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1、声学测量,5.1 噪声级测量 5.2 声功率测量 5.3 噪声源识别与定位,第5章 噪声源测量,5.1 噪声级测量,5.1.1 稳态噪声测量 5.1.2 非稳态噪声测量 5.1.3 噪声剂量测量 5.1.4 测量实例,5.1.1 稳态噪声测量,稳态噪声的声压级用声级计测量。如果用快档来读数，当频率为1000Hz的纯音输入时，在200250ms以后就可以指出真实的声压级。如果用慢档读数，则需要在更长时间才能给出平均声压级。 对于稳态噪声，快档读数的起伏小于6dB，如果某个倍频带声压级比邻近的倍频带声压级大5dB，就说明噪声中有纯音或窄带噪声，必须进一步分析其频率成分。对于起伏小于3dB的噪声可以
2、测量10s时间内的声压级，如果起伏大于3dB但小于10dB，则每5s读一次声压级并求出其平均值。更详细的分析可以测量声压级的统计分布。,表5.1.1 环境噪声的修正值,5.1.1 稳态噪声测量,表5.1.2 倍频带和1/3倍频带声压级换算为A声级的修正值,5.1.1 稳态噪声测量,5.1.2 非稳态噪声测量,1.不规则噪声测量 2.脉冲噪声测量,1.不规则噪声测量,对于不规则噪声，根据需要，可以测量声压级的时间频率分布特性，具体测量值有：最大值、最小值和平均值；声压级的统计分布(如累积百分声级)；等效连续声级；噪声的频谱分布。 在测量声压级的时间分布特性时，可每隔5s读一次，获得约50个数值，
3、然后按大小顺序排列，然后可获得最大值、最小值、平均值，以及累积百分声级，如L10、L90等。等效连续声级反映按能量平均的声级，如被平均的声级被加权，则可形成不同形式的等效连续声级，最常用的是等效连续A声级，其表达式为,2.脉冲噪声测量,脉冲噪声是指大部分能量集中在持续时间短于1s而间隔时间长于1s的猝发噪声。关于1s的选择当然是任意的，在极限情况下，如果脉冲时间无限短而间隔时间无限长，这就是单个脉冲。 脉冲噪声对人的影响通常是能量而不是峰值、持续时间和脉冲数量。因此，对连续的猝发声序列应该测量声压级和功率，对于有限数目的猝发声则测量暴露声级。 常用记忆示波器测量脉冲峰值声压和持续时间，或用脉冲
4、声级计测量。如果只需声压级则可以用峰值指示仪表测量。,5.1.3 噪声剂量测量,图5.1.1 典型噪声剂量计框图,5.1.4 测量实例,(1)实验条件及仪器设备 APU喷气管为钛合金硬壁弯管，如图5.1.2所示。 (2)测量结果及分析 根据上述测量安排，获得发动机在两种工作状态下，60、120两个位置上排气噪声的频谱特性及相应的1/3倍频程频谱如图5.1.4和图5.1.5所示。,(1)实验条件及仪器设备,图5.1.2 喷气管结构,(2)测量结果及分析,图5.1.4 空载时60和120的频谱及1/3倍频程频谱图,(2)测量结果及分析,图5.1.5 满载时60和120的频谱及1/3倍频程频谱图,表
5、5.1.3 各测点测量值,(2)测量结果及分析,5.2 声功率测量,5.2.1 声压法 5.2.2 声强法 5.2.3 标准声源法 5.2.4 振速法 5.2.5 测量实例,表5.2.1 ISO颁布的噪声源声功率测试标准,表5.2.1 ISO颁布的噪声源声功率测试标准,5.2 声功率测量,表5.2.2 我国颁布的噪声源声功率测试标准,5.2 声功率测量,表5.2.3 我国颁布的噪声源声功率测试方法,5.2 声功率测量,5.2.1 声压法,1.自由场法 2.混响室法,1.自由场法,(1)无指向性声源辐射的声功率测量 (2)指向性声源的声功率测量 对于指向性声源，当声源放在自由声场中时必须测量出声
6、源周围固定距离处假想球面上许多点的声压级，球的半径应该使测量点位于远场。 (3)指向性指数和指向性因数 噪声源通常是有方向性的。,表5.2.4 自由场中传声器位置,1.自由场法,表5.2.5 反射面上方自由场传声器位置,1.自由场法,2.混响室法,把噪声源放在混响室内，测得室内平均声压级后可以求出噪声源功率级。在混响室内，除了非常靠近声源处，离开壁面半波长的其他任何地方的声压级都差不多相同。,5.2.2 声强法,1.定点式测量方法 2.扫描式测量方法,1.定点式测量方法,图5.2.1 测点数目和位置分布与声功率测量误差的关系 a)=1.0dB b)=0.9dB c)=1.4dB d)=1.1d
7、B e)=0.9dB f)=0.8dB g)=0.9dB,2.扫描式测量方法,只要声强探头移动缓慢，如0.1m/s，扫描式测量方法和定点式测量方法具有相似的随机测量误差，它主要取决于声源和声场特性、采样时间等因素，与测量方式无关。在较为理想的声场条件下，声功率测量值的随机误差较小。当测量曲面上有负向功率存在时，无论采样时间多长或者声强仪移动速度多慢，声功率的随机测量误差总是较大。 与定点式测量方法相比，扫描式测量方法具有测量速度快、操作简便等优点，已被广泛地应用在工程测量中。已有很多文献报告对这两种测量方法进行了比较，其结论是两种测量方法获得的结果“等同”，其差异在测量精度范围内。,5.2.3
8、 标准声源法,与标准声源法有关的国家标准是：GB/T 165382008(声学 声压法测定噪声源声功率级 现场比较法)；GB/T 41292003(声学 用于声功率级测定的标准声源的性能与校准要求)。使用标准声源的方法有下述三种：置换法,把机器移开，用标准声源代替它作测量；并摆法,若机器不便移动，可以把标准声源放在对称的位置；比较法,把标准声源放在厂房另一点，周围反射面位置和机器旁相似。 标准声源有空气动力式、电声式和机械式三种。,5.2.4 振速法,在实际工作中，经常会遇到下列情况：背景噪声比被测机器直接辐射的噪声还要高；需要将结构噪声与空气动力噪声分类开；需要确定整个声源的噪声是来自机器的
9、结构噪声还是来自机组的另一部分；需要确定机器负载的噪声又要排除被拖动负载及其他噪声的影响。 遇到上述情形就需要采用所谓的振速法测量声源声功率。国家标准中只有一项与振速法有关，即GB/T 165391996(声学 振速法测定噪声源声功率级 用于封闭机器的测量)。,5.2.5 测量实例,1.声强法测定声功率 2.声压法测定机器声功率 3.混响室法测量声源声功率级,1.声强法测定声功率,(1)被测声源和实验条件 被测声源为LoherGmbh异步电动机，额定功率为20kW，转速为1470r/min；所带液压泵为DanfossVpA20，工作压力为180105Pa，活塞数为7，活塞排量为20cm3；供油
10、频率为71470/60L/s171.5 L/s，储油箱容积为1006775cm3。 (2)仪器设备 由于液压泵产生的噪声不能从电动机产生的噪声中分离出来，因此，不能用声压法来确定电动机或液压泵辐射的声功率，但声压法测量得到的空载电动机的A计权声功率级近似等于65dB，而电动机与液压泵共同工作时，A计权声功率级近似为88dB。,1.声强法测定声功率,(3)测量表面和测点 电动机和液压泵均采用矩形箱型封闭面为测量面，共11个(电动机5个面，液压泵6个面)。 (4)测量结果及降噪措施 表5.2.6列出了用声强法测量的声功率级值。,图5.2.2 实时声强测量分析系统,1.声强法测定声功率,图5.2.3
11、 测量面及测点布置图,1.声强法测定声功率,表5.2.6 声强法测量声功率的结果,1.声强法测定声功率,2.声压法测定机器声功率,图5.2.4 被测声源,表5.2.7 测量数据,2.声压法测定机器声功率,3.混响室法测量声源声功率级,为确定B&K4291无指向性扬声器的最大声功率，根据GB/T 6881.12002，采用混响室精密法测量该扬声器的声功率。 测试用的混响室为长方体，尺寸为5.74m3.20m4.86m。测得该混响室1/3倍频程混响时间见表5.2.8。,表5.2.8 1/3倍频程混响时间,3.混响室法测量声源声功率级,表5.2.9 1/3倍频程平均声压级,3.混响室法测量声源声功率
12、级,表5.2.10 1/3倍频程声功率级,3.混响室法测量声源声功率级,图5.2.5 B&K4291测得的1/3倍频程声功率级,3.混响室法测量声源声功率级,5.3 噪声源识别与定位,噪声源识别的要求有以下两个主要方面： 1)确定噪声源的特性，包括声源类别，频率特性，变化规律和传播通道等。 2)确定噪声产生的部位、主要的发声部件等以及各噪声源在总声级中的比重。,5.3 噪声源识别与定位,5.3.1 声学测量法 5.3.2 信号分析法,5.3.1 声学测量法,1.声压法 2.声强法 3.阵列法,1.声压法,(1)近场测量法 这种方法简便易行，通常用于寻找机器的主要噪声源。 (2)选择运行法 选择
13、运行法就是设法将机器中的运转零部件按测量要求逐级连接或逐级分离进行运行，分别测得部分零件的声级及其在机器整体运行时总声级中所占的份额，从而确定主要噪声源的方法。 (3)选择覆盖法 对于不能改变运行状态的情况，通常采用选择覆盖法识别噪声源。,2.声强法,在三维流体声场中，声强矢量等于有效声强矢量与声强偏差的矢量和。声强偏差表征声场中局部区域内声能流，其矢量流线为环状。窄频域中声强偏差通常是非零有旋矢量，因此，窄频带中声强矢量不一定是沿径向背离声源的。各频率点声强矢量流线通常是曲线形状，特别是在近场或反射波较强的区域，声强流线的曲率半径较小，有些频率点声强矢量甚至指向声源，这说明由声场中几点处单一
14、频率声强矢量不能推断出声源所在方位。随着频率带宽的增加，声强偏差的影响减少。当声强偏差值可以忽略时，声强矢量等于有效声强矢量。声强矢量流线代表声场中实际功率流线，即由声源出发到无限远区域或功率吸收点终止。,3.阵列法,传声器阵列是由许多传声器按一定方式排列组成的阵列，具有强指向性，可用来测定声源的空间分布，即求出声源的位置和强度，因而可识别机车行进时的噪声源。将数字技术应用于声望远镜，可以实现声望远镜的空间自动扫描。因此，可以对高速运动的声源(如火车、飞机)进行分析，并对接收的声信号进行频谱分析，从而得出不同频段内声源的空间分布。目前使用最广泛的方法是把传声器排列在直线上，此系统称为线列阵指向
15、性系统。 线列阵利用许多拾声点上接收信号的干涉效应而产生的指向性。但这种等间距、等强度的线列阵的旁瓣比较大，如果各传声器的信号按一定规则修正，则可以抑制旁瓣。常用传声器阵按照契比雪夫级数的系数修正，这样可使主瓣变宽但旁瓣下降30dB。,5.3.2 信号分析法,1.时域分析法 2.频域分析法 3.相关分析法 4.相干分析法,1.时域分析法,根据各声源或声源各部分时间特性的差别来识别，它对有离散谱的信号更为合适。如果机器产生脉冲噪声，可记录噪声的时间历程。在双线性示波器上显示，另用一路显示标记脉冲，由机器某运动部分触发以使噪声和机械动作相联系。一旦噪声信号与机械振动联系起来就可确定噪声来自振动部分
16、。 平均技术是时域分析法的发展。有时在噪声和振动时间历程中，由于背景噪声太高，难以区分离散重复事件。把背景噪声按机器工作一周分段，用许多周的信号求平均，无周期性部分信号多次平均后增长较慢，而周期信号增长较快，因此可检出周期信号。通常取10100工作周期信号平均，以明显区别出重复事件。平均过程利用计算机来完成。,2.频域分析法,如果噪声源的噪声在不同频率区域，可以采用窄带频谱分析法。用加速度计测量噪声源的振动，用传声器测量某点的声压，求出它们的频谱进行分析。某噪声源的振动信号频谱的主要部分和声信号频谱的主要部分位于相同频率区域，或在某些频率都有峰值，即可认为这一噪声源是主要噪声源。 如果几部机器或一部机器各部分发声的频谱不同并且已知时，测量总噪声谱可以分析出各部分对总噪声的贡献。,3.相关分析法,如果同时存在许多噪声源，用相关分析法测量声源处和观察点之间声信号与某波形或滤波包络的互相关函数，就可识别噪声源并判断该噪声源对观察点的总噪声有多大贡献。较强的互相关性所对应的机器为主要噪声源。,4.相干
