测试技术8噪声的测量.pptx

1 18.1 8.1 噪声测量的主要参数噪声测量的主要参数 (Principal Parameters of Noise Measure)声音声音是在某种弹性介质中的一种振动过程。是在某种弹性介质中的一种振动过程。术语术语:介质介质的基本类型有三种：气体、液体、固体。的基本类型有三种：气体、液体、固体。声波声波（振源频率在（振源频率在 2020 000 Hz2020 000 Hz时，人的耳朵可以听到）。时，人的耳朵可以听到）。次声波次声波（振源频率低于（振源频率低于 20 Hz 20 Hz 时，人耳无法听到时，人耳无法听到)。超声波超声波（振源频率高于（振源频率高于 20 000 Hz20 000 Hz时，人耳无法时，人耳无法 听到）。听到）。振动振动是指质量在一定的位置附近作来回往复运动，亦称为振荡。是指质量在一定的位置附近作来回往复运动，亦称为振荡。波动波动是振动的传播过程，即振动状态的传播。是振动的传播过程，即振动状态的传播。2 21.1.声压与声压级声压与声压级声压声压:指某点上各瞬间的压力与大气压力之差值，单位为指某点上各瞬间的压力与大气压力之差值，单位为 PaPa（帕）。（帕）。听阀声压听阀声压:指正常人刚能听到的指正常人刚能听到的 1 000 Hz 1 000 Hz 声音的声压为声音的声压为 2 102 10-5-5 Pa Pa，并规定为基准参考声压，记为，并规定为基准参考声压，记为 p0 。声压级声压级:是一个相对比较的量纲一的量（无量纲量）。是一个相对比较的量纲一的量（无量纲量）。相对于声压相对于声压 p 的声压级的声压级 L p 定义为定义为dBdBp p0 0 为基准参考声压为基准参考声压噪声测量的主要参数噪声测量的主要参数(2/9)3 3 2.2.声强与声压级声强与声压级声强声强:在传播方向上单位时间内通过单位面积的声能量，在传播方向上单位时间内通过单位面积的声能量，以以 I I 表示，单位为表示，单位为W/m2。声强级声强级 LI:声强与参考声强声强与参考声强 I0(取取 I0=1010-12 W/m2）的比）的比值常用对数的值常用对数的 10 倍来表示，称为声强级倍来表示，称为声强级 LI（单位为（单位为dB），），亦是一种量纲一的量，定义为亦是一种量纲一的量，定义为 dBdB对于球形声源对于球形声源,传播过程中没受到任何阻碍可，也不存在能传播过程中没受到任何阻碍可，也不存在能量损失量损失,则则声强随着声源声强随着声源的距离的平方的距离的平方而减小而减小W W 噪声测量的主要参数噪声测量的主要参数(3/9)4 43.3.声功率及声功率级声功率及声功率级声功率声功率(W):):声源在单位时间内发射出的总能量，单位为声源在单位时间内发射出的总能量，单位为W;声功率级声功率级(L Lw w):):声功率声功率(W)与参考基准声功率与参考基准声功率W0(取取W0=10-12 W)的比值常用对数的的比值常用对数的10倍来表示，声功率级倍来表示，声功率级LW（单位为（单位为dB）噪声测量的主要参数噪声测量的主要参数(4/9)5表表 8.1 8.1 通用语言与若干乐器输出功率值的近似值通用语言与若干乐器输出功率值的近似值声声 源源峰值功率峰值功率/W男生会话男生会话女生会话女生会话单簧管单簧管低音提琴低音提琴钢琴钢琴管乐器管乐器37in36in的低音鼓的低音鼓75件乐器的交响乐件乐器的交响乐210-34 10-35 10-216 10-227 10-231 10-225.070100噪声测量的主要参数噪声测量的主要参数(5/9)6 64.4.多声源的多声源的噪声强度噪声强度Wi 表示第表示第 i 个声源个声源的声功率。的声功率。第第 i 个声源的声强个声源的声强两个以上相互独立的声源，同时发出来的声功率和声强可两个以上相互独立的声源，同时发出来的声功率和声强可以代数相加，即以代数相加，即W=W1+W2+W3+Wi+Wn I=I1+I2+I3+Ii+In总声功率级总声功率级:总声强级总声强级:噪声测量的主要参数噪声测量的主要参数(6/9)7 7从声压及声压级出发，当两个以上的噪声同时存在时，从声压及声压级出发，当两个以上的噪声同时存在时，如果从如果从 n 个声源发出的噪声（或是由同一声源发出的噪声频谱个声源发出的噪声（或是由同一声源发出的噪声频谱中的各频率成分），且互不相干，则中的各频率成分），且互不相干，则合成噪声的总声压合成噪声的总声压 p 为为由此得由此得:噪声测量的主要参数噪声测量的主要参数(7/9)8n 个噪声级相同的声源，在离声源距离相同的一点所产生的个噪声级相同的声源，在离声源距离相同的一点所产生的总声压级为总声压级为当有两个不同噪声级当有两个不同噪声级 L1 L1 和和 L2L2的声源同时作用，且的声源同时作用，且 L1 LA 时时，表明噪声的中频成分较突出；，表明噪声的中频成分较突出；当当 LC LB LA时，时，表明噪声是低频特性。表明噪声是低频特性。噪声的分析方法与评价噪声的分析方法与评价(8/(8/14)18C 计权网络是效仿计权网络是效仿 100 方等响曲方等响曲线，在整个可听频率范围内近于线，在整个可听频率范围内近于平直的特点，它让所用频率的声平直的特点，它让所用频率的声音近于一样程度的通过，基本上音近于一样程度的通过，基本上不衰减，因此不衰减，因此 C 计权网络表示总计权网络表示总声压级。声压级。A 计权网络是效仿倍频程等响曲计权网络是效仿倍频程等响曲线中的线中的 40 方曲线而设计的，它方曲线而设计的，它较好地模仿了人耳读低频段较好地模仿了人耳读低频段（500 Hz以下）不敏感，而对于以下）不敏感，而对于 1 0005 000 Hz声音频率的敏感声音频率的敏感的特点；的特点；B 计权网络是效仿计权网络是效仿 70 方等响曲方等响曲线，对低频有衰减；线，对低频有衰减；噪声的分析方法与评价噪声的分析方法与评价(9/14)频率/Hz图8.4 A B C计权网络的衰减曲线100-10-20-30-40-5031.5 63 125 250 500 1 000 4 00016 0002 0008 000相对响应/dBCBB CA194.4.等效连续声级与噪声评价标准等效连续声级与噪声评价标准如果考虑噪声对人们的危害程度，则除了要注意噪声的强度如果考虑噪声对人们的危害程度，则除了要注意噪声的强度和频率之外，还要注意作用的时间。反映这者作用效果的噪和频率之外，还要注意作用的时间。反映这者作用效果的噪声量度叫做等效连续声级。声量度叫做等效连续声级。我国工业企业噪声检测规范（草案）规定：稳定噪声，测我国工业企业噪声检测规范（草案）规定：稳定噪声，测量量 A A 声级；不稳定噪声，测量等效连续声级，或测量不同声级；不稳定噪声，测量等效连续声级，或测量不同 A A 声级下的暴露时间声级下的暴露时间等效连续声级可表示为等效连续声级可表示为瞬时声强某段统计时间总和基准声强某一间歇时间内的 A 声级噪声的分析方法与评价噪声的分析方法与评价(10/(10/14)20 以以每个工作日每个工作日 8 h 为基础，低于为基础，低于 78 dB 的不予考虑，则的不予考虑，则一天的等效声级可按下式一天的等效声级可按下式 近似计算：近似计算：第 n 段声级Ln 一个工作日的总暴露时间，min n 的取值见表 8.4噪声的分析方法与评价噪声的分析方法与评价(11/(11/14)21如果一周工作六天，每周的等效连续声级可按下式近似计如果一周工作六天，每周的等效连续声级可按下式近似计算：算：第第 n 段声级段声级 Ln 一周的总一周的总暴露时间，暴露时间，n 的取值见表的取值见表 8.48.4噪声的分析方法与评价噪声的分析方法与评价(12/(12/14)22N(段段)12345678中心声级中心声级 Ln/dB(A)80859095100105110115暴露时间暴露时间 In/min T1T2T3T4T5T6T7T8表 8.4 中心声级与暴露时间例：测量某车间的噪声，有 4 h 中心声级为 90 dB(A)，有3 h 中心声级为 100 dB(A)，有 1 h 中心声级为 110 dB(A)，试计算一天内的等效连续声级。解：将测量的数据带入主教材中的式（9.15），则车间等效声级为噪声的分析方法与评价噪声的分析方法与评价(13/(13/14)23 图 8.5 噪声评价曲线若噪声的倍频程声压级没有超若噪声的倍频程声压级没有超过该容许评价数所对应的评价过该容许评价数所对应的评价曲线，则认为符合标准的规定。曲线，则认为符合标准的规定。国际标准化组织国际标准化组织(ISO)1971 年年提出采用噪声评价曲线，以确提出采用噪声评价曲线，以确定噪声评价标准，图中每一条定噪声评价标准，图中每一条曲线均以一定的噪声评价数曲线均以一定的噪声评价数 NR来表征。来表征。根据容许标准规定的声级根据容许标准规定的声级 LA 来确定容许的噪声评价数为来确定容许的噪声评价数为 NR。换算关系为。换算关系为 NR=LA-5 dB噪声的分析方法与评价噪声的分析方法与评价(14/(14/14)010203040506070809010011012031.5 63 120 250 5002 000 5 0001 000 4 000R5101520253035404550556065707580859095100105110115倍频程声压级的中心频率/Hz24248.3 8.3 噪声测量仪器噪声测量仪器 (Measure Instruments of Noise)噪声的测量主要是声压级、声功率及其噪声频谱的测量。噪声的测量主要是声压级、声功率及其噪声频谱的测量。一套声压级测量仪器包括传声器、声级计、频率分析仪、一套声压级测量仪器包括传声器、声级计、频率分析仪、校准器等。校准器等。声功率级是在特定的条件下由测量的声压级计算出来的。声功率级是在特定的条件下由测量的声压级计算出来的。1.1.传声器传声器传声器是将声波信号转换为相应的电信号的传感器。传声器是将声波信号转换为相应的电信号的传感器。其原理是由声造成的空气压力推动传声器的振动膜振动，进其原理是由声造成的空气压力推动传声器的振动膜振动，进而经变换器将此机器振动变成电参数的变化。而经变换器将此机器振动变成电参数的变化。常用传声器有常用传声器有:电容式；动圈式；压电式电容式；动圈式；压电式;永电体式。永电体式。25(1)(1)电容式传感器电容式传感器精密测量中最常用的一种传感器，其稳定性、可靠性、振精密测量中最常用的一种传感器，其稳定性、可靠性、振性，以及频率特性均较好。性，以及频率特性均较好。电容式传感器幅频特性平直部分的频率范围约为电容式传感器幅频特性平直部分的频率范围约为 10 Hz20 kHz。永电体式传声器（又称驻极体式），工作原理与电容式传永电体式传声器（又称驻极体式），工作原理与电容式传声器相似，其特点是尺寸小、价格便宜，可用于高湿度的声器相似，其特点是尺寸小、价格便宜，可用于高湿度的测量环境，也可用于精密测量。测量环境，也可用于精密测量。噪声测量仪器噪声测量仪器 (2/9)(2/9)26壳体上开有毛细孔，用来平壳体上开有毛细孔，用来平衡振膜两侧的静压力，以防衡振膜两侧的静压力，以防止振膜破裂。止振膜破裂。振振膜厚度在膜厚度在 0.002 50.05 mm 之间之间，它在声压的作用下发生，它在声压的作用下发生变形位移，起着可变电容器动变形位移，起着可变电容器动片的作用片的作用可变电容器的定片是背级可变电容器的定片是背级,其上的其上的阻尼孔抑制振膜的共振振幅阻尼孔抑制振膜的共振振幅图图 8.6 8.6 电容式传感器电容式传感器etRet毛吸孔毛吸孔内腔内腔背级背级振膜振膜阻尼孔阻尼孔绝缘体绝缘体然而动态的应力变化（声压）然而动态的应力变化（声压）很难通过毛细孔而作用于内腔，很难通过毛细孔而作用于内腔，从而保证仅有振膜的外侧受到从而保证仅有振膜的外侧受到声压的作用。声压的作用。噪声测量仪器噪声测量仪器 (3/9)(3/9)27(2)动圈式传声器这种传声这种传声器精度较器精度较低，灵敏低，灵敏度也较低，度也较低，体积大，体积大，其突出特其突出特点是输出点是输出阻抗小，阻抗小，所以接较所以接较长的电缆长的电缆也不降低也不降低其灵敏度。其灵敏度。图 8.7 动圈式传声器磁铁磁铁阻尼罩壳体振膜线圈在声压的作在声压的作用下，振膜用下，振膜和线圈移动和线圈移动并切割磁力并切割磁力线，产生感线，产生感应电动势应电动势。同线圈同线圈移动速度成移动速度成正比。正比。噪声测量仪器噪声测量仪器 (4/9)(4/9)28(3)(3)压电式传声器压电式传声器压电式传声器膜片压电式传声器膜片较厚，其固有频率较厚，其固有频率较低，灵敏度较高，较低，灵敏度较高，频响曲线平坦，结频响曲线平坦，结构简单，价格便宜，构简单，价格便宜，广泛用于普通声级广泛用于普通声级计中。计中。图 8.8 压电式传声器原理图壳体绝缘材料输出后板双压电晶体弯曲梁金属膜片静压力平衡管膜片受到声压作用而变位时膜片受到声压作用而变位时双压电元件产生变形，在压双压电元件产生变形，在压电元件梁端面出现电荷电元件梁端面出现电荷噪声测量仪器噪声测量仪器 (5/9)(5/9)292.声级计 声级计是噪声测量中测量声压的主要仪器。它是用一定频声级计是噪声测量中测量声压的主要仪器。它是用一定频率和时间计权来测量噪声的一套仪器。率和时间计权来测量噪声的一套仪器。噪声测量仪器噪声测量仪器 (6/9)(6/9)30 图8.9 声级计方框图传声器衰减器放大器放大器衰减器均方根值检波器指示表头计权网络声压外接记录仪ABCLABCL外接滤波器声级计的工作原理声级计的工作原理噪声测量仪器噪声测量仪器 (7/9)(7/9)313.3.声级计的校准声级计的校准其原理是：由电池供电的电动机通过凸轮使两个对称的活塞其原理是：由电池供电的电动机通过凸轮使两个对称的活塞作正弦移动，造成空腔中气体体积的变化，使腔内产生标准作正弦移动，造成空腔中气体体积的变化，使腔内产生标准的正弦变化的声压，被校的传声器置于空腔的一端。的正弦变化的声压，被校的传声器置于空腔的一端。这是一种更为简单而便宜的校准方法。用一个精确标定过这是一种更为简单而便宜的校准方法。用一个精确标定过的扬声器在一个声耦合腔中的扬声器在一个声耦合腔中产生产生 1 000 Hz的精确给定声压的精确给定声压级的声压，作为作用在传声器振膜上的标准信号。级的声压，作为作用在传声器振膜上的标准信号。(1)(1)活塞发生器校准法活塞发生器校准法活塞发生器校准法是一种现场常用的精确、可靠且简便的活塞发生器校准法是一种现场常用的精确、可靠且简便的方法，它主要适用于低频校准（几赫兹到几十赫兹）。方法，它主要适用于低频校准（几赫兹到几十赫兹）。(2)扬声器校准法扬声器校准法噪声测量仪器噪声测量仪器 (8/9)(8/9)32(3)(3)互易校准法互易校准法互易校准法适用于中频范围可听声的传声器校准，该方法互易校准法适用于中频范围可听声的传声器校准，该方法准确度高，声学测量实验室普遍采用。互易校准法既可测准确度高，声学测量实验室普遍采用。互易校准法既可测定传声器的压力响应，也可测定其自由场响应。定传声器的压力响应，也可测定其自由场响应。(4)(4)静电激励校准法静电激励校准法该方法适用于较高频率的扬声器校准。它是将一个绝缘的该方法适用于较高频率的扬声器校准。它是将一个绝缘的栅状金属板置于传声器振膜之前，并使两者之间的距离尽栅状金属板置于传声器振膜之前，并使两者之间的距离尽量小。量小。(5)(5)置换法置换法置换法是用一个已知频率响应的精确基准声级计来校置换法是用一个已知频率响应的精确基准声级计来校准使用的声级计。校准时，将两个声级计分别测量同准使用的声级计。校准时，将两个声级计分别测量同一声压，从两声级计测量结果的差别可以确定待校声一声压，从两声级计测量结果的差别可以确定待校声级计的频率响应。级计的频率响应。噪声测量仪器噪声测量仪器 (9/9)(9/9)338.4 8.4 噪声测量及其应用噪声测量及其应用(Noise Measure and Practical Use)1.1.噪声测量应注意的问题噪声测量应注意的问题(1)(1)测量部位的选取测量部位的选取根据我国根据我国噪声测量规范，一般测点选在距机械表面噪声测量规范，一般测点选在距机械表面 1.5 m，并离地面，并离地面 1.5 m 的位置。作为一般噪声源，测点应的位置。作为一般噪声源，测点应在所测机械规定表面的四周分布，且不少于在所测机械规定表面的四周分布，且不少于 4 点。点。(2)(2)测量时间的选取测量时间的选取当测量城市街道达到环境噪声时，白天的理想测定时间当测量城市街道达到环境噪声时，白天的理想测定时间为为 16 h，即从早上，即从早上 6 点至晚上点至晚上10点。测夜间的噪声，取点。测夜间的噪声，取 8 h 为宜，即从晚上为宜，即从晚上 10 点至第二天早上点至第二天早上 6 点。点。(3)(3)本底噪声的修正本底噪声的修正指被测定的噪声源停止发生时周围环境的噪声。指被测定的噪声源停止发生时周围环境的噪声。(4)(4)干扰的排除干扰的排除干扰有气流、仪器使用电压、障碍物反射等。干扰有气流、仪器使用电压、障碍物反射等。342.2.声功率的测量和计算声功率的测量和计算(1)(1)自由场法自由场法 把机器放在室外空旷无噪声干扰的地方或消声室内，即自把机器放在室外空旷无噪声干扰的地方或消声室内，即自由场中。由场中。测量以机械为中心的半球面上或半圆柱面上（长机械）若测量以机械为中心的半球面上或半圆柱面上（长机械）若干均匀分布点的声压级，用以下公式即可以求得声功率级干均匀分布点的声压级，用以下公式即可以求得声功率级 L LW W:测试球面或半圆柱面的面积(m2)n 个测点的平均声压级噪声测量及其应用噪声测量及其应用(2/6)(2/6)35如果机械在消声室或其它较理想的自由场中，声源以球如果机械在消声室或其它较理想的自由场中，声源以球面波辐射，声功率级面波辐射，声功率级 LW:如果机械放在室外坚硬的土地上，周围无反射，这时透声如果机械放在室外坚硬的土地上，周围无反射，这时透声面积为面积为 2r2，则声功率级，则声功率级 LW:相应地，相应地，距离中心为距离中心为 r 1 和和 r 2两点的声压级两点的声压级满足下列关系：满足下列关系：噪声测量及其应用噪声测量及其应用(3/6)(3/6)36(2)(2)参考声源法参考声源法在有限吸声的房间（如工厂、车间）内测量噪声，自由场在有限吸声的房间（如工厂、车间）内测量噪声，自由场法要求的条件很难得到满足。法要求的条件很难得到满足。采用一个已知声功率级采用一个已知声功率级 Lp Lp 的参考声源与被测噪声源相比的参考声源与被测噪声源相比较来测定机器的功率。较来测定机器的功率。在相同的条件下，噪声源的声功率级在相同的条件下，噪声源的声功率级 Lw Lw 可用下式来表可用下式来表示：示：以机器为中心，半径为 r 的半球面上测出的该噪声源的平均声压级关掉噪声源，参考声源置于噪声源的位置，在同样测点上测得的平均声压级用此法测量时，可以选用下述方法之一来进行：用此法测量时，可以选用下述方法之一来进行：替代法；替代法；并排法；并排法；比较法比较法噪声测量及其应用噪声测量及其应用(4/6)(4/6)373.3.噪声诊断的应用噪声诊断的应用 噪声的测试与诊断在机械工程、航空航天、国防爆破、城市噪声的测试与诊断在机械工程、航空航天、国防爆破、城市建设、房屋建筑、环境保护等方面都有很大的应用价值，随建设、房屋建筑、环境保护等方面都有很大的应用价值，随着工业技术的发展，越来越占有更重要的地位。着工业技术的发展，越来越占有更重要的地位。现以发动机噪声的确定，简单说明其应用情况。现以发动机噪声的确定，简单说明其应用情况。在研究柴油发动机的作用力和所发出噪声之间的关系时，在研究柴油发动机的作用力和所发出噪声之间的关系时，考虑柴油机气缸内形成的两种极端情况：考虑柴油机气缸内形成的两种极端情况：1 1）突然的压力升高；）突然的压力升高；2 2）平稳的压力升高。）平稳的压力升高。对于各种各样的发动机部件，从不同的噪声频谱可以判别对于各种各样的发动机部件，从不同的噪声频谱可以判别气缸内的压力变化是否正常，其作用力和噪声之间的关系气缸内的压力变化是否正常，其作用力和噪声之间的关系示于示于图图 8.10，图中，图中 v 表示发动机的速度。表示发动机的速度。噪声测量及其应用噪声测量及其应用(5/6)(5/6)38f/HzdBIV33噪 声作用力的频谱作用力形式柴油柴油发动机发动机f/HzdBIV35汽油汽油发动机发动机10 100 1 00010 100 1 0009050030 dB下降斜率30 dB 斜率50 dB 斜率50 dB 斜率5 10 20 40 lg v5 10 20 40 lg v图图 8.10 作用力、频谱和噪声之间的关系作用力、频谱和噪声之间的关系噪声测量及其应用噪声测量及其应用(6/6)(6/6)