第9章噪聲的測量

第9章

噪聲的測量

學習目標1.了解評價噪聲的主要技術參數；2.了解噪聲測量儀器的原理和應用，能夠正確使用聲級計進行噪聲的測量。學習難點噪聲評價的主觀因素，包括頻率集權網絡、等效連續(xù)聲級等。

9.1

噪聲測量的主要參數

9.1.1聲壓

在進行噪聲測量時，常用聲壓級、聲強級和聲功率級表示其強弱，用頻率或頻譜表示其成分，也可以用人的主觀感覺進行量度，如響度級等。

聲波是在彈性介質中傳播的疏密波即縱波，其壓力隨著疏密程度變化。聲壓是指某點上各瞬間的壓力與大氣壓力之差值，單位為N/m2，即帕(Pa)。

聽閾聲壓

P0=2*10-5Pa痛閾聲壓

P0=20Pa9.1.2

聲強

聲強是在傳播方向上，單位時間內通過單位面積的聲能量，記為I，單位為W/m2。

對于球形聲源，假設聲源在傳播過程中沒有受到任何阻礙，也不存在能量損失。當聲壓Pa為常數時，兩個任意距離r1和r2處的聲強為I1和I2，則有：這表明在距聲源的不同距離的兩點上的聲強與兩個距離的平方成反比。

9.1.3聲功率

聲功率是聲源在單位時間內發(fā)射出的總能量，用W表示，單位為瓦(W)。一般聲功率不能直接測量，而要根據測量的聲壓級來換算。

表9-1

通用語言與若干樂器輸出聲功率值的近似值聲源峰值功率男生會話2×10-3女生會話4×10-3單簧管5×10-2低音提琴16×10-2鋼琴27×10-2管樂器31×10-237in×36in的低音鼓25.075件樂器的交響樂70～100如果把這些聲源的聲功率與一些常用的小型設備所消耗的能量進行比較，如日光燈40W，烘爐500W，臺式電風扇60W，小攪拌器100W，小手電筒1W等等。顯然，人的耳朵是一種靈敏度特別高的聲音探測器。

9.1.4聲壓級、聲強級和聲功率級

聲壓級表示聲壓與準參考聲壓P的相對關系，記為LP，即聲強級表示聲強與參考聲強I0（取I0=10-12W/m2）的相對關系，記為LI，即聲功率級表示聲功率W與參考基準聲功率W0（W0=10-12W）的相對關系，記為LW，即

9.1.5多聲源的噪聲級合成

1總聲功率和總聲強分別為為2總聲功率級和總聲強級分別為3當兩個以上的噪聲同時存在時，若聲壓的有效值分別為P1,P2,…,Pn，則相應的聲壓級LP1,LP2,…,LPn為合成噪聲的總聲壓為由此得總聲壓級N個噪聲級相同的聲源當兩個不同噪聲極L1和L2同時作用，且L1>L2時，則從噪聲極L1到總噪聲級L的附加值△L可由下式:附加噪聲級公式的推導

首先找出其中兩個最大聲級的分貝差△=L1－L2，再求出對應的附加值△L，然后把它加在分貝數較高的級值L1上就得到合成后的級值L。重復使用上述規(guī)則進行運算可以求出兩個以上的級值合成的總聲級值，直到加至兩個噪聲級相差10dB以上時為止。兩個以上噪聲源的總聲壓級的合成，可按如下方法進行:表9-2

噪聲合成時聲級的附加值噪聲級差△=L1-L2(dB)01234567附加值△L(dB)32.52.11.81.51.21.00.8噪聲級差△=L1-L2(dB)89101112131415以上附加值△L(dB)0.60.50.40.30.30.20.20.1

[例]兩聲源作用于某一點得聲壓級分別為Lp1=

96dB，Lp2=93dB，由于Lp1－Lp2=3dB，查曲線得ΔLp=1.8dB，因此Lp總＝96dB+1.8dB＝97.8dB。兩噪聲源的疊加曲線Lp1－Lp2/dB?Lp/dB掌握了兩個聲源的疊加，就可以推廣到多聲源的疊加，只需逐次兩兩疊加即可，而與疊加次序無關。例如，有8個聲源作用于一點，聲壓級分別為70、75、82、90、93、95、100dB，它們合成的總聲壓級可以任意次序查圖兩兩疊加而得。任選兩種疊加次序如下：9.2噪聲的分析與評價

9.2.1噪聲的頻譜分析

通過頻譜分析可以了解噪聲的頻率組成及相應的能量大小，從中找出噪聲源。

倍頻程:

兩個頻率相差一個倍頻程意味著其頻率之比為2，相差2個倍頻程即為22

。相差n個倍頻程時，兩個頻率之間有關系式：

1/3倍頻程:

1:21/3:22/3:2噪聲由許多頻率和強度不同的成分組合而成，其頻譜中聲能連續(xù)分布在寬廣的頻率范圍內，成為一條連續(xù)的曲線，稱為連續(xù)譜。

樂器頻譜是由一系列分離頻率成分所組成的聲音，其頻譜為離散譜。噪聲頻譜中最高聲級分布在350赫茲以下的稱為低頻噪聲；最高聲級分布在350～1000赫茲中間的稱為中頻噪聲；最高聲級分布在1000赫茲以上的稱為高頻噪聲。

9.2.2

噪聲的響度分析及評價

人的耳朵對高頻聲波敏感，對低頻聲波遲鈍。為了把客觀的物理量與人耳的感覺統(tǒng)一起來，引入一個綜合的聲音強度的量度——響度、響度級。

1.純音的等響曲線、響度及響度級

表達了典型聽者認為響度相同的純音的聲壓級同頻率的關系

1宋為40方的響度級，即1宋是聲壓40dB、頻率為1000Hz的純音所產生的響度。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。

9.3噪聲測量儀器

噪聲的測量主要是聲壓級、聲功率級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。聲功率級不是直接由儀器測量出來的，是在特定的條件下通過測量的聲壓級計算出來的。

9.3.1傳聲器

傳聲器是將聲波信號轉換為相應電信號的傳感器。

其原理是用變換器把由聲壓引起的振動膜振動變成電參數的變化。根據變換器的形式不同，常用傳聲器有電容式、動圈式、壓電式和永電體式等。

電容式傳聲器的結構和工作原理

圖中振膜是一張拉緊的金屬薄膜，厚度在0.0025～0.05mm之間，它在聲壓的作用下發(fā)生變形，起著可變電容器動片的作用，可變電容器的定片是背級，背極上有若干個經過特殊設計的阻尼孔。振膜運動時所造成的氣流將通過這些小孔產生阻尼效應。殼體上開有毛細孔，用來平衡振膜兩側的靜壓力，以防止振膜的破裂，而動態(tài)的應力變化(聲壓)很難通過毛細孔作用于內腔，從而保證僅有振膜的外測受到聲壓的作用。

動圈式傳聲器的結構和工作原理

動圈式傳聲器的結構如圖所示，一個輕質振膜的中部有一個線圈，線圈放在永久磁場的氣隙中，在聲壓的作用下，振膜和線圈移動并切割磁力線，產生與線圈移動速度成正比的感應電勢。

壓電式傳聲器結構和工作原理

圖中金屬膜片與雙壓電晶體彎曲梁相連，膜片受到聲壓作用而變形時，雙壓電元件也產生變形，在壓電元件梁端面產生電荷。通過變換電路可以輸出電信號。

9.3.2聲級計

聲級計是用一定頻率和時間計權來測量聲壓級的儀器。聲級計的工作原理如圖(聲級計方框圖)所示。被測的聲壓信號通過傳聲器轉換成電壓信號，然后經衰減器、放大器以及相應的計權網絡、濾波器，或者輸入記錄儀器，或者經過均方根值檢波器直接推動以分貝標定的指示表頭。

9.4.1噪聲測量應注意的問題9.4噪聲測量的應用1.測量部位的選取

測點選在距機械表面1.5m，并離地面1.5m的位置。若機械本身尺寸很小(如小于0.25m)，測點應距所測機械表面較近，如0.5m，但應注意測點與測點周圍反射面相距在2～3m以上；機械噪聲大，測點宜取在相距5～10m處，對于行駛的機動車輛，測點應在距車體7.5m，并高出地面1.2m處；相鄰很近的兩個噪聲源，測點宜距噪聲源很近，如0.2m或0.1m。如果研究噪聲對操作人員的影響，可把測點選在工作人員經常所在的位置，以人耳的高度為準選擇若干個測點。2.測量時間的選取

測量各種動態(tài)設備的噪聲，當測量最大值時，應取起動時或工作條件變動時的噪聲，當測量平均正常噪聲時，應取平穩(wěn)工作時的噪聲，當周圍環(huán)境的噪聲很大時，應選擇環(huán)境噪聲最小時(比如深夜)