熱工測試技術(shù)噪聲測量

1、第十三章、噪聲(zoshng)測量熱工測試(csh)技術(shù)本章學(xué)習(xí)要求：1.聲學(xué)基本概念2.聲級的計算（求平均值、合成與分解）3.聲級計測量聲壓的原理和使用共二十八頁噪聲：環(huán)境的污染源之一。從主觀感覺出發(fā)，噪聲就是人們不希望的聲音。動力機械噪聲占噪聲源較大比例。交通車輛內(nèi)燃機； 室內(nèi)空調(diào)、通風(fēng)設(shè)備空氣動力噪聲、機械噪聲、燃燒噪聲、電磁噪聲（進排氣系統(tǒng)）（發(fā)動機齒輪室） （點火系統(tǒng)）制定噪聲控制法規(guī)、監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)： 如我國的噪聲標(biāo)準(zhǔn)：人們不應(yīng)(b yn)在85dB（A）以上連續(xù)噪聲下長時間工作。第十三章、噪聲(zoshng)測量 共二十八頁13.1 基本(jbn)聲學(xué)概念 第十三章、噪聲(zoshng

2、)測量 一、聲場自由聲場: 在任何方向，無反射自由傳播。 在空中的飛機；聲學(xué)實驗室混響聲場: 在任何方向，無吸收的全反射傳播。 聲學(xué)實驗室。半自由聲場:僅地面為反射面，其余面符合自由聲場條件。 曠野中的汽車；發(fā)動機噪聲實驗室半混響聲場：邊界既不完全反射聲波，也不完全吸收聲波。 實際生活空間噪聲是聲波的一種，也是由物體振動而產(chǎn)生，具有聲波的一切特性 共二十八頁13.1 基本聲學(xué)(shngxu)概念 聲音按頻率可分為：次聲、可聽聲、超聲、特超聲。次 聲：頻率低于20Hz的聲音；可聽聲：人耳可聽到的聲音，頻率為20Hz 到20000Hz；超 聲：聲波的頻率高到超過(chogu)人耳聽覺范 圍的頻率極

3、限，人們覺察不到的 聲波；特超聲：高于超聲頻率上限的超高頻聲波 如300MHz、500MHz、1000MHz的 聲波。共二十八頁13.1 基本聲學(xué)(shngxu)概念 2、聲壓和聲壓級 1）聲壓 聲壓是指有聲波時，傳播(chunb)介質(zhì)的壓力對靜壓（沒有聲波時介質(zhì)的壓力）的變化量，通常以其均方根值來表示。 聲壓記為p，單位為牛/米2（N/m2） 即帕（Pa）。 聽閥聲壓：正常人雙耳能聽到的1000Hz的純音 的聲壓為210-5Pa基準(zhǔn)聲壓：210-5Pa痛閥聲壓：20Pa共二十八頁13.1 基本聲學(xué)(shngxu)概念 2）聲壓級 聲學(xué)上引入“級”的概念，用成倍比關(guān)系的對數(shù)量來表示聲音的強弱，

4、即聲壓級（Lp） 式中，p0為基準(zhǔn)聲壓（p0=210-5Pa）。 聲壓級Lp的單位(dnwi)為分貝（dB）,聽覺范圍為0120dB，聲壓級每變化20dB，相當(dāng)于聲壓值變化10倍。共二十八頁13.1 基本(jbn)聲學(xué)概念 3、聲功率與聲強 1）聲功率 聲功率是聲源在單位時間內(nèi)發(fā)射出的總能量，通常用W表示，W= ,單位為瓦。 v為質(zhì)點振動速度 取10-12W作為基準(zhǔn)聲功率。 2）聲強 聲場中某一點處的聲強定義為一個與指定方向（聲波由聲源該點的傳播方向）相垂直(chuzh)的單位面積上、每單位時間內(nèi)傳過的聲能 。 以I表示， 單位為W/m2 取10-12W/m2作為基準(zhǔn)聲強 。共二十八頁13.1

5、 基本(jbn)聲學(xué)概念 3）聲功率級和聲強級 聲強級（LI） 式中，I0為基準(zhǔn)聲強（I0=10-12W/m2）。 聲功率級（LW） 式中，W0為基準(zhǔn)聲功率（W0=10-12W）。聲功率級的數(shù)值不是直接測量得到的，而是根據(jù)相應(yīng)(xingyng)條件下聲壓級的實測值換算而來（Page247 表131）；在噪聲測量中，之所以要將噪聲的聲壓級測量結(jié)果換算為聲功率級，是因為聲壓的數(shù)值隨聲源與測點之間的距離而改變，而且還與測試環(huán)境有關(guān)；聲功率在其安裝條件確定后，受環(huán)境的影響較?。荒壳皣H標(biāo)準(zhǔn)化組織推薦以聲功率級作為固定式機械設(shè)備噪聲的評價量。共二十八頁13.1 基本(jbn)聲學(xué)概念 4、頻程、頻程聲壓

6、級 通常，噪聲由大量不同頻率的聲音復(fù)合而成；在很多情況下，只測量噪聲的總強度（即總聲級(shn j)）是不夠的，還需要測量噪聲強度關(guān)于頻率的分布；通常是將聲頻范圍劃分為若干個區(qū)段，這些區(qū)段就是所謂的頻程或頻帶（Page47 表132、133）；在噪聲強度的分頻帶測量方法中，各頻程上所檢測到的噪聲聲壓級稱為頻程(頻帶)聲壓級；常用1倍頻程和1/3倍頻程, 1倍頻程上下限頻率之比為2:1共二十八頁13.1 基本聲學(xué)(shngxu)概念 5、頻譜圖 以測量選用的頻率或頻程的中心頻率為橫坐標(biāo)，以相應(yīng)的頻譜能級(nngj)或頻程聲壓級為縱坐標(biāo)，所繪制的圖形就是噪聲的頻譜圖；頻譜圖反映了噪聲的頻率分布特性

7、，是噪聲頻譜分析的基本依據(jù)；噪聲頻譜中，聲壓級分布在350Hz以下的噪聲稱為低頻噪聲；中頻噪聲在3501000Hz范圍內(nèi)；高頻噪聲在1000Hz以上。由圖可見，高頻噪聲以廢氣渦輪增壓器的噪聲為主；中低頻噪聲以柴油機為主。共二十八頁第十三章、噪聲(zoshng)測量 13.2 聲級(shn j)計算聲級合成 通常情況下，聲源不是單一的，而總是有多個聲源同時存在的。因此，就有聲級的合成問題，聲級的合成用分貝加法來進行。 在各聲源發(fā)生出聲波互不相干的情況下，若相加的聲壓級分別為Lp1，Lp2，Lpn，可得 總的聲壓級Lpt為: 式中，Lpi為第i個聲源的聲壓級（dB）。 聲強級的求和公式： LIt為

8、總的聲強級(dB)；LIi為第i個聲源的聲強級。共二十八頁13.2 聲級(shn j)計算聲級分解 在某些情況下，需要從總的測量結(jié)果中減去被測聲源以外的聲音，如本底噪聲的影響，以確定(qudng)單獨由被測聲源產(chǎn)生的聲級，這就要進行分貝相減的計算。 聲級平均值 分貝平均值的求法由分貝求和法而來，即 式中，m為測點數(shù)目；Lpi為第i點測得的聲壓級為測點數(shù)目為m點的平均聲壓級。共二十八頁13.2 聲級(shn j)計算例：某試驗室測量動力機械運轉(zhuǎn)時的總噪聲級為95dBA，環(huán)境噪聲為87dBA，試問次動力機械的實際(shj)噪聲為多少？解：為總噪聲，為背景環(huán)境噪聲；或者，由查表法求；級差=95-87

9、=8dB，扣除量=0.75dB，所以級差345678910扣除量2.002.301.701.250.950.750.600.45共二十八頁第十三章、噪聲(zoshng)測量 13.3 噪聲(zoshng)評定值 響度級 在聲學(xué)測量儀器中，聲級計的“輸入”信號是噪聲客觀的物理量聲壓，而“輸出”信號，不僅是對數(shù)關(guān)系的聲壓級，而且最好是符合人耳特性的主觀量響度級。為使聲級計的“輸出”符合人耳特性，應(yīng)通過一套濾波器網(wǎng)絡(luò)造成對某些頻率成分的衰減，使聲壓級的水平線修正為相對應(yīng)的等響曲線。 響度單位為方(phon)共二十八頁13.3 噪聲(zoshng)評定值計權(quán)聲級 一般聲級計中，參考等響曲線設(shè)置計權(quán)網(wǎng)絡(luò)

10、A、B、C三種，對人耳敏感的頻域加以強調(diào)，對人耳不敏感的頻域加以衰減，就可直接讀出反映人耳對噪聲感覺的數(shù)值(shz)，使主客觀量趨于一致。 共二十八頁13.3 噪聲(zoshng)評定值 A計權(quán)網(wǎng)絡(luò)是效仿(xiofng)倍頻等響曲線中的40方曲線設(shè)計的，較好地模仿了人耳對低頻段（500赫以下）不敏感，對10005000赫聲敏感的特點。用A計權(quán)測量的聲級叫做A聲級，記作分貝（A），或dBA。 B計權(quán)網(wǎng)絡(luò)是效仿70方等響曲線，低頻有衰減。 C計權(quán)網(wǎng)絡(luò)是效仿100方等響曲線，在可聽頻率范圍內(nèi)，有近乎平直的特點，讓所有頻率的聲音近乎均同通過，基本上不衰減，因此C計權(quán)網(wǎng)絡(luò)代表總聲壓級。接近線性。 聲級計

11、的讀數(shù)均為分貝值。顯然，選用C檔計權(quán)網(wǎng)絡(luò)測量時，聲壓級未經(jīng)任何修正（衰減），讀數(shù)仍為聲壓級的分貝值。而A檔和B檔的計權(quán)網(wǎng)絡(luò)，對聲壓級已有修正，故它們的讀數(shù)不應(yīng)是聲壓級，但也不是響度級，其讀數(shù)應(yīng)稱計權(quán)聲級。 共二十八頁第十三章、噪聲(zoshng)測量 13.4 聲壓(shn y)和聲強測量的基本原理一、聲壓測量的基本原理 傳聲器 傳聲器是將聲信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號的一種聲電換能器。 1、傳聲器的種類和結(jié)構(gòu) 傳聲器按其變換原理，可分成電容式、壓電式和電動式等類型，其中電容式傳聲器在噪聲測試中的應(yīng)用最為廣泛。共二十八頁13.4 聲壓(shn y)和聲強測量的基本原理 1) 電容式傳聲器的結(jié)構(gòu) 如右

12、圖所示： 張緊的膜片與其靠得很 近的后極板(j bn)組成一電容器。 在聲壓的作用下膜片產(chǎn)生 與聲波信號相對應(yīng)的振動， 使膜片與不動的后極板之間的極距改變，導(dǎo)致該電容器電容量的相應(yīng)變化。因此，電容式傳聲器是一極距變化型的電容傳感器。運用直流極化電路輸出一交變電壓，此輸出電壓的大小和波形由作用膜片上的聲壓所決定。共二十八頁13.4 聲壓(shn y)和聲強測量的基本原理2)壓電式傳聲器的結(jié)構(gòu) 如右圖所示： 壓電式傳聲器主要由膜片和 與其相聯(lián)的壓電晶體彎曲(wnq)梁 所組成在聲壓的作用下，膜 片位移，同時壓電晶體彎曲 梁產(chǎn)生彎曲變形，由于壓電材料的壓電效應(yīng)， 使其兩表面生產(chǎn)相應(yīng)的電荷，得到一交變

13、的電 壓輸出。 受溫度影響大。共二十八頁13.4 聲壓和聲強(shn qin)測量的基本原理3)動圈式傳聲器的結(jié)構(gòu) 如右圖所示： 電動式傳聲器，又稱動 圈式傳聲器在膜片的中 間附有一線圈（動圈）， 此線圈處于(chy)永久磁場的氣隙中，在聲壓的作 用下，線圈隨膜片一起移動，使線圈切割磁 力線而產(chǎn)生一相應(yīng)的感應(yīng)電動勢。 對低頻聲音衰減大；基本不用共二十八頁第十三章、噪聲(zoshng)測量 13.6 噪聲測量(cling)儀器聲級計 1、聲級計的分類按用途聲級計可分為： 一般聲級計、脈沖聲級計、積分聲級計和噪聲暴露計（又稱噪聲劑量計）等 按其精度可分為四種類型： 0型聲級計作為實驗室用標(biāo)準(zhǔn)聲級計

14、； 1型相當(dāng)于精密聲級計； 2型作為一般用途聲級計； 3型作為普級型聲級計。共二十八頁13.4 噪聲測量(cling)儀器 2、聲級計的工作原理 聲級計主要由傳聲器、輸入級、放大器、衰減器、計權(quán)網(wǎng)絡(luò)，檢波電路和電源等部分組成。 聲信號通過(tnggu)傳聲器轉(zhuǎn)換成交變的電壓信號，經(jīng)輸入衰減器、輸入放大器的適當(dāng)處理進入計權(quán)網(wǎng)絡(luò)，以模擬人耳對聲音的響應(yīng)，而后進入輸出衰減器和輸出放大器，最后通過(tnggu)均方根值檢波器檢波輸出一直流信號驅(qū)動指示表頭，由此顯示出聲級的分貝值 。共二十八頁13.4 噪聲測量(cling)儀器共二十八頁13.4 噪聲測量(cling)儀器 聲級計的指示表頭一般有“快”

15、、“慢”兩檔，根據(jù)測試聲壓隨時間波動的幅度大小來作相應(yīng)選擇。 輸入級是一阻抗變換器，用來使高內(nèi)阻抗的電容傳聲器與后級放大器匹配。要求輸入級的輸入電容小和輸入電阻高。但當(dāng)輸入信號較大時，又需要對信號進行衰減，使電表指針得到適當(dāng)?shù)钠D(zhuǎn)。 為了插入(ch r)濾波器和計權(quán)網(wǎng)絡(luò)，故衰減器和放大器分成兩級，即輸入衰減器、輸入放大器和輸出衰減器、輸出放大器等。 共二十八頁13.4 噪聲測量(cling)儀器 計權(quán)網(wǎng)絡(luò)是模擬人耳對不同聲音的反應(yīng)而設(shè)計的濾波線路。 國際電工委員會651號文件規(guī)定，聲級計最少帶有A、B、C三個計權(quán)網(wǎng)絡(luò)中的一個，并對A、B、C網(wǎng)絡(luò)的頻率特性和允許誤差做了明確規(guī)定。 當(dāng)計權(quán)網(wǎng)絡(luò)開關(guān)

16、放在“線性”時，聲級計是線性頻率響應(yīng)，測得的是聲壓級。當(dāng)放在A、B或C位置時，計權(quán)網(wǎng)絡(luò)插入在輸入放大器與輸出放大器之間，測得相應(yīng)的計數(shù)(j sh)聲級。 共二十八頁13.4 噪聲(zoshng)測量儀器 3、聲級計的使用 聲級計的校準(zhǔn)： 一般聲級計自身能產(chǎn)生一個標(biāo)準(zhǔn)(biozhn)的電信號用于校準(zhǔn)放大器等電路的增益。在測量前，對傳聲器或聲級計整機進行校準(zhǔn)，必要時測量完成后再校準(zhǔn)一次。電容傳聲器常用的校準(zhǔn)器有活塞發(fā)聲器、落球發(fā)聲器等。如國產(chǎn)NX6型活塞發(fā)聲器，其校準(zhǔn)不確定在0.2dB以內(nèi)。 共二十八頁13.4 噪聲測量(cling)儀器LD824聲級計CAL250校準(zhǔn)器標(biāo)定(bio dn)信號共二十八頁內(nèi)容摘要第十三章、噪聲測量。交通車輛(chling)內(nèi)燃機。自由聲場: 在任何方向，無反射自由傳