ch 8 噪聲測量

1、,,,,,,1,,第8章 噪聲的測量Noise Measur4752ement,8.1 噪聲測量的主要參數(shù) (Principal Parameters of Noise Measure),8.2 噪聲的分析方法與評價 (Analysis Methods and Evaluation of Noise),8.3 噪聲測量儀器 (Measure Instruments of Noise),8

2、.4 噪聲測量及其應(yīng)用 (Noise Measure and Practical Use),返回,,,,,,,2,,8.1 噪聲測量的主要參數(shù) (Principal Parameters of Noise Measure),聲音是在某種彈性介質(zhì)中的一種振動過程。,術(shù)語:,介質(zhì)的基本類型有三種：氣體、液體、固體。,聲波（振源頻率在 20~20 000 Hz時，人的耳朵可以聽到）。,次聲波（振源頻率低于 20 Hz 時

3、，人耳無法聽到)。,超聲波（振源頻率高于 20 000 Hz時，人耳無法 聽到）。,振動是指質(zhì)量在一定的位置附近作來回往復(fù)運動，亦稱為振蕩。,波動是振動的傳播過程，即振動狀態(tài)的傳播。,,,,,,,3,,,1 . 聲壓與聲壓級,聲壓: 指某點上各瞬間的壓力與大氣壓力之差值，單位為 Pa（帕）。,聽閥聲壓: 指正常人剛能聽到的 1 000 Hz 聲音的聲壓為 2× 10-5 Pa，并規(guī)定為基準參考聲壓，記為 p0 。,聲壓級: 是

4、一個相對比較的量綱一的量（無量綱量）。相對于聲壓 p 的聲壓級 L p 定義為,dB,p0 為基準參考聲壓,噪聲測量的主要參數(shù)(2/9),,,,,,,4,,2 .聲強與聲壓級,聲強: 在傳播方向上單位時間內(nèi)通過單位面積的聲能量，以 I 表示，單位為W/m2 。,聲強級 LI: 聲強與參考聲強 I0 (取 I0= 10×10-12 W/m2 ）的比值常用對數(shù)的 10 倍來表示，稱為聲強級 LI （單位為dB），亦是一種量綱一的量

5、，定義為,dB,對于球形聲源,傳播過程中沒受到任何阻礙可，也不存在能量損失,則,聲強隨著聲源的距離的平方而減小,W,,噪聲測量的主要參數(shù)(3/9),,,,,,,5,,3. 聲功率及聲功率級,聲功率(W): 聲源在單位時間內(nèi)發(fā)射出的總能量，單位為W;,聲功率級(Lw):聲功率(W)與參考基準聲功率W0(取W0=10-12 W)的比值常用對數(shù)的10倍來表示，聲功率級LW（單位為dB）,,噪聲測量的主要參數(shù)(4/9),,,,,,,6,,表

6、8.1 通用語言與若干樂器輸出功率值的近似值,噪聲測量的主要參數(shù)(5/9),,,,,,,7,,4. 多聲源的噪聲強度,Wi 表示第 i 個聲源的聲功率。,第 i 個聲源的聲強,兩個以上相互獨立的聲源，同時發(fā)出來的聲功率和聲強可以代數(shù)相加，即,W = W1+ W2 + W3 +···+ Wi +···+ Wn I = I1+ I2 + I3 +·

7、;··+ Ii +···+ In,總聲功率級:,總聲強級:,噪聲測量的主要參數(shù)(6/9),,,,,,,8,,從聲壓及聲壓級出發(fā)，當兩個以上的噪聲同時存在時，,如果從 n 個聲源發(fā)出的噪聲（或是由同一聲源發(fā)出的噪聲頻譜中的各頻率成分），且互不相干，則,合成噪聲的總聲壓 p 為,由此得:,噪聲測量的主要參數(shù)(7/9),,,,,,,9,,n 個噪聲級相同的聲源，在離聲源距離相同的一點所產(chǎn)生的總

8、聲壓級為,當有兩個不同噪聲級 L1 和 L2的聲源同時作用，且 L1 < L2時，則從噪聲級 L1 到總噪聲級 L 的增加值 △L 可由下式求得：,而,噪聲測量的主要參數(shù)(8/9),,,,,,,10,,即,故,或,噪聲測量的主要參數(shù)(9/9),,,,,,,11,,8.2 噪聲的分析方法與評價 (Analysis Methods and Evaluation of Noise),1. 噪聲的頻譜分析,(1)倍頻程分析,

9、目的:了解其頻率組成及相應(yīng)能量的大小，從中找出噪聲源，進而控制噪聲。,原理:是按一定寬度的頻帶來進行的，即分析各個頻帶對應(yīng)的聲壓級。,噪聲的頻譜分析在噪聲研究中，常采用倍頻程分析。,相差 n 個倍頻程時兩個中心頻率之間的關(guān)系為,n 是正數(shù)，其值越小，頻程分得越細。,,,,,,,12,,(2)頻譜分析,聲源作簡諧振動所產(chǎn)生的聲波為簡諧波，其聲壓和時間關(guān)系為一正弦曲線。,這種只有單頻率的聲音稱為純音。,由強度不同的許多頻率純音所組成的聲音稱

10、為復(fù)音，,組成復(fù)音的強度與頻率的關(guān)系圖稱為聲頻譜，簡稱頻譜。,低頻噪聲指噪聲頻譜中最高聲級分布在 350 Hz 以下；,中頻噪聲指最高聲級分布在 350~1 000 Hz 中間；,高頻噪聲（1 000 Hz 以上）。,噪聲頻譜表示一定頻帶范圍內(nèi)聲壓級的分布情況，,頻譜中各峰值所對應(yīng)的頻率（帶）就是某種聲源產(chǎn)生的，,找到了主要峰值聲源就為噪聲控制提供了依據(jù)。,噪聲的分析方法與評價(2/14),,,,,,,13,,2. 噪聲的響度分析及評

11、價,(1)純音的等響曲線、響度及響度級,在各種頻率條件下對人的聽力進行試驗測得純音的等響度曲線如圖 8.1所示。,噪聲的分析方法與評價(3/14),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,10,20,30,40,50,60,70,80,130,120,110,100,90,,,MAF,方,方,頻率/Hz,圖8.1 等響曲線,聲壓級/dB,,,,,,,,14,,響

12、度級是一個相對量，有時需用絕對值來表示，單位宋(sone)。,1 宋為 40 方的響度級，即 1 宋是聲壓 40 dB 、頻率為 1 000 Hz 的純音素產(chǎn)生的響度。,響度(宋),響度級(方),噪聲的分析方法與評價(4/14),,,,,,,15,響度由 40 方開始，每增加 10 方，響度增加一倍，即 40 方為 1 宋，50 方為 2 宋，60 方為 4 宋，70 方為 8 宋。,響度可以疊加計算,響度級不可以疊加,例:頻率為 3

13、000 Hz 和2 000 Hz 、聲壓均為 70 dB 的兩純音合成，由圖 8.1 曲線查得響度級均為 70 方，對應(yīng)響度均為 8 宋，總響度為 8 + 8=16 宋，查圖 8.2 得總響度級為 80 方，響度級不可以疊加。,,噪聲的分析方法與評價(5/14),,4,2,20,40,60,80,100,0.2,0.4,0.8,8,響度級/方,圖8.2 響度-響度級關(guān)系,20,40,80,響度/,宋,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

14、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,16,,2. 寬帶噪聲的響度,總響度，宋,頻帶中最大的響度指數(shù),所有頻帶的響度指數(shù)之和,常數(shù)，對倍頻帶、1/2倍頻帶和 1/3倍頻帶分析儀分別為 0.3、0.2 和 0.15,噪聲的分析方法與評價(6/14),,,,,,,17,,圖 8.3 響度指數(shù)曲線,噪聲的分析方法與評價(7/14),10,2

15、0,30,40,50,60,70,80,90,100,110,120,50,100,200,1 000,5 000,500,2 000,10 000,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,0.1,0.2,0.3,0.5,0.7,1.0,1.5,2,2.5,3,4,5,150,100,80,6,8,10,12,15,20,25,30,40

16、,50,60,頻率/HZ,頻帶聲壓級/dB,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,18,,3.聲級計的頻率計權(quán)網(wǎng)絡(luò),從等響度曲線出發(fā)，在測量儀器上通過采用某些濾波器網(wǎng)絡(luò)，對不同頻率的聲音信號實行不同程度的衰減，使得儀器的讀數(shù)能近似地表達人對聲音的響應(yīng)，這種網(wǎng)絡(luò)成稱為頻率計權(quán)網(wǎng)絡(luò)。,就聲級計而言，設(shè)立了 A、B、C 三種計權(quán)

17、網(wǎng)絡(luò)，它們的頻率特性如圖 8.4 所示。,當LA = LB = LC時，表明噪聲的高頻成分較突出；,當 LC = LB > LA 時，表明噪聲的中頻成分較突出；,當 LC >LB > LA時，表明噪聲是低頻特性。,噪聲的分析方法與評價(8/14),,,,,,,19,,C 計權(quán)網(wǎng)絡(luò)是效仿 100 方等響曲線，在整個可聽頻率范圍內(nèi)近于平直的特點，它讓所用頻率的聲音近于一樣程度的通過，基本上不衰減，因此 C 計權(quán)網(wǎng)絡(luò)表示總聲

18、壓級。,A 計權(quán)網(wǎng)絡(luò)是效仿倍頻程等響曲線中的 40 方曲線而設(shè)計的，它較好地模仿了人耳讀低頻段（500 Hz以下）不敏感，而對于 1 000~5 000 Hz聲音頻率的敏感的特點；,B 計權(quán)網(wǎng)絡(luò)是效仿 70 方等響曲線，對低頻有衰減；,噪聲的分析方法與評價(9/14),,頻率/Hz,圖8.4 A B C計權(quán)網(wǎng)絡(luò)的衰減曲線,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

19、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,10,0,-10,-20,-30,-40,-50,,,,,,31.5,63,125,250,500,1 000,4 000,16 000,2 000,8 000,相對,響,應(yīng)/dB,,C,B,B,C,A,,,,,,,,,,,,,,,20,,4. 等效連續(xù)聲級與噪聲評價標準,如果考慮噪聲對人們的危害程度，則除了要注意噪聲的強度和頻率之外，還要注意作用的時間。反映這者作用效果的噪聲量度叫做等效連續(xù)

20、聲級。,我國工業(yè)企業(yè)噪聲檢測規(guī)范（草案）規(guī)定：穩(wěn)定噪聲，測量 A 聲級；不穩(wěn)定噪聲，測量等效連續(xù)聲級，或測量不同 A 聲級下的暴露時間,等效連續(xù)聲級可表示為,瞬時聲強,某段統(tǒng)計時間總和,基準聲強,某一間歇時間內(nèi)的 A 聲級,噪聲的分析方法與評價(10/14),,,,,,,21,,以每個工作日 8 h 為基礎(chǔ)，低于 78 dB 的不予考慮，則一天的等效聲級可按下式 近似計算：,第 n 段聲級Ln 一個工作日的總暴露時間，min,n 的取值

21、見表 8.4,噪聲的分析方法與評價(11/14),,,,,,,22,,如果一周工作六天，每周的等效連續(xù)聲級可按下式近似計算：,第 n 段聲級 Ln 一周的總暴露時間，,n 的取值見表 8.4,噪聲的分析方法與評價(12/14),,,,,,,23,,表 8.4 中心聲級與暴露時間,例：測量某車間的噪聲，有 4 h 中心聲級為 90 dB(A)，有3 h 中心聲級為 100 dB(A)，有 1 h 中心聲級為 110 dB(A)，試計算一

22、天內(nèi)的等效連續(xù)聲級。,解：將測量的數(shù)據(jù)帶入主教材中的式（9.15），則車間等效聲級為,噪聲的分析方法與評價(13/14),,,,,,,24,,圖 8.5 噪聲評價曲線,若噪聲的倍頻程聲壓級沒有超過該容許評價數(shù)所對應(yīng)的評價曲線，則認為符合標準的規(guī)定。,國際標準化組織(ISO) 1971 年提出采用噪聲評價曲線，以確定噪聲評價標準，圖中每一條曲線均以一定的噪聲評價數(shù) NR來表征。,根據(jù)容許標準規(guī)定的聲級 LA 來確定容許的噪聲評價數(shù)為 N

23、R。換算關(guān)系為 NR= LA -5 dB,噪聲的分析方法與評價(14/14),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,0,10,20,30,40,50,60,70,80,90,100,110,120,31.5,63,120,250,500,2 000,5 000,1 000,4 000,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,R,5,10,15,

24、20,25,30,35,40,45,50,55,60,65,70,75,80,85,90,95,100,105,110,115,,,倍頻程聲壓級的中心頻率/Hz,,,,,,,,25,,8.3 噪聲測量儀器 (Measure Instruments of Noise),噪聲的測量主要是聲壓級、聲功率及其噪聲頻譜的測量。,一套聲壓級測量儀器包括傳聲器、聲級計、頻率分析儀、校準器等。,聲功率級是在特定的條件下由測量的聲壓級計算出來的。

25、,1. 傳聲器,傳聲器是將聲波信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號的傳感器。,其原理是由聲造成的空氣壓力推動傳聲器的振動膜振動，進而經(jīng)變換器將此機器振動變成電參數(shù)的變化。,常用傳聲器有:電容式；動圈式；壓電式;永電體式。,,,,,,,26,,(1 ) 電容式傳感器,精密測量中最常用的一種傳感器，其穩(wěn)定性、可靠性、振性，以及頻率特性均較好。,電容式傳感器幅頻特性平直部分的頻率范圍約為 10 Hz~20 kHz。,永電體式傳聲器（又稱駐極體式），工作

26、原理與電容式傳聲器相似，其特點是尺寸小、價格便宜，可用于高濕度的測量環(huán)境，也可用于精密測量。,噪聲測量儀器 ( 2/9),,,,,,,27,,殼體上開有毛細孔，用來平衡振膜兩側(cè)的靜壓力，以防止振膜破裂。,振膜厚度在 0.002 5~0.05 mm 之間，它在聲壓的作用下發(fā)生變形位移，起著可變電容器動片的作用,可變電容器的定片是背級,其上的阻尼孔抑制振膜的共振振幅,,然而動態(tài)的應(yīng)力變化（聲壓）很難通過毛細孔而作用于內(nèi)腔，從而保證僅有振膜的

27、外側(cè)受到聲壓的作用。,噪聲測量儀器 ( 3/9),,,,,,,28,,(2) 動圈式傳聲器,這種傳聲器精度較低，靈敏度也較低，體積大，其突出特點是輸出阻抗小，所以接較長的電纜也不降低其靈敏度。,在聲壓的作用下，振膜和線圈移動并切割磁力線，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢 。 同線圈移動速度成正比。,噪聲測量儀器 ( 4/9),,,,,,,29,,(3) 壓電式傳聲器,壓電式傳聲器膜片較厚，其固有頻率較低，靈敏度較高，頻響曲線平坦，結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，

28、廣泛用于普通聲級計中。,膜片受到聲壓作用而變位時雙壓電元件產(chǎn)生變形，在壓電元件梁端面出現(xiàn)電荷,噪聲測量儀器 ( 5/9),,,,,,,30,,2.聲級計,聲級計是噪聲測量中測量聲壓的主要儀器。它是用一定頻率和時間計權(quán)來測量噪聲的一套儀器。,噪聲測量儀器 (6 /9),,,,,,,31,,圖8.9 聲級計方框圖,傳聲器,衰減器,放大器,放大器,衰減器,均方根值檢波器,指示表頭,計權(quán)網(wǎng)絡(luò),,聲壓,,,,,,外接記錄儀,AB

29、CL,ABCL,,,外接濾波器,聲級計的工作原理,噪聲測量儀器 (7 /9),,,,,,,32,,3.聲級計的校準,其原理是：由電池供電的電動機通過凸輪使兩個對稱的活塞作正弦移動，造成空腔中氣體體積的變化，使腔內(nèi)產(chǎn)生標準的正弦變化的聲壓，被校的傳聲器置于空腔的一端。,這是一種更為簡單而便宜的校準方法。用一個精確標定過的揚聲器在一個聲耦合腔中產(chǎn)生 1 000 Hz的精確給定聲壓級的聲壓，作為作用在傳聲器振膜上的標準信號。,(1)活

30、塞發(fā)生器校準法,活塞發(fā)生器校準法是一種現(xiàn)場常用的精確、可靠且簡便的方法，它主要適用于低頻校準（幾赫茲到幾十赫茲）。,(2)揚聲器校準法,噪聲測量儀器 (8 /9),,,,,,,33,,(3)互易校準法,互易校準法適用于中頻范圍可聽聲的傳聲器校準，該方法準確度高，聲學測量實驗室普遍采用?；ヒ仔史瓤蓽y定傳聲器的壓力響應(yīng)，也可測定其自由場響應(yīng)。,(4)靜電激勵校準法,該方法適用于較高頻率的揚聲器校準。它是將一個絕緣的柵狀金屬板置于傳聲器振

31、膜之前，并使兩者之間的距離盡量小。,(5)置換法,置換法是用一個已知頻率響應(yīng)的精確基準聲級計來校準使用的聲級計。校準時，將兩個聲級計分別測量同一聲壓，從兩聲級計測量結(jié)果的差別可以確定待校聲級計的頻率響應(yīng)。,噪聲測量儀器 ( 9/9),,,,,,,34,,8.4 噪聲測量及其應(yīng)用(Noise Measure and Practical Use),1 . 噪聲測量應(yīng)注意的問題,(1)測量部位的選取,根據(jù)我國噪聲測量規(guī)范，一般測點選在距機

32、械表面 1.5 m，并離地面 1.5 m 的位置。作為一般噪聲源，測點應(yīng)在所測機械規(guī)定表面的四周分布，且不少于 4 點。,(2)測量時間的選取,當測量城市街道達到環(huán)境噪聲時，白天的理想測定時間為 16 h，即從早上 6 點至晚上10點。測夜間的噪聲，取 8 h 為宜，即從晚上 10 點至第二天早上 6 點。,(3)本底噪聲的修正,指被測定的噪聲源停止發(fā)生時周圍環(huán)境的噪聲。,(4)干擾的排除,干擾有氣流、儀器使用電壓、障礙物反射等。,,

33、,,,,,35,,2. 聲功率的測量和計算,(1)自由場法,把機器放在室外空曠無噪聲干擾的地方或消聲室內(nèi)，即自由場中。,測量以機械為中心的半球面上或半圓柱面上（長機械）若干均勻分布點的聲壓級，用以下公式即可以求得聲功率級 LW :,測試球面或半圓柱面的面積(m2),n 個測點的平均聲壓級,噪聲測量及其應(yīng)用(2/6),,,,,,,36,,如果機械在消聲室或其它較理想的自由場中，聲源以球面波輻射，聲功率級 LW :,如果機械放在室外堅硬的土

34、地上，周圍無反射，這時透聲面積為 2πr2 ，則聲功率級 LW :,相應(yīng)地，距離中心為 r 1 和 r 2兩點的聲壓級滿足下列關(guān)系：,噪聲測量及其應(yīng)用(3/6),,,,,,,37,,(2)參考聲源法,在有限吸聲的房間（如工廠、車間）內(nèi)測量噪聲，自由場法要求的條件很難得到滿足。,采用一個已知聲功率級 Lp 的參考聲源與被測噪聲源相比較來測定機器的功率。,在相同的條件下，噪聲源的聲功率級 Lw 可用下式來表示：,以機器為中心，半徑為 r 的

35、半球面上測出的該噪聲源的平均聲壓級,關(guān)掉噪聲源，參考聲源置于噪聲源的位置，在同樣測點上測得的平均聲壓級,用此法測量時，可以選用下述方法之一來進行：①替代法；②并排法；③比較法,噪聲測量及其應(yīng)用(4/6),,,,,,,38,,3. 噪聲診斷的應(yīng)用,噪聲的測試與診斷在機械工程、航空航天、國防爆破、城市建設(shè)、房屋建筑、環(huán)境保護等方面都有很大的應(yīng)用價值，隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，越來越占有更重要的地位。,現(xiàn)以發(fā)動機噪聲的確定，簡單說明其應(yīng)用情況。,

36、在研究柴油發(fā)動機的作用力和所發(fā)出噪聲之間的關(guān)系時，考慮柴油機氣缸內(nèi)形成的兩種極端情況： 1）突然的壓力升高； 2）平穩(wěn)的壓力升高。,對于各種各樣的發(fā)動機部件，從不同的噪聲頻譜可以判別氣缸內(nèi)的壓力變化是否正常，其作用力和噪聲之間的關(guān)系示于圖 8.10，圖中 v 表示發(fā)動機的速度。,噪聲測量及其應(yīng)用(5/6),,,,,,,39,,,,,,,,,,,,,,,f /Hz,dB,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,I≈V33,噪 聲,

37、作用力的頻譜,作用力形式,,,柴油發(fā)動機,,,,,,,,,,,,,,,f/Hz,dB,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,I≈V35,,汽油發(fā)動機,10 100 1 000,10 100 1 000,,,,,,,90500,30 dB,下降斜率,30 dB 斜率,50 dB 斜率,50 dB 斜率,5 10 20 40 lg v,5 10 20 40 l