设有均方根值检波器，将输出放大器放大后的信号变成直流有效值，由表头指示。 均方根值的实际时间，即仪器对噪声的平均时间，规定分为“快”和“慢”两档。“快”档的平均时间为0.27秒，接近人耳听觉生理平均时间，所以“快”档声级变化与人的感觉协调。“慢”档的平均时间为1.05秒。 快档用于测量随时间波动不大的噪声。当指针摆动大于4dB时，则应换用慢档。,2019/1/11,频谱分析,频谱：以频率为横向坐标的谱线或曲线。 频段或频程：把声频
14、范围分割成若干个较小的频段，称之为频段或频程。 带宽：带通滤器的上限截止频率fh与下限截止频率fL之差，称为频带宽度，简称带宽，以f表示。,2019/1/11,频谱分析,带通滤波器响应曲线,2019/1/11,频谱分析,频带的划分方式： 恒定带宽法 各频带的宽度是相同的。恒定带宽滤波器的最 大优点是选择性强，因此特别适合对高频范围 的分析。 恒定比带宽法 各频带的宽度与其中心频率f0的比值为一恒 量，当f/f0=常数。随着中心频率的增加， 其带宽按一定比例增加。,2019/1/11,频谱分析,频程按下列关系划分：,式中 n倍频带数或称倍频程数。 n可以是任意正实数，n越小，分的越细，频程越短，
15、测量所需的时间也越多。 常用的有n=1时的1/1倍频带（简称倍频带），n=1/3时的1/3倍频带。,2019/1/11,频谱分析,每个频带的中心频率fm为各自频带上下限的几何平均值，即 于是频带的宽度f可表示为,2019/1/11,频谱分析,1倍频程和1/3倍频程的比较,2019/1/11,频谱分析,1/1倍频程的中心频率与频率范围,2019/1/11,频谱分析,1/3倍频程中心频率与频率范围,2019/1/11,频谱分析,噪声频谱图 ：通常以所选用频程的中心频率 为横坐标，以对应的频带声压级为纵坐标 。,排气噪声频谱分析,2019/1/11,频谱分析仪,（一）模拟方式频谱分析仪 1、并列顺序
16、检波法,并列顺序检波法频谱分析仪原理框,2019/1/11,频谱分析仪,并列滤波器实时频谱分析仪原理,2、并列滤波器实时分析法,2019/1/11,频谱分析仪,3、扫描调谐法,扫描调谐式频谱仪原理,2019/1/11,频谱分析仪,4、超外差法,扫描超外差频谱分析仪原理,2019/1/11,频谱分析仪,（二）数字方式频谱分析仪,数字滤波式频谱分析仪方框图,1、数字滤波法,2019/1/11,频谱分析仪,2、快速付立叶分析法（FTT法）,FFT分析仪方框图,2019/1/11,内燃机噪声的来源,内燃机的噪声的来源： 气体动力性噪声 ，主要包括进、排气噪声和风扇噪声。 燃烧噪声 ，是气缸内气体压力剧烈变化所产生冲击波所引起的高频振动 。 机械噪声 ，包括活塞敲击声、配气机构噪声、齿轮噪声等。,2019/1/11,内燃机噪声的测试方式,1、整机噪声的测量 测量场所： 全消
