噪聲第三章-噪聲源的測量

1、 聊城大學(xué)環(huán)境與規(guī)劃學(xué)院聊城大學(xué)環(huán)境與規(guī)劃學(xué)院李李 聰聰2013.10.153.1 聲壓的測量聲壓的測量n 3.2 聲源聲源的的頻譜測量頻譜測量n 3.3 聲強(qiáng)及聲功率測量聲強(qiáng)及聲功率測量n 3.4 測量儀器測量儀器本課內(nèi)容本課內(nèi)容n聲功率的測量原理（理解）聲功率的測量原理（理解）n聲級(jí)計(jì)的構(gòu)造功能原理（掌握）聲級(jí)計(jì)的構(gòu)造功能原理（掌握）本課的重點(diǎn)難點(diǎn)本課的重點(diǎn)難點(diǎn)概述概述為了評(píng)價(jià)和控制噪聲，必須對(duì)噪聲源進(jìn)行測量為了評(píng)價(jià)和控制噪聲，必須對(duì)噪聲源進(jìn)行測量聲壓聲壓、質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度、阻抗、聲強(qiáng)和聲功率；、質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度、阻抗、聲強(qiáng)和聲功率；聲壓可以直接測量，是聲學(xué)測量中最基本和最主要聲壓可以直接測量，是

2、聲學(xué)測量中最基本和最主要方式，而他量一般通過聲壓計(jì)算得到；方式，而他量一般通過聲壓計(jì)算得到；用聲功率表征噪聲源的特性更確切，目前已研究出用聲功率表征噪聲源的特性更確切，目前已研究出直接測得聲強(qiáng)得到聲功率的方法（直接測得聲強(qiáng)得到聲功率的方法（新方向新方向）3.1 聲壓的測量聲壓的測量聲波傳播時(shí)大氣中壓強(qiáng)隨著聲波作周期性的變聲波傳播時(shí)大氣中壓強(qiáng)隨著聲波作周期性的變化，聲擾動(dòng)所產(chǎn)生的逾量壓強(qiáng)就叫做聲壓。化，聲擾動(dòng)所產(chǎn)生的逾量壓強(qiáng)就叫做聲壓。 p = p - p0聲能密度聲能密度聲強(qiáng)聲強(qiáng)聲功率聲功率 SS平面聲波波陣面的面積平面聲波波陣面的面積2 20 02 2c cp pe e cpIe02ISW

3、聲壓的測量是聲學(xué)測量的基礎(chǔ)。聲壓的測量是聲學(xué)測量的基礎(chǔ)。n 在空氣介質(zhì)中最常用的接收器為在空氣介質(zhì)中最常用的接收器為傳聲器是將傳聲器是將轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的的的傳感器；傳感器；其原理是由聲造成的其原理是由聲造成的推動(dòng)傳聲器的推動(dòng)傳聲器的振動(dòng)，進(jìn)而經(jīng)振動(dòng)，進(jìn)而經(jīng)將此機(jī)器將此機(jī)器變成變成的變的變化?；?。按照接收聲波方式的不同，傳聲器一般按照接收聲波方式的不同，傳聲器一般有四種：有四種： 壓強(qiáng)式壓強(qiáng)式 壓差式壓差式 壓強(qiáng)與壓差復(fù)合式壓強(qiáng)與壓差復(fù)合式 多聲道干涉式多聲道干涉式 作用：將聲信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。作用：將聲信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。精度較高，應(yīng)用最多。精度較高，應(yīng)用最多。當(dāng)裝置置于某空間時(shí)：當(dāng)裝置

4、置于某空間時(shí)：不存在聲場，腔內(nèi)外壓不存在聲場，腔內(nèi)外壓強(qiáng)相同，作用在膜片上強(qiáng)相同，作用在膜片上的合力為的合力為0；如果有聲波入射，則振如果有聲波入射，則振膜在腔外一側(cè)受到聲壓膜在腔外一側(cè)受到聲壓p的作用。振膜面積的作用。振膜面積 S，則合力為則合力為p pS SS Sp pp pp p ) ) ( (F F0 00 0在此力作用下，振膜產(chǎn)在此力作用下，振膜產(chǎn)生振動(dòng)，使雙壓電元件生振動(dòng)，使雙壓電元件也產(chǎn)生變形，在壓電元也產(chǎn)生變形，在壓電元件梁端面產(chǎn)生電荷。件梁端面產(chǎn)生電荷。振動(dòng)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)輸出。振動(dòng)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)輸出。測得這個(gè)輸出信號(hào)就可測得這個(gè)輸出信號(hào)就可求出聲場中對(duì)應(yīng)的聲壓求出聲場中對(duì)應(yīng)的聲壓

5、 1) 與聲波波長相比，傳聲器的尺寸應(yīng)當(dāng)很小，不與聲波波長相比，傳聲器的尺寸應(yīng)當(dāng)很小，不會(huì)對(duì)聲場產(chǎn)生干擾；會(huì)對(duì)聲場產(chǎn)生干擾； 2) 在聲頻范圍內(nèi)具有具有良好的頻率響應(yīng)特性，在聲頻范圍內(nèi)具有具有良好的頻率響應(yīng)特性，即平坦的幅頻特性和零相移的相頻特性；即平坦的幅頻特性和零相移的相頻特性； 3) 動(dòng)態(tài)范圍寬。傳聲器應(yīng)在很寬的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)具動(dòng)態(tài)范圍寬。傳聲器應(yīng)在很寬的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)具有恒定的聲壓電壓轉(zhuǎn)換靈敏度；有恒定的聲壓電壓轉(zhuǎn)換靈敏度； 4) 性能穩(wěn)定；性能穩(wěn)定； 5) 高靈敏度和低的電噪聲。高靈敏度和低的電噪聲。 按換能方式分類，傳聲器分為：按換能方式分類，傳聲器分為：電動(dòng)式（用于普通聲級(jí)計(jì)電動(dòng)式（用于

6、普通聲級(jí)計(jì) ）壓電式（用于普通聲級(jí)計(jì)壓電式（用于普通聲級(jí)計(jì) ）電容式（常用于精密聲級(jí)計(jì)電容式（常用于精密聲級(jí)計(jì) ）精密測量中最常用的一種傳感器，其穩(wěn)定性、可靠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；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電容式傳感器幅頻特性平直部分的頻率范圍約為 10 Hz20 kHz10 Hz20 kHz；具有理想傳聲器所要求的各種特性。具有理想傳聲器所要求的各種特性。n 無聲波時(shí)，腔內(nèi)外壓強(qiáng)無聲波時(shí)，腔內(nèi)外壓強(qiáng)相等；相等；n 有聲波作用時(shí)，膜片受有聲波作用時(shí)，膜片受到聲壓到聲壓P的作用，產(chǎn)生的作用，產(chǎn)生振動(dòng)

7、，使膜片與后板的振動(dòng)，使膜片與后板的距離發(fā)生變化，電容也距離發(fā)生變化，電容也隨之變化，這就產(chǎn)生了隨之變化，這就產(chǎn)生了一個(gè)交變電壓信號(hào)，輸一個(gè)交變電壓信號(hào)，輸送到前置放大器中。送到前置放大器中。電容傳聲器的結(jié)構(gòu)圖電容傳聲器的結(jié)構(gòu)圖n 電容計(jì)算公式：電容計(jì)算公式：n 式中式中k為靜電力常量，為靜電力常量，為介電常數(shù)，為介電常數(shù)，S為極板面積。為極板面積。 當(dāng)極板間距當(dāng)極板間距d變化時(shí)，電容變化時(shí)，電容C隨之變化，電流隨之變化，電流I也會(huì)隨也會(huì)隨之變化。之變化。電容傳聲器等效電路圖電容傳聲器等效電路圖kdsc4n 優(yōu)點(diǎn)：頻率范圍寬，頻率響應(yīng)平直，靈敏度變化優(yōu)點(diǎn)：頻率范圍寬，頻率響應(yīng)平直，靈敏度變化小

8、，穩(wěn)定性好，多用于精密聲級(jí)計(jì)中。小，穩(wěn)定性好，多用于精密聲級(jí)計(jì)中。n 缺點(diǎn)：內(nèi)阻高，需要配備響應(yīng)的放大器和衰減器缺點(diǎn)：內(nèi)阻高，需要配備響應(yīng)的放大器和衰減器，需要一定的電壓，膜片容易損壞。，需要一定的電壓，膜片容易損壞。n 永電體式傳聲器（又稱駐極體式），工作原理與電永電體式傳聲器（又稱駐極體式），工作原理與電容式傳聲器相似，其特點(diǎn)是尺寸小、價(jià)格便宜，可容式傳聲器相似，其特點(diǎn)是尺寸小、價(jià)格便宜，可用于高濕度的測量環(huán)境，也可用于精密測量。用于高濕度的測量環(huán)境，也可用于精密測量。 電容傳聲器優(yōu)缺點(diǎn)電容傳聲器優(yōu)缺點(diǎn)這種傳聲器這種傳聲器精度較低，精度較低，靈敏度也較靈敏度也較低，體積大，低，體積大，其突

9、出特點(diǎn)其突出特點(diǎn)是輸出阻抗是輸出阻抗小，所以接小，所以接較長的電纜較長的電纜也不降低其也不降低其靈敏度。靈敏度。磁鐵磁鐵磁鐵磁鐵阻尼罩阻尼罩殼體殼體振膜振膜線圈線圈在聲壓的在聲壓的作用下，作用下，振膜和線振膜和線圈移動(dòng)并圈移動(dòng)并切割磁力切割磁力線，產(chǎn)生線，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)感應(yīng)電動(dòng)勢勢 。 同線圈移同線圈移動(dòng)速度成動(dòng)速度成正比正比。壓電式傳聲器膜片較壓電式傳聲器膜片較厚，其固有頻率較低，厚，其固有頻率較低，靈敏度較高，頻響曲靈敏度較高，頻響曲線平坦，結(jié)構(gòu)簡單，線平坦，結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格便宜，廣泛用于價(jià)格便宜，廣泛用于普通聲級(jí)計(jì)中。普通聲級(jí)計(jì)中。圖圖 8.8 8.8 壓電式傳聲器原理圖壓電式傳聲器原理圖殼

10、體殼體絕緣材料絕緣材料輸出輸出后板后板雙壓電晶體雙壓電晶體彎曲梁彎曲梁金屬膜片金屬膜片靜壓力平衡管靜壓力平衡管膜片受到聲壓作用而變位時(shí)膜片受到聲壓作用而變位時(shí)雙壓電元件產(chǎn)生變形，在壓雙壓電元件產(chǎn)生變形，在壓電元件梁端面出現(xiàn)電荷電元件梁端面出現(xiàn)電荷噪聲是由多種頻率組成的噪聲是由多種頻率組成的 為了解噪聲的特性，需要知道聲壓級(jí)與頻率之間為了解噪聲的特性，需要知道聲壓級(jí)與頻率之間的函數(shù)關(guān)系；的函數(shù)關(guān)系； 將時(shí)間域中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率域中的數(shù)據(jù)（頻譜將時(shí)間域中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率域中的數(shù)據(jù)（頻譜分析儀）；分析儀）； f(t) F()3.2 聲源的頻譜測量聲源的頻譜測量傅里葉變換傅里葉變換 連續(xù)的傅里葉變換發(fā)

11、展成連續(xù)的傅里葉變換發(fā)展成離散傅里葉變換（離散傅里葉變換（DFT） 離散傅里葉變換定義：離散傅里葉變換定義：An：離散傅里葉變換的第：離散傅里葉變換的第n個(gè)系數(shù)；個(gè)系數(shù)；Xk：具有：具有N次采樣時(shí)間順序的第次采樣時(shí)間順序的第k個(gè)采樣值；個(gè)采樣值； n、k=0,1,N-13.2.1 快速傅里葉變換（快速傅里葉變換（FFT） 1 10 0k kk kn n) )X X( (A AN NknknW WN Nj je eW W 2 2 離散傅里葉逆變換（離散傅里葉逆變換（IDFT）：）： 離散傅里葉變換的一個(gè)重要性質(zhì)是采樣序列的離離散傅里葉變換的一個(gè)重要性質(zhì)是采樣序列的離散傅里葉變換和采樣值所表示連續(xù)

12、波形的傅里葉散傅里葉變換和采樣值所表示連續(xù)波形的傅里葉變化之間有直接對(duì)應(yīng)的關(guān)系；變化之間有直接對(duì)應(yīng)的關(guān)系； 離散傅里葉變換是處理離散數(shù)字信號(hào)的一個(gè)方法；離散傅里葉變換是處理離散數(shù)字信號(hào)的一個(gè)方法； 快速傅里葉變換是一種計(jì)算離散傅里葉變換的高快速傅里葉變換是一種計(jì)算離散傅里葉變換的高效方法；效方法；3.2.1 快速傅里葉變換（快速傅里葉變換（FFT） 1 10 0n nn nk k) )( (1 1X XN NknknW WA AN N 利用利用Wn=1的性質(zhì)，把計(jì)算離散傅里葉變換系數(shù)所的性質(zhì)，把計(jì)算離散傅里葉變換系數(shù)所需要進(jìn)行的乘法運(yùn)算次數(shù)從需要進(jìn)行的乘法運(yùn)算次數(shù)從N2次壓縮到次壓縮到(N/2

13、)logaN次，次，a為整數(shù)，一般取為整數(shù)，一般取2； 例如例如N=1024，N2=1048576，而，而(N/2)logaN=5120，運(yùn)算次數(shù)減少到原來的運(yùn)算次數(shù)減少到原來的1/205; 采用采用FFT來計(jì)算離散傅里葉變換，推動(dòng)了頻譜、相來計(jì)算離散傅里葉變換，推動(dòng)了頻譜、相關(guān)函數(shù)、功率譜等技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。關(guān)函數(shù)、功率譜等技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。快速傅里葉變換的原理快速傅里葉變換的原理 在聲信號(hào)處理中，窗函數(shù)是一種在給定區(qū)間之外在聲信號(hào)處理中，窗函數(shù)是一種在給定區(qū)間之外取值均為取值均為0的實(shí)函數(shù)。的實(shí)函數(shù)。 例如，在給定區(qū)間內(nèi)為常數(shù)而在區(qū)間外為例如，在給定區(qū)間內(nèi)為常數(shù)而在區(qū)間外為0的窗函的窗函數(shù)被稱

14、為矩形窗；數(shù)被稱為矩形窗； 目前普遍使用的窗函數(shù)多達(dá)數(shù)十種，如目前普遍使用的窗函數(shù)多達(dá)數(shù)十種，如漢寧窗漢寧窗、平頂窗、矩形窗、力窗、指數(shù)窗等；平頂窗、矩形窗、力窗、指數(shù)窗等；3.2.2 窗函數(shù)窗函數(shù) 漢寧窗函數(shù)的定義為：漢寧窗函數(shù)的定義為： (t)= 漢寧窗用于隨即信號(hào)分析，以減少功率泄露；漢寧窗用于隨即信號(hào)分析，以減少功率泄露；漢寧窗漢寧窗0.5(1-cos(2t/T), 0=t =T0, t取其他值取其他值 平頂窗適合于正弦信號(hào)分析，以保證幅值精度；平頂窗適合于正弦信號(hào)分析，以保證幅值精度； 矩形窗主要用于瞬態(tài)信號(hào)分析；矩形窗主要用于瞬態(tài)信號(hào)分析； 在頻率響應(yīng)函數(shù)測試中對(duì)脈沖力信號(hào)使用力窗

15、，在頻率響應(yīng)函數(shù)測試中對(duì)脈沖力信號(hào)使用力窗，以提高信噪比；以提高信噪比； 在頻率響應(yīng)函數(shù)測試中對(duì)脈沖響應(yīng)信號(hào)使用指數(shù)在頻率響應(yīng)函數(shù)測試中對(duì)脈沖響應(yīng)信號(hào)使用指數(shù)窗，以防止信號(hào)截?cái)喱F(xiàn)象，減少功率泄露，提高窗，以防止信號(hào)截?cái)喱F(xiàn)象，減少功率泄露，提高信噪比。信噪比。 (t)= 漢寧窗用于隨即信號(hào)分析，以減少功率泄露；漢寧窗用于隨即信號(hào)分析，以減少功率泄露； 頻譜分析儀的核心頻譜分析儀的核心濾波器；濾波器；3.2.3 濾波器濾波器帶寬為帶寬為f2-f1。頻率頻率f1和和f2處輸出比中心頻率處輸出比中心頻率f0小小3dB，稱之為，稱之為下線和上線截止頻率。下線和上線截止頻率。中心頻率中心頻率f0與截止頻率

16、與截止頻率f1，f2的關(guān)系為：的關(guān)系為：2 20 0f f* *f ff f1 1 頻率分析儀通常分兩類：頻率分析儀通常分兩類：n 一類是恒定帶寬分析儀；一類是恒定帶寬分析儀； 用一固定濾波器，用外差法將信號(hào)頻率移到濾波器的中用一固定濾波器，用外差法將信號(hào)頻率移到濾波器的中心頻率處，因此帶寬與信號(hào)頻率無關(guān)；心頻率處，因此帶寬與信號(hào)頻率無關(guān)；另一類是恒定百分比帶寬分析儀；另一類是恒定百分比帶寬分析儀； 噪聲測量中使用，其濾波器的帶寬是中心頻率的一個(gè)恒噪聲測量中使用，其濾波器的帶寬是中心頻率的一個(gè)恒定百分比值，故帶寬隨中心頻率的增大而增大；定百分比值，故帶寬隨中心頻率的增大而增大； 有倍頻程有倍頻

17、程和和1/3倍頻程倍頻程頻率分析儀。頻率分析儀。 窗口傅里葉分析窗口傅里葉分析：對(duì)不同的頻率成分，在時(shí)間域：對(duì)不同的頻率成分，在時(shí)間域上的取樣步長均相同；上的取樣步長均相同； 小波分析小波分析：對(duì)不同頻率成分在時(shí)間域上的取樣步：對(duì)不同頻率成分在時(shí)間域上的取樣步長是具有調(diào)節(jié)性的，高頻者小，低頻者大；長是具有調(diào)節(jié)性的，高頻者小，低頻者大； 優(yōu)于傅里葉分析的一個(gè)顯著特點(diǎn)是小波分析在時(shí)優(yōu)于傅里葉分析的一個(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)，被間域和頻率域上同時(shí)具有良好的局部化性質(zhì)，被稱為稱為“數(shù)字顯微鏡數(shù)字顯微鏡”。3.2.4 小波分析技術(shù)小波分析技術(shù) 相對(duì)于傅里葉分析，小波

18、分析正在或已經(jīng)更為有相對(duì)于傅里葉分析，小波分析正在或已經(jīng)更為有效地應(yīng)用于瞬態(tài)噪聲信號(hào)分析、聲信號(hào)分離、聲效地應(yīng)用于瞬態(tài)噪聲信號(hào)分析、聲信號(hào)分離、聲信號(hào)特性提取、聲源鑒別等領(lǐng)域。信號(hào)特性提取、聲源鑒別等領(lǐng)域。3.2.4 小波分析技術(shù)小波分析技術(shù)3.3 聲強(qiáng)及聲功率的測量聲強(qiáng)及聲功率的測量 3.3.1 聲強(qiáng)的測量聲強(qiáng)的測量 1.聲強(qiáng)聲強(qiáng)：指在單位時(shí)間內(nèi)通過與指定方向垂：指在單位時(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，它是一直的單位面積的聲能量的平均值，它是一個(gè)矢量值，表示為：個(gè)矢量值，表示為： I=W/S=peue2.聲強(qiáng)的測量原理聲強(qiáng)的測量原理n一般采用兩個(gè)性能相同的一般采用兩個(gè)性能

19、相同的聲壓傳聲器聲壓傳聲器組成組成聲強(qiáng)計(jì)的聲強(qiáng)計(jì)的傳感器傳感器，與加法器、減法器、積，與加法器、減法器、積分器、乘法器等組成聲強(qiáng)計(jì)，直接進(jìn)行聲分器、乘法器等組成聲強(qiáng)計(jì)，直接進(jìn)行聲強(qiáng)測量。強(qiáng)測量。3.聲強(qiáng)的測量儀器聲強(qiáng)的測量儀器n采用采用雙傳聲器雙傳聲器作為聲信號(hào)的接收單元；作為聲信號(hào)的接收單元；n兩兩個(gè)傳聲器之間的距離個(gè)傳聲器之間的距離r決定了測量的最高頻率決定了測量的最高頻率 一般一般r取相應(yīng)最短波長的取相應(yīng)最短波長的1/61/10; 最高頻率為最高頻率為10 kHz，則，則r應(yīng)取應(yīng)取35mm；n組成：組成： 探頭部分探頭部分信號(hào)處理部分信號(hào)處理部分校準(zhǔn)部分校準(zhǔn)部分 n探頭部分探頭部分傳感器

20、部分，從聲場中拾取聲傳感器部分，從聲場中拾取聲壓或質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度信號(hào)。壓或質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度信號(hào)。n信號(hào)處理部分信號(hào)處理部分負(fù)責(zé)對(duì)信號(hào)放大、濾波，負(fù)責(zé)對(duì)信號(hào)放大、濾波，然后根據(jù)測量原理計(jì)算并顯示結(jié)果。然后根據(jù)測量原理計(jì)算并顯示結(jié)果。n校準(zhǔn)部分校準(zhǔn)部分確保測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。確保測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。n分類分類： 小型聲強(qiáng)計(jì)小型聲強(qiáng)計(jì)：只給出線性的或：只給出線性的或A計(jì)權(quán)的單值結(jié)果，技計(jì)權(quán)的單值結(jié)果，技術(shù)是模擬似的；（測總的聲強(qiáng)級(jí)或術(shù)是模擬似的；（測總的聲強(qiáng)級(jí)或A計(jì)權(quán)聲強(qiáng)級(jí)）計(jì)權(quán)聲強(qiáng)級(jí)） 雙通道快速傅里葉分析儀雙通道快速傅里葉分析儀：通過互功率譜計(jì)算聲強(qiáng)；：通過互功率譜計(jì)算聲強(qiáng)；（進(jìn)行窄道分析，在設(shè)備和時(shí)間上

21、沒有什么限制）（進(jìn)行窄道分析，在設(shè)備和時(shí)間上沒有什么限制） 利用數(shù)字濾波技術(shù)：利用數(shù)字濾波技術(shù)：由兩個(gè)具有歸一化由兩個(gè)具有歸一化1/3倍頻程濾倍頻程濾波器的雙路數(shù)字濾波器組獲得聲強(qiáng)的頻譜。波器的雙路數(shù)字濾波器組獲得聲強(qiáng)的頻譜。 聲強(qiáng)測量技術(shù)：直接測量技術(shù)和間接測量技術(shù)；聲強(qiáng)測量技術(shù)：直接測量技術(shù)和間接測量技術(shù)；p-up-p4.聲強(qiáng)測量的應(yīng)用聲強(qiáng)測量的應(yīng)用n鑒別聲源及其方位鑒別聲源及其方位n畫出聲源附近聲能量流動(dòng)的路線畫出聲源附近聲能量流動(dòng)的路線n研究材料吸聲系數(shù)隨入射角度的變化研究材料吸聲系數(shù)隨入射角度的變化n求聲源的聲功率求聲源的聲功率3.3.2 聲功率的測量聲功率的測量 聲功率：聲源在單位

22、時(shí)間內(nèi)發(fā)出的總能量，聲功率：聲源在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)出的總能量，與測點(diǎn)離聲源的距離以及外界條件無關(guān)與測點(diǎn)離聲源的距離以及外界條件無關(guān)。 目前已有的為目前已有的為ISO頒發(fā)的測量噪聲源聲功率方頒發(fā)的測量噪聲源聲功率方法的法的標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)以及我國參照以及我國參照ISO制定的制定的測試標(biāo)準(zhǔn)測試標(biāo)準(zhǔn)。 ISO測試標(biāo)準(zhǔn)測試標(biāo)準(zhǔn)n 按按測量測量精度精度分為：精密級(jí)、工程級(jí)和簡易級(jí)。分為：精密級(jí)、工程級(jí)和簡易級(jí)。n 按按測試測試環(huán)境環(huán)境分為：自由聲場、混響室法和戶外聲場法分為：自由聲場、混響室法和戶外聲場法n 按按聲源聲源噪聲特性噪聲特性分為：穩(wěn)態(tài)、寬帶和窄帶噪聲。分為：穩(wěn)態(tài)、寬帶和窄帶噪聲。我國頒布的測試標(biāo)準(zhǔn)我國頒

23、布的測試標(biāo)準(zhǔn)n 按按測量測量精度精度分為：精密級(jí)、工程級(jí)和簡易級(jí)。分為：精密級(jí)、工程級(jí)和簡易級(jí)。n 按按測試方法測試方法分為：聲壓法、聲強(qiáng)法、和振速法。分為：聲壓法、聲強(qiáng)法、和振速法。n 按按測試環(huán)境測試環(huán)境分為：混響室、消聲室和半消聲室。分為：混響室、消聲室和半消聲室。不同測量精度的特征不同測量精度的特征參量精密法（1級(jí)）工程法（2級(jí)）簡易法（3級(jí)）測試環(huán)境半消聲室室內(nèi)或室外室內(nèi)或室外聲源體積小于測試室體積的5%無限制無限制對(duì)背景噪聲的限定L10dBL6dBL3dB測量數(shù)目10941.聲壓法聲壓法n聲壓法是指通過測量聲源的聲壓值，聲壓法是指通過測量聲源的聲壓值，再換算成聲功率的方法。再換算成

24、聲功率的方法。n聲壓法可分為聲壓法可分為自由聲場法自由聲場法和和混響室混響室法法兩類。兩類。（1）自由聲場法）自由聲場法n產(chǎn)生自由聲場的環(huán)境可以是消聲室或產(chǎn)生自由聲場的環(huán)境可以是消聲室或半消聲室。半消聲室。n利用自由聲場法可以測量無指向性聲利用自由聲場法可以測量無指向性聲源和指向性聲源的聲功率。源和指向性聲源的聲功率。n無指向性聲源輻射聲功率的測量無指向性聲源輻射聲功率的測量 只需測量出聲場中某處的聲壓級(jí)即可。只需測量出聲場中某處的聲壓級(jí)即可。 若為精密測量，需注意：若為精密測量，需注意： 1.在消聲室內(nèi)進(jìn)行，吸聲系數(shù)大于在消聲室內(nèi)進(jìn)行，吸聲系數(shù)大于0.99 2.傳聲器位置傳聲器位置2-5倍于

25、被測聲源尺寸倍于被測聲源尺寸 3.傳聲器離墻面的距離不小于被測信號(hào)傳聲器離墻面的距離不小于被測信號(hào) 波長的波長的1/4)(11lg20dBrLLpWn指向性聲源聲功率的測量指向性聲源聲功率的測量 假想將球面分成與測量點(diǎn)數(shù)目相同的測量球。假想將球面分成與測量點(diǎn)數(shù)目相同的測量球。 若每個(gè)測量球（半球）的面積相等，則：若每個(gè)測量球（半球）的面積相等，則： 若每個(gè)測量球（半球）的面積不相等，則：若每個(gè)測量球（半球）的面積不相等，則： NiLppiNL11 . 0101lg10NiLippiSSL11 . 0101lg10則自由聲場的聲功率級(jí)為：則自由聲場的聲功率級(jí)為：S1=4r2 半自由聲場中的聲功率

26、級(jí)為：半自由聲場中的聲功率級(jí)為：S1=2r2)(lg1dBSLLpW)(lg2dBSLLpW測量點(diǎn)的布置測量點(diǎn)的布置n固定傳聲器位置：固定傳聲器位置：n平行平面內(nèi)同軸的圓形路徑平行平面內(nèi)同軸的圓形路徑n子午線移動(dòng)子午線移動(dòng)n螺旋線路徑螺旋線路徑n其他傳聲器排列其他傳聲器排列 測量點(diǎn)的布置測量點(diǎn)的布置n固定傳聲器位置：固定傳聲器位置： 球面（半球面）測試一般采用球面（半球面）測試一般采用20個(gè)固定點(diǎn)進(jìn)個(gè)固定點(diǎn)進(jìn)行測量，在測量中測得的最高和最低聲壓級(jí)之行測量，在測量中測得的最高和最低聲壓級(jí)之差，在數(shù)值上小于測量點(diǎn)數(shù)的一半，則測量點(diǎn)差，在數(shù)值上小于測量點(diǎn)數(shù)的一半，則測量點(diǎn)數(shù)是足夠的。數(shù)是足夠的。測量

27、點(diǎn)的布置測量點(diǎn)的布置n平行平面內(nèi)同軸的圓形路徑：平行平面內(nèi)同軸的圓形路徑： 單個(gè)傳聲器沿圓形路徑連續(xù)移動(dòng)，聲壓級(jí)做時(shí)單個(gè)傳聲器沿圓形路徑連續(xù)移動(dòng)，聲壓級(jí)做時(shí)間和空間的平均。如為半自由聲場，最少選間和空間的平均。如為半自由聲場，最少選5個(gè)路徑；如為自由聲場，路徑依次增加。個(gè)路徑；如為自由聲場，路徑依次增加。測量點(diǎn)的布置測量點(diǎn)的布置n子午線移動(dòng)：子午線移動(dòng)： 用單個(gè)傳聲器圍繞通過聲源中心的水平軸做用單個(gè)傳聲器圍繞通過聲源中心的水平軸做半圓形弧線移動(dòng)，傳聲器移動(dòng)線至少要半圓形弧線移動(dòng)，傳聲器移動(dòng)線至少要8條，條，每條圍繞聲源的方位角有相等的增量。每條圍繞聲源的方位角有相等的增量。測量點(diǎn)的布置測量點(diǎn)的

28、布置n螺旋線路徑移動(dòng)：螺旋線路徑移動(dòng)： 單個(gè)傳聲器按子午線路徑移動(dòng)的同時(shí)，還緩單個(gè)傳聲器按子午線路徑移動(dòng)的同時(shí)，還緩慢經(jīng)過至少慢經(jīng)過至少5個(gè)整圓周路徑，形成圍繞測量表個(gè)整圓周路徑，形成圍繞測量表面垂直軸的螺旋線路徑。面垂直軸的螺旋線路徑。（2）混響室法）混響室法n混響室內(nèi)有混響室內(nèi)有直達(dá)聲場直達(dá)聲場和和反射聲場反射聲場共同作用。共同作用。 aS-室內(nèi)總吸聲量，室內(nèi)總吸聲量，n考慮空氣吸收對(duì)高頻聲的影響，則：考慮空氣吸收對(duì)高頻聲的影響，則： m-空氣吸收衰減系數(shù)；空氣吸收衰減系數(shù)；V-混響室體積混響室體積1 1. .6 6) )lg(lg(1010w w aSaSL LL Lp p1 1. .6

29、 6) )mVmV4 4lg(lg(1010w w aSaSL LL Lp p2.聲強(qiáng)法聲強(qiáng)法n原理：原理：W=IS，只要測量出聲強(qiáng)的平均值即，只要測量出聲強(qiáng)的平均值即可測算出聲源的聲功率?？蓽y算出聲源的聲功率。n測量方法：測量方法： （1）定點(diǎn)式測量方法）定點(diǎn)式測量方法 （2）掃描式測量方法）掃描式測量方法n優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： （1）不需要使用消聲室或混響室等聲學(xué)設(shè)施；）不需要使用消聲室或混響室等聲學(xué)設(shè)施； （2）在多個(gè)聲源輻射疊加的聲場中能區(qū)分不同）在多個(gè)聲源輻射疊加的聲場中能區(qū)分不同聲源的輻射功率；聲源的輻射功率；3.標(biāo)準(zhǔn)聲源法標(biāo)準(zhǔn)聲源法n原理原理：已知標(biāo)準(zhǔn)聲源的聲功率為：已知標(biāo)準(zhǔn)聲源的聲功率

30、為Lws，使標(biāo)，使標(biāo)準(zhǔn)聲源和待測聲源在相同條件和同樣測點(diǎn)準(zhǔn)聲源和待測聲源在相同條件和同樣測點(diǎn)產(chǎn)生的聲壓級(jí)分別為產(chǎn)生的聲壓級(jí)分別為Lps和和Lpx，則聲源的聲，則聲源的聲功率級(jí)為：功率級(jí)為： Lwx= Lws- Lps + Lpx n方法：方法：（1）置換法置換法把待測聲源移開，用標(biāo)準(zhǔn)聲源把待測聲源移開，用標(biāo)準(zhǔn)聲源代替待測聲源進(jìn)行測量；代替待測聲源進(jìn)行測量；（2）并擺法并擺法若待測聲源不便移動(dòng)，把標(biāo)準(zhǔn)若待測聲源不便移動(dòng)，把標(biāo)準(zhǔn)聲源放在對(duì)稱的位置進(jìn)行測量；聲源放在對(duì)稱的位置進(jìn)行測量；（3）比較法比較法把標(biāo)準(zhǔn)聲源放在測試空間另一把標(biāo)準(zhǔn)聲源放在測試空間另一點(diǎn)，周圍反射環(huán)境和待測聲源相似；點(diǎn)，周圍反射環(huán)

31、境和待測聲源相似；4.振速法振速法n原理原理：通過測量聲源的振速來測量聲功率：通過測量聲源的振速來測量聲功率n適用對(duì)象適用對(duì)象：（1）背景噪聲高于機(jī)器輻射噪聲；）背景噪聲高于機(jī)器輻射噪聲；（2）需要將結(jié)構(gòu)噪聲與空氣動(dòng)力噪聲分開；）需要將結(jié)構(gòu)噪聲與空氣動(dòng)力噪聲分開；（3）需要確定聲源結(jié)構(gòu)噪聲的來源；）需要確定聲源結(jié)構(gòu)噪聲的來源； 3.4 3.4 測量儀器測量儀器 最常用的噪聲測量最常用的噪聲測量儀器是儀器是聲級(jí)計(jì)聲級(jí)計(jì)。 一、聲級(jí)計(jì)一、聲級(jí)計(jì) 1.分類分類dB5 . 1精密型精密型普通型普通型0級(jí)級(jí)實(shí)驗(yàn)室儀器（實(shí)驗(yàn)室儀器（ ）級(jí)級(jí)聲學(xué)研究聲學(xué)研究（ ）級(jí)級(jí)現(xiàn)場測量現(xiàn)場測量（ ）級(jí)級(jí)監(jiān)測普查監(jiān)測普

32、查（ ）dB0 . 1dB4 . 0dB7 . 0 2.2.結(jié)構(gòu)及組成結(jié)構(gòu)及組成噪聲測量儀器一般由三部分組成，即：噪聲測量儀器一般由三部分組成，即：接收設(shè)備、中間設(shè)備、讀出設(shè)備接收設(shè)備、中間設(shè)備、讀出設(shè)備接收設(shè)備接收設(shè)備讀出設(shè)備讀出設(shè)備測試結(jié)果測試結(jié)果讀出設(shè)備讀出設(shè)備中間設(shè)備中間設(shè)備聲級(jí)計(jì)結(jié)構(gòu)：傳聲器聲級(jí)計(jì)結(jié)構(gòu)：傳聲器 放大器放大器 衰減器衰減器 計(jì)權(quán)計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò) 檢波器檢波器 濾波器濾波器 指示器指示器 附件等附件等 待測信號(hào)待測信號(hào) 接受設(shè)備接受設(shè)備 中間設(shè)備中間設(shè)備 測試結(jié)果測試結(jié)果 讀出設(shè)備讀出設(shè)備 3.聲級(jí)計(jì)各部分工作原理聲級(jí)計(jì)各部分工作原理（1）傳聲器）傳聲器 俗稱麥克風(fēng)，是一種將

33、聲壓轉(zhuǎn)換成電壓的俗稱麥克風(fēng)，是一種將聲壓轉(zhuǎn)換成電壓的聲電換能器，是聲級(jí)計(jì)的接受部分，應(yīng)用最多聲電換能器，是聲級(jí)計(jì)的接受部分，應(yīng)用最多的是電容傳聲器。的是電容傳聲器。（2）放大器）放大器 一般采用兩級(jí)放大器，即輸入放大器和一般采用兩級(jí)放大器，即輸入放大器和輸出放大器，其作用是將微弱的電信號(hào)放大。輸出放大器，其作用是將微弱的電信號(hào)放大。 聲級(jí)計(jì)內(nèi)的放大器，要求具有較高的入聲級(jí)計(jì)內(nèi)的放大器，要求具有較高的入阻抗和較低的輸出阻抗，并具有較小的線性阻抗和較低的輸出阻抗，并具有較小的線性失真，以保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。失真，以保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。 （3）衰減器）衰減器n其功能是將接受到的強(qiáng)信號(hào)予以衰減，以

34、便其功能是將接受到的強(qiáng)信號(hào)予以衰減，以便使表頭指針指在適當(dāng)?shù)奈恢?，一般分為輸入使表頭指針指在適當(dāng)?shù)奈恢?，一般分為輸入衰減器和輸出衰減器。衰減器和輸出衰減器。n輸入放大器使用的哀減器調(diào)節(jié)范圍為測量低輸入放大器使用的哀減器調(diào)節(jié)范圍為測量低端，輸出放大器使用的衰減器調(diào)節(jié)范圍為測端，輸出放大器使用的衰減器調(diào)節(jié)范圍為測量高端。量高端。 （4）濾波器）濾波器讓一部分頻率成分通過，其它頻率成分衰減掉的儀器讓一部分頻率成分通過，其它頻率成分衰減掉的儀器n 根據(jù)所使用的計(jì)權(quán)網(wǎng)不同，分別稱為根據(jù)所使用的計(jì)權(quán)網(wǎng)不同，分別稱為 A 聲級(jí)聲級(jí)dB(A) 、 B 聲級(jí)聲級(jí)dB(B)和和 C 聲級(jí)聲級(jí)dB(C) 。 n A

35、 計(jì)權(quán)聲級(jí)是模擬人耳對(duì)計(jì)權(quán)聲級(jí)是模擬人耳對(duì) 55dB 以下低強(qiáng)度噪聲的以下低強(qiáng)度噪聲的頻率特性，頻率特性， B 計(jì)權(quán)聲級(jí)是模擬計(jì)權(quán)聲級(jí)是模擬 55dB 到到 85dB 的的中等強(qiáng)度噪聲的頻率特性，中等強(qiáng)度噪聲的頻率特性， C 計(jì)權(quán)聲級(jí)是模擬高計(jì)權(quán)聲級(jí)是模擬高強(qiáng)度噪聲的頻率特性。強(qiáng)度噪聲的頻率特性。n 三者的主要差別是對(duì)噪聲低頻成分的衰減程度，三者的主要差別是對(duì)噪聲低頻成分的衰減程度， A 衰減最多，衰減最多， B 次之，次之， C 最少。最少。 （4）濾波器）濾波器 濾波器一般分為兩種，即恒定帶寬和恒定百分濾波器一般分為兩種，即恒定帶寬和恒定百分比帶寬。比帶寬。n恒定帶寬是恒定帶寬是用固定濾波

36、器將信號(hào)頻率移到濾波用固定濾波器將信號(hào)頻率移到濾波器的中心頻率。器的中心頻率。n恒定百分比帶寬恒定百分比帶寬的帶寬是中心頻率的一個(gè)恒定的帶寬是中心頻率的一個(gè)恒定百分值，帶寬隨中心頻率的增加而增大，即高百分值，帶寬隨中心頻率的增加而增大，即高頻時(shí)帶寬比低頻時(shí)寬，故應(yīng)用更加廣泛。頻時(shí)帶寬比低頻時(shí)寬，故應(yīng)用更加廣泛。（5）檢波器和指示器）檢波器和指示器l 檢波器檢波器作用作用是把迅速變化的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)變是把迅速變化的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)變 成成變化較慢的直流電壓信號(hào)。變化較慢的直流電壓信號(hào)。l 根據(jù)測量的需要，根據(jù)測量的需要，檢波器有檢波器有峰值檢波器、平均峰值檢波器、平均值檢波器和均方根值檢波器之分。值檢波器

37、和均方根值檢波器之分。l峰值檢波器峰值檢波器能給出一定時(shí)間間隔中的最大值，能給出一定時(shí)間間隔中的最大值，平均值檢波器平均值檢波器能在一定時(shí)間間隔中測量其絕對(duì)能在一定時(shí)間間隔中測量其絕對(duì)平均值，在多數(shù)的噪聲測量中均是采用平均值，在多數(shù)的噪聲測量中均是采用均方根均方根值檢波器。值檢波器。 （5）檢波器和指示器）檢波器和指示器 均方根值檢波器能對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，將結(jié)果輸送到均方根值檢波器能對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，將結(jié)果輸送到指示表頭。目前，測量噪聲用的聲級(jí)計(jì)，表頭響應(yīng)指示表頭。目前，測量噪聲用的聲級(jí)計(jì)，表頭響應(yīng)按靈敏度可分為四種：按靈敏度可分為四種： n(1) “慢慢”。表頭時(shí)間常數(shù)為。表頭時(shí)間常數(shù)為 1000 ms ，般用般用于測量穩(wěn)態(tài)噪聲，測得的數(shù)值為有效值。于測量穩(wěn)態(tài)噪聲，測得的數(shù)值為有效值。 n(2) ”快快”。表頭時(shí)間常數(shù)為。表頭時(shí)間常數(shù)為 125ms ，一般用，一般用于測