第三章噪聲的測(cè)量

1、環(huán)境噪聲控制工程環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院Chapter 3 噪聲源的測(cè)量o 3.1 基本聲學(xué)量聲壓的測(cè)量o 3.2 聲源的頻譜測(cè)量o 3.3 聲強(qiáng)及聲功率測(cè)量o 3.4 測(cè)量?jī)x器3.1基本聲學(xué)量聲壓的測(cè)量o 描述聲波特性最基本的物理量是聲壓，它是測(cè)量聲強(qiáng)、聲功率等物理量的基礎(chǔ)。o 測(cè)量聲壓比測(cè)量質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度和位移更簡(jiǎn)單和直接。o 聲壓測(cè)量是聲學(xué)測(cè)量的基礎(chǔ)，其測(cè)量的準(zhǔn)確度關(guān)系到整個(gè)測(cè)量任務(wù)的成敗。o 聲波的接受是聲學(xué)測(cè)量的基礎(chǔ)和首要環(huán)節(jié)。在空氣介質(zhì)中最常用的接受聲波的傳感器稱為傳聲器（microphone）。傳聲器o 傳聲器：是一種將聲壓轉(zhuǎn)換為電壓的聲電換能器。o 對(duì)傳聲器的要求：測(cè)

2、量頻率范圍內(nèi)有平直的頻率響應(yīng)；動(dòng)態(tài)范圍大，無指向性；本底噪聲低；穩(wěn)定性好。1.傳聲器o 分類： 按換能方式分類：電動(dòng)式、電容式和壓電式等。 按傳聲方式分類：有限傳聲器和無線傳聲器兩類。 按傳聲器的指向特性：無指向性、雙指向性和單指向性（心型和鉗形指向性） 按聲波接收原理：壓強(qiáng)式、壓差式、壓強(qiáng)與壓差復(fù)合式和多聲道干涉式。電容傳聲器駐極體式傳聲器傳聲器的主要性能：o 頻率響應(yīng)： 傳聲器的頻率響應(yīng)是輸出電平與頻率之間的關(guān)系。一般來說，頻率響應(yīng)越好的傳聲器，性能就越好。o 靈敏度： 傳聲器膜片上感受到1Pa聲壓時(shí)，其額定負(fù)載阻抗上產(chǎn)生的輸出電壓值。 靈敏度一般與傳聲器輸出阻抗的高低成正比。o 輸出阻抗

3、： 是指?jìng)髀暺鞯妮敵鲐?fù)載阻抗的額定值。一般分為高阻和低阻兩類。傳聲器的主要性能：o 固有噪聲： 在沒有聲波作用于傳聲器時(shí)，由于傳聲器內(nèi)部電路的熱噪聲或周圍空氣壓力起伏的影響，在傳聲器的輸出端測(cè)出的噪聲電壓。o 最大輸入聲壓級(jí)： 傳聲器不產(chǎn)生嚴(yán)重失真的最大輸入聲壓級(jí)。o 指向特性： 聲波不是正對(duì)傳聲器振膜的垂直軸線方向傳入，而是從周圍各方向入射時(shí)，傳聲器的靈敏度和頻響特性。3.2 聲源的頻譜測(cè)量o 3.2.1 快速傅立葉變換FFTo 3.2.2 窗函數(shù)o 3.2.3 濾波器o 3.2.4 小波分析技術(shù)3.2.1 快速傅立葉變換FFTo 某噪聲的強(qiáng)度是各頻率聲音的平均結(jié)果。o 為了更好的了解噪聲的

4、特性，需要知道聲壓級(jí)與頻率之間的關(guān)系，即需要將通常的時(shí)間域的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率域中的數(shù)據(jù)。能夠完成這種轉(zhuǎn)變的設(shè)備就是頻率分析儀或稱為頻譜分析儀。o 關(guān)于信號(hào)的時(shí)間域和頻率域的數(shù)學(xué)處理屬于傅立葉變換領(lǐng)域。3.2.2 窗函數(shù)o 窗函數(shù)是一種在給定區(qū)間之外取值均為0的實(shí)函數(shù)。o 任何函數(shù)與窗函數(shù)之積仍為窗函數(shù)，就像透過窗口“看”其他函數(shù)一樣。o 目前常用的窗函數(shù)：漢寧窗、平頂窗、矩形窗、力窗、指數(shù)窗。取其他值tTtTttH, 00),2cos1 (21)(3.2.3 濾波器o 作用：讓f1和f2之間的所有頻率通過，且不影響其幅值和相位，而不讓f1以下和f2以上的任何頻率通過。o 頻率分析儀通常分為兩類，

5、一類是恒定帶寬分析儀，一類是恒定百分比帶寬分析儀。o 恒定百分比帶寬分析儀的帶寬是中心頻率的一個(gè)恒定百分比值，帶寬隨中心頻率的增加而增大。210fff3.2.4 小波分析技術(shù)o 小波分析也是時(shí)-頻分析。o 窗口傅立葉分析對(duì)不同的頻率成分，在時(shí)間域上的取樣步長(zhǎng)均相同，而小波分析則利用小波的伸縮和時(shí)移特性，對(duì)不同的頻率成分在時(shí)間域上的取樣步長(zhǎng)是具有調(diào)節(jié)性的，高頻者小，低頻者大。o 小波分析由于傅立葉分析的一個(gè)顯著特點(diǎn)是：小波分析在時(shí)間域和頻率域上同時(shí)具有良好的局部化性質(zhì)。3.3 聲強(qiáng)及聲功率測(cè)量o3.3.1 聲強(qiáng)測(cè)量o3.3.2 聲功率測(cè)量3.3.1 聲強(qiáng)測(cè)量o 作用： 用來鑒別聲源和判定其方位；

6、 畫出聲源附近的聲能流動(dòng)路線； 測(cè)定吸聲材料的吸聲系數(shù)和墻體的隔聲量； 求出聲源的聲功率。3.3.1 聲強(qiáng)測(cè)量o 原理：聲場(chǎng)中某點(diǎn)的聲強(qiáng)，是指在該點(diǎn)所研究的方向上，單位時(shí)間內(nèi)通過與指定方向垂直的單位面積的聲能量的平均值。upI)()()()(10tutpdttutpTIrTrr原理：o 常用方法： 使用兩個(gè)性能相同的聲壓傳聲器組成聲強(qiáng)計(jì)的傳感器，能容易實(shí)現(xiàn)聲強(qiáng)的測(cè)量。rppurpprppptpABrABBA0/ )(2/ )()(upIdtpppprIABBA)()(210測(cè)量程序原理：測(cè)量程序原理：o 互功率譜方法：測(cè)聲強(qiáng)的頻譜密度ABmrRIrI01)(3.3.1 聲強(qiáng)測(cè)量o 聲強(qiáng)測(cè)量?jī)x器

7、：小型聲強(qiáng)儀雙通道快速傅里葉變換分析儀數(shù)字濾波技術(shù) 聲強(qiáng)測(cè)量?jī)x器一般由三部分構(gòu)成：探頭部分、信號(hào)處理部分和校準(zhǔn)部分。3.3.2 聲功率測(cè)量o 1.混響室法o 2.自由聲場(chǎng)法（消聲室法）o 3.戶外聲場(chǎng)法（現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量方法）o 聲壓法o 聲強(qiáng)法o 振速法o 精密法o 工程法o 簡(jiǎn)易法1.聲壓法20lg11WpLLr（1）自由聲場(chǎng)法無指向性聲源輻射的聲功率測(cè)量：0010.11,10 lg,10 lg110 lg10piPIWInWpiinLpiLLLLSLLSSSLn由于：還可以表示為：，指向性聲源輻射的聲功率測(cè)量：1.聲壓法（1）自由聲場(chǎng)法聲學(xué) 聲壓法測(cè)定噪聲源聲功率級(jí) 消聲室和半消聲室精密法GB/

8、T6882-2008中規(guī)定：a.固定的傳聲器位置b.平行平面內(nèi)同軸的圓形路徑c.子午線移動(dòng)d.螺旋線路徑e.其他傳聲器排列（2）混響室法考慮空氣吸收對(duì)高頻聲的影響：204AS pWc1.聲壓法10lg()6.1wpLLS10lg(4)6.1wpLLSmV不需要使用消聲室或混響室等聲學(xué)設(shè)施，在多個(gè)聲源輻射疊加的聲場(chǎng)中能區(qū)分不同聲源的輻射功率，即可用于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量。2.聲強(qiáng)法定點(diǎn)式測(cè)量方法掃描式測(cè)量方法3.現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量方法o 直接測(cè)量方法0410lg(1)SKR混響時(shí)間現(xiàn)場(chǎng)修正量，由房間常數(shù)R決定010lgWpLLSK06010lg(1)0.04S TKV3.標(biāo)準(zhǔn)聲源法o 置換法、并擺法、比較法)(psp

9、xWsWxLLLLnLWS：標(biāo)準(zhǔn)聲源的聲功率級(jí)；nLpx：待測(cè)聲源現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的平均聲壓級(jí)；nLps ： 標(biāo)準(zhǔn)聲源現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的平均聲壓級(jí)。4.振速法o 背景噪聲比被測(cè)機(jī)器直接輻射的噪聲還要高;o 需要將結(jié)構(gòu)噪聲與空氣動(dòng)力噪聲分開;o 需要確定整個(gè)聲源的結(jié)構(gòu)噪聲是來自機(jī)器還是來自機(jī)組的另一部分;o 需要確定機(jī)器負(fù)載的噪聲同時(shí)又要排出拖動(dòng)負(fù)載及其他噪聲的影響。n振速法測(cè)定噪聲源聲功率級(jí) 用于封閉機(jī)器的測(cè)量（GB/T 16539-1996）3.4測(cè)量?jī)x器 o 3.4.1 聲級(jí)計(jì)o 3.4.2 頻譜分析儀和濾波器o 3.4.3 磁帶記錄儀o 3.4.4 實(shí)時(shí)分析儀3.4.1 聲級(jí)計(jì)3.4.1 聲級(jí)計(jì)o 定義

10、：按照一定的頻率計(jì)權(quán)和時(shí)間計(jì)權(quán)測(cè)量聲音聲壓級(jí)和聲級(jí)的儀器。o 種類：o 按用途：普通聲級(jí)計(jì)、積分聲級(jí)計(jì)、脈沖聲級(jí)計(jì)、噪聲暴露計(jì)、統(tǒng)計(jì)聲級(jí)計(jì)、頻譜聲級(jí)計(jì)等。o 按電路組成：模擬聲級(jí)計(jì)、數(shù)字聲級(jí)計(jì)o 按體積大小：臺(tái)式聲級(jí)計(jì)、便攜式聲級(jí)計(jì)和袖珍聲級(jí)計(jì)o 按指示方式分：模擬指示和數(shù)字指示3.4.1 聲級(jí)計(jì)工作原理： 被測(cè)量的聲音由傳聲器接收，傳聲器將聲波轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，微小的電信號(hào)經(jīng)前置放大器送到輸入衰減器和輸入放大器，放大器將信號(hào)放大，衰減器對(duì)較大的輸入信號(hào)加以衰減，使在指示器上獲得適當(dāng)?shù)闹甘?，也使測(cè)量量程擴(kuò)大。 計(jì)權(quán)濾波器對(duì)通過的信號(hào)進(jìn)行頻率濾波，使聲級(jí)計(jì)的整機(jī)頻率響應(yīng)符合規(guī)定的頻率計(jì)權(quán)特性的要求，

11、以便能測(cè)量計(jì)權(quán)聲級(jí)。信號(hào)再經(jīng)輸出衰減器和輸出放大器后被送到檢波器進(jìn)行檢波，交流信號(hào)變成直流，并由顯示器以“dB”指示出來。o 對(duì)于精密聲級(jí)計(jì)，一般采用電容傳聲器，普通聲級(jí)計(jì)用駐極體電容傳聲器。（1）傳聲器：o 要求： 音頻范圍內(nèi)響應(yīng)平直； 足夠低的本底噪聲； 較高的輸入阻抗和較低的輸出阻抗； 較小的線性失真。（2）放大器：o功能：將接到的強(qiáng)信號(hào)給予衰減，以免放大器過載。o輸入衰減器o輸出衰減器（3）衰減器： oA、B、C、D計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)濾波器o1/1倍頻程濾波器o或1/3 倍頻程濾波器（4）濾波器：頻譜分析儀和濾波器o檢波器是將放大器輸出的交流信號(hào)檢波（整流）成直流信號(hào)，然后在指示器表頭上指示讀數(shù)

12、或顯示數(shù)字。（5）檢波器和指示器：o活塞發(fā)聲器o聲級(jí)校準(zhǔn)器2.聲級(jí)計(jì)的校準(zhǔn)o1.防風(fēng)罩：避免風(fēng)噪聲的影響；o2.鼻形錐：降低氣流擾動(dòng)的影響；o3.延長(zhǎng)電纜：3.聲級(jí)計(jì)的主要附件： o 用途：用途：精密型噪聲測(cè)量和頻譜分析儀器，配置不同硬件和軟件模塊，用于各種工業(yè)噪聲測(cè)量和頻分析，環(huán)境噪聲測(cè)量和機(jī)場(chǎng)噪聲的自動(dòng)監(jiān)測(cè)，以及混響時(shí)間測(cè)量。o 特點(diǎn)：特點(diǎn)：1級(jí)聲級(jí)計(jì)，滿足最新國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和計(jì)量檢定規(guī)程；o 可內(nèi)置1/1或1/3倍頻程濾波器；o 大屏幕點(diǎn)陣式LCD顯示，有背景光；o 本底噪聲低，70dB線性工作范圍。o 系統(tǒng)由戶外傳聲器、數(shù)據(jù)分析單元、數(shù)據(jù)傳輸單元、中心計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)處理軟件等組成。 o 可對(duì)噪

13、聲信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)1/3倍頻程頻譜分析，不僅可以監(jiān)測(cè)與分析環(huán)境噪聲的性質(zhì)和特征，判斷噪聲的來源，而且可以按精密法測(cè)量和計(jì)算機(jī)場(chǎng)噪聲的感覺噪聲級(jí)和有效感覺噪聲級(jí)。 o 主要用于城市環(huán)境噪聲自動(dòng)監(jiān)測(cè)、交通噪聲監(jiān)測(cè)、機(jī)場(chǎng)噪聲監(jiān)測(cè)、噪聲事件監(jiān)測(cè)和報(bào)告及噪聲數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、儲(chǔ)存、傳輸。也適用于噪聲污染源（如施工場(chǎng)地、廠界、道路車輛等）在線監(jiān)測(cè)。 o 主要功能：聲強(qiáng)測(cè)量、聲壓測(cè)量、聲功率測(cè)量、時(shí)域示波、短/瞬時(shí)聲功率測(cè)量和聲場(chǎng)指示值測(cè)量。 振動(dòng)測(cè)量的三個(gè)物理量o振動(dòng)位移o振動(dòng)速度o振動(dòng)加速度3.4.2 振動(dòng)分析儀 )cos(tAx)sin(tAdtdxu)cos(222tAdtxdu 將振動(dòng)加速度處以正比于頻率的系數(shù)而得到振動(dòng)速度，將振動(dòng)加速度除以正比于頻率平方的系數(shù)而得到振動(dòng)位移。 振動(dòng)測(cè)量的主要構(gòu)件： 傳感器、加速度計(jì)和 前置放大器。 與聲學(xué)系統(tǒng)的主要區(qū)別： 用加速度計(jì)及前置放大器來代替電容傳聲器和傳聲器前置放大器。3.4.2 振動(dòng)分析儀 1.加速度計(jì)3.4