声学分析理论介绍.pptx

IVEIVEInstitute of Vibration Engineering,Northwestern Polytechnical University,China声学分析理论介绍张永强 高级工程师江苏泰斯特电子设备制造有限公司西北工业大学 振动工程研究所IVEIVEInstitute of Vibration Engineering,Northwestern Polytechnical University,China声音的分类 音频声（audio）超声（ultrasonic）次声（infrasound）IVEIVEInstitute of Vibration Engineering,Northwestern Polytechnical University,China声波的分类IVEIVEInstitute of Vibration Engineering,Northwestern Polytechnical University,ChinaIVEIVEInstitute of Vibration Engineering,Northwestern Polytechnical University,China声压的基本概念 设体积元收到扰动后，压强从 改变到 ，则压强的变化量称为声压（sound pressure），有：声压是时间和空间的函数IVEIVEInstitute of Vibration Engineering,Northwestern Polytechnical University,China声压的基本概念 声场（sound field）：存在声压的空间或声波所到达的空间。瞬时声压：声场中某一瞬时的声压值。峰值声压：一定时间间隔内最大的瞬时声压值。IVEIVEInstitute of Vibration Engineering,Northwestern Polytechnical University,China声压的基本概念有效声压：一定时间间隔内，瞬时声压对时间去均方根值。IVEIVEInstitute of Vibration Engineering,Northwestern Polytechnical University,China声压的基本概念声压的单位：Pa（帕斯卡）人耳对1kHz声音的可听阀约为 ；微风吹动树叶的声音 ；飞机发动机的声音200Pa。IVEIVEInstitute of Vibration Engineering,Northwestern Polytechnical University,China平均声功率（sound power）单位时间内通过垂直于声传播方向面积S的平均声能量。IVEIVEInstitute of Vibration Engineering,Northwestern Polytechnical University,China声强（acoustic intensity）单位面积上的平均声功率IVEIVEInstitute of Vibration Engineering,Northwestern Polytechnical University,China 声功率表示声源辐射声能量的能力，声强表示声场中空间位置上的声能流。声功率的单位是 ；声强的单位是 ；声强是有方向的，是矢量；声强在声学研究中有广泛的应用。IVEIVEInstitute of Vibration Engineering,Northwestern Polytechnical University,China声压级（sound pressure level）声压级和声强级其中 为待测声压的有效值；为参考声压，空气中为 。IVEIVEInstitute of Vibration Engineering,Northwestern Polytechnical University,China声压级和声强级IVEIVEInstitute of Vibration Engineering,Northwestern Polytechnical University,China声压级和声强级IVEIVEInstitute of Vibration Engineering,Northwestern Polytechnical University,China声压级和声强级 人耳对1kHz声音的可听阈约0dB；微风吹动树叶的声音14dB；交响乐队的演奏84dB（相距5m）；飞机发动机的声音（相距5m）140dB。IVEIVEInstitute of Vibration Engineering,Northwestern Polytechnical University,China声压级和声强级IVEIVEInstitute of Vibration Engineering,Northwestern Polytechnical University,China声压级和声强级声强级（sound intendity level）空气中，参考声强为 ，它是空气中参考声压对应的声强。IVEIVEInstitute of Vibration Engineering,Northwestern Polytechnical University,China声压级和声强级声压级和声强级得关系：IVEIVEInstitute of Vibration Engineering,Northwestern Polytechnical University,China声波的叠加IVEIVEInstitute of Vibration Engineering,Northwestern Polytechnical University,China声波的叠加IVEIVEInstitute of Vibration Engineering,Northwestern Polytechnical University,China计权网络频率特性计权网络频率特性 在声学测量仪器中，通常根据等响度曲线，设置一定的频率计权电网络，使接收的声音按不同程度进行频率滤波，以模拟人耳的响度感觉特性。一般设置A，B 和C 三种计权网络，其中A 计权网络是模拟人耳对40 方纯音的响度，当信号通过时，其低、中频段（1000Hz 以下）有较大的衰减。B 计权网络是模拟人耳对70 方纯音的响度，它对信号的低频段有一定衰减。而C 计权网络是模拟人耳对100 方纯音的响度，在整个频率范围内有近乎平直的响度。A、B、C 计权的频率响应曲线（计权曲线）已由国际电工委员会（IEC）定为标准。IVEIVEInstitute of Vibration Engineering,Northwestern Polytechnical University,China 在实际测量时到底用哪一种计权网络呢？以前曾有规定，声级小于70dB 时用A 网络测量，声级大于70dB 但小于90dB 时用B 网络测量，声级大于90dB 时用C 网络测量。近年来研究表明，不论噪声强度多少，利用A 声级都能较好地反应噪声对人吵闹的主观感觉和人耳听力损伤的影响。因此，现在基本上都用A 声级来作为噪声评价的基本量，而且如果不另作说明，都是指的A 声级。C 声级只作为可听声范围的总声压级的读数来使用，B 声级基本上不用了。有时只是为了判断噪声的频率特性，才附带测量C 声级和B 声级。因为如果A、B、C 三种声级基本相同，该噪声特性是高频特性；如果C 声级与B 声级基本相同，但小于A 声级，该噪声为中频特性；如果C 声级大于B 声级，B 声级又大于A 声级，则该噪声为低频特性。在有些声学测量仪器中还具有 D 计权网络。它主要用于航空噪声的测量。用D 计权网络测得的D 声级再加上7dB，就直接得到飞机噪声的感觉噪声级。IVEIVEInstitute of Vibration Engineering,Northwestern Polytechnical University,China响度级和响度 声压和声强都是客观物理量，声压越高，声音越强；声压越低，声音越弱。但是它们不能完全反映人耳对声音的感觉特性。人耳对声音的感觉，不仅和声压有关，也和频率有关。一般对高频声音感觉灵敏，对低频声音感觉迟钝，声压级相同而频率不同的声音听起来可能不一样响。为了既考虑到声音的物理量效应，又考虑到声音对人耳听觉的生理效应，把声音的强度和频率用一个量统一起来，人们仿照声压级引出了一个响度级的概念。使用等响实验方法，可以得到一族不同频率、不同声压级的等响度曲线。实验时用1000Hz 的某一强度（例如40dB）的声音为基准，用人耳试听的办法与其它频率（例如100Hz）声音进行比较，调节此声音的声压级，使它与1000Hz 声音听起来响度相同，记下此频率的声压级（例如50dB）。再用其它频率试验并记下它们与1000Hz 声音响度相等的声压级，将这些数据画在坐标上，就得到一条与1000Hz、40dB 声压级等响的曲线。这条曲线用1000Hz时的声压级数值来表示它们的响度级值，单位为方，这里就是40 方。同样以1000Hz 其它声压级的声音为基准，进行不同频率的响度比较，可以得出其它的等响度曲线。经过大量试验得到的并由国际标准化组织（ISO）推荐为标准的等响度曲线。IVEIVEInstitute of Vibration Engineering,Northwestern Polytechnical University,China等响度曲线IVEIVEInstitute of Vibration Engineering,Northwestern Polytechnical University,China从等响度曲线可以看出：（1）当响度级比较低时，低频段等响度曲线弯曲较大，也就是不同频率的响度级（方值）与声压级（dB 值）相关很大，例如同样40 方响度级，对1000Hz 声音来说声压级是40dB，对100Hz 声音是50dB，对40Hz 声音是70dB，对20Hz 声音是90dB。（2）当响度级高于100 方时，等响度曲线变得比较平坦，也就是声音的响度级主要决定于声压级，与频率关系不大。（3）人耳对高频声音，特别是30004000Hz 的声音最敏感，而对低频声音则频率越低越不敏感。响度级虽然定量地确定了响度感觉与频率和声压级的关系，但是却未能确定这个声音比那个声音响多少。例如一个80 方的声音比另一个50 方的声音究竟响几倍？为此人们引出了响度的概念。1947 年国际标准化组织采用了一个新的主观评价量宋，并以40 方为1宋。响度级每增加10 方，响度增加一倍，如50 方为2 宋，60 方为4 宋等。lgS=0.03(LN-40)式中：S 是响度（宋），LN 是响度级（方）。IVEIVEInstitute of Vibration Engineering,Northwestern Polytechnical University,China 倍频程（倍频程（octave)：频率比为2的两频率之间的区间。1/3倍频程（倍频程（one-third octave)：频率比为 (1.2599)的两频率之间的区间。1/10倍频程（倍频程（one-tenth octave)：频率比为 (1.2589)的两频率之间的区间。注：1/10的十倍频程和1/3倍频程之差小于0.1%，实际使用时可把两种带宽看成是等效的。为中心频率，为带宽上限截止频率，为带宽下限截止频率。IVEIVEInstitute of Vibration Engineering,Northwestern Polytechnical University,China