電力機(jī)車駕駛室噪聲分析與控制

1、電力機(jī)車駕駛室噪聲分析與控制Noise analysis and control of electric locomotive cab機(jī)電工程學(xué)院 熱能與動(dòng)力工程 滿飛 200804331摘 要隨著現(xiàn)代科技的進(jìn)步，噪聲污染已成為全球三大環(huán)境污染問題之一。我國鐵路高速、重載帶來的列車行駛噪聲問題也日趨突顯。列車噪聲多由牽引機(jī)車引起，而機(jī)車駕駛室噪聲成為影響機(jī)車駕駛乘務(wù)員身心健康的重要因素。本文通過分析電力機(jī)車噪聲對乘務(wù)員身體、心理的影響，說明了電力機(jī)車噪聲控制對乘務(wù)員健康、機(jī)車行駛安全的重要性。并以HX型機(jī)車為研究對象，在介紹HX型機(jī)車整體布置和噪聲識別技術(shù)的基礎(chǔ)上，對電力機(jī)車司機(jī)室噪聲的來源進(jìn)

2、行了深入分析、識別，并闡述了主要設(shè)備產(chǎn)生噪聲的機(jī)理。然后介紹了常用的噪聲測量儀器，對在HX型機(jī)車上進(jìn)行的噪聲動(dòng)態(tài)測試結(jié)果進(jìn)行了簡要分析，得出了HX型機(jī)車輪軌、機(jī)械間、駕駛室的噪聲頻率特性。在噪聲控制方面，針對分析結(jié)果從密封、駕駛室和噪聲源的隔聲、吸聲、消聲提出了有效的降噪解決辦法和改進(jìn)建議。最后，在有源控噪方面，結(jié)合有源噪聲控制技術(shù)理論，提出并制定了應(yīng)用于電力機(jī)車駕駛室噪聲控制的有源控噪系統(tǒng)方案及設(shè)計(jì)思路原理框圖。關(guān)鍵詞： HX；駕駛室；噪聲；ANCIAbstractWith the progress of modern science and technology, noise pollut

3、ion has become one of the three global environmental pollution problems. Brought about by Chinese railways high-speed, heavy haul, train noise problems are becoming increasingly prominent. Noise is usually caused by traction locomotives and locomotive cab noise become an important factor affecting t

4、he locomotive driver's crew of physical and mental health.Analyzing the noise of electric locomotive attendants effects of physical, mental, This article described the noise control of electric locomotive for crew health and importance of locomotive running safety. We researched HXlocomotive for

5、 the study. Described in HXlocomotive on the basis of overall arrangement and noise recognition technology, electric locomotive cab noise sources were analyzed in-depth, recognized and we expounded the noise mechanism of major equipment. And then described common noise measuring instruments, noise o

6、n the HX locomotive dynamic test and a brief analysis of the results. Then we come up with HX locomotive cab noise frequency between wheel and rail, mechanical and characteristics. In terms of noise control, for analyzing results from seals, cabs and noise source of sound insulation, sound absorptio

7、n and effective noise reduction, we give solutions and suggestions for improvement. Finally, in terms of active noise control, combining with active noise control technology theory, we proposed and developed to power the locomotive cab noise control scheme and design of active noise control system p

8、rinciple diagram.Keys: HX;cab; noise; ANCII目 錄摘要Abstract1 緒論11.1 課題背景11.2 國內(nèi)外機(jī)車駕駛室噪聲研究發(fā)展概況21.2.1 國內(nèi)列車降噪技術(shù)的發(fā)展21.2.2 國外列車降噪技術(shù)的發(fā)展22 電力機(jī)車駕駛室噪聲污染及危害分析43 電力機(jī)車整機(jī)組成及噪聲源識別53.1 電力機(jī)車總體布置53.2 噪聲源識別技術(shù)63.2.1 噪聲源識別的主要方法63.2.2 駕駛室噪聲源識別方法的選擇93.3 機(jī)車部分設(shè)備噪聲源識別93.3.1 電氣部分93.3.2 機(jī)械部分103.3.3 司機(jī)室設(shè)備103.4 主要噪聲機(jī)理分析103.4.1 風(fēng)機(jī)空

9、氣動(dòng)力性噪聲103.4.2 電機(jī)電磁噪聲113.4.3 變壓器電磁噪聲114 噪聲測試及分析124.1 噪聲測量常用儀器124.1.1 聲級計(jì)124.1.2 頻譜分析儀144.1.3 實(shí)時(shí)分析儀154.1.4 磁帶記錄儀164.1.5 聲強(qiáng)計(jì)174.1.6 數(shù)據(jù)自動(dòng)采集和信號分析系統(tǒng)184.2 電力機(jī)車司機(jī)室噪聲測試分析184.2.1 隔聲量測試分析184.2.2 噪聲源測試分析185 噪聲控制及降噪設(shè)計(jì)235.1 噪聲傳播與控制235.1.1 噪聲傳播235.1.2 噪聲控制方法255.2 電力機(jī)車駕駛室噪聲傳統(tǒng)無源控制255.2.1 密封處理255.2.2 駕駛室隔聲、吸聲處理265.2.

10、3 聲源隔聲、隔振、消聲處理295.3 電力機(jī)車駕駛室噪聲有源控制（ANC）315.3.1 有源噪聲控制系統(tǒng)概述315.3.2 有源噪聲控制系統(tǒng)325.3.3 電力機(jī)車駕駛室噪聲有源控制33結(jié)論與展望36致謝37參考文獻(xiàn)38IV蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)1 緒論1.1 課題背景從1997年到2007年，我國鐵路進(jìn)行了六次提速，最高時(shí)速由原來的140km/h提高到250km/h。2007年的第六次提速后，我國鐵路客運(yùn)能力提高18%，并在現(xiàn)有提速干線上同時(shí)開行時(shí)速200公里的動(dòng)車組和時(shí)速120公里、載重5000噸的貨運(yùn)重載列車。此次提速，旅客列車最高時(shí)速達(dá)到120公里及以上的線路延展里程共計(jì)2.2萬公里

11、，比第五次大提速增加了6000公里。為了適應(yīng)國內(nèi)和國際鐵路的發(fā)展，并與國際鐵路標(biāo)準(zhǔn)相統(tǒng)一，我國修訂了原國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T3450-94鐵路機(jī)車司機(jī)室噪聲允許值。表1.1為原國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T3450-94規(guī)定的鐵路機(jī)車司機(jī)室內(nèi)部穩(wěn)態(tài)噪聲的等效連續(xù)A聲級的允許值。表1.1 GB/T3450-94鐵路機(jī)車司機(jī)室噪聲允許值車型試驗(yàn)車速km/h穩(wěn)態(tài)噪聲dB(A)添加間歇噪聲后的等效聲級 dB(A)客運(yùn)貨運(yùn)內(nèi)燃機(jī)車90708085電力機(jī)車90707885蒸汽機(jī)車80608590而GB/T3450-2006鐵道機(jī)車和動(dòng)車組司機(jī)室噪聲限值及測量方法規(guī)定，電力機(jī)車司機(jī)室內(nèi)噪聲限值78dB(A)，HX型機(jī)車技術(shù)合同

12、規(guī)定，該機(jī)車司機(jī)室內(nèi)部噪聲限值為75dB(A)。隨著我國鐵路列車速度的不斷提高，我國各鐵路機(jī)車廠在不斷研發(fā)新型大功率機(jī)車來適應(yīng)高速要求，但機(jī)車駕駛室的噪聲水平也隨之提高。機(jī)車在高速行駛時(shí)，在車體上部，高速氣流引起的空氣動(dòng)力性噪聲表現(xiàn)最顯著，大約和機(jī)車運(yùn)行速度的6次方成正比；在車體下部，機(jī)車與軌道之間的輪軌噪聲表現(xiàn)最顯著，大約和機(jī)車運(yùn)行速度的23次方成正比。雖然電力機(jī)車噪聲水平較內(nèi)燃機(jī)車低，但電力機(jī)車噪聲源較多，噪聲種類繁雜，噪聲控制亦不易。機(jī)車駕駛室的噪聲直接影響到機(jī)車乘務(wù)員的身心健康和行車安全。列車的噪聲污染，也是限制列車運(yùn)行速度提高的一個(gè)重要因素。隨著國家對噪聲污染的重視，國家標(biāo)準(zhǔn)對噪聲的

13、限制要求也越來越嚴(yán)格。表1.2為修訂后的鐵路機(jī)車司機(jī)室噪聲允許值標(biāo)準(zhǔn)。表1.2 鐵路機(jī)車司機(jī)室噪聲允許值新標(biāo)準(zhǔn) /dB線路類型160km/h160km/h300km/h強(qiáng)制允許值強(qiáng)制允許值建議允許值敞開式線路787875半敞開式線路8380如何更有效地控制機(jī)車，尤其是機(jī)車駕駛室內(nèi)的噪聲已經(jīng)成為機(jī)車設(shè)計(jì)與制造面臨的一個(gè)復(fù)雜而迫切的課題。所以，必須采用結(jié)構(gòu)改進(jìn)、污染防治等措施來降低機(jī)車駕駛室內(nèi)噪聲，為鐵路機(jī)車乘務(wù)人員創(chuàng)造一個(gè)良好、舒適的工作環(huán)境，使我國鐵路更快地邁向高速、重載的時(shí)代。1.2 國內(nèi)外機(jī)車駕駛室噪聲研究發(fā)展概況1.2.1 國內(nèi)列車降噪技術(shù)的發(fā)展上世紀(jì)80年代末至90年代初，我國鐵路進(jìn)入

14、快速發(fā)展時(shí)期，為了改變我國鐵路交通運(yùn)輸落后的局面，1995年，鐵道部召開了高速鐵路研討會，開始研制高速列車，與此同時(shí)設(shè)計(jì)人員開始考慮客車車內(nèi)的降噪問題。我國在從英國引進(jìn)的樣車基礎(chǔ)上開發(fā)的藍(lán)箭號，是我國第一代投入商業(yè)運(yùn)營的動(dòng)車組，最高運(yùn)營速度200km/h。在高速度的同時(shí)，該車采取了很多降噪措施。為降低空氣動(dòng)力性噪聲，在車體下部安裝了封閉裙板；在機(jī)車車頭前部采用了5m長的流線型結(jié)構(gòu)，以減小列車運(yùn)行時(shí)的空氣阻力。目前，我國在機(jī)車車輛設(shè)計(jì)中尚未充分考慮噪聲振動(dòng)問題。國產(chǎn)高速列車在廣深線上的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，國產(chǎn)高速列車的減振降噪水平與日、德、法等技術(shù)先進(jìn)國家的列車仍存在較大差距。所以，我國高速列車在設(shè)計(jì)

15、階段應(yīng)綜合考慮各方面的性能要求，必須將噪聲控制作為一個(gè)重要研究問題。1.2.2 國外列車降噪技術(shù)的發(fā)展二次大戰(zhàn)以后，為了擺脫鐵路客運(yùn)的困境，增強(qiáng)鐵路對航空、公路的競爭能力，鐵路設(shè)計(jì)人員開始考慮高速列車的開發(fā)。今天，許多國家已經(jīng)設(shè)計(jì)建成高效、快速的高速列車，如日本新干線列車、法國TGV高速列車、德國ICE高速列車等。在高速、高效的同時(shí)，列車噪聲問題也突顯出來。所以，為了達(dá)到既高速、安全，又保護(hù)環(huán)境、舒適良好的目的，各國都在列車上采取了一些降噪措施。如日本的新干線列車，經(jīng)過近50年的發(fā)展，在減振降噪方面做了很多的理論和實(shí)驗(yàn)研究，技術(shù)較為成熟。目前的N700系列高速列車就采取了許多減振降噪措施：機(jī)車

16、前端采用流線型設(shè)計(jì)；列車上裝配有源控振裝置；利用主動(dòng)傾擺裝置來減小轉(zhuǎn)彎離心力；機(jī)車轉(zhuǎn)向架上安裝半主動(dòng)懸掛裝置；車輛間的通過臺采用彈性渡板封閉；車體輕量化、低重心化；采用有源減振支撐的無搖枕轉(zhuǎn)向架；車身表面及車底平滑化等。- 40 -2 電力機(jī)車駕駛室噪聲污染及危害分析機(jī)車駕駛室內(nèi)的噪聲是影響機(jī)車乘務(wù)員身體健康的重要因素之一，也是影響乘務(wù)員行車時(shí)語言信息傳遞及其信號交流的不安全因素之一。機(jī)車駕駛室為封閉空間聲場，噪聲信號不易散播，因此，噪聲對乘務(wù)員的危害較為嚴(yán)重。一般，機(jī)車噪聲會對駕駛室內(nèi)的乘務(wù)員造成兩方面的危害，其一是對聽力的影響；其二是對機(jī)體其它系統(tǒng)的影響，主要表現(xiàn)在中樞神經(jīng)系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)

17、方面，會引起不同程度的疾病。（1）對聽力的影響短期內(nèi)會引發(fā)暫時(shí)性聽閾偏移，主要表現(xiàn)在暫時(shí)聽力下降，在安靜環(huán)境中休息后可恢復(fù)。而長期處于高噪聲環(huán)境，會導(dǎo)致噪聲性耳聾，這是一種病理狀態(tài)，主要表現(xiàn)在內(nèi)耳聽覺器官發(fā)生病變，形成永久性聽閾偏移，也叫做職業(yè)性聽力損失。（2）其他疾病中等強(qiáng)度的噪聲就能影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)，會是大腦皮層長期興奮以致平衡失調(diào)，導(dǎo)致注意力分散、條件反射異常，使乘務(wù)員煩躁難耐、反應(yīng)遲鈍，且會加速疲勞，從而影響機(jī)車駕駛及行車安全。由于中樞神經(jīng)受到影響，會導(dǎo)致消化、內(nèi)分泌、血液循環(huán)等體液系統(tǒng)失常，出現(xiàn)頭疼腦漲、失眠多夢、消化不良、心肌受損、內(nèi)分泌失調(diào)等機(jī)體病變。強(qiáng)噪聲可以使神經(jīng)緊張，會出現(xiàn)

18、心跳加快、心律失常、血壓不穩(wěn)等現(xiàn)象。長期刺激下，會導(dǎo)致白細(xì)胞增加、淋巴細(xì)胞增多、血糖上升，繼而導(dǎo)致身體抵抗力下降，引發(fā)各種疾病。低頻噪聲傳播遠(yuǎn)、穿透力強(qiáng)，并很容易與內(nèi)臟器官發(fā)生共振，長期影響下會使身體器官受到不可逆受損?？傊?，機(jī)車噪聲對駕駛室內(nèi)乘務(wù)員的影響較為嚴(yán)重，在乘務(wù)員機(jī)體受到損傷的同時(shí)，會嚴(yán)重影響到機(jī)車的行車安全和信息傳遞。3 電力機(jī)車整機(jī)組成及噪聲源識別3.1 電力機(jī)車總體布置本次研究以HX型電力機(jī)車為例，來介紹電力機(jī)車的整體組成。HX型電力機(jī)車是由兩節(jié)完全相同的4軸電力機(jī)車通過內(nèi)部重聯(lián)環(huán)節(jié)連接組成的8軸重載貨運(yùn)電力機(jī)車，每節(jié)車設(shè)有一個(gè)司機(jī)室，為一完整系統(tǒng)。機(jī)車采用交-直-交電傳動(dòng)主電

19、路形式，可靠性高，易于維護(hù)；車體采用中央梁承載方式，便于模塊化生產(chǎn)；轉(zhuǎn)向架采用低位牽引桿，基礎(chǔ)制動(dòng)采用輪盤制動(dòng)，有效提高了機(jī)車的可靠性；采用CCBII空氣制動(dòng)系統(tǒng)，電制動(dòng)采用再生制動(dòng)，節(jié)能環(huán)保；機(jī)車具有重聯(lián)控制功能，裝有LOCOTROL遠(yuǎn)程重聯(lián)控制系統(tǒng)，司機(jī)可以在一個(gè)司機(jī)室對兩臺重聯(lián)機(jī)車進(jìn)行控制。機(jī)車車體采用整體全鋼焊接結(jié)構(gòu)，包括：底架、左右側(cè)墻、司機(jī)室、司機(jī)室隔墻、車體后端墻、車內(nèi)焊接件、牽引緩沖裝置及車體附屬部件等。車體頂部裝有4個(gè)可拆卸的頂蓋。車體側(cè)墻上部結(jié)構(gòu)設(shè)有帶過濾器的通風(fēng)風(fēng)道。機(jī)車采用四軸布置，軸式為。機(jī)車的布置如下：圖3.1 HX型機(jī)車總體布置HX型機(jī)車由電氣部分、機(jī)械部分和空氣

20、管路系統(tǒng)三大部分組成一個(gè)有機(jī)整體，互相配合，又各自發(fā)揮獨(dú)特作用，共同保證機(jī)車性能的發(fā)揮。電氣部分主要功用是將來自接觸網(wǎng)的高壓電能轉(zhuǎn)變?yōu)闋恳龣C(jī)車所需要的能量，同時(shí)還實(shí)現(xiàn)機(jī)車控制，包括：受電弓、主變壓器、牽引變流器、主變流器柜、牽引懸掛裝置、輔助逆變器柜、低壓柜、信號裝置等。機(jī)械部分用來安設(shè)司機(jī)室和各種電氣、機(jī)械設(shè)備，同時(shí)承載機(jī)車重量，產(chǎn)生并傳遞牽引力及制動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)機(jī)車在線路上的行駛，機(jī)械設(shè)備有：車體及轉(zhuǎn)向架、壓縮機(jī)、干燥柜、冷卻塔、空調(diào)機(jī)組等。空氣管路系統(tǒng)作用是產(chǎn)生壓縮空氣供機(jī)車的各種風(fēng)動(dòng)機(jī)械使用，并實(shí)現(xiàn)機(jī)車制動(dòng)。3.2 噪聲源識別技術(shù)3.2.1 噪聲源識別的主要方法目前，用于噪聲源識別的方法很

21、多，有主觀評價(jià)法、近場測量法、逐級-分部開動(dòng)法、分別運(yùn)行法、選擇隔聲法、時(shí)域分析法、頻域分析法、相干分析法、倒譜分析法、聲強(qiáng)測試法、表面振動(dòng)速度測量法及聲全息等方法。（1）主觀評價(jià)法人的聽覺系統(tǒng)具有比最復(fù)雜的噪聲測量系統(tǒng)更精細(xì)的區(qū)分不同聲音的能力。經(jīng)過長期實(shí)踐鍛煉的人，有可能主觀判斷聲源的頻率和位置。但主觀評價(jià)法因?yàn)橛兄饔^因素，同樣的聲音，不同的人鑒別結(jié)果往往不一致。此外，主觀評價(jià)法也無法對噪聲做出定量的評價(jià)。（2）近場測量法在聲源很近的地方測量，測得的主要是直達(dá)聲，即最近聲源輻射。若將傳聲器與聲源表面保持相當(dāng)近的恒定距離，沿表面移動(dòng)測量聲輻射區(qū)及其量值，就能判斷主要聲源的所在。近場測量法簡單

22、易行，不要求高級儀器和技術(shù)，但它有很大的局限性，一是在混響嚴(yán)重的聲場環(huán)境，使用此方法無意義；另一方面，無法避免臨近表面的影響。（3）逐級-分部開動(dòng)法在缺少分析儀器的情況下，為了識別機(jī)器的噪聲源，常常在可能與允許的情況下，使機(jī)器處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，分別關(guān)掉或逐級脫開各傳動(dòng)部件或環(huán)節(jié)，并測量每一步驟得噪聲，以識別這一部件或環(huán)節(jié)對噪聲的貢獻(xiàn)，從而找出機(jī)器的主要噪聲源。（4）分別運(yùn)行法分別運(yùn)行法的含義是，在同一勻裝工況下，拆去和裝上某一零件，分別在同一觀測點(diǎn)測得兩種噪聲值，然后按照能量相減得出此零件的噪聲輻射值。這種方法簡單易行，直觀性強(qiáng)，不用采取先進(jìn)的設(shè)備、技術(shù)。但由于機(jī)械零件間的互相聯(lián)系與整合，某一部分

23、的拆除和停止工作都會影響到與之相聯(lián)的其他部分，故測量誤差較大。此外，該方法費(fèi)工費(fèi)時(shí)，具有一定的局限性。（5）選擇隔聲法利用分別運(yùn)行法可以了解機(jī)器上若干零部件的噪聲輻射情況，而要了解機(jī)器上聲源輻射表面的情況，則可采用選擇隔聲法（又稱為鉛屏蔽法）。它是用鉛板做成一個(gè)與機(jī)器各個(gè)部分表面先接近的罩子，罩內(nèi)覆蓋玻璃纖維等吸聲材料，以減少罩內(nèi)的混響。測試時(shí)，用該罩將機(jī)器覆蓋嚴(yán)密，其隔聲量至少要在10dB以上。然后，打開罩的某個(gè)窗口，使輻射表面的某部分暴露出來，并在暴露表面一定距離處測量聲壓，即可表征此處的輻射大小。若依次打開這些窗口，則可得到聲源表面的輻射量值。選擇隔聲法的優(yōu)點(diǎn)是，只要材料覆蓋嚴(yán)密、隔聲較

24、好，較能取得較高的精度。與分別運(yùn)行法比起來，它不會產(chǎn)生由于某個(gè)部件停止運(yùn)轉(zhuǎn)而帶來的影響。此方法的不足是，由于材料覆蓋時(shí)不易密封好，可能會影響到測量的精度，特別是對于隔聲困難的低頻噪聲，此方法效果較差。故此方法僅適用于對高頻噪聲源的輻射測量。此外，用該方法需要花費(fèi)較多的時(shí)間，而且對測量的聲學(xué)環(huán)境有一定要求，故測試成本較高。（6）時(shí)域分析法這是一種根據(jù)聲源或聲源各部分時(shí)間特性的差別來進(jìn)行識別的方法。一般情況下，需進(jìn)一步結(jié)合機(jī)械（聲源）運(yùn)轉(zhuǎn)和振動(dòng)周期的實(shí)測或計(jì)算來確定主要聲源。（7）頻域分析法該法包括從獲得的噪聲頻譜中了解噪聲所含有的噪聲成分及其中對噪聲貢獻(xiàn)較大的主要頻率成分，進(jìn)一步結(jié)合振動(dòng)測量或具

25、體機(jī)械的特征頻率計(jì)算，從而識別出主要噪聲源；通過對噪聲功率的分析，同樣可以了解到噪聲的頻率結(jié)構(gòu)，特別是周期性的頻率分量；通過相干分析，從相干函數(shù)的圖形上，可以幫助我們判斷各個(gè)聲源在總噪聲中的貢獻(xiàn)大小。頻域分析法是識別噪聲源的基本方法之一，也是最重要的方法。頻域分析的基本方法是對噪聲幅值的頻譜分析。對一個(gè)非周期的噪聲信號，可視其周期為無限大，那么，這個(gè)噪聲信號的頻譜可以由傅立葉變換來計(jì)算： （3-1）式（3-1）中， （3-2） （3-3）arc tan （3-4）對噪聲信號的幅值頻譜密度中，就利用式（3-3）來得到它的幅值頻譜。然后，根據(jù)頻譜圖就會了解到噪聲所含有的頻率成分及其中對噪聲貢獻(xiàn)較大

26、的主要頻率成分。進(jìn)一步結(jié)合振動(dòng)測量或具體機(jī)械的某些特征頻率的計(jì)算，就會識別出主要噪聲源。（8）倒譜分析法倒頻譜分析技術(shù)是近代信號學(xué)科領(lǐng)域的重要部分。由于它能分析復(fù)雜頻譜的周期結(jié)構(gòu)，并能分離和提取密集泛頻信號的周期成分，所以受到各個(gè)學(xué)科的重視，當(dāng)然在噪聲識別中，這種技術(shù)也得到了應(yīng)用。到頻譜定義為： （3-5）式（3-5）中，為的功率倒頻譜；表示傅立葉變換；表示為的功率譜。工程中，在分析整個(gè)頻率范圍內(nèi)的信息時(shí)常在用幅值譜： （3-6）倒頻譜函數(shù)中的自變量稱為倒頻率。當(dāng)被測系統(tǒng)中有反射聲波時(shí)，其噪聲頻譜呈多波峰狀，用常規(guī)的頻譜分析法很難提取信號源，而采用倒頻譜分析技術(shù)可以從復(fù)雜的波形中分離并提取信號

27、源。（9）表面振動(dòng)速度測量法表面振動(dòng)速度測量法是通過測量聲源做機(jī)械振動(dòng)時(shí)表面的振動(dòng)速度來識別聲源，由于表面振動(dòng)輻射的聲功率在振動(dòng)表面各點(diǎn)做同相位振動(dòng)的情況下，與表面振動(dòng)速度的均方值成正比，即： （3-7）式（3-7）中，為空氣特性阻抗，S為振動(dòng)表面面積，為質(zhì)點(diǎn)法向振動(dòng)速度的均方值。為振動(dòng)表面的聲輻射系數(shù)，為振動(dòng)表面的輻射聲功率。因此，從質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度即可得到振動(dòng)表面的輻射聲功率。為了對輻射表面采取有效的降噪措施，常需要了解輻射表面上各點(diǎn)輻射聲能的情況，以便有針對性的采取措施。這時(shí)，可以將振動(dòng)表面分割成若干小塊，用加速度傳感器測出各點(diǎn)的振動(dòng)速度，然后繪制出等振速線圖。這種等速圖可以形象地表達(dá)出聲

28、輻射表面各點(diǎn)輻射聲能的情況以及最強(qiáng)的輻射點(diǎn)。（10）近場聲強(qiáng)測試法利用聲強(qiáng)測量的特點(diǎn)，通過對機(jī)器各部件的聲強(qiáng)測量而得到各部件的輻射聲功率，然后比較其大小，識別出主要噪聲源。這種方法非常適用于本底噪聲很大的現(xiàn)場。（11）聲全息法聲全息技術(shù)利用了聲音的強(qiáng)度信息和相位信息，具備一些其它噪聲識別技術(shù)不具備的特點(diǎn)。它抗干擾性強(qiáng)，能夠在較大的背景噪聲下準(zhǔn)確地識別出主要噪聲源，并且能夠通過它獲知噪聲的頻率特性。利用聲全息技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的噪聲識別定位，可以將測點(diǎn)布置在對噪聲源影響最小的位置處進(jìn)行測量。3.2.2 駕駛室噪聲源識別方法的選擇電力機(jī)車是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)，其中多種噪聲源和各類噪聲相互混雜，噪

29、聲相干性較大，因此，采用傳統(tǒng)簡單的噪聲識別技術(shù)操作困難且不易準(zhǔn)確識別。這里介紹一種偏相干分析法，它可以將各噪聲信號相干的部分去掉，形成條件譜，準(zhǔn)確識別噪聲源。偏相干分析法是將噪聲源采集的聲信號進(jìn)行偏相干處理，根據(jù)偏相干函數(shù)來確定多個(gè)非獨(dú)立聲源的相互影響。對于多輸入單輸出的系統(tǒng)，偏相干分析可利用條件輸入的方法，依次排除輸入信號之間的相互影響，使系統(tǒng)變成一個(gè)不存在相關(guān)的條件輸入系統(tǒng)，從而辨別各輸入對的輸出的影響。3.3 機(jī)車部分設(shè)備噪聲源識別3.3.1 電氣部分電力機(jī)車電氣設(shè)備主要有受電弓、變流器、變壓器及各類電機(jī)等。受電弓的作用是從接觸網(wǎng)上獲取電能，安裝在機(jī)車頂部，由滑板、上框架、下臂桿、底架、

30、升弓彈簧、傳動(dòng)汽缸、支持絕緣子等組成。電力機(jī)車受電弓引起的噪聲主要是由高速氣流帶來的非穩(wěn)態(tài)空氣動(dòng)力性噪聲和離線時(shí)的高頻電磁噪聲。HX型機(jī)車每臺機(jī)車上有2臺水冷牽引變流器和2臺輔助變流器。牽引變流器控制電源與牽引電機(jī)之間的能量傳輸，1臺牽引變流器包含3個(gè)四象限整流器和3個(gè)逆變器；2臺輔助變流器為機(jī)車的輔助電路供電，一臺輔助變流器根據(jù)變頻變壓的要求給牽引電機(jī)、冷卻塔供電，另一臺輔助變流器具有恒頻，給所有三相輔機(jī)供電，如泵、空調(diào)、空壓機(jī)等。變流器產(chǎn)生的噪聲主要是較少的低頻電磁噪聲。HX型機(jī)車上的主變壓器安裝在機(jī)車車底轉(zhuǎn)向架之間和兩個(gè)風(fēng)缸之間。變壓器主要噪聲有由變壓器本體及其冷卻系統(tǒng)產(chǎn)生的不規(guī)則的、間

31、歇的機(jī)械噪聲和空氣動(dòng)力性噪聲，還有由于交變磁場產(chǎn)生磁致伸縮引起的電磁噪聲。變壓器產(chǎn)生的低頻噪聲對人體有很大的危害，必須加以防治。電力機(jī)車上的電機(jī)在各部件中都起著至關(guān)重要的作用，電機(jī)噪聲主要有三類：由電磁力作用在定、轉(zhuǎn)子之間氣隙中產(chǎn)生脈動(dòng)力波引起的電磁噪聲；由電機(jī)軸承和電刷振動(dòng)及摩擦引起的機(jī)械噪聲；由電機(jī)內(nèi)冷卻風(fēng)扇產(chǎn)生的氣動(dòng)噪聲。電機(jī)引起的噪聲，空氣動(dòng)力性噪聲最強(qiáng)，機(jī)械噪聲次之，電磁噪聲最小。3.3.2 機(jī)械部分電力機(jī)車上主要機(jī)械設(shè)備有轉(zhuǎn)向架、風(fēng)機(jī)、空壓機(jī)、泵等轉(zhuǎn)向架本身并不會產(chǎn)生噪聲，而是由輪對和鐵軌相互作用產(chǎn)生的輪軌噪聲。風(fēng)機(jī)噪聲主要是由葉輪旋轉(zhuǎn)和空氣渦流引起的空氣動(dòng)力性噪聲和一些機(jī)械噪聲。

32、空壓機(jī)噪聲主要是由進(jìn)氣引起的氣動(dòng)噪聲；由構(gòu)件撞擊、摩擦、振動(dòng)引起的機(jī)械噪聲；由驅(qū)動(dòng)電機(jī)引起的電磁噪聲。機(jī)車上的泵主要用于輸送冷卻液體，其產(chǎn)生噪聲機(jī)理與風(fēng)機(jī)類似，不再闡述。此外，用于機(jī)車制動(dòng)的風(fēng)缸在制動(dòng)和緩解時(shí)會產(chǎn)生較強(qiáng)的空氣動(dòng)力性噪聲，這種噪聲是由偶極子源產(chǎn)生的球面波在風(fēng)缸內(nèi)發(fā)生渦流而出現(xiàn)的。3.3.3 司機(jī)室設(shè)備電力機(jī)車司機(jī)室內(nèi)主要產(chǎn)生噪聲的設(shè)備是空調(diào)和暖風(fēng)機(jī)?？照{(diào)噪聲主要由該系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)自身振動(dòng)引起的機(jī)械性噪聲以及通風(fēng)所產(chǎn)生的空氣動(dòng)力性噪聲組成；暖風(fēng)機(jī)系統(tǒng)噪聲主要為風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)引起的空氣動(dòng)力性噪聲。此外，機(jī)車車頭的表面形狀變化使空氣產(chǎn)生湍流，引起的噪聲對機(jī)車駕駛室影響較大?？傊?，機(jī)車正常運(yùn)行時(shí)，

33、以中高頻動(dòng)力噪聲和一些低頻電磁輻射噪聲為主。3.4 主要噪聲機(jī)理分析3.4.1 風(fēng)機(jī)空氣動(dòng)力性噪聲HX型機(jī)車上風(fēng)機(jī)主要有牽引風(fēng)機(jī)、冷卻用風(fēng)機(jī)等。一般風(fēng)機(jī)產(chǎn)生噪聲的原因分述如下：（1）因葉片回轉(zhuǎn)而產(chǎn)生噪聲葉片旋轉(zhuǎn)時(shí)會與空氣產(chǎn)生摩擦，或發(fā)生沖擊。葉片轉(zhuǎn)速愈快，接解空氣頻率愈高，產(chǎn)生噪聲愈尖銳。葉片寬度或厚度增加，此現(xiàn)象更明顯。（2）因空氣渦流產(chǎn)生噪聲在風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)期間，氣流經(jīng)葉片時(shí)產(chǎn)生紊流附面層及漩渦與漩渦的脫體，而引起葉片上壓力脈動(dòng)，產(chǎn)生渦流。渦流不但會降低風(fēng)機(jī)的效率，而且會產(chǎn)生噪聲，為緩解此現(xiàn)象，葉片安裝角不宜過大，且葉面需平滑。（3）因亂流而產(chǎn)生噪聲空氣在流動(dòng)時(shí)，若碰到尖銳的障礙物，極易發(fā)生亂流

34、，產(chǎn)生噪聲，噪聲頻率較高，呈嘯音狀。（4）與風(fēng)管外殼產(chǎn)生共振而引發(fā)噪聲風(fēng)管與風(fēng)機(jī)的外殼內(nèi)面接縫處若粗糙不平，極易發(fā)生撕裂聲。而由于接連的管路會發(fā)生共振，會使噪聲變大。3.4.2 電機(jī)電磁噪聲HX型機(jī)車采用1TB2624-0TD02變頻交流異步電機(jī)。電機(jī)中，主磁通大致沿徑向進(jìn)入定子與轉(zhuǎn)子間的氣隙，并產(chǎn)生徑向力和脈動(dòng)力波，引起電磁噪聲。電磁噪聲與電機(jī)氣隙內(nèi)的諧波磁場及由此產(chǎn)生的電磁力波幅值、電機(jī)頻率和級數(shù)，以及定子本身的振動(dòng)特性、聲學(xué)特性有密切關(guān)系。降低電磁激振力、減小氣隙內(nèi)諧波磁場分量、削弱鐵芯傳遞到機(jī)殼上的振動(dòng)是防治電機(jī)電磁噪聲的解決途徑。3.4.3 變壓器電磁噪聲變壓器的噪聲來源于變壓器本體

35、和冷卻系統(tǒng)兩個(gè)方面，變壓器本體振動(dòng)產(chǎn)生噪聲的根源在于： （1）硅鋼片的磁致伸縮引起的鐵芯振動(dòng)。 （2）硅鋼片接縫處和疊片之間存在著因漏磁而產(chǎn)生的電磁吸引力而引起的鐵芯振動(dòng)。 （3）當(dāng)繞組中有負(fù)載電流通過時(shí)，負(fù)載電流產(chǎn)生的漏磁引起線圈、油箱壁的振動(dòng)。 變壓器噪聲的另一個(gè)主要來源是冷卻器。與變壓器本體噪聲的機(jī)理一樣，冷卻裝置的噪聲也是由于它們的振動(dòng)而產(chǎn)生的，其振動(dòng)的根源在于： （1）冷卻風(fēng)扇和油泵在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)。 （2）變壓器本體的振動(dòng)通過絕緣油、管接頭及其裝配零件傳遞給冷卻裝置，使冷卻裝置的振動(dòng)加劇，噪聲加大。另外，當(dāng)鐵芯加熱以后，由于諧振頻率和機(jī)械應(yīng)力的變化，其噪聲會隨溫度的升高而增大。4

36、 噪聲測試及分析噪聲測試是解決噪聲問題的前提，它對如何實(shí)現(xiàn)噪聲的有效控制起著至關(guān)重要的作用。噪聲測試包括測量噪聲大小、分析噪聲產(chǎn)生機(jī)理和監(jiān)測噪聲變化。4.1 噪聲測量常用儀器隨著現(xiàn)代電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，噪聲測量儀器發(fā)展也很快。目前，噪聲測量儀器主要是以傳聲器為基礎(chǔ)的測量儀器，有聲級計(jì)、頻譜分析儀、實(shí)時(shí)分析儀、磁帶記錄儀、聲強(qiáng)計(jì)等。傳聲器是一種聲電轉(zhuǎn)換器，其基本功能是將聲信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的模擬電信號。傳聲器分實(shí)驗(yàn)用和測量用，前者用于校準(zhǔn)，后者用于現(xiàn)場噪聲測量。測量用傳聲器又有多種，如電容式、駐極體式、壓電式、動(dòng)圈式等。目前最常用的是電容式傳聲器，它的性能可以較好的滿足聲學(xué)測量要求，更接近于

37、理想傳聲器。下面對電容式傳聲器做一簡要介紹。圖4.1 電容式傳聲器結(jié)構(gòu)簡圖1均壓孔 2阻尼孔 3后極板4振 膜 5外殼 6絕緣體電容式測量傳聲器的結(jié)構(gòu)簡圖見圖4.1，振膜是一繃緊的金屬膜片，其厚度在十幾微米至幾十微米之間。振膜與后極板組成一個(gè)極距變化型電容器，后極板上有若干個(gè)經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)的阻尼孔，振膜在聲壓作用下產(chǎn)生振動(dòng)所造成的氣流，將通過這些小孔產(chǎn)生阻尼效應(yīng)，以抑制振膜的共振振幅，防止振膜因共振而損壞，在殼體上開有均壓孔，用來平衡振膜兩側(cè)的靜壓力，以防止振膜的破裂，但均壓孔對動(dòng)態(tài)壓力（聲壓）的變化不起作用，從而可以保證僅有振膜的外側(cè)受到聲壓的作用。4.1.1 聲級計(jì) 聲級計(jì)是聲學(xué)、噪聲測量中

38、最基本和目前最常用的儀器，它是一種按照一定的頻率計(jì)權(quán)和時(shí)間計(jì)權(quán)來測量聲音的聲壓級和聲級的測量儀器。（1）聲級計(jì)的分類按照國際電工學(xué)會的標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)測量精度和穩(wěn)定性，將聲級計(jì)分為0、1、2、3等四種類型。其中，0型聲級計(jì)用作標(biāo)準(zhǔn)聲級計(jì)，1型聲級計(jì)用作實(shí)驗(yàn)用精密聲級計(jì)，2型聲級計(jì)用作一般測量，3型聲級計(jì)用作噪聲監(jiān)測用普及型聲級計(jì)。按照聲級計(jì)的性能及應(yīng)用，通常又可分為以下幾種：普通聲級計(jì) 可用作工礦企業(yè)、城市交通和環(huán)境噪聲等一般精度要求較低的聲級測量，其對傳聲器要求不高，多為壓電式、動(dòng)圈式或駐極體式。精密聲級計(jì) 除可完成普通聲級計(jì)所能做的聲學(xué)測量外，還可作要求嚴(yán)格、精度較高的聲學(xué)測量，例如在消聲室或混

39、響室內(nèi)測量聲源的聲功率、指向特性，或研究機(jī)器噪聲的輻射特性、評價(jià)產(chǎn)品噪聲等。對機(jī)器噪聲的測量與評價(jià)，一般均應(yīng)使用精密聲級計(jì)進(jìn)行。脈沖（精密）聲級計(jì) 屬精密聲級計(jì)，除具備一般精密聲級計(jì)的功能外，還能對不連續(xù)的、持續(xù)時(shí)間較短的脈沖聲或沖擊聲進(jìn)行測量，所測得的脈沖聲壓級可以是有效值或峰值。對槍炮聲、沖壓機(jī)械的沖壓聲或錘擊聲等脈沖噪聲的測量，一般均應(yīng)使用脈沖聲級計(jì)進(jìn)行。積分（精密）聲級計(jì) 屬精密聲級計(jì)，除具備一般精密聲級計(jì)的功能外，還能測量在一定時(shí)間內(nèi)的等效連續(xù)聲級，時(shí)間間隔可以從幾秒至二十幾個(gè)小時(shí)內(nèi)任意調(diào)節(jié)。特別適用于非穩(wěn)態(tài)連續(xù)噪聲等效連續(xù)聲級的測量。頻譜聲級計(jì) 由聲級計(jì)與實(shí)時(shí)分析儀結(jié)合而構(gòu)成，它除

40、具有聲級計(jì)的功能外，在噪聲測量的同時(shí)，還可以獲得噪聲的頻譜。（2）聲級計(jì)的工作原理各種類型聲級計(jì)的工作原理都是相同的，其差別往往是一些附加的特殊功能。聲級計(jì)一般由傳聲器、放大器、衰減器、計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)、檢波器、指示器及電源等部分構(gòu)成。圖4.2為一般聲級計(jì)的工作原理圖。被測量的聲信號由電容式傳聲器接收，并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)圖4.2 聲級計(jì)工作原理框圖的電信號進(jìn)入前置放大器，經(jīng)阻抗變換后由前置放大器獲得低阻抗輸出，微小的電信號被送到輸入衰減器和輸入放大器，衰減器對較強(qiáng)的輸入信號加以衰減，而放大器則對較弱的輸入信號加以放大，使在指示器上獲得適當(dāng)?shù)闹甘荆彩箿y量的量程擴(kuò)大；計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)對通過的信號進(jìn)行頻率濾波，使聲級計(jì)

41、的整機(jī)頻率響應(yīng)符合國際電工學(xué)會規(guī)定的頻率計(jì)權(quán)要求，以便能測量聲級；信號再經(jīng)輸出衰減和輸出放大器后被送到檢波器進(jìn)行檢波，交流信號經(jīng)檢波后變?yōu)橹绷餍盘?，并由表頭以“dB”指示測量結(jié)果。dB表頭的示值根據(jù)測量選擇開關(guān)的檔位不同而異。當(dāng)測量開關(guān)在“線性”檔時(shí)，示值為聲壓級；當(dāng)測量開關(guān)分別置于“A”檔、“B”檔、“C”檔和“D”檔時(shí)，則表頭示值相應(yīng)為A聲級、B聲級、C聲級和D聲級；在實(shí)際使用過程中，可根據(jù)不同的目的和噪聲特性合理選擇檔位進(jìn)行噪聲測量。一般工礦企業(yè)、車輛噪聲選用A聲級，脈沖噪聲選用C聲級，飛機(jī)等航空噪聲選用D聲級。（3）聲級計(jì)的校準(zhǔn)為保證噪聲測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，必須對測量所用聲級計(jì)的靈敏度進(jìn)

42、行定期校準(zhǔn)，校準(zhǔn)聲級計(jì)靈敏度的方法很多，有互易校準(zhǔn)法、標(biāo)準(zhǔn)聲源校準(zhǔn)法、置換法等。4.1.2 頻譜分析儀頻譜分析儀是用來測量噪聲頻譜的儀器。它主要有兩大部分組成，一部分是測量放大器，另一部分是濾波器。測量放大器的原理大致與聲級計(jì)相同，不同的是測量放大器可以直接測量電壓、峰值、平均值，有的放大器還可以直接測量正峰、負(fù)峰以及最高峰值的準(zhǔn)確讀數(shù)。一個(gè)濾波器只允許一定頻率范圍的波通過，超出該頻率范圍的上限或下限的信號將受到極大衰減。不同的濾波器與放大器配置，將構(gòu)成不同的頻譜分析儀，即頻譜儀。頻譜儀按其處理信號的方式和工作原理的不同，可分為模擬式和數(shù)字式兩大類，兩者主要區(qū)別在濾波器上。隨著電子科技的發(fā)展，

43、數(shù)字式頻譜儀應(yīng)用范圍將逐漸變廣。（1）恒定帶寬頻譜分析儀屬模擬式頻譜分析儀，由放大器與恒定帶寬濾波器配置構(gòu)成。其中心頻率連續(xù)可調(diào)，但分析帶寬恒定不變，帶寬常用5Hz、20 Hz、50 Hz和200 Hz。該分析儀具有頻率選擇性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，尤其在高頻段更為突出。因此，恒定帶寬頻譜分析儀適用于檢驗(yàn)產(chǎn)品噪聲等精確分析，但它要求所分析的噪聲頻率必須十分穩(wěn)定，否則會造成較大的誤差。（2）恒定百分比帶寬頻譜分析儀屬模擬式頻譜分析儀，由放大器與一系列恒定百分比帶寬濾波器配置構(gòu)成。其頻帶寬是隨著頻率的增加而增寬的，通頻帶寬始終等于中心頻率的某一百分?jǐn)?shù)，如百分?jǐn)?shù)為10，中心頻率為100Hz，其帶寬為10Hz；若中

44、心頻率為1000Hz，其帶寬為100Hz。恒定百分比帶寬頻譜分析儀適用于測量不太穩(wěn)定的噪聲，并且分析時(shí)間段，能測出各諧波成分的相對大小，所測得的頻率雖沒有恒定帶寬頻譜分析儀精準(zhǔn)，但可以滿足工程上的實(shí)際需要。（3）等對數(shù)頻帶式頻譜分析儀32在實(shí)際工程應(yīng)用中，有時(shí)不需要了解噪聲的詳細(xì)結(jié)構(gòu)，只要知道噪聲在各個(gè)頻帶內(nèi)的聲壓級就夠了，這時(shí)可以采用等對數(shù)頻帶式頻譜分析儀。輸入4.1.3 實(shí)時(shí)分析儀41上面的各類頻譜儀是對噪聲信號在一定的頻率范圍內(nèi)進(jìn)行頻譜分析，需要花費(fèi)較長的時(shí)間，圖4.3 模擬式實(shí)時(shí)分析儀原理框圖1放大器 2濾波器組 3建波放大器組 4顯示器這些頻譜儀只能分析穩(wěn)態(tài)噪聲信號，而不能分析瞬態(tài)噪

45、聲信號，如行駛中的汽車、機(jī)車，飛行中的飛機(jī)等。因此，需要一種能對瞬態(tài)噪聲進(jìn)行實(shí)時(shí)分析的儀器。實(shí)時(shí)分析儀可以對測量的信號進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，且操作方便，測量時(shí)間短，效率高。實(shí)時(shí)分析儀可采用模擬技術(shù)，也可采用數(shù)字技術(shù)，或兩者結(jié)合。（1）模擬式實(shí)時(shí)分析儀模擬式實(shí)時(shí)分析儀通常采用由多個(gè)濾波器并聯(lián)組成的分析器為中心的并行濾波方案，其原理框圖如圖4.3所示。聲信號經(jīng)放大器放大后，同時(shí)送入一組中心頻率按一定要求排列的濾波器，每一個(gè)濾波器后都接有一套檢波器，各濾波器的輸出經(jīng)檢波后，同時(shí)接到顯示器。（2）數(shù)字式實(shí)時(shí)分析儀自1995年FFT（快速傅立葉變換）算法提出以來，隨著大規(guī)模集成電路的采用， 計(jì)算機(jī)技術(shù)有了飛速的

46、發(fā)展，信號的實(shí)時(shí)分析儀相繼問世。輸入65141321信號數(shù)字式實(shí)時(shí)分析儀的基本原理是把信7號從時(shí)域變換到頻域進(jìn)行分析，而信號的頻域分析實(shí)際上就是用模擬或數(shù)字技術(shù)實(shí)現(xiàn)信號從圖4.4 FFT分析儀原理框圖1低通濾波器 2采樣電路 3A/D轉(zhuǎn)換器 4存儲器 5FFT計(jì)算器 6顯示器 7控制器時(shí)域到頻域的傅立葉變換，應(yīng)用FFT算法，則大大減少了進(jìn)行傅里葉變換所需要的運(yùn)算次數(shù)。FFT算法可以在電子通用計(jì)算機(jī)上運(yùn)用相應(yīng)軟件來實(shí)現(xiàn)，也可在專用計(jì)算機(jī)FFT分析儀上來實(shí)現(xiàn)，圖4.4為FFT分析儀原理框圖，其中，低通濾波器完成在信號采樣前的抗頻混濾波；采樣電路將信號進(jìn)行離散采樣，是原來連續(xù)的信號離散化；A/D轉(zhuǎn)換

47、器則對采樣信號進(jìn)行幅值量化和數(shù)字化；存儲器完成采樣數(shù)據(jù)的存儲；FFT計(jì)算器一般可完成正、負(fù)傅里葉變換、自相關(guān)、自功率譜、互相關(guān)、傳遞函數(shù)、卷積、平均等運(yùn)算；顯示器則可顯示FFT計(jì)算器的相關(guān)結(jié)果。無論何種數(shù)字式實(shí)時(shí)分析儀都是以FFT分析為核心兒組成的，實(shí)時(shí)分析儀特別適合測量復(fù)雜的信號，可以分析常規(guī)方法不易分辨、間距很近的共振尖峰信號。4.1.4 磁帶記錄儀在現(xiàn)場噪聲測量中，如果沒有頻譜儀，可以用磁帶記錄儀。磁帶記錄儀是噪聲測量中常用的設(shè)備，通過對噪聲信號的記錄，特別是復(fù)雜的或瞬間發(fā)生的沖擊噪聲或間歇噪聲，以便在實(shí)驗(yàn)室用適當(dāng)儀器進(jìn)行頻率分析和處理；對一些有價(jià)值的信號，還可以長期保存下來。記錄所用的

48、磁帶記錄儀必須是在需要的頻率范圍內(nèi)，具有較好的頻率響應(yīng)，較寬的動(dòng)態(tài)范圍和較大的信噪比。頻帶范圍與使用的磁帶有關(guān)，磁帶速度越小，高頻上限越低，頻帶范圍越窄。反之，磁帶速度越大，高頻上限越高，頻帶范圍越寬。頻率響應(yīng)越好，信噪比越大越好。常用的磁帶記錄儀有模擬式和數(shù)字式兩類。（1）模擬式磁帶記錄儀按記錄工作原理，常用的有直接記錄式和調(diào)頻記錄式。直接記錄式 輸入信號經(jīng)記錄放大后，不做波形變換而原樣記錄在磁帶上，直接記錄式的優(yōu)點(diǎn)是儀器簡單、信息容量大、工作頻帶寬（50Hz1MHz）；其缺點(diǎn)是不易記錄52Hz以下的低頻信號，因?yàn)橹胤糯蓬^的感應(yīng)電動(dòng)勢具有微分作用，而具有積分特性的電路對低頻噪聲特別敏感，從而

49、導(dǎo)致儀器工作的幅頻特性增大，信噪比降低；記錄速度和磁頭的工作間隙則限制了記錄的高頻上限；此外，由于磁帶上磁層的不均勻、塵埃、損傷等，造成“信號跌落”而引起記錄誤差。故直接記錄式磁帶記錄儀一般用于要求不高的場合。調(diào)頻記錄式 輸入信號經(jīng)調(diào)頻器后，變?yōu)檎{(diào)頻波再進(jìn)行記錄，調(diào)頻波是幅值恒定的，但其頻率偏移正比于信號幅值的波；重放輸出后，調(diào)頻波經(jīng)檢頻器解調(diào)后，再經(jīng)低通濾波而獲得原記錄信號。調(diào)頻記錄式磁帶記錄儀具有記錄精度高、對“信號跌落”不敏感、抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因此在測試信號的記錄中得到了廣泛的應(yīng)用，但其工作頻帶的上限受截波頻率的限制，一般工作頻帶為0100kHz，但對聲源而言已經(jīng)足夠了。（2）數(shù)字式磁

50、帶記錄儀數(shù)字式磁帶記錄儀可以做數(shù)據(jù)采集，也可做計(jì)算機(jī)的外存儲器使用。當(dāng)用于數(shù)據(jù)采集記錄時(shí)，需加A/D轉(zhuǎn)換器，以便將模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號進(jìn)行記錄；當(dāng)回放時(shí)，常加D/A轉(zhuǎn)換器，以便將數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為模擬信號進(jìn)行波形顯示。數(shù)字式磁帶記錄儀的優(yōu)點(diǎn)是準(zhǔn)確可靠，記錄精度基本不受帶速的影響，記錄、重放電子線路簡單，記錄的信息可直接送入電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。4.1.5 聲強(qiáng)計(jì)長期以來，對噪聲的測量都是測量噪聲的聲壓級或聲級，或通過聲壓級測量間接地得到聲功率級這種測量的最大缺點(diǎn)是測量本身及測量結(jié)果受測量環(huán)境的影響和限制。聲強(qiáng)計(jì)應(yīng)用相應(yīng)的聲強(qiáng)探頭和配套儀器設(shè)備，解決了這些問題，是噪聲測量分析另辟蹊徑。聲強(qiáng)計(jì)由兩只傳

51、聲器獲取聲信號，聲信號經(jīng)前置放大、A/D轉(zhuǎn)換及濾波器濾波后，相加得到平均聲壓，相減并積分得到媒質(zhì)質(zhì)點(diǎn)速度，再將兩者相乘并對時(shí)間求平均即得到聲強(qiáng)，即： （4-1）式中，、A、B兩點(diǎn)處的瞬時(shí)聲壓； 測量方向上A、B兩點(diǎn)間的距離；媒質(zhì)密度。前置放大器濾波器A/D +聲強(qiáng)探頭 + 平均電路A/D前置放大器濾波器 - +a+濾波器聲強(qiáng)探頭+前置放大器A/D+濾波器- 前置放大器 A/D 平均電路b圖4.5 聲強(qiáng)計(jì)工作原理框圖a模擬式聲強(qiáng)計(jì) b數(shù)字式聲強(qiáng)計(jì)圖4.5為聲強(qiáng)計(jì)工作原理框圖。將聲強(qiáng)計(jì)和一套數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組合成聲強(qiáng)測量系統(tǒng)來測量聲強(qiáng)，可以求得聲源的聲壓級、聲功率計(jì)，并能較容易地定位噪聲源。4.1.6

52、 數(shù)據(jù)自動(dòng)采集和信號分析系統(tǒng)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)自動(dòng)采集和信號分析系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、記錄、處理、顯示、分析、拷貝等動(dòng)靜態(tài)測試過程的一體化處理，能夠完成振動(dòng)、噪聲、應(yīng)力、應(yīng)變、溫度、壓力等物理量的測試分析，實(shí)現(xiàn)磁帶記錄、示波顯示、波形和頻譜分析、瞬態(tài)記錄分析、信號處理、模態(tài)分析、故障診斷、噪聲分析、數(shù)字濾波等多種儀器功能，而且速度快、效率高、精確度好。4.2 電力機(jī)車司機(jī)室噪聲測試分析4.2.1 隔聲量測試分析先對機(jī)車進(jìn)行靜態(tài)測試，首先是對HX型機(jī)車的入口門、走廊門、側(cè)窗、前窗的隔聲量測試，表4.1所示為靜態(tài)測試實(shí)驗(yàn)中各測點(diǎn)的平均隔聲量。表4.1 靜態(tài)試驗(yàn)時(shí)各測點(diǎn)的平均隔聲

53、量測點(diǎn)位置測點(diǎn)距司機(jī)室地板上表面的高度分析說明0.3150.51入口門404650隔聲量在敏感頻率段較低，由于內(nèi)面板穿孔致，改為無孔板可以大大降低此部分隔聲量。走廊門3940-4338800Hz對應(yīng)36dB，波動(dòng)劇烈，說明該處的密封差，隔聲不好，需提高隔聲量。側(cè)窗384248800Hz對應(yīng)44dB，波動(dòng)劇烈，說明該處隔聲量差，密封部分和下不開口處有漏聲，需加強(qiáng)該部分設(shè)計(jì)。前窗424145250Hz對應(yīng)37dB，800Hz對應(yīng)38dB，波動(dòng)劇烈，該處窗有共振現(xiàn)象，須設(shè)法避免此現(xiàn)象發(fā)生。4.2.2 噪聲源測試分析（1）測點(diǎn)布置一般現(xiàn)場測量，聲源多，空間大小有一定限度，為了減小其它聲源聲輻射的影響，

54、應(yīng)將傳聲器盡量靠近地放置在被測噪聲源的噪聲輻射面上，以使測出的噪聲中被測噪聲源的直達(dá)聲占主要部分，而讓其它噪聲源及反射聲的影響最小，即采用近場測量法。總之，由于現(xiàn)場條件比較復(fù)雜，當(dāng)反射聲和本底噪聲較強(qiáng)時(shí)，測點(diǎn)需離被測聲源近一些；當(dāng)環(huán)境條件允許時(shí)，可離得遠(yuǎn)一些?，F(xiàn)場測量時(shí)，測點(diǎn)的選擇可按以下原則為進(jìn)行：對外形尺寸小于0.3m的機(jī)器，測點(diǎn)距其外表面輪廓0.3m；對外形尺寸介于0.31m的中型機(jī)器，測點(diǎn)距其外表面輪廓0.5m；對外形輪廓大于1m的大型機(jī)器，測點(diǎn)距其外輪廓1m；對特大型或有危險(xiǎn)的設(shè)備，可根據(jù)具體情況，把測點(diǎn)選擇在較遠(yuǎn)位置。測點(diǎn)的數(shù)目，指向性聲源，可選取一個(gè)測點(diǎn)；但一般情況下，機(jī)器輻射噪

55、聲均有指向特性，因此，應(yīng)在機(jī)器周圍均勻的選取多個(gè)測點(diǎn)，一般不應(yīng)少于4個(gè)。測點(diǎn)的高度，應(yīng)以機(jī)器的一半高度為準(zhǔn)，或選擇在機(jī)器水平軸的高度，但距地面不得低于0.5m；測點(diǎn)應(yīng)遠(yuǎn)離其它設(shè)備或墻體等反射表面，距離一般不小于2m，測量時(shí)，傳聲器應(yīng)正對機(jī)器外表面，使聲波對傳聲器正向入射。如上所述，由于機(jī)械設(shè)備及聲場環(huán)境的影響，布置測點(diǎn)時(shí)應(yīng)綜合考慮。 對于電力機(jī)車駕駛室，由于它屬于三維封閉空間聲場，其中直達(dá)聲與各種反射聲形成的混響聲混雜一起，測點(diǎn)布置一般較為麻煩，根據(jù)表4.1所示，可將HX型電力機(jī)車駕駛室噪聲測量測點(diǎn)布置如下：在機(jī)車底架靠變壓器梁的輪軌處布置兩個(gè)測點(diǎn)，用于測試輪軌噪聲；機(jī)械間布置一個(gè)測點(diǎn)，用于測試機(jī)