汽車試驗學(xué)第六章

1、6 振動與噪聲測量6.1 振動測量6.1.1 振動測量的內(nèi)容和方法一、測量目的和內(nèi)容 機(jī)械振動在許多情況下是有害的，它影響機(jī)器、車輛的性能和壽命。振動產(chǎn)生噪音，危害人體健康，嚴(yán)重時產(chǎn)生共振，使零、部件失效甚至破壞而造成事故。因此對車輛、機(jī)器，應(yīng)將其振動量控制在允許范圍內(nèi)。在解決振動問題時，除了進(jìn)行理論上的分析計算外，進(jìn)行直接測量和試驗具有重要意義。1. 振動測量的目的 檢查機(jī)器運轉(zhuǎn)時振動特性，檢驗產(chǎn)品質(zhì)量，為設(shè)計零、部件提供依據(jù)。 分析查明產(chǎn)生振動原因，尋找根源，為減振和隔振措施提供材料。 考核機(jī)器設(shè)備承受振動和沖擊的能力，對系統(tǒng)動態(tài)特性進(jìn)行測量； 監(jiān)視連續(xù)運轉(zhuǎn)機(jī)器，在大型機(jī)器上，安裝永久性拾

2、振器，可及時發(fā)現(xiàn)機(jī)器運轉(zhuǎn)異常情況，以避免重大事故。2. 振動測量內(nèi)容 振動量測量：通常所測振動量為振動體一點(或幾點)的位移、速度、加速度和激振力。 測量內(nèi)容有幅值(峰值、均方根值)、時間域特性(振動時間歷程、頻率、相位)和頻域特性(富里葉頻譜)。 對隨機(jī)振動，則測量幅值要作概率密度、測量時域特性要測自相關(guān)和互相關(guān)函數(shù)，頻域特性要測自功率譜，互譜等。 振動系統(tǒng)特性參數(shù)測量：系統(tǒng)特性有剛度、阻尼和固有頻率。決定于系統(tǒng)本身特性和激振力的相應(yīng)有振型、系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)特性等。二. 振動測量方法 振動與沖擊的測量方法，按其測量的力學(xué)原理，可分為： 相對測量法：選取空間的某一固定點或運動點作為參考坐標(biāo)點，利用

3、振動體對參考點的相對運動，直接測量振動量的大小或記錄時間歷程。 慣性測量法：利用振動體對慣性質(zhì)量系統(tǒng)激振所產(chǎn)生的響應(yīng)，測得振動量或記錄時間歷程。 按振動量的轉(zhuǎn)換方式可分為： 電測法：將被測量用傳感器轉(zhuǎn)換成電量或電參數(shù)，然后用電子測量儀器進(jìn)行測量。它的優(yōu)點是靈敏度高，頻率范圍和動態(tài)線性寬，便于分析和遠(yuǎn)距離測量，是目前廣泛采用的方法。缺點是易受電磁場干擾。 光學(xué)測量法：利用光杠桿原理，激光多普勒效應(yīng)等進(jìn)行測量，它的特點是不受電磁場干擾，測量精度高，適用于質(zhì)量小及不易安裝傳感器的構(gòu)件作非接觸測量，在精密測量和儀器標(biāo)定中用得較多。 機(jī)械測量法：利用杠桿原理，將振動量放大后直接記錄下來，優(yōu)點是抗干擾能力

4、強(qiáng)，但測量頻率范圍和動態(tài)線性范圍窄，主要用于低頻大振幅及扭振測量。6.1.2. 慣性測量法： 測量系統(tǒng)的傳感器是由慣性質(zhì)量和彈簧組成的單自由度振動系統(tǒng)。慣性質(zhì)量為m ，彈簧剛度為k ，阻尼為c ，測量時，傳感器固定在振動體上，殼體隨被測件而振動，質(zhì)量塊與殼體間產(chǎn)生相對運動和慣性力，再經(jīng)機(jī)電轉(zhuǎn)換為電信號。 設(shè)基礎(chǔ)運動為x(t)，質(zhì)量塊的絕對運動為y，則xCKxKyyCym )()(txtyzxmKzzCzm txtxsin)(0txmKzzCzmsin02 )sin(0tzz222020)2()1 (xz212 arctg由上式可以看出：當(dāng)頻率比和阻尼比不同時，傳感器所反應(yīng)的振動情況也不一樣。

5、其中：其穩(wěn)態(tài)解為：設(shè)被測物體作簡諧振動：代入上式得令相對運動a). 振幅計由幅頻特性圖可看出：當(dāng)1，即/ n1，1時，A()d1，幅值誤差較小。因此，當(dāng)1，即/ n1，1時，用于測量位移。此時傳感器的固有頻率n應(yīng)盡可能小，以獲得較寬的可測頻帶，但受彈簧的強(qiáng)度和慣性塊的尺寸重量的影響， n不能太小。 22220021xzAd 加速度計 22220200211naxzazA由幅頻特性圖可看出：當(dāng)1，即/ n 1，1時，A()a1，幅值誤差較小。因此，當(dāng) 1，即/ n 1，1時，A()v1，幅值誤差較小。因此，當(dāng) 1，即/ n 1，1時，用于測量速度。此時傳感器的阻尼比應(yīng)盡可能大，以獲得較寬的可測頻

6、帶，但相頻特性的線性越差。6.1.3. 振動電測法用電測法測振動的測量原理如圖。測振動加速度應(yīng)變式：測振動位移電感式：測振動位移電容式：參數(shù)型測振動加速度和力壓電式：測振動速度磁電式：發(fā)電型 為了獲得高的測量精度，在不同頻率，測量的振動量應(yīng)加以選擇，通常在低頻時應(yīng)測位移，在中頻時應(yīng)測速度，在高頻時應(yīng)測加速度。這是因為測量儀器的測量動態(tài)范圍是一定的，為獲得大信噪比應(yīng)測量較大的信號值。例如，在頻率很高時的位移極小，而加速度值很大，測量加速度可獲得高精度。而在低頻時，加速度很小，位移大，測量位移可得高精度。 當(dāng)測量復(fù)雜的周期振動、沖擊和隨機(jī)振動時，要求對振動量作各種統(tǒng)計特性分析，在測量系統(tǒng)中應(yīng)設(shè)有分

7、析儀器。這類分析儀有幅值概率分析儀、頻譜分析儀等。6.1.4. 振動沖擊測量 一. 周期振動測量 周期振動的振動量有：位移、速度、加速度和力。測量參數(shù)有幅值、頻率、相位、時間歷程和頻譜。簡諧振動時最簡單的周期振動。 )sin( tAx)2sin(tAx )sin(2tAx AAA2,位移、速度、加速的地最大值分別為加速度速度位移 振動量的幅值是表示周期振動的重要參數(shù)。振動量幅值得表示有五種。名 稱 幅 值 峰值 的最大值 峰峰值 的最大值和最小值之差 絕對平均值 均方值 均方根值 (有效值) fx)(txffxxmxrmsx)(txdttxTT0)(1TdttxT02)(1TdttxT02)(

8、1 振動頻率也是表征周期振動的重要參數(shù)，可以用頻率計和示波器利薩如圖形測量。振動相位是表征周期振動的第三個參數(shù)，可以用相位計、示波器測得。 為了了解振動的波形，必須測量時間歷程，同時從時間歷程上波形與時標(biāo)的對比可確定振動頻率。通過波形對比可確定相位值。為了解振動幅值，通常用峰峰值。 為了了解振動能量一般用有效值。 對復(fù)雜的周期運動，除了測其幅值外，還要測量每個頻率成分的幅值，即頻譜。根據(jù)任何周期函數(shù)可用富里葉級數(shù)展開為諸簡諧函數(shù)之和的原因，分析出各諧波成分。)()(nTtxtx10)2sin2cos()(kkkTktbTktaatx220)(1TTdttxTadtTkttxTaTTk222co

9、s)(1dtTkttxTbTTk222sin)(1這種時變函數(shù)具有基波的整倍數(shù)的波形，可以用富里葉級數(shù)展開：復(fù)雜周期振動的時間歷程用周期性時變函數(shù)表示為： 二. 沖擊測量 沖擊是一種確定性的非周期振動。沖擊的激振函數(shù)是突然變化的非周期振動量。如力、加速度、速度、位移。對沖擊的測量主要是沖擊峰值、波形、持續(xù)時間、沖擊富里葉譜及沖擊響應(yīng)等。沖擊信號，由于周期為，可由富里葉級數(shù)推廣到富里葉積分，從而求得連續(xù)頻譜。 dttBdttAtx)sin()(21cos)(21)(dtttxA)cos()()(dtttxB)sin()()(其中三. 隨機(jī)振動測量 隨機(jī)振動是不確定的振動，它的特點是以統(tǒng)計特性來表

10、征的，主要測量均方值或均方根值，同時也觀察其瞬時加速度峰值的最大值、幅值、分布概率密度、相關(guān)函數(shù)、互相關(guān)函數(shù)、自功率譜和互譜。 設(shè)隨機(jī)振動是平穩(wěn)的各態(tài)歷經(jīng)的，則可用單個樣本記錄的時間平均來確定其特性。均值：樣本時間歷程記錄x(t) 的時間平均值。TTdttxTx0)(1limdttxTTTx022)(1lim均方值：樣本時間歷程平方根取時間平均均方根值：是均方根的正平方根(RMS)方差：是x(t) 與均值的差，取時間均方值。TxTxdtmtxT0222)(1limdttxtxTRTTx)()(1)(0lim)(xRx)0(2xxRx自相關(guān)函數(shù)：標(biāo)準(zhǔn)差：是方差的正平方根( ) deRfSfjxx

11、2 dfefSRfjxx2dttytxTRTTxy0)()(1)(lim deRfSfjxyxy2 dfefSRfjxyxy2互功率譜密度函數(shù)互相關(guān)函數(shù)自功率譜密度函數(shù)6.2 噪聲測量及其應(yīng)用6.2.1 噪聲分類 次聲 指低于人們聽覺范圍的聲波， 頻率 20 Hz 可聽聲 人耳可以聽到的聲音， 頻率為20 Hz20 kHz 超聲 是頻率超過人耳聽覺范圍極限的高 頻波，頻率為20 kHz300MHz 特超聲 指頻率高于超聲上限的超高頻波 聲波可分為根據(jù)頻率高低 噪聲是一種不悅耳、擾亂聽覺、破壞安靜的聲音，它是由許多頻率和相位不同的復(fù)雜聲波雜亂組合而成。車輛和機(jī)器噪聲是由各種振動源產(chǎn)生的。噪聲類型

12、很多，在工業(yè)與交通運輸方面，主要有以下三種： 空氣動力性噪聲：由氣體振動而產(chǎn)生，當(dāng)氣體中有了渦流或壓力發(fā)生突變時，空氣擾動，發(fā)生噪聲，如鼓風(fēng)機(jī)、噴氣機(jī)和內(nèi)燃機(jī)排氣等。 機(jī)械性噪聲：由固體振動而產(chǎn)生，在撞擊，摩擦，交變應(yīng)力作用下，因機(jī)器的零件發(fā)生振動沖擊，產(chǎn)生噪聲，如汽車變速齒輪箱和制動器等。 電磁性噪聲：由于高頻交變磁場相互作用，產(chǎn)生周期性的交變力，引起電磁振動而產(chǎn)生，如電動機(jī)、發(fā)電機(jī)和變壓器等。6.2.2 噪聲的物理量度和主觀評價 一、噪聲的物理度量 不論何種噪聲，都是振動能量在彈性介質(zhì)中的傳播，它是聲波的一種，因此具有聲波的一切物理特性。噪聲的物理度量用聲壓級、聲強(qiáng)級、聲功率級來表示其強(qiáng)弱

13、，用占有的頻率成分和頻譜來表示其高低。 1. 聲壓和聲壓級聲壓：聲波在空氣傳播造成空氣壓縮，使氣壓變化，聲波作用于空間某點的壓強(qiáng)與大氣壓強(qiáng)(即壓力)之差稱聲壓(p)，聲壓單位為帕(Pa)。人耳可聽到的聲音頻率范圍為：20 Hz20 kHz人耳可聽到的聲音聲壓范圍為：210-5 Pa20 Pa把pr=210-5 Pa稱為聽閾聲壓，并作為參考聲壓，即正常人耳剛剛能聽出的1000Hz聲音的聲壓。20 Pa稱為痛閾聲壓。人耳能聽到的聲壓變化幅度有106倍，這樣大的范圍很難用一個線性尺度來度量。因此采用聲音的聲壓級表示，即將聲音的聲壓和參考聲壓的比值的常用對數(shù)的20倍表示，用分貝作單位。rpppL10l

14、og20)(dB因此，人耳的聽閾聲壓級為0分貝，痛閾聲壓級為120分貝。這樣就把相差106倍的聲壓，簡化為相差120分貝。2. 聲強(qiáng)和聲強(qiáng)級聲音具有一定的能量，在聲場中，垂直于聲波傳插方向上，單位時間內(nèi)通過單位面積的能量叫作聲強(qiáng)，用符號2/smWtAEI 212/110smW)(log1010dBIILrI2/smW聲強(qiáng)級就是實際聲強(qiáng)與參考聲強(qiáng)比值得常用對數(shù)的10倍,以分貝為單位，即。同樣用聲強(qiáng)級來描述聲波的強(qiáng)度。范圍約為人耳聽覺所能感受的聲波不但有一定的頻率范圍，而且也有一定的聲強(qiáng)范圍。聲強(qiáng)不夠，聽覺就感受不到，聲強(qiáng)太大，聽覺就會受到損害。正常人聽覺能感受的聲強(qiáng)，即I表示，單位為3. 聲功率

15、與聲功率級 聲源在單位時間內(nèi)發(fā)出的總聲能稱為聲功率。它的變化范圍也很寬，例如，輕聲耳語的聲功率僅為10-9W ，而土星火箭的聲功率可達(dá)3107W。與聲壓、聲強(qiáng)一樣都以級來表示。聲功率級就是聲功率W與參考聲功率Wr比值常用對數(shù)的10倍，也以分貝為單位。)(log1010dBWWLrw 4. 頻帶聲壓級與聲壓譜級 聲音的高低主要與頻率有關(guān)，而噪聲可能包含復(fù)雜的頻率結(jié)構(gòu)。因此，對于工程噪聲的測量，僅僅測得總聲壓級是不能達(dá)到防治噪聲和控制噪聲的目的。而是要弄清噪聲含有哪些頻率成分，分布在哪些頻帶上，即要對噪聲作頻譜分析。這種分析一般是按一定頻帶寬進(jìn)行的，即分析各頻帶寬度所對應(yīng)的聲壓級。在某一頻帶寬內(nèi)，

16、噪聲的聲壓級稱頻帶聲壓級。因此，用頻帶聲壓級對噪聲進(jìn)行分析時，除了注明聲壓值外，還需注明頻帶寬度。在噪聲測量中，常用的頻帶寬是倍頻程帶寬和1/3倍頻程帶寬。在尋找噪聲源時，需要在更窄的頻帶寬度上進(jìn)行分析。通常采用恒定帶寬。為了比較不同的頻帶聲壓級，若噪聲在所考慮的頻率范圍內(nèi)是連續(xù)頻譜的噪聲，則可采用聲壓譜級。噪聲的聲壓譜級是指噪聲在某一中心頻率上，所對應(yīng)帶寬B的平均聲壓級。聲壓譜級Lps可以通過下式計算求得：BLLpBps10log10式中 LpB某中心頻率上，帶寬為B的頻帶聲壓級； B頻帶寬度。二、噪聲的主觀評價 上述噪聲的物理度量，實際上是用聲壓級、聲強(qiáng)級、聲功率級和聲壓譜級等基本物理參數(shù)

17、，對噪聲進(jìn)行評價。 因人耳聽到的聲音不僅與聲壓、聲功率有關(guān)，還與聲音的頻率有關(guān)。聲壓級相同而頻率不同的聲音，聽起來并不完全一樣響。低于20Hz的次聲和高于20000Hz的超聲，不管其聲壓有多高，人耳都聽不見。即使是在音頻范圍內(nèi)，人耳對高頻聲音的響應(yīng)比對低頻聲音的響應(yīng)靈敏。另外，兩聲壓級不同、頻率也不同的聲音，有時聽起來倒是一樣響的。這是因為人的聽覺是以耳朵作為傳感器，由腦神經(jīng)作最后評價。耳是非線性器官，它把接收到的聲壓與該聲壓的頻率結(jié)合起來，綜合評價聲音的高低與強(qiáng)弱。這就引出了噪聲的主觀評價。1. 響度級響度級的單位是方(Phon)。它是以國際會議決定的1000Hz的純音為基準(zhǔn)定義的，即如果有

18、一個噪聲聽起來同該純音一樣響，則純音的聲壓級(dB值)就是該噪聲的響度級(方值)。例如，某鼓風(fēng)機(jī)的噪聲聽起來和聲壓級為80dB、頻率為1000Hz的基準(zhǔn)音一樣響，則鼓風(fēng)機(jī)噪聲的響度級為80Phon。響度級是表示聲音的響度的主觀量，它把聲壓級和頻率用一個單位統(tǒng)一起來。它既考慮了聲音的物理效應(yīng)，又考慮了人的聽覺的生理效應(yīng)，它是人對噪聲主觀評價的一個基本量。2. 響度聲音的響度級只能告訴人們這個噪聲與聲壓級等于多少的1000Hz純音一樣響，并不能說明兩個噪聲之間的強(qiáng)弱程度。反映人耳能感受聲音強(qiáng)弱程度的聲學(xué)量是響度，它的單位是宋(Sone)。人們定義一個頻率為1000Hz的純音，其聲壓級比聽閥聲壓級大

19、40dB的聲音的響度為1Sone(即1000Hz的純音其聲壓級為40dB時的響度為1Sone)。對其它頻率的純聲來說,其響度級為40Phon時，響度為l Sone。并再規(guī)定，在響度級40Phon的基礎(chǔ)上，響度級每增加10Phon，相當(dāng)于響度增加一倍，即響度值增加一倍。這樣40Phon為1Sone，50Phon為2Sone，60Phon為4Sone，70Phon為8Sone，并以此類推。響度和響度級都是人們通過純音對噪聲的主觀反應(yīng)。兩者之間的換算關(guān)系如下： 2 . 103. 0log10NLN40log3 .3310NLN式中 N一一響度(Sone) LN一一響度級(Phon)。響度與響度級之間

20、的關(guān)系可用右圖表示。 或3等響曲線把不同頻率和不同聲壓級的 其 它 純 音 與 頻 率 為1000Hz聲壓級為40dB的基準(zhǔn)純音相比較可以得到可聞頻率范圍內(nèi)的純音的響度級與頻率、聲壓級的關(guān)系曲線,即等響度曲線，如圖9-4所示。純音等響曲線族中的每條曲線都相當(dāng)于頻率和聲壓級不同而響度級相同的聲音。曲線的變化起伏反映了人耳對各種頻率的聲音的敏感程度。從等響度曲線可以看出：(1) 最底下的一條用虛線表示的是聽閥曲線，對應(yīng)于各種頻率的純音的聽閥聲壓級，表示響度級為零的聲音。例如，4000Hz的聲音，其聲壓級為4dB時人耳就能聽到，即4000Hz的聽閥聲壓級為4dB。100Hz聲音的聽閥聲壓級為25dB

21、。(2) 人耳聽覺最敏感的聲音頻率范圍為20005000Hz，而對低頻聲音反應(yīng)較遲鈍。例如要達(dá)到同樣響度級為60Phon，這時，30004000Hz純音的聲壓級只要52dB，而1000Hz純音的聲壓級要60dB，100Hz的純音的聲壓級需67dB，30Hz的純音的聲壓級要高達(dá)87dB。(3) 對聲壓級和頻率級都低的聲音來說，其聲壓級相同而它的響度級差別很大。如聲壓級都為40dB，人耳根本聽不到頻率為40Hz的低頻聲，它在零響度級以下；頻率為80Hz的低音，其響度級等于20Phon，頻率為600Hz的中音，其響度級為42Phon。(4) 當(dāng)頻率在500Hz以上時，聲壓級隨頻率起伏變化，等響曲線呈

22、現(xiàn)比較復(fù)雜的形狀，這說明發(fā)出同一響度級的聲音所需的聲壓級隨頻率不一樣。如50Phon響度級的聲音，500Hz純音時，聲壓級為46dB；1000Hz純音時，聲壓級為49dB，2000Hz純音時，聲壓級為46dB；4000Hz純音時，聲壓級為43dB；6000Hz純音時，聲壓級為50dB等。(5) 等響度曲線隨頻率變化的趨勢都有點相似，因此，在同一頻率上，響度級隨著聲壓級的增加而提高。4.寬帶噪聲人對純音的評價可通過測定純音的聲壓級和頻率，并根據(jù)等響度曲線來確定它的響度級，再根據(jù)響度級與響度的關(guān)系確定它的響度。但是，人們?nèi)粘９ぷ骱蜕钪兴牭降脑肼暿菍拵曇?，對它的評價就復(fù)雜得多。 為了簡便地來評

23、價噪聲，人們從等響度曲線出發(fā)，采用某種頻率計權(quán)網(wǎng)絡(luò)對不同頻率的聲音信號進(jìn)行不同程度的衰減，使儀器的讀數(shù)能近似地合乎人耳對聲音的響應(yīng)。常用的三種頻率加權(quán)特性，如右圖所示。 A網(wǎng)絡(luò)是模擬人耳對40Phon純音的響應(yīng)，其特點是中、低頻聲信號有較大的衰減。B網(wǎng)絡(luò)是模擬人耳對70Phon純音的響應(yīng)，其特點是對低頻段聲信號有一定的衰減。C網(wǎng)絡(luò)是模擬人耳對100Phoa純音的響應(yīng)，幾乎在整個聲頻范圍內(nèi)，特性曲線是平直的，它代表了聲頻范圍內(nèi)的總聲級。經(jīng)頻率計權(quán)網(wǎng)絡(luò)測得聲壓級，分別記為A聲級(LA),B聲級(LB),C聲級(LC)或dBA,dBB,dBC。如果要考察噪聲對人們的危害程度，除了取決于噪聲的強(qiáng)弱(聲

24、壓級)和高低(頻率)以外，還必須考慮噪聲作用的時間。噪聲強(qiáng)度愈大，頻率愈高，作用的時間愈長，對人的危害也就愈大。為了使人們少受噪聲的危害，提出了不少保護(hù)聽力、保障生活和工作環(huán)境安靜的噪聲標(biāo)準(zhǔn)。目前，大多數(shù)國家都采用國際標(biāo)準(zhǔn)組織(ISO)的噪聲評價方法，即用噪聲評價曲線同測得的噪聲頻譜進(jìn)行比較，以確定實際噪聲是否符合噪聲容許標(biāo)準(zhǔn)。下圖為噪聲評價曲線。其中每一條曲線對應(yīng)一定的噪聲評價數(shù)(NR)。RN考慮了噪聲強(qiáng)度和頻率這兩個因素。由該曲線可以看出，由于人耳對低頻聲的靈敏度低，所以低頻段允許有較大的聲壓級。應(yīng)用該評價曲線來評價噪聲時，若噪聲的倍頻程聲壓級，沒有超過容許評價數(shù)對應(yīng)的評價曲線，則被認(rèn)為符

25、合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。不少國家使用A聲級。A聲級與噪聲評價數(shù)之間可用下式進(jìn)行換算： dBLNRA5工業(yè)環(huán)境的噪聲標(biāo)準(zhǔn)，(ISO)規(guī)定每天工作八小時，噪聲評價數(shù)NR=80，用A聲級，則容許噪聲為85dB(A)；住宅區(qū)室外噪聲容許標(biāo)準(zhǔn)為3545dB（A），NR=3040；非住宅區(qū)室內(nèi)(辦公室、商店等)容許噪聲標(biāo)準(zhǔn)為35dB(A)，NR=30。6.2.3 噪聲計算中的分貝運算一、噪聲的綜合運算 如果在聲場中有兩個以上的聲源，其中任何一點所測得的聲壓級或聲功率，就不是單獨一個聲源的作用結(jié)果，而是受到每個聲源發(fā)出的壓力波的作用之和。但由于聲壓級、聲強(qiáng)級、聲功率級都是對數(shù)量，在聲場中求兩個以上聲源的噪聲疊加就不是它

26、們的聲壓級(聲強(qiáng)級或聲功率級)的代數(shù)和。而必須先求出各個聲壓級的反對數(shù)，再取它們的反對數(shù)和的對數(shù)，這才是多個聲源聲壓級的總和。這種運算稱為噪聲的綜合運算。例如聲場中有兩個聲源，它們發(fā)出的聲壓級分別為Lp1和Lp2 。即)(log1021101dBppLrp)(log1022102dBppLrp22212ppp222110log10rrptppppL210log10rpppL10210pLrpp由于總聲壓p為101010211010log10ppLLptL21pp )(3log102log1010log10102log102110101010101011dBppLrLLptpp,則有如果兩個聲源

27、的聲壓相等，即所以)(10log10101010log10110101010101021dBLniLLLLptpipnpp )(10log10101010log10110101010101021dBLniLLLLwtwiwnww 同理，n個不同聲功率級的噪聲的綜合有幾個不同聲壓級的噪聲的綜合，有從右圖中可以得到，兩個不等的噪聲源，其聲壓級相差6dB時，綜合后的聲壓級只比較大的噪聲源的聲壓級增加1dB。當(dāng)兩個聲源的聲壓級相差10dB以上時，綜合后的聲壓級幾乎等于原來較大的那個聲源的聲壓級。原來噪聲較小的那個聲源對綜合幾乎沒有影響。因此，在治理噪聲時，首先要從噪聲最大的那個聲源著手。二、噪聲的分離

28、運算 在有些場合，希望測量獨個聲源所產(chǎn)生的聲壓級。這在一般的情況是不可能直接測出的。因為在實際測量時，除了被測聲源發(fā)出的噪聲外，還會有其他聲源的噪聲存在。這些其他噪聲對被測噪聲 來說，我們稱它為背景噪聲或本底噪聲。背景噪聲會影響測量的準(zhǔn)確性。要得到單獨聲源的聲壓級，就必須從總噪聲中扣除背景噪聲的影響，才能把被測噪聲從總的噪聲中分離出來。這種噪聲運算稱為噪聲的分離運算。分離運算和綜合運算相類似。例如，要測量某一噪聲源的聲壓級，應(yīng)測出該噪聲源未發(fā)出噪聲時的背景噪聲的聲壓級Lpb和該噪聲源發(fā)出噪聲時的總噪聲的聲壓級Lpt。)(1010log10101010dBLpbptLLpd由曲線可知，如果總的噪

29、聲與背景噪聲之差大于10dB，則背景噪聲的影響可以忽略不計，當(dāng)總噪聲與背景噪聲之差小于3dB時，被測聲源最好能換到比較安靜的環(huán)境中去測量，或當(dāng)環(huán)境較安靜的時候再測，否則測量誤差就比較大。分離后的被測聲源的聲壓級為三、噪聲的平均運算在噪聲測量的某些場合往往要進(jìn)行噪聲的平均運算。例如，有時要求確定距噪聲源等距離上噪聲的平均聲壓級；有時希望計算單一位置多次連續(xù)測得的噪聲的平均聲壓級。噪聲的平均運算方法如下：設(shè)n次(或n個測點)所測得的聲源的聲壓級分別為 pnppLLL,21 niLLLLpipnpp1101010101010101021niLppinL11010_101log10n次測得的聲壓級的平

30、均值為（dB）并有在實際應(yīng)用中，當(dāng)逐點(或多次)測得的聲壓級的波動范圍在10dB以內(nèi)時，平均聲壓級有以下的近似計算公式。 dBLLpipi5min,max,nipipdBLnL1_)(1dBLLdBpipi105min,max,)(111_dBLnLnipip時,平均聲壓級可近似為(2)當(dāng)逐點測得的聲壓級的變化在5dB以上到10dB之間,即近似為算術(shù)平均值：時，平均聲壓級(1) 當(dāng)逐點(或多次)測得的聲壓級的變化在5dB或不足5dB時,也就是6.2.4 噪聲測量研究噪聲測量，目的是為了對噪聲進(jìn)行控制和利用。其任務(wù)大致有以下幾個方面: 研究噪聲測量，制定噪聲的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)和機(jī)器設(shè)備的噪聲允許標(biāo)準(zhǔn)。

31、根據(jù)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，對人的生存環(huán)境進(jìn)行噪聲監(jiān)測和衛(wèi)生評價，保護(hù)人的生理健康。，對機(jī)器設(shè)備按允許標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行噪聲測量，確定它們的客觀定量參數(shù)，評價機(jī)器設(shè)備的精度等級。 用噪聲測量來尋找、確定環(huán)境和機(jī)器設(shè)備中的噪聲源(振源)，根據(jù)測量結(jié)果進(jìn)行控制或排除障礙。 噪聲的工程應(yīng)用，如利用聲激勵測量材料、涂料的聲學(xué)性能、驅(qū)趕昆蟲和害鳥、誘捕魚類等。一、噪聲測量儀器噪聲是由于彈性介質(zhì)的振動而引起的。對于某一振源來說，產(chǎn)生的噪聲與振動的性質(zhì)是一致的，因此，用來測量振動的儀器，只要更換一下傳感器就能用于噪聲測量和分析。1.傳聲器傳聲器是將聲能換成電能的聲電換能器,也就是將聲波信號轉(zhuǎn)換成電信號的傳感器。在精密測量中,使用最

32、廣的傳感器是電容傳聲器,它具有靈敏度變化小、時間穩(wěn)定性好、頻率響應(yīng)特性平直等優(yōu)點。其工作原理如圖所示。電容傳聲器主要是由繃緊的金屬膜片和背極板組成。通常膜片的厚度在0.00250.05mm之間，膜片與背極兩者之間在電氣上相互絕緣。膜片與背極之間保持一定距離,組成電容器的兩電極。當(dāng)膜片受到聲壓作用時,膜片在平衡位置隨聲壓變化,使電極間的距離也隨之變化,即電容量隨之變化。背極上有許多小孔,膜片運動時,氣流通過這些小孔產(chǎn)生阻尼效應(yīng),以減小膜片的共振幅度。膜片所受阻尼,由這些小孔的孔徑大小決定。在殼體上有一個小孔,該孔是用來平衡膜片兩側(cè)的靜壓力,從而保證膜片的外側(cè)僅受到聲壓的作用,即只有動態(tài)作用。將傳

33、感器的膜片、背極、一個電值電阻R與極化電壓串接。當(dāng)膜片處于平衡位置時,相當(dāng)于阻抗無窮大,R中無電流流過,輸出電壓為零。當(dāng)聲波作用在膜片上時,膜片和背極之間的距離隨聲波變化,使電容量變化,則有交變電流流過R，產(chǎn)生交變輸出電壓。由于電容傳聲器的輸出阻抗很高,需經(jīng)阻抗變換器轉(zhuǎn)換成低阻抗輸出，然后才能接到測量放大器。2. 聲級計聲級計是測量噪聲的主要儀器,目前常用的有普通聲級計、精密聲級計和脈沖的精密聲級計。 普通聲級計是聲級計中最簡單的一種,如國產(chǎn)的ND12、ND-10型,美國產(chǎn)的GR1551-C型；日本產(chǎn)的NA-09型；丹麥產(chǎn)的BK2205、2206、2208型等，它們的規(guī)格一般均符合國際電工委員

34、會IEC/123(1961)文件的規(guī)定。普通聲級計對所用傳聲器的要求不高,其動態(tài)范圍和頻率響應(yīng)平直范圍較窄,一般不與帶通濾波器連用。通?？梢杂脕頊y總聲壓級、噪聲級，主要用于測量精度要求不高的場合。 精密聲級計如國產(chǎn)的ND2、ND1型；日本產(chǎn)的NA-56型；美國產(chǎn)的GL1933型；丹麥產(chǎn)的BK2203型等，它們的規(guī)格符合IEC/179(1965)文件規(guī)定。精密聲級計測量部分采用電容傳聲器，并常與帶通濾波器連用。它可以用來測量與分析環(huán)境、機(jī)器、車輛、電動車等噪聲；也可以用來測量與分析隔音系數(shù)和音像設(shè)備效果，進(jìn)行聽力校準(zhǔn)等。因此,它在環(huán)境保護(hù)、建筑、機(jī)械制造、電聲等方面獲得了廣泛的應(yīng)用。如果把電容傳

35、聲器換用加速度計，并用積分器，該聲級計就組成了便攜帶式振動測量和分析系統(tǒng)，可較方便地測量振動加速度、速度和位移。當(dāng)它接入帶通濾波器組后，系統(tǒng)可用來進(jìn)行振動或噪聲的頻譜分析。聲級計的工作原理是由電容傳聲器將被測噪聲轉(zhuǎn)換成電信號，由前置放大器進(jìn)行阻抗變換，使傳聲器與衰減器相匹配。再由放大器將輸出信號加到頻率計權(quán)網(wǎng)絡(luò)(或倍頻程濾波器)上，對信號進(jìn)行計權(quán)(或濾波)；然后再經(jīng)兩級衰減放大器，將信號放大到一定幅度，送到均方根檢波器。在指示表頭上得到的是噪聲聲級數(shù)(或噪聲頻帶聲級計)。衰減器使得聲級計具有較寬的測量范圍，每檔衰減10dB。使用時必須借助衰減器與表頭指針的偏轉(zhuǎn)相配合,才能覆蓋被測聲級的整個變化

36、范圍。在測量小信號時,衰減量要適當(dāng)減?。划?dāng)測量大信號時,衰減量要適當(dāng)增大。 聲級計設(shè)有評價噪聲的三種頻率計權(quán)網(wǎng)絡(luò)“A”，“B”，“C”。前面已經(jīng)談到C計權(quán)網(wǎng)絡(luò)是模擬人耳對100Phon純音的響應(yīng)而設(shè)計的，由于在高聲級時，人耳對所有頻率的響應(yīng)接近相等，所以在高聲級(85dB以上)應(yīng)采用C計權(quán)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行聲級測量,其結(jié)構(gòu)接近于對純音的響應(yīng)。同時由于C計權(quán)網(wǎng)絡(luò)在整個可聽頻率范圍內(nèi)具有較平直的響應(yīng)特性，頻帶很寬，因此使用C計權(quán)網(wǎng)絡(luò)時，讀數(shù)可代表實際噪聲的物理評價，即物理聲壓級。在高聲級(85dB以上)的讀數(shù)也可以代表人耳對高聲噪聲的評價。當(dāng)用來測量總聲壓級時，讀數(shù)代表可聽頻率范圍內(nèi)噪聲的物理評價。另外，當(dāng)

37、聲級計向分析儀器提供信號時，也應(yīng)當(dāng)使用C計權(quán)網(wǎng)絡(luò)。B計權(quán)網(wǎng)絡(luò)是模擬人耳對70Phon純音的響應(yīng)設(shè)計的,因此,它用在中等聲級(5585dB)的測量中。A計權(quán)網(wǎng)絡(luò)是模擬人耳對40phon純音的響應(yīng)設(shè)計的,因此,它使用于低聲級（55dB以下）的測量。由于A計權(quán)網(wǎng)絡(luò)使得聲學(xué)測量儀器對高頻敏感，對低頻不敏感，這正與人耳對噪聲的響應(yīng)相一致,所以人們常采用A計權(quán)網(wǎng)絡(luò)所測得的聲級代表噪聲的大小，把它作為人生存環(huán)境(住宅、工礦企業(yè)等)噪聲大小的依據(jù)。同時記下B、C檔的聲級讀數(shù)作為參考。在進(jìn)行頻譜分析時,可用C計權(quán)網(wǎng)絡(luò)或不用計權(quán)網(wǎng)絡(luò)，以免使某些頻率的噪聲受到衰減而影響對噪聲源的分析。二、噪聲測量條件與要求1. 測

38、量條件 對電流、風(fēng)、氣流等方面的要求，使用聲級計進(jìn)行測量時，如果電源電壓不穩(wěn)或達(dá)不到額定數(shù)值，則會降低聲級計的靈敏度，而且性能不穩(wěn)，這將影響測量的正確性，所以應(yīng)當(dāng)使用良好的穩(wěn)壓電源。使用干電池時，應(yīng)先檢查電壓是否符合要求。電池電壓不夠時，應(yīng)更換新電池。在野外進(jìn)行測量時，最好選擇在無風(fēng)的天氣里進(jìn)行。風(fēng)速超過4級以上時,可以在傳聲器上戴上防風(fēng)罩、或包上一層綢布，消除風(fēng)噪聲的影響。在空氣動力設(shè)備排氣口進(jìn)行測量時，一定要披上防風(fēng)鼻錐。傳聲器放到管道壁口測量時，也應(yīng)包上紗布或綢布。 減少或消除傳聲器和噪聲源附近的反射物，當(dāng)傳聲器或噪聲源附近有比較大的聲反射物時，測量結(jié)果將產(chǎn)生比較大的誤差。特別是測量機(jī)器

39、噪聲時，必須盡量減少或者清除周圍的反射物。在不能排除聲反射物的場合，應(yīng)當(dāng)把傳聲器放在噪聲源和反射物之間的適當(dāng)位置上，而且盡量遠(yuǎn)離聲反射物，例如高墻壁或地面的距離不要太近。2. 測點的選擇 傳聲器放置的地點不同，即使對同一個噪聲源，其測得的結(jié)果也不相同。為了便于比較，必須標(biāo)明傳聲器與噪聲源之間的距離。根據(jù)測量的目的要求、被測對象等,可以按以下幾個原則選擇測量點： 如果從勞動保護(hù)出發(fā)，去研究噪聲對操作者的健康影響，則可以把測點選擇在職工經(jīng)常所在的工作位置上，以人耳的高度為準(zhǔn)，選擇幾個測點(不少于5點)。記錄測量結(jié)果時，應(yīng)畫出測點與噪聲源的分布示意圖，并注明各測點的噪聲級。 若要測量某機(jī)組(或機(jī)器)

40、的噪聲級和頻譜，目的供一般比較用，則傳聲器與機(jī)組（或機(jī)器）的距離應(yīng)參考該機(jī)組(或機(jī)器)的本身尺寸來確定。對于小型機(jī)器(尺寸不大于30cm)，測點距離機(jī)器表面30cm； 對于中型機(jī)器(尺寸在50cm以內(nèi))，測點距離機(jī)器表面50cm；對于大型機(jī)器(尺寸在100cm以內(nèi))，測點距離機(jī)器表面100cm；對于尺寸大于100cm的機(jī)器或有危險性的設(shè)備，可以選擇1.5m或更遠(yuǎn)的距離。由于現(xiàn)場條件很復(fù)雜，當(dāng)反射聲和環(huán)境噪聲比較強(qiáng)時，傳聲器離機(jī)器可以適當(dāng)近些，如噪聲源強(qiáng)度太大，則可以把測點選得遠(yuǎn)一些。 測點高度以機(jī)器半高度為準(zhǔn)，或選擇機(jī)器水平軸的平面，但要求至少離地面0.5m。 測量空氣動力設(shè)備的進(jìn)排氣噪聲時，

41、進(jìn)氣噪聲測點選在進(jìn)氣口軸線上與管口平面相距等于管口直徑的地方；排氣噪聲測點選在排氣口軸線45方向上,與管口外殼表面的距離等于管口直徑的地方。 如果想了解某臺設(shè)備對環(huán)境噪聲的干擾，即從環(huán)境保護(hù)角度測量噪聲，并作出衛(wèi)生評價，則可把測點選在需要了解的地點，或者選在距離噪聲源10、50、100、200、1000m或更遠(yuǎn)的地方。3.聲級計的握持方法和傳聲器的取向聲級計的握持方法和傳聲器的取向?qū)y量結(jié)果有很大的影響。在測量噪聲時，可以把聲級計握持在手中，或把聲級計固定在三腳架上。在一般的情況下，對于國產(chǎn)的普通聲級計和進(jìn)口的小型聲級計，都是握在手中使用。這時應(yīng)注意，傳聲器同操作者之間應(yīng)保持一個適當(dāng)?shù)木嚯x。一

42、般認(rèn)為傳聲器離開人體0.5m較適當(dāng)。距離太大,則測量時間長了操作者支持不了；距離太小，則人體就成了反射體，特別對于400500Hz的噪聲。(相應(yīng)的波長為8363cm，約等于人的腰圍長度)測量結(jié)果會產(chǎn)生較大的誤差。噪聲的入射方向，最好不要讓其垂直入射(0入射)到傳聲器的膜片上，而以掠入射(90或270入射)為妥。如果使用長電纜，則以垂直入射為佳。特別要注意到，對所有的測點，要有相同的入射方向。否則，即使在同一個測點上，也會由于傳聲器取向不一致，而產(chǎn)生測量誤差。三、聲壓及聲壓譜測量1.總聲壓級測量測量某處的總聲壓級時，應(yīng)采用寬帶測量。即在2020000Hz的聲譜范圍內(nèi)的噪聲，儀器都應(yīng)具有均勻的響應(yīng)

43、，根據(jù)有關(guān)測試條件和要求，可用聲級計或測量放大器(NF6)的“線性檔”進(jìn)行測量。這檔所測得的聲壓級就是總聲壓級。聲級計和測量放大器的C計權(quán)網(wǎng)絡(luò)在258000Hz的頻率范圍內(nèi)具有近似于平直的響應(yīng)，所以有時也往往把C計權(quán)網(wǎng)絡(luò)測得的結(jié)果，近似地看作總聲壓級。2. 噪聲級測量噪聲級就是經(jīng)過計權(quán)網(wǎng)絡(luò)測得聲壓級，它不是客觀量，而是反映人對噪聲的評價。因此，可按照有關(guān)測試條件和要求、根據(jù)測試對象、擬定測試草圖、采用聲壓級的計權(quán)網(wǎng)絡(luò)檔測量。測得的LA、LB 、LC都稱為噪聲級。其中LA值，即A聲級更能反映人對噪聲的響度感覺，作為工礦企業(yè)評定噪聲大小的依據(jù)。3.峰值聲壓級測量峰值指聲壓級的最大值，前兩項總聲壓級

44、和噪聲級都是指有效值。對于槍、炮聲等脈沖噪聲，測量值應(yīng)采用峰值指示。這種峰值聲壓級需要用脈沖聲級計(例如丹麥BK公司的2209型脈沖聲級計)的“線性”(或C計權(quán)網(wǎng)絡(luò))檔和“峰值保持”檔測量，所測得的是持續(xù)時間大于20s的脈沖的總的峰值。4. 頻譜聲壓級或聲壓譜級測量 (噪聲頻譜分析)頻帶聲壓級是存在于某一頻帶內(nèi)的聲音的聲壓級，可以用頻率分析儀對它進(jìn)行測量。頻率分析儀的性能由帶通濾波器決定。頻率分析儀主要是由放大器和帶通濾波器所組成的系統(tǒng)。四、聲功率測量聲功率是一個重要的物理量，它對研究噪聲及其影響具有重要的意義。在一定的狀態(tài)下，一個噪聲源的聲功率往往是不變的，它不象聲壓級那樣隨著距離的變化而改變。當(dāng)需要客觀地表示某個噪聲源的特性時，常常應(yīng)測定它的聲功率級。此外，聲功率級與聲壓級之間有確定的函數(shù)關(guān)系，所以若已知某聲源的聲功率級，就能推算出該聲源在各種環(huán)境中不同地點的聲壓級。聲功率不能直接進(jìn)行測量，需要在特定的條件下，通過測量聲壓級來計算出聲功率級。所謂“特定條件”,是指把聲源放在特定的聲