噪声测量.ppt

,第三章电阻应变式传感器,12.3,噪声测量,随着现代工业、交通运输和城市建设的迅速发展，噪声对环境的污染日益严重，为此，国际标准化组织以及许多国家都纷纷制定了有关标准，用于环境噪声的监测和各类噪声的控制。,在众多的噪声源中，动力机械发出的噪声占着主要位置，例如，对城市环境影响最大的是交通噪声，即车辆噪声，而内燃机作为各类交通运输工具的主要动力，其噪声对环境的污染也就集中地反映在交通噪声方面，且已成为城市环境噪声的主要来源之一。此外，直接影响生活环境的还有空调与通风设备的噪声等。,噪声测量是噪声控制的基础。本节主要介绍与噪声测量有关的基本声学概念、测量与评价方法以及典型的测量仪器。,12.3.1,噪声测量中的基本声学概念,噪声是一种声音，因而具有声波的一切特性，物理学中的声学知识均可用于对噪声的理解与分析。这里主要选取与噪声测量有关的声学概念加以简要说明。,1,声场,声波传播的空间统称为,声场,；允许声波在任何方向作无反射自由传播的空间叫,自由声场,；而允许声波在任何方向作无吸收传播的空间叫,混响声场,。显然，自由声场可以是一种没有边界、介质均匀且各向同性的无反射空间，也可以是一种能将各个方向的声能完全吸收的消声空间。与此相反，混响声场是一种全反射型声场。然而，除非人为特别创造，否则在现实的生活环境中并不存在上述两种极端的空间。,如果某一空间仅以地面为反射面，而其余各个方向均符合自由声场的条件，则称,半自由声场,。对于房屋等生活空间，其边界,(,如墙壁、地面、天花板或摆设物等,),既不完全反射声波，也不完全吸收声波，这种空间称为,半混响声场,。,2,声压与声压级,声压是指声波波动引起传播介质压力变化的量值,。设介质处于平衡状态时各处的静压为,p,1,，当声波通过时介质中某点的压强变为,P,2,，其变化量,P,即为声压，即：,p=p,2,-p,1,(12-10),通常，声压的数值要比大气压小得多，,例如,：（,1,）,对于一台内燃机的工作噪声，在距离内燃机表面,lm,处的声压只有,1Pa,，仅为大气压的,1/10,5,。,（,2,）人的感官对声波的接收不仅有频率范围，也有声压范围。具有正常听力的人能够听到的最弱的声压为,210,-5,Pa,，称为,听阈声压,(,国际上把频率为,lkHz,的听阈声压作为,基准声压,),。,当声压达到,20Pa,时，人耳开始感到疼痛，称之为,痛阈声压,。虽然从听阈到痛阈是正常听觉的声压范围，但两阈值之间相差,100,万倍。可见，用声压的绝对值来衡量声音的强弱很不方便。,为此，声学上引入,“级”,的概念，,用成倍比关系的对数量来表示声音的强弱,，即,用声压级表示声压的大小,。,相对于声压为,p(Pa),的声音，其,声压级,Lp,的定义为：,(12-11),式中：,P,0,为基准声压，,P,0,=210,-5,Pa,。,声压级,Lp,的单位为,分贝,(dB),，它是一个相对于基准的比较指标，,用以反映声音的相对强度,。根据定义式,(12-11),，声压变化,10,倍，声压级改变,20dB,。可见，引入级的概念后，听觉范围由原来百万倍的声压变化幅度缩小为,0,120dB,的声压级变化。,3,声能、声能密度、声功率、声能流密度和声强,1),声能、声能密度和声功率,声波的传播过程实质上是声源的振动能量在介质中的传播过程。声波传播时质点受激产生振动，同时也产生压缩及膨胀的形变。显然,介质中既有振动的动能又有形变的位能，这两部分相加就是,声能,。,单位体积的声能定义为,声能密度,，用,e,表示,；,单位时间内声源传播的总声能用,声功率,(W),表示。,2),声能流密度和声强,定义,单位时间内通过与能量传播方向垂直的单位面积的声能为,声能流密度，,记做,(W/mm,2,),。,是矢量，指向为声波传播方向，其瞬时值在数量上可表示为相应质点振动速度,v,和声压,P,的乘积，即：,=pv (12-12),为了表示声波能量的强度，,取声能流密度,在一个周期,T,内的时间平均值，称做,声强,I,，即：,(12-13),式,(12-13),中的,v,和,P,均取其实部。,记瞬时声强为,I(x,，,t),，由式,(12-13),可知，,声能流密度,实际上就是,I(x,，,t),。声强,I,也是矢量，指向也是声波传播的方向。图,l2.14,表示声场中某一点的声压,P,、质点振速,v,、声能流密度,和声强,I,随时间的变化关系，声强,I,是,的时间平均值。,5,频谱,1),频程,振幅,(,强度,),、,频率,和,相位,是描述波动现象的特性参数，声波也不例外。通常，噪声由大量不同频率的声音复合而成，有时噪声中占主导地位的可能仅仅是某些频率成分的声音，了解这些声音的来源和性质是确定降噪措施的基本依据。在很多情况下，只测量噪声的,总强度,(,即噪声总声级,),是不够的，还需要测量噪声强度关于,频率分布,。,但是，如果要在正常听觉的声频范围,20,210,4,Hz,内对不同频率的噪声强度逐一进行测量，不仅很困难，而且也不必要。对此，通常是将声频范围划分为若干个区段，这些区段称为,频程,或,频带,。测量时，通过改变滤波器通频带的方法，逐一测量出每段频程上的噪声强度，这就是所谓的,分频程测量,。,噪声测量中最常用的是,l,倍频程,和,l/3,倍频程,。,（,1,）,l,倍频程,：,指频带的上、下限频率之比为,2,：,1,的频程；,（,2,）,l/3,倍频程,：,对,1,倍频程,3,等分后得到的频程，即其频带宽度仅为,1,倍频程的,1/3,。,表,l2-8,和表,l2-9,分别是,1,倍频程和,l/3,倍频程中常用的中心频率及相应的频率范围。,表,12-8 1,倍频程的中心频率及其频率范围,中心频率,31.5,63,125,250,500,频率范围,22,45,45,90,90,180,180,355,355,710,中心频率,1000,2000,4000,8000,16000,频率范围,710,1400,1400,2800,2800,5600,5600,11200,11200,22400,fc,i+1,=2fc,i,表,12-9 1/3,倍频程的中心频率及其频率范围,中心频率,50,63,80,100,125,160,频率范围,45,56,56,71,71,90,90,112,112,140,140,180,中心频率,200,250,310,400,500,630,频率范围,180,224,224,280,280,355,355,450,450,560,560,710,中心频率,800,1000,1250,1600,2000,2500,频率范围,710,900,900,1120,1120,1400,1400,1800,1800,2240,2240,2800,中心频率,3150,4000,5000,6300,8000,10000,频率范围,2800,3500,3550,4500,4500,5600,5600,7100,7100,9000,9000,1120,中心频率,12500,16000,频率范围,11200,14000,14000,以上,每个倍频程频带再按等比级数（,1,：,2,1/3,:2,2/3,:2),分成三份。,2),频程声压级和频谱能级,在噪声频谱中，声压级分布在,350Hz,以下,的噪声称为,低频噪声,，声压级分布在,350,l000Hz,范围内,的噪声称为,中频噪声,，声压级分布在,1000Hz,以上,的噪声称为,高频噪声,。,图,12.15,为某一增压柴油机,(24,缸，转速,l050r/min),的,1/3,倍频程噪声频谱图。由图,12.15,可见，在整机噪声中，中、低频部分以柴油机噪声为主，而高频部分则以废气涡轮增压器的噪声为主。,12.3.2,噪声测量中的声级计算,1,声级的合成,当声场中同时存在几个互相独立的声源时，根据能量的叠加性，可得这些声源的合成总声功率,W,t,为,W,t,=W,1,+W,2,+W,n,(12-17),式中：,W,1,、,W,2,、,、,W,n,分别为各声源的声功率。,根据声功率级的定义可得由各声源的合成的总声功率级,L,Wt,为,(12-18),可见，声功率级的合成并非是各声源功率级的直接相加，而是在遵循能量叠加原则下的对数运算，这是由“级”的对数量性质所决定的。,实际上，声功率级的数值常常用声压级的测量值换算得到。假设已经测得各声源单独发声的声压级为,L,pi,(i=1,，,2,，,，,n),，需要求出它们同时作用时的总声压级,L,pt,。根据式,(12-19),的形式可以推断，,L,pt,L,p1,+L,p2,+L,pn,。根据声压级的定义，总声压级的表达式为,:,(12-20),式中：,P,t,为各声源合成的总声压。,根据能量的叠加性和,Wp,2,的关系，可以推导出总声压,P,t,的计算式为,:,(12-21),式中：,P,i,(i=1,，,2,，,，,n),为各声源的总声压。,将式,(12-21),代入式,(12-20),得,或写成,（,12-22,）,由定义式,(12-11),可以求出,(12-23),因此，总声压级,L,pt,与各声源声压级,L,pi,(i=1,，,2,，,，,n),之间的关系可表示为：,(12-24),设有两个声源，单独发声时的声压级均为,l00dB,，即,L,p1,=L,p2,=100dB,，可以求出它们同时发声时的合成总声压级,L,pt,为,103dB,，而不是,200dB,。,2,声级的分解,实际上，在噪声测量中经常会碰到这样的问题：测量现场除待测声源外，还存在其他声源，例如，在实验室中进行内燃机噪声测量时，周围还存在排风扇、测功机等设备的运转噪声。另外的情况还有：为了判断某一机器设备运转时的主要噪声源，需要从机器中逐一分解出单个运动部件产生的噪声等。,为此，首先要测出合成噪声的声级，如,总声压级,L,pt,。对于前一种情况，,L,pt,是待测部件与其他部件一起工作时的整机噪声声压级，然后让待测的机器停止运转或拆除待测部件，再测量这时的噪声声压级，记为,L,pb,通常，,L,pb,称为待测噪声的背景噪声,。显然，,L,pt,与,L,pb,的差别就是待测噪声声压级,L,pm,它们之间的关系满足：,由此可以得到,待测噪声的声压级,为：,(12-25),3,声级平均值,噪声测量中往往围绕噪声声源在同一测量表面,(,指与声源距离相同的表面,),上布置多个测点，逐点测量噪声级，然后用它们的平均值来表示待测的噪声级。与上述声级的合成与分解一样，声级的平均值也必须按照能量平均的方法来求。根据这一原则容易推导出声压级平均值的计算公式为：,(12-26),式中：,为测量表面平均声压级；,m,为总的测点数目；,L,pi,(i=1,，,2,，,，,n),为第,i,个测点的声压级。,总结以上有关声级的计算方法，可以归纳出如下几点。,(1),声级的合成、分解等运算不是声级的直接相加或相减，而是在遵循能量叠加原则下的对数运算；,(2),对于两个独立的声源，设它们的声压级分别为,L,p1,和,L,p2,，其中,L,p1,L,p2,，则它们共同产生的总声压级为：,若记,，则在任何情况下，,，而且可以推算，随着,L,p1,与,L,p2,之间差值的增加，,L,p,将减少。,(3),一般情况下，由于同一声源多测点的声压级平均值不等于其算术平均值，因而不能直接采用算术平均的计算方法求取。但是在工程测量中，当各个测点的声级相差不大于,5dB,时，为了简便，有时也按照算术平均法来计算声级平均值，其误差小于,ldB,。,12.3.3,噪声评定值,1,响度级,人耳对声音的感受不仅与声压有关，而且还与频率有关，,例如，声压级相同而频率不同的声音，频率高的听起来就响些。响度级正是根据人耳的这种听觉特性而提出的噪声评定值，它选取,l000Hz,的纯音为基准声，如果待测的声音听起来与某一基准声一样响，则该基准声的声压级分贝值就是待测的声音的响度级，其单位为,phon,。举例来说，响度级为,85phon,的声音听起来与声压级为,85dB,、频率为,l000Hz,的纯音一样响。,利用上述与基准声进行比较的方法，可以得到如图,l2.16,所示的整个听觉范围内的等响曲线。等响曲线已被国际标准化组织,(ISO),所采用，也称为国际标准等响曲线。,图,12.16,中同一条曲线上的各个点对应着不同的声压级和频率，但具有同一响度级。等响曲线反映了人耳对高频声音较为敏感的听觉特性，如对于声压级同样为,60dB,，而频率分别为,100Hz,和,1000Hz,的声音，前者的响度级是,50phon,，而后者的响度级为,60phon,。,2,计权声级,噪声通过一种专门设计的频率修正,(,听觉特性修正,),电路后，某些频率成分将被衰减。在噪声测量中，这种电路叫,频率计权网络,，,用带有频率计权网络的仪器测得的噪声值为计权声级,，统称,噪声级,。常用的计权网络有,A,、,B,、,C,3,种，它们的衰减特性曲线如图,12.17,所示，相应的计权声级分别记为,L,A,、,L,B,和,L,C,，单位为,dB,。,A,计权网络,：,模拟人耳,40phon,等响曲线设计，主要衰减人耳不敏感的低频段声音，对中频段声音有一定的衰减。,B,计权网络,：,模拟人耳,70phon,等响曲线设计，仅对低频段声音有一定的衰减。,C,计权网络,：,模拟人耳,l00phon,等响曲线设计，对整个听觉频率范围内的声音基本上无衰减，有时把,C,计权网络的测量结果叫做总声压级。,可见，在上述,3,种计权声级中，,A,声级能够最好地反映人耳的听觉特性,，是目前最常用的噪声表示值，广泛用于各种噪声规定值和基准值的表示。对于强度不随时间变化的稳定噪声，可以直接用,A,声级评定，但是对于不稳定的噪声需要用,统计声级,评定。,统计声级,是一种在一定的时间内，对不稳定噪声的各个测量值进行统计、分级评定的表示值，记做,LA,n,，单位为,dB,。,实际测量时，在一定时间内，以均匀的时间间隔测量噪声的,A,计权声级，然后从大到小依次排列，其中有,10,的时间所超过的声级叫做,峰值噪声级,，用,LA,10,表示；,50,的时间所超过的声级叫做,中间噪声级,，相当于平均噪声级，用,LA,50,表示；,90,的时间所超过的声级叫做,环境背景噪声级,，用,LA,90,表示。,4,等效声级,等效声级评价值的提出是基于,能量等效原则,，它是,指用能量相等的稳定声级评定某固定点连续变化的,A,声级,。,假设在一定时间内，对某连续变化声源的噪声级进行测量，共得数据几个，记为,L,i,(i=1,，,2,，,，,n),，则该声源的等效声级,L,ep,可表示为：,(12-27),12.3.4,声压和声强测量的基本原理,热能与动力工程中经常通过比较同类热力设备辐射的声功率来判断相应的设计与制造水平，对于多种动力机械还有强制的噪声限制要求，为此需要将设备作为一个,噪声源进行声功率,测定。但实际上，声功率级的数值并非直接测量得到，而是通过测量相应条件下的,声压或声强,换算而来。为此，国际标准组织分别颁布了有关声源声功率级测定方法的标准,IS0 3741-3748,和,IS0 9614-1,。,IS0 3741-3748,标准规定测量声功率必须在消声室、半消声室或满足要求的混响室内进行，用传声器在不同位置测量声压，然后按规定的公式进行声功率换算。对此，我国也制定了相应的国家标准,GB/T 6881-6882,。表,l2-10,列出了规定的噪声测量方法及其适用的测试环境、声源体积和可以获取的测量结果。,表,12-l0,声压法测量声功率级的相关条件,测量方法,测试环境,噪声特性,声源体积,获取的声功率级,精密法,消声室或半消,声室,任意,小于测试室,的,0.5,A,计权及,1/3,倍,或,1,倍频程,混响室,稳定、宽带、,窄带或离散频率,小于测试室,的,1,1/3,倍或,1,倍频程,工程法,专用测试室,A,计权及,1,倍频程,户外或大房间,任意,体积不限，只,受测试环境限制,A,计权及,1/3,倍,或,1,倍频程,简测法,无专用测试室,稳定、宽带、,窄带或离散频率,A,计权,在实际工程中，有些设备因体积大或质量重而无法安装到消声室或专用测试室中，也有些设备是大系统中的一个组成部分，无法单独运行，为此，可以用声强法进行现场测量。用声强法测量声源声功率有两种方式：分布测点法和扫描法。,IS0 9614-1,是一部关于声强分布测点法的标准。,由上可见，噪声测量中最为基本的是声压和声强的测量。本节主要介绍声压和声强测量的基本原理。,1,声压测量的基本原理,噪声测量中通常利用声一电效应进行声压测定。感应声压变化并实现电信号转换的元件称为传声器。根据不同的工作原理，传声器分为动圈式、压电式和电容式等类型。,1),动圈式传声器,动圈式传声器的工作原理是使位于磁场中的线圈在声压的作用下产生运动，从而形成感应电动势，完成声一电信号转换。这种传声器的缺点是灵敏度较低，体积较大，易受电磁干扰，频率响应特性也不平直，而且对低频段声音衰减大，故已不常采用；优点是固有噪声小，能在高温下工作。,2),压电式传声器,压电式传声器利用压电晶体受声压作用后产生的正压电效应实现声一电转换，其灵敏度高，频率特性好，结构简单，价格便宜，但工作性能受温度的影响较大。,3),电容式传声器,电容式传声器的结构示意图如图,l2.18,所示，它由膜片,(,振膜,)4,和后极板,3,组成电容的两个电极，两电极间预先加一恒定的直流电压，使之处于不变的充电状态。当膜片在声压作用下产生振动时，电极间距离发生变化，即电容发生变化，从而引起极板间电压的变化。这种传声器的灵敏度高，频带宽，输出性能稳定，但成本较高，且需要配备十分稳定的直流偏压和前置放大器。,2,声强测量的基本原理,声强测量方法分为两类：一类是双传声器法，简称,p-p,法；另一类是将传声器和直接测量质点速度的传感器结合，简称,p-,法。,1)p-p,法,图,l2.19,所示为,p-p,法声强测量原理中的对置式双传声器探头，传声器,A,、,B,的声学中心距离为,d,。设两传声器声学中心的连线方向为,x,，当声波沿,x,方向传播时，声场中介质的运动方程为：,(12-28),则,(12-29),式中：,0,、,p,和,分别为,t,时刻,x,处质点的密度、声压和振动速度。,当,d,远远小于声波波长,时，式,(12-23),可以近似表达为：,(12-30),用两传声器测量值,p,A,(t),和,P,B,(t),的平均值代表,p(t),，即：,(12-31),由此可得,x,方向上的瞬时声强为：,(12-32),上述即为双传声器法,(p-p,法,),测量声强的基本原理。除如图,l2.19,所示的对置式探头外，还有并列式、串联式和背置式双传声器结构。,2)p-,法,p-,法声强测量原理如图,12.20,所示，这种声强，探头由一对超声波发射器,1,、一对超声波接收器,2,和一个传声器,3,组成。两个发射器发射的超声波束平行但方向相反，在等距离处设置各自的接收器。传声器布置在探头中间，用来测量声压。,设超声波的频率为,，声速为,c,，发射器和接收器之间的距离为,d,。当被测声场中没有其他声波存在时，两列超声波由发射器到接收器所经历的时间均为,t,0,=d/c,；当声场中存在其他声波且其传播的质点速度为,时，则两列超声波由发射器到接收器所经历的时间各自为,t,l,=d/(c+),和,t,2,=d/(c-),，相位差为：,(12-33),当,c,时，有：,(12-34),可见，通过测量两超声波传播的相位差就可以求出质点速度,，同时利用布置在探头中央的传声器可以测取声压,P,，将声压,P,与质点速度,相乘，即可获得待测声强。,12.3.5,噪声源的声功率测量,如前所述，通过测量声压或声强可以确定声源的声功率,(,以下简称声压法和声强法,),。,在实际应用中，直接面临的问题是选择声压法还是声强法，进而在其中选择精密测量还是工程测量等，对此需要根据测量的目的、噪声源的特性以及测试的环境条件等因素来确定，同时还必须以相关标准为依据。,一般，,声压法对测试环境都有相应的要求，而声强法在理论上不受环境噪声的影响，具有更好的现场适应性。,本节主要介绍声压和声强测量在噪声源的声功率测定中的具体应用，重点说明测量结果的处理方法。,1,测量表面和测点布置,测量表面是指包围被测对象、布置有测点的表面组合。测量表面的形状取决于被测对象的外形、测点的位置和数目。理论上选取与被测对象结构外形一致的表面作为测量表面最为理想，但这样会给测量探头的布置和测量结果的处理带来不便。,在工程实际中，对于外形变化不大的被测对象，通常都采用,半球面,、,圆柱体表面,或,长方体表面,等作为,包络面,，在上面布置测点，形成测量表面。对测量表面和测点布置的具体要求，在相关测量方法的标准中均有明确的规定，以下是两个相关的例子。,图,12.21,是国际标准中针对,声压法测量,推荐的,半球面测量表面,，,适合的测试环境是半消声室或具有近似声学特性的大房间,。,标准规定该测量表面上的,l0,个测点按等面积分布，具体位置如图,l2.21,所示。,图,12.22,是国际标准中针对,声强法测量,推荐的半球面测量表面，,适合现场测试环境,。,标准规定：测量表面离开被测对象的平均距离不小于,0.5m,，划分的测量单元数,N(,相当于测点数目,),大于,l0,，每一单元对应的测量表面积,Si,不大于,l m,2,；当被测对象体积较大时，,S,i,可以扩大到,2m,2,，但测点数目,N,应大于,50,。为了保证测量精度，现场风速不得超过,2m/s,，探头距离高温物体,20mm,以上。,2,声压法测量结果的处理,1),背景噪声的修正,利用声级计进行噪声测量时，如果周围环境存在其他声源，则声级计读数中将包含被测噪声以外的噪声，这一噪声称做背景噪声。因此，假设声级计的直接读数为总噪声，则被测噪声的测量结果应从总噪声中剔除背景噪声之后才能得到。,为了获得较精确的测量结果，一方面，应尽可能在较低的背景噪声下进行测量；另一方面，如果总噪声与背景噪声之间的差值小于,l0dB,，则应该对各个测点的声压级测量结果进行修正，修正公式为：,(12-35),式中：,L,pi,为待测声源在测点,i,上的实际声压级；,L,pi0,为声级计在测点,i,上测得的总噪声声压级读数；,K,l,为背景噪声修正值，其具体数值见表,l2-11,。,背景噪声通常在被测对象开始运行之前和停止运行之后，按相应的测点进行测量。,2),测量表面平均声压级计算,(12-36),式中：,L,pm,为测量表面的平均声压级；,n,为总的测点数。,3),噪声声功率级的换算,当声压级测量是在专门的声学实验室或具有同等声学特性的空间环境中进行，而且被测声源的尺寸相对于测试的环境空间足够小时，可以根据表,l2-7,所列的公式计算被测噪声的声功率级。,当声压级测量在符合条件的普通实验室内进行时，噪声声功率级的换算需要按下列两种方法进行修正。,(1),环境修正法,。被测噪声的声功率级与声压级之间的换算关系为：,(12-37),式中：,L,w,为被测噪声的声功率级；,L,pm,为被测噪声的平均声压级；,K,2,为测量环境,(,指场所,),修正值；,K,3,为测量环境温度和气压修正值；,S,为测量表面面积，,m,2,；,S,0,为基准面积，,S,0,=lm,2,。,修正值,K,2,可按式,(12-38),计算，也可从图,12.23,中查取，即：,(12-38),式中：,A,为实验室房间的吸声量，,m,2,；,S,为测量表面面积，,m,2,；,V,为房间体积，,m,3,；,t,为房间的频带混响时间，,S,。,修正值,K,2,按下式计算为：,(12-39),式中：,T,为测量环境的温度，,；,p,为测量环境的气压，,kPa,。,应该注意的是，工程法和简易法对测量环境的要求是不同的。工程法要求测量环境满足条件,A/S6,，即环境修正值,K,2,1,。,(2),标准声源法,标准声源法是指预先在声学实验室测得标准声源的声功率级,L,w0,，然后将该标准声源带到被测声源的工作现场，先后测量标准声源和被测声源在同一位置、相同测量表面上的平均声压级，最后按下式计算被测噪声的声功率级,L,w,，即：,(12-40),式中：,L,w,为被测噪声的声功率级；,L,w0,为标准声源的声功率级，通常在声学实验室内进行测量；,L,p0m,、,L,pm,分别为标准声源和被测声源在测量现场测得的平均声压级。,3,声强法测量结果的处理,1),声强值换算,在实际的声强测量中，测取的是每一测量单元的声强级,L,i,(i=1,，,2,，,，,n),。为了进行声功率计算，需要先将声强级,L,i,换算成声强值,I,i,，由式,(12-15),可得：,(12-41),式中：,I,0,=l0,-12,W/mm,2,，为基准声强。,2),声功率计算,由声强的定义可得，每一测量单元的声功率,Wi,为：,(12-42),式中：,S,i,为测量单元的表面积。,由此可得被测声源的总声功率级,L,w,为：,(12-43),式中：,N,为测点数目；,W,0,=l0,-12,W,。,12.3.6,噪声测量仪器,测量噪声的仪器很多，以下介绍的是其中几种基本而常用的测量仪器。,1,声级计,声级计是噪声测量中最常用的仪器，它不仅可以单独用于噪声声压级测量，而且还可以和相应的仪器设备配套，用于频谱分析和振动测量等。根据不同的测量精度，声级计有普通声级计和精密声级计两类。,如图,l2.24,和图,l2.25,所示，声级计通常由,传声器,、,放大器,、,衰减器,、,计权网络,、,检波电路,以及,指示表头,等部分组成，其工作原理是将被测声波的声压信号通过传声器转换成为电压信号，经放大器进行放大，并由衰减器调整量程后，再经过计权网络修正、检波，最后由表头显示相应的噪声级数值。,1),传声器,如前所述，传声器是一种声,-,电信号转换器，有动圈式、压电式和电容式等种类。通常，动圈式和压电式传声器用于普通声级计，电容式传声器用于精密声级计。,2),放大器和衰减器,声级计中的放大器用来放大传声器的输出信号，其基本要求是 高增益，在声频范围,(20,20000Hz),内线性好，固有噪声低，工作 性能稳定。,声级计中的衰减器用来控制指示表头的显示量程，通常每一挡的衰减量为,10dB,。,3),计权网络,在精密声级计中，一般装有,A,、,B,、,C,共,3,种标准计权网络。当旋钮指向计权位置时，计权网络便被接入输入放大器和输出放大器之间，进行相应的计权声级测量。由于各计权网络对不同频段声音的衰减情况不同，因而同一噪声用不同计权网络测量的结果可能不同。利用计权网络的这种特性，在噪声测量中，只要测出同一噪声的,L,A,、,L,B,和,L,C,这,3,种计权噪声级，就可以对该噪声的频率特性做出粗略的估计。,例如，当,L,A,L,B,L,C,时，被测噪声具有低频特性；,当,L,A,=L,B,L,C,时，被测噪声具有中频特性；,当,L,A,L,B,L,C,时，被测噪声具有中、高频特性。,使用声级计时应注意定期标定，以保证测量精度。标定用的标准声源以活塞式发声器为主，其工作方式是用一恒速微型电动机通过凸轮推动两个对称活塞进行往复运动，压缩空腔容积，从而产生正弦声波，该声波的声压级恒定，等于,l24dB,。,4),指示表头,声级计的指示表头上有,“,快,”,、,“,慢,”,两挡，它们表示表头的阻尼特性，有时也称为动特性。“快”挡用来测量随时间起伏变化小的噪声。在“快”挡上的指示读数波动大于,4dB,时，应该换用,“,慢,”,挡。,2,声强测量仪,声强测量仪主要由两大部分构成：,声强探头,和,信号处理系统,，其中信号处理系统的硬件构成因信号处理方式的不同而异。图,12.26,为声强测量仪的系统组成框图，其中的信号处理部分由信号数字化仪和计算机数据采集与处理系统组成。,1),声强探头,如前所述，声强探头主要有两类：双传声器声强探头和超声波声强探头，分别应用,p-p,法和,p-,法测量声强。目前工程上应用较多的是双传声器声强探头，图,12.27,是这种探头的结构示意图。,1),声强探头,如前所述，声强探头主要有两类：双传声器声强探头和超声波声强探头，分别应用,p-p,法和,p-,法测量声强。目前工程上应用较多的是双传声器声强探头，图,12.27,是这种探头的结构示意图。,1),声强探头,如前所述，声强探头主要有两类：双传声器声强探头和超声波声强探头，分别应用,p-p,法和,p-,法测量声强。目前工程上应用较多的是双传声器声强探头，图,12.27,是这种探头的结构示意图。,2),信号数字化仪,信号数字化仪由,程控放大器,、,程控抗混滤波器,以及,A/D,转换器,等组成。程控放大器的增益能自动调节，以保证来自声强探头的前置放大器的信号大小能够满足,A/D,的输入要求，实现自动测量。加在放大器与,A/D,之间的低通滤波器是为了防止,A/D,采样时的频率混淆；选用程控模式是为了实现整个系统自动测量的需要。,3),声强分析模块,目前市场上销售的双传声器式声强测量仪的声强信号分析处理方式主要有两类：,A.,采用模拟电路直接处理；,B.,采用,FFT,间接计算。,直接处理方法利用双传声器探头输出的信号，按照,p-p,法原理，采用加、减、积分以及乘法电路，结合模拟或数字滤波器，获取声强信号。这种方法的主要优点是信号处理实时性好，但全套仪器的价格比较昂贵。丹麦,B&K,公司的,B&K4433,型和,B&K3360,型声强测量仪上都采用了这种直接处理的方法。,间接处理方法中的,FFT,算法有两种实现途径：一是采用专门的,FFT,分析仪，如日本小野测器的,CF-6400,声强测试分析系统；另一种是在微机上采用专用软件。但在微机上进行,FFT,运算的速度不及专门仪器快，更比不上直接法，测量的实时性受到影响，仅适用于测量相对平稳的声场。,3,频率分析仪,频率分析仪是用来分析噪声频谱的仪器，主要由带通滤波器和放大器组成，其工作方式是先利用一组带通滤波器将被测噪声中所含的不同频率分量逐一分离，再经内部放大器放大后进行测量，测量结果可从指示表头读出，也可从外接信号记录仪直接获取频谱图。,频率分析仪中的滤波器有,1,倍频程或,l/3,倍频程的带通滤波器和恒定窄带宽带通滤波器。减窄频带就可以更详细地测定噪声的频率分布，有利于观察频谱的峰值。图,l2.28,所示为利用,3,种不同的带通滤波器在同一测点上对同一声源进行测量的结果。,上述结果表明：采用不同的带通滤波器测量同一噪声时，即使测量频率或中心频率相同，但各自测得的声压级也是不同的。由于能量叠加的结果，宽频带声压级一般总是大于窄频带声压级。,由此可以获得提示：即对两个以上噪声源的频谱图进行比较分析时，如果它们之间的测量频程或带宽不同，那么就应该先将它们换算成同一频程或带宽下的声压级,(,通常是按能量叠加原理将窄频带声压级换算为宽频带声压级,),，然后再进行比较。,在噪声频谱分析中还经常将声级计或传声放大器与滤波器加以组合构成频谱仪，这样既可用于噪声级测量，也可用于频谱分析。,