LMS聲學(xué)培訓(xùn)精講

1、LMS聲學(xué)培訓(xùn) -關(guān)于聲學(xué)的一些基本概念 加速噪聲法規(guī) -ECE R51方法B介紹 主要內(nèi)容 ? 聲學(xué)工程及重要性 ? 基本的聲學(xué)參量 聲壓、聲壓級 聲強(qiáng)、聲強(qiáng)級 聲功率、聲功率級 ? 吸聲、隔聲、吸聲材料測試 ? 聲品質(zhì)基本概念 ? 加速噪聲測試及現(xiàn)行法規(guī)的修改情況 一、LMS聲學(xué)培訓(xùn) -關(guān)于聲學(xué)的一些基本概念 聲學(xué)問題-滿足不同的要求 聲壓、聲功率 聲品質(zhì) 不滿足功能 或法規(guī)要求？ 聲源識別 滿足法規(guī)要求 提升產(chǎn)品品質(zhì)？ 排序 解決 聲學(xué)的重要性 ? 產(chǎn)品能否銷售？ 各國法規(guī)要求 ? 保修成本 顧客抱怨 ? 競爭優(yōu)勢 領(lǐng)先競爭對手的聲品質(zhì) 聲學(xué)工程在產(chǎn)品開發(fā)中的作用 后期花費(fèi)成本直線上升

2、聲壓、聲壓級 ? 聲壓：彈性介質(zhì)中傳遞的壓力波動，由于聲波存在而引起的大氣壓力增值。 ? p=P1-P0 ? 單位：帕（Pa）1Pa=1N/m2 巴（bar）1bar=100kPa ? 聲振動的能量范圍極廣，可相差十幾個數(shù)量級，同時人耳對聲音的感知接近于與聲音強(qiáng)度的對數(shù)成正比，基于此，聲學(xué)上常用對數(shù)坐標(biāo)衡量聲壓，以聲壓級表示。 聲壓、聲壓級 ? 聲壓級：SPL=20log10(pe/pref) dB =10log10(pe2/pref2) dB pe:待測聲壓有效值；pref：參考聲壓 pref=210-5 Pa 0 dB 94 dB 120 dB -5210 Pa 1 Pa 20 Pa 1k

3、 Hz下聽閾 校準(zhǔn)聲壓級 痛閾 相同聲壓級的加法 ? 一個有趣的問題： 聲源1 100dB（2Pa） 聲源2 100dB（2Pa） 聲源1+聲源2=？ ？ 相同聲壓級的加法 ? 相干單頻聲源疊加 ? 聲源1：100dB（2Pa）1kHz ? 聲源2：100dB（2Pa） 1kHz ? 聲源1+聲源2： 106dB（4Pa）此時： ? 100dB+100dB=106dB 相同聲壓級的加法 ? 非相干單頻聲源疊加 ? 聲源1：100dB（2Pa）1kHz ? 聲源2：100dB（2Pa） 2kHz ? 聲源1+聲源2： 103dB（2.82Pa）此時： ? 100dB+100dB=103dB 相同

4、聲壓級的加法 ? 非相干隨機(jī)聲源疊加 ? 聲源1：100dB（總值） ? 聲源2：100dB（總值） ? 聲源1+聲源2： 103dB（總值） 此時： ? 100dB+100dB=103dB 相同聲壓級的加法 ? 結(jié)論： 兩個相干單頻聲源疊加時，聲壓級增加 6dB； 兩個非相干聲源疊加時，聲壓級增加 3dB； 工程上遇到的問題，一般是增加 3dB 不同聲壓級的加法 方法1：利用加法表（快速） ? 55dB+51dB=？ L=4dB 對應(yīng)增量為1.4dB Lpt=55dB+ 1.4dB =56.4dB ? 兩個聲源聲壓級相差15dB以上，數(shù)值小的聲壓級影響可以忽略。 不同聲壓級的加法 方法2：直

5、接計算 Lpt? pi?10?10lg?10lg(?10)i?1?p0?i?1nn2Lpi55 dB?51 dB?10lg(10?10 )?56.4 dB95 dB?90 dB?88 dB?10lg(10?10?10 )?96.8 dB9510901088105510511055 dB?55 dB?10lg(10?10 )?58 dB55105510相同聲壓級加法 相差15dB以上 55 dB?40 dB?10lg(10?10 )?55 dB55104010不同聲壓級的減法 ? 1、查表法 60dB-53dB=？ L=7dB 對應(yīng)減量為1dB Lpt=60dB-1dB=59dB ? 2、計算法

6、 60531010L?10lg(10?10 )?59 dB可用于計算機(jī)器自身輻射噪聲水平 pt幾個“場”的概念 ? 近場與遠(yuǎn)場 近場:在不足兩倍機(jī)器尺寸或所發(fā)聲波最低頻率的一個波長距離之內(nèi)（二者中取大者）；大于此距離，稱為遠(yuǎn)場 ? 自由場 只有直達(dá)聲，無反射聲的聲場（理想狀態(tài)） ? 半自由場 有一面為反射面的自由場 ? 混響場 聲音多次反射后形成的均勻聲場 幾個“場”的概念 距離增加一倍，點(diǎn)聲源聲壓級降低6dB；線聲源聲壓級降低3dB。 人耳對聲音的感知 ? 人耳對不同頻率的聲音敏感度不一致，對3k-6k之間的聲音最敏感。 等響曲線 在同一條等響曲線上，人耳感覺到的聲音一樣響。反映了人耳對不同

7、頻率聲音感知的敏感程度是不同的。 響度：Sone 響度級：Phon 1000Hz純音，聲壓級為40dB時 的響度為1Sone 計權(quán)聲壓級 ? A計權(quán)：40Phon等響曲線的翻轉(zhuǎn)，模擬人耳對聲音的聽覺感知特性，對低中頻段有較大衰減，以dB(A)表示。 40Phon等響曲線 40Phon等響曲線的翻轉(zhuǎn)與A計權(quán)曲線 計權(quán)聲壓級 A計權(quán)：40 Phone等響曲線的翻轉(zhuǎn)；模擬55dB以下低強(qiáng)度噪聲特性。 B計權(quán)：70 Phone等響曲線的翻轉(zhuǎn)；模擬55dB85dB中等強(qiáng)度噪聲特性。 C計權(quán)：100 Phone等響曲線的翻轉(zhuǎn)；模擬高強(qiáng)度噪聲特性。 D計權(quán)：專用于飛機(jī)噪聲的測量。 倍頻程 ? 將頻譜分為若干

8、個頻段，每個頻段為一個頻程，以直方圖表示。 fu/fl?2 N中心頻率： fc?帶寬： fuflN2N=1: 一倍頻程，簡稱倍頻程 N=1/3: 三分之一倍頻程 N=1/12: 十二分之一倍頻程 w?fu?fl?(2?2?(N)2)fc倍頻程 ? 連續(xù)頻段：一個頻段的上限頻率是下一個頻段的下限頻率 fn?1c/f?2ncNe.g. N ? 1fcfl?2fn?1c/f?2w?fc2ncfu?fc2fc?1000Hz, fl?707 Hz, fu?1414Hz,w?707 Hz聲強(qiáng) ? 定義：單位時間內(nèi)垂直通過單位面積的聲能 I?pvcos?矢量 p：聲壓（Pa）；v：質(zhì)點(diǎn)振動速度（m/s）；：

9、兩者之間的相位差 自由場、點(diǎn)聲源條件下，聲壓與質(zhì)點(diǎn)振動速度同相，在傳播方向上的聲強(qiáng)為： ppPI?pv?p?2?c?c4?rp：聲壓（Pa）；：介質(zhì)密度（kg/m3）；c:聲速 P：聲功率；r：點(diǎn)聲源到測量點(diǎn)的距離 2聲強(qiáng) 聲強(qiáng)法測聲功率原理：測量完全包圍被測聲源的測量面上的法向聲強(qiáng)分量 。聲功率等于包圍聲源的某一表面的法線方向上的聲強(qiáng)平均值乘上這個表面的面積 。 ? 測量聲強(qiáng)時穩(wěn)態(tài)背景噪聲對被測聲源的聲功率沒有任何影響 ； ? 而用聲壓法測聲功率時，測試環(huán)境對聲壓測量結(jié)果影響較大。 聲強(qiáng)級 ? 計算公式： Li?10lg( I /I0)I0?10 W/m ?5p0?2?10 Pa? 空氣介質(zhì)

10、在室溫時，與基準(zhǔn)聲壓 相對應(yīng)的聲強(qiáng)近似等于基準(zhǔn)聲強(qiáng) I0，因此，在自由聲場中，聲強(qiáng)級與聲壓級在數(shù)值上近似相等。 ?122聲功率/聲功率級 ? 聲功率： 聲源單位時間內(nèi)發(fā)射出的聲能量,單位：W。 ? 聲功率級：L w=10lg（W）W0? 確定聲功率級的兩種方法：通過測量聲壓級和聲強(qiáng)級來確定 由聲壓級確定聲功率級的方法： GB/T 6881系列、GB/T 3767、GB/T 3768、ISO 3745、ISO 3747 聲強(qiáng)法確定聲功率級的方法： GB/T 16404、GB/T 16404.2、GB/T 16404.3 幾種聲學(xué)試驗(yàn)室 ? 全消聲室 六個面全鋪設(shè)高效吸聲材料的房間 模擬近似自由場

11、環(huán)境，沒有反射聲 可用于測量：聲源聲功率；輻射聲源的指向特性等 對高頻聲的吸收效果明顯；對低頻聲的吸收取決于房間體積及吸聲材料的厚度等特性 幾種聲學(xué)試驗(yàn)室 ? 半消聲室 五個面鋪設(shè)吸聲材料，地面為光滑反射面的房間 模擬半自由聲場空間 適用于對大型設(shè)備和機(jī)器進(jìn)行聲學(xué)測試 幾種聲學(xué)試驗(yàn)室 ? 混響室 在所有邊界上能全部反射聲能，并在其中充分?jǐn)U散，能形成在各處能量密度均勻、在各傳播方向作無規(guī)分布的擴(kuò)散場的房間 可用來測量聲源聲功率、材料吸聲系數(shù)等 房間表面盡量不規(guī)則，以使混響時間盡量長，保證聲能充分?jǐn)U散 聲學(xué)材料測試 ? 聲波入射到吸聲材料表面時 入射 反射 吸收 透射 聲學(xué)材料測試 ? 吸聲系數(shù)：

12、 Er? 1? Ei ? 0.1 堅硬表面，高反射，低吸收(如鋼板、花崗巖等) ? 0.9 高吸聲材料，低反射（如泡沫、玻璃纖維等多孔吸聲材料） ? =1 所有的入射聲被全部吸收 聲學(xué)材料測試 ? 材料的吸聲性能取決于多個因素：材料厚度、孔隙率、頻率、流阻、表面光潔度等 ? 吸聲原理：聲波進(jìn)入吸聲材料內(nèi)部，與材料發(fā)生摩擦作用將聲能轉(zhuǎn)化為熱能。 吸聲特性：隨著頻率的增高吸聲系數(shù)逐漸增大 -若要改善低頻吸聲效果，需增加材料厚度。 聲學(xué)材料測試 ? 吸聲系數(shù)測量方法： 1、駐波管（阻抗管）法： ?較小試件 ?測量聲音正入射時的吸聲系數(shù) ?測試標(biāo)準(zhǔn)：ISO10534-2 2、混響室法： ?較大試件 ?

13、測量聲音無規(guī)入射時的吸聲系數(shù) ?測試標(biāo)準(zhǔn)：ISO354 聲學(xué)材料測試 Et? 透射系數(shù)： ?Ei 1? 傳聲損失（隔聲量）： TL?10lg( )? ? 垂直入射時：TL ? ?42?20lgf?20lg M?高頻聲比低頻聲更容易隔絕 ?隔聲效果遵循“質(zhì)量定理” ?雙層隔聲結(jié)構(gòu)會顯著改善隔聲效果 聲品質(zhì) ? 相同聲級的聲音，由于頻譜結(jié)構(gòu)的差異，會引起人耳聽覺感知的大不相同； ? “聲”并非指聲波，而是指人耳的聽覺感知，“品質(zhì)”指人耳對聲事件進(jìn)行聽覺感知并作出的主觀判斷； ? 涉及 心理學(xué)+聲學(xué)=心理聲學(xué) ? 反映產(chǎn)品品質(zhì)、影響顧客購買心理的重要指標(biāo)。 尖銳度 聲品質(zhì)的幾個指標(biāo) 聲壓級為60dB

14、，中心頻率為1kHz的臨界帶窄帶噪聲的銳度定義為1acum。 頻譜包面、中心頻率、帶寬 s?0 .11?24 Bark00N? g(z)zdzN? dz N?：臨界帶響度； z：臨界帶值； g(z)：修正因子（14）。 ?24 Barkacum抖晃度 60dB，1kHz的純音經(jīng)4Hz， 頻率、掩蔽量、100幅度調(diào)制后的調(diào)制頻聲音的起伏程度定率、帶義為1vacil。 寬 f?0 .008?24Bark0(?L/dBBark )dz(fmod/4Hz)?(4Hz/fmod)vacil? L：掩蔽量； fmod：調(diào)制頻率。 粗糙度 60dB，1kHz的純音經(jīng)4Hz， 調(diào)制因子、調(diào)100幅度調(diào)制及制頻

15、率、70Hz頻率調(diào)制后的頻率離聲音的粗糙度定義差、聲為1asper。 壓級 R?0 .3fmod24 Bark?LE(z)dzasper?0kHzdB/Bark舒適度 響度、銳度、粗糙度、音調(diào) P /P0?e?0.7R/R0e?1.08S/S0(1.24?e?2 .43 T /T0) *e?(0.023 N /N0)2聲品質(zhì)的幾個指標(biāo) ? 響度-描述人耳對聲音強(qiáng)弱的主觀感覺 與聲壓、頻率、振幅有關(guān) A計權(quán)聲壓級僅符合響度為1Sone時人的主觀感受，對其他大小的聲音有較大誤差 響度單位：Sone Phon Sone Sone?2(Phon?40)/10100 64 90 32 80 16 70

16、8 60 4 50 2 40 1 聲品質(zhì)的幾個指標(biāo) ? 尖銳度-描述聲音的音色特征 頻譜成分中高頻成分占主要地位所致 ? 粗糙度、抖晃度-反映聲音的幅值調(diào)制特性 調(diào)制頻率低于20Hz時（參考頻率為4Hz）表現(xiàn)為抖晃度特性 調(diào)制頻率高于20Hz時（參考頻率為70Hz）表現(xiàn)為粗糙度特性 ? 煩惱度-描述人們對聲音的厭煩程度 綜合考慮了響度、尖銳度、粗糙度、抖晃度等的影響 掩蔽效應(yīng) ?定義：一個聲音（被掩蔽音）的聽閾受到另一聲音（掩蔽音）的干擾而提高的現(xiàn)象 1. 純音對純音的掩蔽： 頻率相近的兩個純音間易發(fā)生掩蔽效應(yīng)，且較強(qiáng)聲易易掩蔽較弱聲； 低頻純音可有效掩蔽高頻純音，反之作用較小。 2. 窄帶噪

17、聲對純音的掩蔽： 臨界頻帶的掩蔽作用最明顯； 臨界頻帶：當(dāng)噪聲掩蔽純音時，起作用的是以純音頻率為中心頻率的一定頻帶寬度內(nèi)的噪聲頻率。如這頻帶內(nèi)的噪聲功率等于在噪聲中剛能聽到的該純音的功率，這個頻帶就稱為臨界頻帶。 掩蔽效應(yīng)類型 ? 頻域掩蔽 發(fā)生在掩蔽聲與被掩蔽聲同時作用時 強(qiáng)音會掩蔽其頻率周圍的弱音 ? 時域掩蔽 發(fā)生在掩蔽聲與被掩蔽聲不同時出現(xiàn)時 前掩蔽：被掩蔽聲發(fā)生在掩蔽聲之前 后掩蔽：被掩蔽聲發(fā)生在掩蔽聲之后 聲品質(zhì)工程 二、加速噪聲法規(guī) 方法B介紹-ECE R51 GB 1495-2002修訂工作 ?2009年9月成立汽車標(biāo)委會噪聲工作組 跟蹤ISO/ECE相關(guān)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn) 修訂完善我國

18、汽車噪聲標(biāo)準(zhǔn)體系 目前已起草了汽車加速行駛車外噪聲限值及測量方法、汽車定置噪聲限值及測量方法草案，但尚有相當(dāng)多的技術(shù)細(xì)節(jié)未最終確定 ? 建議先制定測試方法并驗(yàn)證數(shù)據(jù)，對加速噪聲限值待時機(jī)成熟再推出。 車外加速噪聲GB 1495-2002 噪聲限值： 參考ECE R51附件3（方法A）和ISO 362:1998 現(xiàn)行方法的不足 ? 僅考慮了車輛滿負(fù)荷加速工況，不具有車輛在市區(qū)公路上行駛的典型性 ? 發(fā)動機(jī)噪聲、進(jìn)排氣噪聲已得到很大改善，輪胎/路面噪聲已成為噪聲的主要組成部分 ? 單純降低型式認(rèn)證噪聲限值對加速噪聲的影響很小-汽車保有量增加 ECE R51 方法B ? ECE法規(guī)體系影響最廣泛，能滿足ECE法規(guī)的產(chǎn)品基本都能進(jìn)入各國 ? 現(xiàn)行國標(biāo)參考ECE R51-2007方法A ? ECE R51-2007增補(bǔ)方法B，要求自2007年7月1日起，除按方法A測試外，還要按方法B測試 ECE R51方法A與方法B的差別 ? 測試方法的形成機(jī)理方面： 方法A僅考慮了車輛滿負(fù)荷加速工況，入線速度5