聲學(xué)測(cè)量分析技術(shù)方案

1、聲學(xué)測(cè)試分析技術(shù)方案、聲壓聲波傳播過(guò)程中，空氣質(zhì)點(diǎn)也隨之振動(dòng)，產(chǎn)生壓力波動(dòng)。一般把沒(méi)有聲波存在 時(shí)媒質(zhì)得壓力稱為靜壓力，用幾表示。有聲波存在時(shí)，空氣壓力就在大氣壓附近 起伏變化，出現(xiàn)壓強(qiáng)增量，這個(gè)壓強(qiáng)增量就就是聲壓，用P表示。聲壓得單位就就是壓強(qiáng)得單位，在SI單位制中，面積S得單位就是米2,力F 得單位就是牛（頓），其聲壓得單位就是牛/米2,記為N/亦，或稱為帕（斯卡），記 為Pa,其輔助單位為微巴，記為/.ibar （達(dá)因/厘米?，dyntcnr）.換算關(guān)系為：Pa = IN/m2 = 1 Odyn / cm = Qpbar（13）與大氣壓相比，聲壓就是相當(dāng)小得。在1000赫時(shí)得可聽(tīng)聲壓范圍

2、大約在0、 0002200微巴之間。聲壓隨時(shí)間起伏變化，每秒鐘內(nèi)變化得次數(shù)很大，傳到人耳時(shí)，由于耳膜得慣 性作用，辨別不出聲壓得起伏，即不就是聲壓得最大值起作用，而就是一個(gè)穩(wěn)定得 有效聲壓起作用。有效聲壓就是一段時(shí)間內(nèi)瞬時(shí)聲壓得均方根值,這段時(shí)間應(yīng)就 是周期得整數(shù)倍。有效聲壓用數(shù)學(xué)表示為卩=曲：PQdf（IT式中T周期；“瞬時(shí)聲壓；t時(shí)間。對(duì)于正弦聲波p = pN，幾為聲壓幅值，即最大聲壓。在實(shí)際使用中，若不 另加說(shuō)明，聲壓就就是有效聲壓得簡(jiǎn)稱。二、聲壓級(jí)5一個(gè)聲音得聲壓級(jí)就是這個(gè)聲音得聲壓與基準(zhǔn)聲壓之比得以10為底得對(duì)數(shù) 得20倍，即=201g必Po(1-11)式中 Lp聲壓級(jí)，分貝;P聲壓

3、，帕； 幾基準(zhǔn)聲壓，取幾二20微帕。有了聲壓級(jí)得概念，就可把山聲壓值表示得數(shù)白萬(wàn)倍變化,改變?yōu)?120分 貝得變化范圍。三、聲學(xué)頻譜聲頻范圉很廣，從低頻到高頻變化高達(dá)1000倍，一般不可能，也沒(méi)有必要對(duì) 每個(gè)頻率逐一測(cè)量，為方便與實(shí)用上得需要,通常把聲頻得變化范圍劃分為若干 個(gè)較小得段落，稱為頻程，或頻段、頻帶，一般它就是兩個(gè)聲或其信號(hào)頻率間得距 離。頻程有上限截止頻率值、下限截止頻率值、中心頻率值與上下限截止頻率之 差。上、下限截止頻率之差即就是中間區(qū)域，稱為頻帶寬度，簡(jiǎn)稱帶寬。一般頻程以高頻與低頻得頻率比得對(duì)數(shù)來(lái)表示,此對(duì)數(shù)通常以2為底，其單 位稱倍頻程。即(1-15)牛2”或”現(xiàn)層式中

4、fl、f2 一一成倍頻程關(guān)系得低頻與高頻頻率,即下、上限截止頻率；n兩個(gè)頻率相比得倍數(shù)。“可以就是任意正實(shí)數(shù)，n越小，分得越細(xì)，頻程越短，測(cè)量所需時(shí)間就越多, 當(dāng)”二1時(shí)，即兩個(gè)頻率相距1倍時(shí)，稱倍頻程,簡(jiǎn)稱倍頻程；當(dāng)n = /3時(shí)，稱1/3倍 頻程，依此類推。在倍頻程中，頻程間得中心頻率之比都就是2:1,其中心頻率就是上、下限得 兒何平均值，即四、計(jì)權(quán)聲級(jí)聲波得性質(zhì)主要山聲強(qiáng)大小、頻率高低與波形特點(diǎn)決定。人們得聽(tīng)覺(jué)也就是 山于對(duì)聲音強(qiáng)、弱、調(diào)子高低與音色產(chǎn)生微妙得差異才能分辨出各種不同得聲音。所以確定物理量數(shù)值與主觀感覺(jué)得關(guān)系就是必要得。設(shè)置計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)對(duì)人耳 敬感得頻率加以強(qiáng)調(diào)，對(duì)人耳不

5、敬感得頻率加以衰減,就可以直接讀出反映人耳對(duì) 噪聲感覺(jué)得數(shù)值，使主客觀量趨于統(tǒng)一。常用得計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)A、B、C三種。目前還出現(xiàn)D(DC Dj、E與SI兒種計(jì)權(quán), 一般采用A計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)。A計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)就是效仿倍頻程等響曲線中得40方曲線得反曲線而設(shè)計(jì)得。它 較好地模仿了人耳對(duì)低頻(500赫以下)不敬感，對(duì)10005000赫聲敏感得特點(diǎn)。用 A計(jì)權(quán)測(cè)量得聲級(jí)來(lái)代表噪聲得大小，稱為A聲級(jí)，記為分貝(A),或dBAo五、信號(hào)處理過(guò)程得加窗與平均常用窗函數(shù)在對(duì)信號(hào)進(jìn)行頻域處理時(shí)，先要對(duì)數(shù)據(jù)加窗選取，以減小譜得泄露。常用得兒種窗函數(shù)如下：(1) 矩形窗矩形窗屬于時(shí)間變量得零次幕窗，函數(shù)形式為1/(相應(yīng)得窗譜為:2

6、sin心疋(1-29)矩形窗使用最多，習(xí)慣上不加窗就就是使信號(hào)通過(guò)了矩形窗.這種窗得優(yōu)點(diǎn) 就是主瓣比較集中，缺點(diǎn)就是旁瓣較高。(2 )漢宇(Hanning)窗漢宇窗乂稱升余弦窗，其時(shí)域表達(dá)式為:(1-30)IW相應(yīng)得窗譜為:sin “工亠 1 sin(呵 + 0 + sm(魄一勸(1-31)漢宇窗可以瞧作就是3個(gè)矩形時(shí)間窗得頻譜之與，或者說(shuō)就是3個(gè)sine(t) 型函數(shù)之與，而括號(hào)中得兩項(xiàng)相對(duì)于第一個(gè)譜窗向左、右各移動(dòng)了 n /T,從而使 旁瓣互相抵消，消去高頻干擾與漏能。(3 )海明(Hamming)窗海明窗也就是余弦窗得一種，乂稱改進(jìn)得升余弦窗，其時(shí)間函數(shù)表達(dá)式為:(1-32)其窗譜為:夥

7、(“)=1.08 里字+ 0.46sin( 觀 + + sin( 邀一勸呦+ JT爲(wèi)一兀(1-33)海明窗與漢宇窗都就是余弦窗，只就是加權(quán)系數(shù)不同。海明窗加權(quán)得系數(shù) 能使旁瓣達(dá)到更小。分析表明,海明窗得第一旁瓣衰減為一 42dB.海明窗得頻譜 也就是III 3個(gè)矩形時(shí)窗得頻譜合成,但其旁瓣衰減速度為20dB / (lOoct),這比漢 宇窗衰減速度慢。海明窗與漢宇窗都就是很有用得窗函數(shù).除了以上兒種常用窗函數(shù)以外，尚有多種窗函數(shù)，如平頂窗、帕仁(Parzen) 窗、布拉克曼(Blackman)窗、凱塞(kaiser)窗等。 窗函數(shù)得選擇應(yīng)考慮被分析信號(hào)得性質(zhì)與處理要求.如果僅要求精確讀出 主瓣

8、頻率，而不考慮幅值精度，則可選用主瓣寬度比較窄而便于分辨得矩形窗;如 果分析窄帶信號(hào)，且有較強(qiáng)得干擾噪聲，則應(yīng)選用旁瓣幅度小得窗函數(shù)，如漢亍窗、三角窗等;對(duì)于隨時(shí)間按指數(shù)衰減得函數(shù)，可采用指數(shù)窗來(lái)提高信噪比.平均方式數(shù)字信號(hào)處理中，根據(jù)研究LI得與被分析信號(hào)得特點(diǎn)，常使用以下兒種平均 方式進(jìn)行處理。(1)線性平均線性平均：YN=(l/N)*SXi i=lN(1-34)全部輸入數(shù)據(jù)得影響都就是N、線性平均要把全部輸入數(shù)據(jù)儲(chǔ)存后再訃算，可改為遞推線性平均遞推線性平均：Y2= Yi/2=(V2)*(Xi+X2)計(jì)算后 X1,X2 可刪除Y3= Yi/2,3 =(Xi+X2+X3)=()* Y2+(1

9、)X3 計(jì)算后 Y2 可刪除Yn= (n-l)/n)*Yn-i+(V n)* Xnn=lN(2) 指數(shù)平均一階微分方程Tc (dy(t)/dt)+ y(t) = x(t)Tc時(shí)間常數(shù)(1-35)以釆樣間隔 t離散成一階差分方程，dt-* A t, y(t)-*y(n)yn, x(t)-*x(n)xn, dy-*yn- yn-iYn=(N-l)/N)*Yn-l+(l/N)*Xn(1-36)因 Tc A t,可令 Tc/ A t=N,Yn=(N-l)/N)*Yn-i+(l/N)*Xn(1-37)例:N=4, Xn=Xi X2 X3 X4 X5Yi=(lA)* XiY2=(3)* Yi+(1/4)*

10、X2=(4)*(1A) *Xi+(1A)*X2丫3=(詢* Y2+(1/4)*X3=()*(I)*(1Z4) Xi+()*(1/4)*X2+(1A)*X3Y4=()*Y3+(1A)*X4=()*()*(3)*(1A)*X1+()*()*(1A)*X2+()*(1A)*X3+(1A)*X4可見(jiàn)以往輸入數(shù)據(jù)對(duì)現(xiàn)在輸岀得影響按（N-1）/N）m逐漸減?。ㄟz忘）。（3）最大值保持保持聲壓最大得一次結(jié)果，作為最終得分析結(jié)果。六、測(cè)試基本原理及流程傳聲器（專用得聲學(xué)傳感器）將瞬時(shí)聲壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，聲級(jí)計(jì)將此電壓信號(hào)放大 （或衰減）、加權(quán)（A、B或C,也可不加權(quán)）、倍頻程濾波（附加）、均方根檢波與對(duì)數(shù)

11、轉(zhuǎn)換,最后給 出噪聲得聲壓級(jí)、計(jì)權(quán)聲級(jí)或倍頻程聲壓級(jí);還可以輸岀與成比例得電壓信號(hào)供監(jiān)測(cè)、存儲(chǔ) 與頻譜等分析之用。AZD聲S3蘆級(jí)大S5聲學(xué)測(cè)量倍頻程分析方法流程圖抗餛溉液討?zhàn)T修ZE抿後打印七、試驗(yàn)所需儀器設(shè)備：6、1動(dòng)態(tài)信號(hào)測(cè)試分析系統(tǒng)動(dòng)態(tài)信號(hào)測(cè)試分析系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)型動(dòng)態(tài)信號(hào)測(cè)試分析系統(tǒng)，應(yīng)用范圍非常廣泛，一套系統(tǒng),就可完成應(yīng)力 應(yīng)變、振動(dòng)（加速度、速度、位移）、沖擊、聲學(xué)、溫度（各種類型熱電偶、鉗電阻）、圧力、流量、力、扭矩、電壓、電流等各種物理量得測(cè)試與分析輸入阻抗10MQ40PF輸入保護(hù)當(dāng)滿度值不大于10V時(shí),輸入信號(hào)大于15V（直流或交流峰值）時(shí)，輸入 全保護(hù)；當(dāng)滿度值為20V時(shí),輸入信號(hào)

12、大于30V（直流或交流峰值）時(shí)， 輸入全保護(hù)輸入方式GND、DC（單端、差分八AC、ICP工作方式數(shù)據(jù)采集器單端輸入、差動(dòng)輸入.ICP適調(diào)輸入外接適調(diào)器（選 件）ICP適調(diào)器（帶雙積分硬件網(wǎng)絡(luò)）、應(yīng)變適調(diào)器、電荷 適調(diào)器、電荷適調(diào)器（帶雙積分硬件網(wǎng)絡(luò)）.420mA 適調(diào)器、雙恒流源應(yīng)變適調(diào)器滿度值100mV 200mV. 500mV 1V、2V. 5V 10V. 20V最大分析頻寬DC100kHz低通濾波器截止頻率(-3dBldB)10、 30、 100 、 300、 lk. 3k、 10k 、 PASS(Hz)八檔 分檔切換平坦度小于0、ldB（2/3截止頻率內(nèi)）阻帶衰減大于一24dB/oc

13、t信號(hào)狀態(tài)指示過(guò)載指示輸入大于滿度值,指示燈為紅色，表示過(guò)載50mV指示輸入小于滿度得0、5張指示燈為綠色，表示欠載模數(shù)轉(zhuǎn)換器分辨率24位S-AA/D轉(zhuǎn)換器;最大通道數(shù)每臺(tái)儀器可有16通道或32通道，每臺(tái)計(jì)算機(jī)可控制無(wú)限多通道通訊接口100Mbps以太網(wǎng)接口連續(xù)采樣速率（存 貯深度由計(jì)算機(jī)剩 余硬盤空間容量決 定）整數(shù)采樣速率所有通道（無(wú)限多）同時(shí)工作時(shí)，每通道10、20、50、 100、200. 500、lk. 2k. 5k. 10k. 20k、50k. 100k、 200k （Hz）分檔切換整數(shù)分析頻率所有通道（無(wú)限多）同時(shí)工作時(shí),每通道5、10、20、50、 100、 200、 500、

14、 Ik. 2k. 5k. 10k. 20k. 50k. 100k （Hz）分檔切換;抗混濾波器濾波方式每通道獨(dú)立得模擬濾波+實(shí)時(shí)數(shù)字濾波組合抗混濾波 器；截止頻率采樣速率得VI、56倍，設(shè)宜采樣速率時(shí)同時(shí)同步設(shè)左阻帶衰減約 120dB/oct平坦度（分析頻 率范圍內(nèi)）小于0、ldB儀器工作電源交流電源220V, 50Hz宜流電源10 18V使用環(huán)境適用于GB6587. 1-86-II組條件外形尺寸236mm（寬）X133mm（高）X317mm（深）（十六通道）；482mm（寬）X 133mm（高）X 317mm（深）（三十二通道）.6、2聲學(xué)測(cè)量傳感器系統(tǒng)聲傳感器就是把外界聲場(chǎng)中得聲信號(hào)轉(zhuǎn)換

15、成電信號(hào)得傳感器。它在通訊、噪聲控制、壞 境檢測(cè)、音質(zhì)評(píng)價(jià)、文化娛樂(lè)、超聲檢測(cè)、水 下探測(cè)與生物醫(yī)學(xué)工程及醫(yī)學(xué)方面有廣泛得應(yīng) 用。自由聲場(chǎng)定義:均勻得各向同性得非流動(dòng) 媒質(zhì)中，邊界影響可以不計(jì)得聲場(chǎng)。能感受聲壓并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)得傳感 器稱為聲壓傳感器。它有以下得幾種實(shí)現(xiàn)形式: 電阻變換式、壓電式與電容式。壓電式聲壓傳感器利用壓電晶體得壓電效 應(yīng)制成得，壓電晶體得一個(gè)極而與膜片相連接, 當(dāng)聲壓作用在膜片上使其振動(dòng)時(shí)，膜片帶動(dòng)壓 動(dòng)晶體產(chǎn)生振動(dòng),壓電晶體在機(jī)械應(yīng)力得作用 下產(chǎn)生隨聲壓大小變化而變化得電壓,從而完 成聲一電得轉(zhuǎn)換。理想得測(cè)量傳聲器應(yīng)該滿足以下條件：/rr符臨負(fù)3昭MP301A23innrTexo?ja)45333 Kytf