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1、第十三章第十三章 噪声测量噪声测量第第 1 1 节节 噪声测量中的声学概念噪声测量中的声学概念1.声场声场声波传播的空间。声波传播的空间。2.自由声场自由声场允许声波在任何方向作无反射自由传播的声场。允许声波在任何方向作无反射自由传播的声场。1.传播介质均匀，各向同性，无反射（全吸收）传播介质均匀，各向同性，无反射（全吸收）3.混响声场混响声场-允许声波在任何方向作全反射传播的声场。允许声波在任何方向作全反射传播的声场。1.传播介质均匀，各向同性，无吸收（全反射）传播介质均匀，各向同性，无吸收（全反射）4.半自由声场半自由声场仅地面为全反射，其余方向声波可作无反射自由传播的声场。仅地面为全反射
2、，其余方向声波可作无反射自由传播的声场。5.半混响声场半混响声场声波在其内传播，既不完全反射，也不完全吸收的空间。声波在其内传播，既不完全反射，也不完全吸收的空间。返回一、声学概念一、声学概念二、声压级和声功率级二、声压级和声功率级1.声压级声压级声压声压声波波动引起传播介质中的压力变化量。声压数值很小变化范围很大。声波波动引起传播介质中的压力变化量。声压数值很小变化范围很大。听阈声压听阈声压正常人能听到的最低声压。正常人能听到的最低声压。210-5Pa。痛痛阈声声压正常人耳开始疼痛的声正常人耳开始疼痛的声压。20Pa。声声压级：l声压级的数值大小与测点位置和测量环境有关。声压级的数值大小与测
3、点位置和测量环境有关。2.声功率级声功率级声功率声功率声源在单位时间内辐射的总声能量。记为声源在单位时间内辐射的总声能量。记为 W。声功率级声功率级：l听觉范围：0120dB。W0基准声功率，基准声功率，10-12 W。基准声压基准声压：P0=210-5Pa ，1000Hz 的的纯音音 声功率声功率与与声压声压之间有确定的关系，可以通过之间有确定的关系，可以通过声压级声压级的测量推算出的测量推算出声功率级声功率级。在理想声场中，点声源的声功率与声压之间的关系：在理想声场中，点声源的声功率与声压之间的关系： 声功率级直接反映了噪声源辐射声音的强度，声源的声功率值在其安装声功率级直接反映了噪声源辐
4、射声音的强度，声源的声功率值在其安装条件确定后受环境的影响比较小，因此在实用中占有重要的地位。条件确定后受环境的影响比较小，因此在实用中占有重要的地位。返回实际声场有多个声源共同作用，需要进行声级的合成或分解计算。实际声场有多个声源共同作用，需要进行声级的合成或分解计算。合成（分解）声级计算不能简单加（减）。必须根据能量叠加的原则进行。合成（分解）声级计算不能简单加（减）。必须根据能量叠加的原则进行。声级的合成声级的合成设声场中同时有设声场中同时有n个声源作用，第个声源作用，第i个声源的个声源的声功率声功率为为Wi，(i=1,2,n),n)。根据根据能量叠加原理，这能量叠加原理，这n n个声源
5、共同作用合成的个声源共同作用合成的总声功率和声功率级总声功率和声功率级为：为：总声功率级计算总声功率级计算3.声级的计算声级的计算设声场中同时有设声场中同时有n个声源作用，测得某处在第个声源作用，测得某处在第i个声源单独发声时的个声源单独发声时的声压声压为为pi，声压声压级为级为Lpi，(i=1,2,n)。根据能量叠加原理，这根据能量叠加原理，这n个声源共同发声时该处的个声源共同发声时该处的总声总声压和总声压级为：压和总声压级为：n 例：两个声源单独发声时的声压例：两个声源单独发声时的声压级为级为100dB，共同发声时的声压级共同发声时的声压级为为103dB，而不是而不是200dB。同理工作机
6、械待测噪声的声功率级同理工作机械待测噪声的声功率级LWd为：为：总声压级计算总声压级计算声级的分解是声级合成的逆运算。实用上可从多声源的环境中声级的分解是声级合成的逆运算。实用上可从多声源的环境中分解分解出某出某一一待测声源待测声源，如进行背景噪声修正。，如进行背景噪声修正。设工作机械的噪声与背景噪声的合成声压级为设工作机械的噪声与背景噪声的合成声压级为Lpt，工作机械停转后测得工作机械停转后测得的背景噪声声压级为的背景噪声声压级为Lpb，则待测的工作机械噪声的声压级则待测的工作机械噪声的声压级Lpd为：为：L Lptpt100100100100100100100100100100100100
7、100100100100100100100100100100L Lpbpb99999898979796969595949493939292919190908989L Lpdpd93.1 93.1 95.7 95.7 97.0 97.0 97.8 97.8 98.3 98.3 98.7 98.7 99.0 99.0 99.3 99.3 99.4 99.4 99.5 99.5 99.6 99.6 L Lptpt105105105105105105105105105105105105105105105105105105105105105105L Lpbpb9999989897979696959594
8、9493939292919190908989L Lpdpd103.7 103.7 104.0 104.0 104.3 104.3 104.4 104.4 104.5 104.5 104.6 104.6 104.7 104.7 104.8 104.8 104.8 104.8 104.9 104.9 104.9 104.9 背景噪声修正：背景噪声修正：2、声级的分解、声级的分解声级平均值声级平均值 在某声源周围有与声源等距离的在某声源周围有与声源等距离的n个测点，测得第个测点，测得第i点的声功率级为点的声功率级为LWi，声压级为声压级为Lpi，(i=1,2,n)。根据能量叠加原理，这根据能量叠加原
9、理，这n个测点的个测点的平均声功率级平均声功率级和和平均声压级平均声压级为：为：声功率级平均值声功率级平均值同理：同理：Lp1100100100100100100100100100100100100100100100100100100100100100100Lp29090919192929393949495959696979798989999100100Lpm97.4 97.4 97.5 97.5 97.6 97.6 97.8 97.8 98.0 98.0 98.2 98.2 98.4 98.4 98.8 98.8 99.1 99.1 99.5 99.5 100.0 100.0 算术平均算术平
10、均95.0 95.0 95.5 95.5 96.0 96.0 96.5 96.5 97.0 97.0 97.5 97.5 98.0 98.0 98.5 98.5 99.0 99.0 99.5 99.5 100.0 100.0 声压级平均值声压级平均值三、噪声的频谱三、噪声的频谱 噪声是空气的振动，一般是由多个频率组成的复合声。为了分析噪声的来源和噪声是空气的振动，一般是由多个频率组成的复合声。为了分析噪声的来源和性质，我们除了要了解噪声关于时间的变化规律外（时域分析），更关心噪声性质，我们除了要了解噪声关于时间的变化规律外（时域分析），更关心噪声关于频率的分布特性（频域分析）。关于频率的分布特
11、性（频域分析）。1.频程频程为什么要使用为什么要使用“频程频程”的概念？的概念？如何如何划分频程划分频程？ 定义定义：若将整个频率范围划分为：若将整个频率范围划分为n个互相相连的频带，对任一频带个互相相连的频带，对任一频带i，上限频上限频率为率为fsi，下限频率为下限频率为fxi，如有：如有：则称这种频带划分为则称这种频带划分为d倍频程。倍频程。常用的常用的频程频程有有倍频程倍频程，1/31/3倍频程倍频程。d 越越大，频带划分越细，测量也需越精细。大，频带划分越细，测量也需越精细。每一频带的中心频率与频带宽度为：每一频带的中心频率与频带宽度为：这样，可近似地将在这样，可近似地将在i频带上的分
12、布看成频带上的分布看成是均匀分布，并能量集中在该频带中心是均匀分布，并能量集中在该频带中心频率处。频率处。 频带频带划分越细，噪声声压级曲线越低。划分越细，噪声声压级曲线越低。数据比较应在同一倍频程下进行。数据比较应在同一倍频程下进行。2.频程声压级和频谱能级频程声压级和频谱能级频程声压级频程声压级在噪声强度的分频带测量中（频带划分已定，如为在噪声强度的分频带测量中（频带划分已定，如为1/3倍频程），倍频程），在各频带上测得的噪声声压级。在各频带上测得的噪声声压级。n频带不同，频程声压级一般也不同。频带不同，频程声压级一般也不同。n根据能量叠加以原理，频率不根据能量叠加以原理，频率不同的声波不
13、会发生干涉，因此，同的声波不会发生干涉，因此，总声能等于各频带上声能量的总声能等于各频带上声能量的叠加。叠加。频谱能级频谱能级Sn式中：式中：f f测量用的恒定带宽测量用的恒定带宽L Ln n f f频带的声压级频带的声压级频谱能级频谱能级Sn表示表示1Hz带宽频带带宽频带上的声压级。上的声压级。3.频谱图频谱图低频：小于低频：小于350Hz中频：中频：350 1000Hz高频：大于高频：大于1000Hz第第 2 2 节节 噪声评定值噪声评定值 噪声对人的危害和影响包括许多方面，噪声评定指标的建立必须考虑噪声对人的危害和影响包括许多方面，噪声评定指标的建立必须考虑噪声对人们影响的特点。除了噪声
14、的声压之外，噪声的频率、涨落、噪声对人们影响的特点。除了噪声的声压之外，噪声的频率、涨落、出现时间以及各人的生理心理状态的不同都使人们对噪声的感觉不同。出现时间以及各人的生理心理状态的不同都使人们对噪声的感觉不同。噪声评定指标就是在研究了人对噪声反应的各方面不同特征后提出的。噪声评定指标就是在研究了人对噪声反应的各方面不同特征后提出的。一、等响曲线，响度级和响度一、等响曲线，响度级和响度1.人耳的特点人耳的特点：高灵敏度、大动态范围、强滤波功能、方位探测。：高灵敏度、大动态范围、强滤波功能、方位探测。2. 人们常用人们常用“响响”与与“不响不响”来描述声音的强度。人耳对声音的响来描述声音的强度
15、。人耳对声音的响度感觉除了近似地与其强度的对数（声压级）成正比外，还与声音的度感觉除了近似地与其强度的对数（声压级）成正比外，还与声音的频率有关。同为频率有关。同为60dB的的100Hz和和1000Hz的声音，听起来后者要比前的声音，听起来后者要比前者响。前者达到者响。前者达到67dB时，二者听起来才一样响。时，二者听起来才一样响。2.响度级响度级某一频率的声音某一频率的声音和和1000Hz的的纯音纯音听起来同样响时，该听起来同样响时，该1000Hz纯音的纯音的声压级声压级就定义为该待定声音的就定义为该待定声音的响度级响度级。2.响度级响度级的符号：的符号：LN3.响度级的单位：响度级的单位：
16、phon (方）。方）。3. 声音基准声音基准1000Hz的纯音的纯音3.等响度级曲线等响度级曲线听觉听觉范围范围: : 频率：频率：20 20000Hz 响度级：响度级：0 120 phon听阈听阈0 phon痛阈痛阈120 phon 响度级的响度级的方值方值实质上是实质上是1000Hz纯音纯音的的声压级声压级，仍是一种对数标度，仍是一种对数标度单位，不能线性地表明不同响度级单位，不能线性地表明不同响度级之间主观感觉上的之间主观感觉上的轻响程度轻响程度。80方方的声音听起来并不比的声音听起来并不比40方的声方的声音响一倍。音响一倍。4.响度响度 4.响度响度是与是与人主观感觉人主观感觉对声音
17、对声音轻响程度轻响程度成正比的成正比的参量参量。 5.定义定义： 响度响度-正常听者判断一个声音比响度级为正常听者判断一个声音比响度级为40phon参考声强响的参考声强响的倍数。倍数。6. 响度的符号：响度的符号：N响度的单位：响度的单位：sone(宋）宋）规定规定：40phon 声音响度为声音响度为1sone则：则： 2sone 是是1sone 的的1倍响倍响 3sone 是是1sone 的的3倍响倍响响度与响度级的关系响度与响度级的关系：大约大约：响度级响度级每增加每增加10phon，响度增加响度增加1倍。倍。响度级响度级二、计权声级和计权网络二、计权声级和计权网络 由等响曲线可知，人耳对
18、不同频率的声波反应的敏感程度不同。对由等响曲线可知，人耳对不同频率的声波反应的敏感程度不同。对10005000Hz的声音比的声音比较敏感，敏感，对低低频和很高和很高频率的声音不敏感。率的声音不敏感。1.计权声声压级- 为了使声音的客了使声音的客观度量与人耳听度量与人耳听觉的主的主观感受近似取得一感受近似取得一致，通常致，通常对不同不同频率声音的声率声音的声压级进行特定的行特定的计权修正，再叠加修正，再叠加计算得算得到噪声的到噪声的总声声压级。此声。此声压级即即为计权声声压级。2.计权网络计权网络近似以人耳对纯音响近似以人耳对纯音响度级频率特性设计的频率修正特度级频率特性设计的频率修正特性。性。
19、nA计权网络计权网络-模拟模拟40方等响曲线方等响曲线 A计权声级单位：计权声级单位：dB(A) 与人耳感觉最接近，常用，适与人耳感觉最接近，常用，适用于稳态宽频带噪声的评价。用于稳态宽频带噪声的评价。 nB计权网络计权网络模拟模拟70方等响曲线方等响曲线 B计权声级单位：计权声级单位：dB(B) 修正量较小。修正量较小。nC计权网络计权网络模拟模拟100方等响曲线方等响曲线 C计权声级单位：计权声级单位：dB(C) 修正量最少。修正量最少。三、统计声级（累计百分数声级）三、统计声级（累计百分数声级） 对现实生活中大量的对现实生活中大量的非稳态噪声非稳态噪声，可用噪声出现的时间概率来表示。目前
20、采用，可用噪声出现的时间概率来表示。目前采用的是统计声级（累计百分数声级）的是统计声级（累计百分数声级） Ln 。 统计声级统计声级Ln表示在测量时间内高于表示在测量时间内高于Ln声级所占的时间为声级所占的时间为n%。一般用一般用A计权声级。计权声级。例如：例如：LA10=70dB(A) ，表示声级高于表示声级高于70 dB(A) 的时间占的时间占10%，其余，其余90%的时间声级的时间声级低于低于70dB(A) 。一般称：一般称：LA10 为峰值噪声级为峰值噪声级LA50 为平均噪声级为平均噪声级LA90 为背景噪声级（本地噪声级）为背景噪声级（本地噪声级） 在统计声级与人的主观反应相关性调
21、查中，发现在统计声级与人的主观反应相关性调查中，发现LA10用于评价涨落较大的用于评价涨落较大的非稳态噪声时相关性较好。因此非稳态噪声时相关性较好。因此LA10已被美国联邦公路局作为公路设计噪声限已被美国联邦公路局作为公路设计噪声限值的评价指标。值的评价指标。四、等效声级四、等效声级 A计权声级对于稳态宽频带噪声是一个较好的评价指标，但对于一个声级起伏计权声级对于稳态宽频带噪声是一个较好的评价指标，但对于一个声级起伏不定或不连续的噪声，不定或不连续的噪声，A计权声级就很难确切反映噪声状况。这时采用噪声能量计权声级就很难确切反映噪声状况。这时采用噪声能量按时间平均的方法来评价噪声对人的影响更为确
22、切。按时间平均的方法来评价噪声对人的影响更为确切。 假定在某点测得假定在某点测得t1到到t2时段内的噪声信号时段内的噪声信号A计权声压级曲线为计权声压级曲线为LpA(t)， 则则等效声级等效声级Leq为：为：如在同样的采样周期下测得一组噪声信号如在同样的采样周期下测得一组噪声信号A计权声压级数据计权声压级数据LpAi，i=1,2,n,n则：则：第第 3 3 节节 噪声测量仪器噪声测量仪器 一、声级计一、声级计1.声级计的分类声级计的分类n按精度分：按精度分：普通声级计普通声级计，精密声级计精密声级计 国际电工委员会（国际电工委员会（IEC651)和国标和国标GB3785-85将声级计分为四种等
23、级。将声级计分为四种等级。类型精密级普通级0精度（dB)0.40.71.01.5用途标准仪器声学研究现场测试监测普查n 按传声器类型分：动圈式、压电式、电容式按传声器类型分：动圈式、压电式、电容式2.声级计基本组成声级计基本组成：3.传声器传声器n作用作用：将被测声波的声压信号转变为电压：将被测声波的声压信号转变为电压信号信号n要求要求：测量范围大测量范围大(24130dB)在测量范围内有平直的频率响应特性在测量范围内有平直的频率响应特性无无指向性指向性本底噪声低（本底噪声低（10V)稳定性好稳定性好n型式型式：动圈式动圈式：磁场中的线圈在声压作用下运动，产生感应电动势。能耐高温，：磁场中的线
24、圈在声压作用下运动，产生感应电动势。能耐高温，但体积大，灵敏度低，易受电磁干扰，频响特性不平直。但体积大，灵敏度低，易受电磁干扰，频响特性不平直。压电式压电式：压电晶体受声压作用产生正压电效应，完成声电转换。灵敏度：压电晶体受声压作用产生正压电效应，完成声电转换。灵敏度高，频响特性好，结构简单，价格便宜，但受温度影响大。高，频响特性好，结构简单，价格便宜，但受温度影响大。 动圈式、压电式传声器主要用于普通型声级计。动圈式、压电式传声器主要用于普通型声级计。电容式电容式：n结构原理结构原理：膜片：膜片4与后极板与后极板3组成电组成电容的两个极，两极间预先加一恒定容的两个极，两极间预先加一恒定不变
25、的直流电压，使电容处于不变不变的直流电压，使电容处于不变的充电状态。当膜片在声压作用下的充电状态。当膜片在声压作用下振动时，振动时，声压变化声压变化电极间距变化电极间距变化电容变电容变化化电流变化电流变化 负载电阻负载电阻R上上的电压变化。的电压变化。n特点特点： 灵敏度高，频带宽，输出性灵敏度高，频带宽，输出性能稳定，成本相对较高，需要配置能稳定，成本相对较高，需要配置十分稳定的直流偏置电压和前置放十分稳定的直流偏置电压和前置放大器。大器。4.放大器和衰减器放大器和衰减器n放大器放大器：放大传声器的输出信号。：放大传声器的输出信号。有输入放大器和输出放大器。有输入放大器和输出放大器。要求增益
26、高，在声频范围（要求增益高，在声频范围（2020000Hz)内线性好，本底噪声低（内线性好，本底噪声低（10V)V)，性能稳定。具有高输入阻抗和低输出阻抗。性能稳定。具有高输入阻抗和低输出阻抗。n衰减器衰减器：声级计量程大声级计量程大(24130dB)，检波器和指示器不可能有这么宽的量程，故检波器和指示器不可能有这么宽的量程，故设衰减器，将接到的强信号衰减，以免放大器过载，指示表头超量程，设衰减器，将接到的强信号衰减，以免放大器过载，指示表头超量程，通常每档衰减量为通常每档衰减量为10dB。输入衰减器接在输入放大器前，输出衰减器接在输入和输出放大器之间。输入衰减器接在输入放大器前，输出衰减器接
27、在输入和输出放大器之间。为提高信噪比，应尽量减小输入衰减量，增加输出衰减量。为提高信噪比，应尽量减小输入衰减量，增加输出衰减量。5.计权网络计权网络：A、B、C计权网络和线性按键计权网络和线性按键6.指示表头指示表头：快档，慢档，最大值保持档。：快档，慢档，最大值保持档。7.声级计标定声级计标定：标准声源：标准声源活塞式发生器。活塞式发生器。NX6型：型：1240.2dB0.2dB声压级，声压级，250Hz250Hz，线性误差线性误差3%。声级校准器。声级校准器。ND9型：型：1000Hz，9494dB。二、频谱分析仪二、频谱分析仪实际测量中很少遇到单频声，一般是由许多频率组合而成的复合声。因
28、此需实际测量中很少遇到单频声，一般是由许多频率组合而成的复合声。因此需对声音进行对声音进行频谱分析频谱分析。n频谱分析仪频谱分析仪具有对信号进行频谱分析功能的设备。其核心是具有对信号进行频谱分析功能的设备。其核心是带通滤波器带通滤波器。滤波。滤波器一般有器一般有倍频程倍频程、1/3倍频程、倍频程、恒定窄带宽带通滤波器恒定窄带宽带通滤波器。n频带宽度不同，所测得的频谱图不同。需先换算成同一频程或频带宽度下的声压频带宽度不同，所测得的频谱图不同。需先换算成同一频程或频带宽度下的声压级方能比较。级方能比较。n谱密度谱密度W(f) W(f) 对于足够窄的带宽对于足够窄的带宽 f f，W(f) = pW
29、(f) = p2 2/ / f三、信号记录仪三、信号记录仪1.电平记录仪电平记录仪2.磁带记录仪磁带记录仪3.实时分析仪（计算机）实时分析仪（计算机）第第 4 4 节节 噪声测量方法与测量环境噪声测量方法与测量环境一、测量方法的分类与选择一、测量方法的分类与选择1.测量方法分类：精密法，工程法，简易法测量方法分类：精密法，工程法，简易法2.方法选择原则：符合标准，适应测量目的和测量条件方法选择原则：符合标准，适应测量目的和测量条件3.二、测量环境二、测量环境4.全消声室全消声室：自由声场。：自由声场。1.要求：内外两层墙，内室弹簧支撑隔震，室内要求：内外两层墙，内室弹簧支撑隔震，室内6面为尖劈
30、。室内容积大于声面为尖劈。室内容积大于声源体积的源体积的200倍。倍。5.半消声室半消声室：半自由声场。：半自由声场。1.要求：地面为刚性结构，反射声音。其余与全消声室同。测量室声源应尽要求：地面为刚性结构，反射声音。其余与全消声室同。测量室声源应尽量贴近室中心地面。量贴近室中心地面。6.混响室混响室（全反射室）：混响声场。（全反射室）：混响声场。1.要求内室各面的吸声率小于要求内室各面的吸声率小于12%，室内空间形状不规则。，室内空间形状不规则。7.室外室外：近似半自由声场。：近似半自由声场。1.汽车摩托车噪声测量即在室外。空旷范围汽车摩托车噪声测量即在室外。空旷范围50m，地面为柏油或水泥
31、。注意地面为柏油或水泥。注意背景噪声修正。背景噪声修正。8.普通实验室普通实验室：半混响声场。：半混响声场。注意实验室的声场特性的检查和调整，注意对测量结果的修正。注意实验室的声场特性的检查和调整，注意对测量结果的修正。 三、测量表面和测点布置三、测量表面和测点布置测量表面测量表面各测点所在表面的组合。一般有半球面和矩形表面。各测点所在表面的组合。一般有半球面和矩形表面。测点的布置应符合标准要求和测量目的。测点的布置应符合标准要求和测量目的。四、测量结果处理四、测量结果处理1.背景噪声修正背景噪声修正2.测量表面平均声压级计算测量表面平均声压级计算根据能量叠加原理进行。在声级的分解与合成中已述
32、。根据能量叠加原理进行。在声级的分解与合成中已述。3.噪声声功率计算噪声声功率计算3.前面已述，进行噪声比较时，用声压级受测点位置和测量环境的影响较前面已述，进行噪声比较时，用声压级受测点位置和测量环境的影响较大，用声功率级则影响较小。故常用声功率级这一评价指标。大，用声功率级则影响较小。故常用声功率级这一评价指标。理想声场中的计算理想声场中的计算普通实验室内的计算普通实验室内的计算n环境修正法环境修正法 式中：式中：LW声功率级，声功率级，dB Lpm已经背景噪声修正的的声压级已经背景噪声修正的的声压级 K2测量场所修正值，测量场所修正值， K3测量环境修正值，测量环境修正值， S测量表面面
33、积，测量表面面积，m2， S0基准面积，基准面积，1m2， A室内表面总吸声量，室内表面总吸声量，m2 V房间体积，房间体积，m3 T房间的房间的混响时间混响时间，s p大气压，大气压，kPa t环境温度，环境温度，0C对测量环境的要求对测量环境的要求工程法：工程法： A/SA/S66，K K2 22.2dB2.2dB简易法易法： A/SA/S11，K K2 27dB7dBn标准声源法（比较法）标准声源法（比较法） 预先在声学实验室测得标准声源的声功率级预先在声学实验室测得标准声源的声功率级LW0，再在普通实验室中分别再在普通实验室中分别将标准声源和待测声源放在同一位置，测得各自在同一测量表面上的平均声将标准声源和待测声源放在同一位置，测得各自在同一测量表面上的平均声压级压级Lp0m和和Lpm，按下式计算待测声源的声功率级按下式计算待测声源的声功率级LW。预祝大家预祝大家考试成功、工作考试成功、工作生活愉快！生活愉快！再见!
