第三章噪聲的測量

1、環(huán)境噪聲控制工程環(huán)境科學與工程學院環(huán)境科學與工程學院Chapter 3 噪聲源的測量o 3.1 基本聲學量聲壓的測量o 3.2 聲源的頻譜測量o 3.3 聲強及聲功率測量o 3.4 測量儀器3.1基本聲學量聲壓的測量o 描述聲波特性最基本的物理量是聲壓，它是測量聲強、聲功率等物理量的基礎。o 測量聲壓比測量質(zhì)點振動速度和位移更簡單和直接。o 聲壓測量是聲學測量的基礎，其測量的準確度關系到整個測量任務的成敗。o 聲波的接受是聲學測量的基礎和首要環(huán)節(jié)。在空氣介質(zhì)中最常用的接受聲波的傳感器稱為傳聲器（microphone）。傳聲器o 傳聲器：是一種將聲壓轉(zhuǎn)換為電壓的聲電換能器。o 對傳聲器的要求：測

2、量頻率范圍內(nèi)有平直的頻率響應；動態(tài)范圍大，無指向性；本底噪聲低；穩(wěn)定性好。1.傳聲器o 分類： 按換能方式分類：電動式、電容式和壓電式等。 按傳聲方式分類：有限傳聲器和無線傳聲器兩類。 按傳聲器的指向特性：無指向性、雙指向性和單指向性（心型和鉗形指向性） 按聲波接收原理：壓強式、壓差式、壓強與壓差復合式和多聲道干涉式。電容傳聲器駐極體式傳聲器傳聲器的主要性能：o 頻率響應： 傳聲器的頻率響應是輸出電平與頻率之間的關系。一般來說，頻率響應越好的傳聲器，性能就越好。o 靈敏度： 傳聲器膜片上感受到1Pa聲壓時，其額定負載阻抗上產(chǎn)生的輸出電壓值。 靈敏度一般與傳聲器輸出阻抗的高低成正比。o 輸出阻抗

3、： 是指傳聲器的輸出負載阻抗的額定值。一般分為高阻和低阻兩類。傳聲器的主要性能：o 固有噪聲： 在沒有聲波作用于傳聲器時，由于傳聲器內(nèi)部電路的熱噪聲或周圍空氣壓力起伏的影響，在傳聲器的輸出端測出的噪聲電壓。o 最大輸入聲壓級： 傳聲器不產(chǎn)生嚴重失真的最大輸入聲壓級。o 指向特性： 聲波不是正對傳聲器振膜的垂直軸線方向傳入，而是從周圍各方向入射時，傳聲器的靈敏度和頻響特性。3.2 聲源的頻譜測量o 3.2.1 快速傅立葉變換FFTo 3.2.2 窗函數(shù)o 3.2.3 濾波器o 3.2.4 小波分析技術(shù)3.2.1 快速傅立葉變換FFTo 某噪聲的強度是各頻率聲音的平均結(jié)果。o 為了更好的了解噪聲的

4、特性，需要知道聲壓級與頻率之間的關系，即需要將通常的時間域的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率域中的數(shù)據(jù)。能夠完成這種轉(zhuǎn)變的設備就是頻率分析儀或稱為頻譜分析儀。o 關于信號的時間域和頻率域的數(shù)學處理屬于傅立葉變換領域。3.2.2 窗函數(shù)o 窗函數(shù)是一種在給定區(qū)間之外取值均為0的實函數(shù)。o 任何函數(shù)與窗函數(shù)之積仍為窗函數(shù)，就像透過窗口“看”其他函數(shù)一樣。o 目前常用的窗函數(shù)：漢寧窗、平頂窗、矩形窗、力窗、指數(shù)窗。取其他值tTtTttH, 00),2cos1 (21)(3.2.3 濾波器o 作用：讓f1和f2之間的所有頻率通過，且不影響其幅值和相位，而不讓f1以下和f2以上的任何頻率通過。o 頻率分析儀通常分為兩類，

5、一類是恒定帶寬分析儀，一類是恒定百分比帶寬分析儀。o 恒定百分比帶寬分析儀的帶寬是中心頻率的一個恒定百分比值，帶寬隨中心頻率的增加而增大。210fff3.2.4 小波分析技術(shù)o 小波分析也是時-頻分析。o 窗口傅立葉分析對不同的頻率成分，在時間域上的取樣步長均相同，而小波分析則利用小波的伸縮和時移特性，對不同的頻率成分在時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。o 小波分析由于傅立葉分析的一個顯著特點是：小波分析在時間域和頻率域上同時具有良好的局部化性質(zhì)。3.3 聲強及聲功率測量o3.3.1 聲強測量o3.3.2 聲功率測量3.3.1 聲強測量o 作用： 用來鑒別聲源和判定其方位；

6、 畫出聲源附近的聲能流動路線； 測定吸聲材料的吸聲系數(shù)和墻體的隔聲量； 求出聲源的聲功率。3.3.1 聲強測量o 原理：聲場中某點的聲強，是指在該點所研究的方向上，單位時間內(nèi)通過與指定方向垂直的單位面積的聲能量的平均值。upI)()()()(10tutpdttutpTIrTrr原理：o 常用方法： 使用兩個性能相同的聲壓傳聲器組成聲強計的傳感器，能容易實現(xiàn)聲強的測量。rppurpprppptpABrABBA0/ )(2/ )()(upIdtpppprIABBA)()(210測量程序原理：測量程序原理：o 互功率譜方法：測聲強的頻譜密度ABmrRIrI01)(3.3.1 聲強測量o 聲強測量儀器

7、：小型聲強儀雙通道快速傅里葉變換分析儀數(shù)字濾波技術(shù) 聲強測量儀器一般由三部分構(gòu)成：探頭部分、信號處理部分和校準部分。3.3.2 聲功率測量o 1.混響室法o 2.自由聲場法（消聲室法）o 3.戶外聲場法（現(xiàn)場測量方法）o 聲壓法o 聲強法o 振速法o 精密法o 工程法o 簡易法1.聲壓法20lg11WpLLr（1）自由聲場法無指向性聲源輻射的聲功率測量：0010.11,10 lg,10 lg110 lg10piPIWInWpiinLpiLLLLSLLSSSLn由于：還可以表示為：，指向性聲源輻射的聲功率測量：1.聲壓法（1）自由聲場法聲學 聲壓法測定噪聲源聲功率級 消聲室和半消聲室精密法GB/

8、T6882-2008中規(guī)定：a.固定的傳聲器位置b.平行平面內(nèi)同軸的圓形路徑c.子午線移動d.螺旋線路徑e.其他傳聲器排列（2）混響室法考慮空氣吸收對高頻聲的影響：204AS pWc1.聲壓法10lg()6.1wpLLS10lg(4)6.1wpLLSmV不需要使用消聲室或混響室等聲學設施，在多個聲源輻射疊加的聲場中能區(qū)分不同聲源的輻射功率，即可用于現(xiàn)場測量。2.聲強法定點式測量方法掃描式測量方法3.現(xiàn)場測量方法o 直接測量方法0410lg(1)SKR混響時間現(xiàn)場修正量，由房間常數(shù)R決定010lgWpLLSK06010lg(1)0.04S TKV3.標準聲源法o 置換法、并擺法、比較法)(psp

9、xWsWxLLLLnLWS：標準聲源的聲功率級；nLpx：待測聲源現(xiàn)場測量的平均聲壓級；nLps ： 標準聲源現(xiàn)場測量的平均聲壓級。4.振速法o 背景噪聲比被測機器直接輻射的噪聲還要高;o 需要將結(jié)構(gòu)噪聲與空氣動力噪聲分開;o 需要確定整個聲源的結(jié)構(gòu)噪聲是來自機器還是來自機組的另一部分;o 需要確定機器負載的噪聲同時又要排出拖動負載及其他噪聲的影響。n振速法測定噪聲源聲功率級 用于封閉機器的測量（GB/T 16539-1996）3.4測量儀器 o 3.4.1 聲級計o 3.4.2 頻譜分析儀和濾波器o 3.4.3 磁帶記錄儀o 3.4.4 實時分析儀3.4.1 聲級計3.4.1 聲級計o 定義

10、：按照一定的頻率計權(quán)和時間計權(quán)測量聲音聲壓級和聲級的儀器。o 種類：o 按用途：普通聲級計、積分聲級計、脈沖聲級計、噪聲暴露計、統(tǒng)計聲級計、頻譜聲級計等。o 按電路組成：模擬聲級計、數(shù)字聲級計o 按體積大小：臺式聲級計、便攜式聲級計和袖珍聲級計o 按指示方式分：模擬指示和數(shù)字指示3.4.1 聲級計工作原理： 被測量的聲音由傳聲器接收，傳聲器將聲波轉(zhuǎn)換成電信號，微小的電信號經(jīng)前置放大器送到輸入衰減器和輸入放大器，放大器將信號放大，衰減器對較大的輸入信號加以衰減，使在指示器上獲得適當?shù)闹甘?，也使測量量程擴大。 計權(quán)濾波器對通過的信號進行頻率濾波，使聲級計的整機頻率響應符合規(guī)定的頻率計權(quán)特性的要求，

11、以便能測量計權(quán)聲級。信號再經(jīng)輸出衰減器和輸出放大器后被送到檢波器進行檢波，交流信號變成直流，并由顯示器以“dB”指示出來。o 對于精密聲級計，一般采用電容傳聲器，普通聲級計用駐極體電容傳聲器。（1）傳聲器：o 要求： 音頻范圍內(nèi)響應平直； 足夠低的本底噪聲； 較高的輸入阻抗和較低的輸出阻抗； 較小的線性失真。（2）放大器：o功能：將接到的強信號給予衰減，以免放大器過載。o輸入衰減器o輸出衰減器（3）衰減器： oA、B、C、D計權(quán)網(wǎng)絡濾波器o1/1倍頻程濾波器o或1/3 倍頻程濾波器（4）濾波器：頻譜分析儀和濾波器o檢波器是將放大器輸出的交流信號檢波（整流）成直流信號，然后在指示器表頭上指示讀數(shù)

12、或顯示數(shù)字。（5）檢波器和指示器：o活塞發(fā)聲器o聲級校準器2.聲級計的校準o1.防風罩：避免風噪聲的影響；o2.鼻形錐：降低氣流擾動的影響；o3.延長電纜：3.聲級計的主要附件： o 用途：用途：精密型噪聲測量和頻譜分析儀器，配置不同硬件和軟件模塊，用于各種工業(yè)噪聲測量和頻分析，環(huán)境噪聲測量和機場噪聲的自動監(jiān)測，以及混響時間測量。o 特點：特點：1級聲級計，滿足最新國際標準和計量檢定規(guī)程；o 可內(nèi)置1/1或1/3倍頻程濾波器；o 大屏幕點陣式LCD顯示，有背景光；o 本底噪聲低，70dB線性工作范圍。o 系統(tǒng)由戶外傳聲器、數(shù)據(jù)分析單元、數(shù)據(jù)傳輸單元、中心計算機和數(shù)據(jù)處理軟件等組成。 o 可對噪

13、聲信號進行實時1/3倍頻程頻譜分析，不僅可以監(jiān)測與分析環(huán)境噪聲的性質(zhì)和特征，判斷噪聲的來源，而且可以按精密法測量和計算機場噪聲的感覺噪聲級和有效感覺噪聲級。 o 主要用于城市環(huán)境噪聲自動監(jiān)測、交通噪聲監(jiān)測、機場噪聲監(jiān)測、噪聲事件監(jiān)測和報告及噪聲數(shù)據(jù)自動采集、儲存、傳輸。也適用于噪聲污染源（如施工場地、廠界、道路車輛等）在線監(jiān)測。 o 主要功能：聲強測量、聲壓測量、聲功率測量、時域示波、短/瞬時聲功率測量和聲場指示值測量。 振動測量的三個物理量o振動位移o振動速度o振動加速度3.4.2 振動分析儀 )cos(tAx)sin(tAdtdxu)cos(222tAdtxdu 將振動加速度處以正比于頻率的系數(shù)而得到振動速度，將振動加速度除以正比于頻率平方的系數(shù)而得到振動位移。 振動測量的主要構(gòu)件： 傳感器、加速度計和 前置放大器。 與聲學系統(tǒng)的主要區(qū)別： 用加速度計及前置放大器來代替電容傳聲器和傳聲器前置放大器。3.4.2 振動分析儀 1.加速度計3.4