《噪声信号与处理》PPT课件.ppt

噪声测试及防治,北京科技大学 申焱华,2,1 噪声,噪声是指不需要的声音。 噪声是由许多不同频率和强度的声波，杂乱无章组合而成的。,3,1.1 噪声的分类,自然噪声（雷声，风声），人为噪声； 低频噪声（500Hz) ，中频噪声（5001000Hz)，高频（大于1000Hz)； 稳态噪声，非稳态噪声和瞬时噪声。,4,1.1 噪声的分类,稳态噪声: 噪声强度波动范围在 5dB以内连续噪声， 或重复频率大于10HZ脉动噪声； 非稳态噪声:噪声强度波动范围超过 5dB的连续噪声 脉冲噪声:持续时间小于1s, 波动范围大于10dB, 或重复频 率小于10Hz的间歇性噪声。,5,1.1 噪声的分类,按城市环境噪声源分类： 交通噪声：道路机动车辆，铁路车辆 工业噪声：工厂的动力设备，加工机械，生产设备 建筑施工噪声：建筑机械 社会生活噪声：人们社会活动，家电设备,6,1.1 噪声的分类,按发声机理分类: 机械噪声：机械部件之间在摩擦力，撞击力和非平衡力的作用下振动产生的。 空气动力性噪声：高速气流，不稳定气流以及由于气流与物体相互作用产生的噪声。 电磁噪声：电磁场的交替变化。,7,1.2 噪声的危害,噪声致聋 噪声可能诱发疾病 噪声影响正常生活 噪声降低劳动生产率，影响安全生产 噪声损害建筑物,8,2 噪声测量,随着现代工业的发展，噪声污染已成为主要公害之一。控制噪声、保护环境已成为人们的共识。其中，噪声测量是重要的一环，具有举足轻重的地位。,9,2.1 噪声的度量,声源、传播途径（弹性媒质）、受者 声源：振动的物体 声场：媒质中有声波存在的区域。 分为：自由声场，扩散声场和半扩散声场,10,2.1.1 描述声波的基本物理量,声压是指声波引起的媒质压力的波动量，它是声波传播时的瞬时压强P与大气压P0（平衡压力）之差值。声压p的单位为帕(Pa)。 1Pa=1N/m2 有效声压：,11,2.1.1 描述声波的基本物理量,声压越大，声音越强。 声功率W(W) : 某个声源在单位时间内辐射出的总声能，反映声源的振动辐射能量的大小，是标量. 声强I(W/m2): 单位面积通过与声波传播方向垂直的声功率. 矢量:其方向就是声传播的方向.,12,2.1.1 描述声波的基本物理量,频率f：物体在1秒钟内的振动的次数。 周期T：物体每振动一次需要的时间。 f=1/T 人耳听到的频率：2020000Hz。 低于20Hz的为次声，高于20000Hz的为超声。噪声不包括次声和超声。,13,2.1.2 声压、声强和声功率,声学中常用成倍比关系的对数标度来度量声压、声强和声功率。 声压级Lp: Lp=20lg(p/pr) 基准声压pr=2*10-5Pa( 频率1000Hz的人耳听到的最弱声压). 听阈声压:0dB (声压级) 痛阈声压: 20Pa-120dB(声压级),14,2.1.2 声压、声强和声功率,声强级LI: LI=20lg(I/Ir) 基准声强Ir=1*10-12W/m2 声功率级LW: LW=10lg(W/Wr) 基准声功率 Wr=1*10-12W,15,分贝,分贝:表示两种信号比例关系的一种表达式。,功率比表达式：,幅值比表达式：,16,2.2 噪声的频谱,声音的高低主要与其频率有关，噪声的频谱可反映该噪声在不同频率范围内的分布情况。 对噪声进行频谱分析时，通常采取多个较宽的频带来分析噪声的声级（声压级 、 声强级和声功率级），最常用的频带宽度是倍频程和1/3倍频程。,17,18,2.2 噪声的频谱,可听声频率范围: 2020000Hz. 频带: 上限频率fu，下限频率fl fu=2nfl 倍频带:n=1；1/3倍频带:n=1/3 频带宽度: B=fu-fl,19,2.2 噪声的频谱,频谱分析: 分析某一声音在可听频率范围内声音强度随 频率变化的规律. 低频噪声: 500Hz，如汽车的噪声 中频噪声: 5001000Hz，如水泵的噪声 宽带噪声: 分布在1252000Hz范围内，如柴油机的噪声,20,频谱分析,对一个噪声源发出的声音，将它的声压级、声强级、 或者声功率级按频率顺序展开，使噪声的强度成为频率的函数，并考查其形状。,21,2.2 噪声的频谱,22,3 噪声的主观评价,噪声与人的主观感觉之间的关系十分复杂 ，不是简单的正比关系. 频率计权网络对所接受的声音按频带设一定的衰减，模拟人耳对不同声压和频率声音有不同感觉而设置的。,23,3.1 A声级,主要有A、B、C、D计权网络，所测得的声压级分别为：A，B，C和D声级。它们的频率特性曲线 如图 所示。,24,3.1 A声级,其中最常用的是A计权网络。 它对低频段有较大的衰减，比较符合人耳对低频声的敏感程度比高频声差的听觉特点。多数噪声经A计权网络滤波后，与人耳的感觉有较好的相关性。,25,3.1 A声级,等效声级：以A声级为基础建立起来的关于非稳态噪声的噪声评价量。 等效声级：在声场中一定点位置上，用某一段时间内能量平均的方法，将间隙暴露的几个不同的A声级，以一个A声级表示该段时间内噪声大小。,26,3.2 噪声测试常用仪器,噪声测试常用的仪器有传声器、声级计、磁带记录仪、校准器和谱分析仪。,27,3.2.1 声级计,模拟了人耳对声波的反应特性，是一种主观性仪器。,28,4 噪声标准,工业企业噪声控制设计,29,4.1 噪声标准,工业企业厂界噪声限值,30,4.1 噪声标准,城市区域环境噪声标准 单位：dB(A),31,4.1 噪声标准,机动车辆允许噪声,32,4.2 工业企业噪声测量,测量仪器精度为级以上的声级计或环境噪声自动监测仪，其性能符合GB 3875声级计电声性能及测量方法之规定，应定期校验。测量时传声器加风罩。,33,4.2.1 厂界噪声测量,采样方式 2.4.1 用声级计采样时，仪器动态特性为“慢”响应，采样时间间隔为5s。 2.4.2 用环境噪声自动监测仪采样时，仪器动态特性为“快”响应，采样时间间隔不大于1s。 2.5 测量值2.5.1 稳态噪声测量1min的等效声级。 2.5.2 周期性噪声测量一个周期的等效声级。 2.5.3 非周期性非稳态噪声测量整个正常工作时间的等效声级。 2.6 测点位置的选择 2.6.1 测点(即传声器位置。下同)应选在法定厂界外1m，高度1.2m以上的噪声敏感处。如厂界有围墙，测点应高于围墙。 2.6.2 若厂界与居民住宅相连，厂界噪声无法测量时，测点应选在居室中央，室内限值应比相应标准值低10dB(A)。,34,4.2.2 生产环境噪声测量,将传声器置于操作人员耳朵附近，或在工人经常活动的范围内， 以人耳高度为准选择数个测点进行测量。,35,4.2.3 车间内机器噪声测量,现场机器噪声测量的测点距离，视机器尺寸而定。 小型机器（1m）：距表面1m 机器四周布置48个测点。,36,5 吸声,吸声系数： 吸声材料或吸声能力的大小通常用吸声系数表示。 吸声系数的变化一般在01之间。 =0：入射声完全被反射，材料不吸声； =1：声能完全被吸收，无声能声反射。,37,5.1 多孔性吸声材料,无机纤维材料：短棉（直径1013m） 超细绵（直径0.14m），中级纤维棉（直径1013m）。 多孔吸声材料内部具有大量的微孔和间隙，孔隙间彼此相互贯通，且通过表面与外界相通。,38,5.1 多孔性吸声材料,传播过程中，引起孔隙中的空气振动，使相当一部分声能转化为热能而消耗掉。 多孔吸声材料对中高频声波吸声系数大，对低频吸声系数小。,39,多孔吸声材料的影响因素：,合理选择材料的厚度 合理控制材料的容重 增设空气层 温湿度的影响,40,5.2 共振吸声结构,共振吸声机构增加对低频声的吸收。 薄板共振吸声结构（80300Hz） 薄板和板后的空气层构成振动系统，薄板相当于质量，板后的空气相当于弹簧。 * 中薄板厚度：36mm * 空气层厚度：310cm,41,5.3 微穿孔板吸声结构,吸声机理同共振吸声结构相同。 吸声系数很高，有的可达0.9以上。 吸收低频：空腔宜深；吸收中高频，空腔宜浅。,42,5.4 吸声处理注意事项：,车间壁面都是坚硬的反射性能较强的材料，室内的混响声比较明显。 操作工人离开声源大的机器较远，反射声较强。 车间内噪声源比较多且分散。 车间内的噪声源尺寸较大且分散，同其他方法量和使用。,43,6 隔声,用构件把声源与接受者分开，阻断空气声的传播，从而达到降噪的措施。 空气声：在空气中传播的隔声 固体声：在固体中传播隔振，阻尼 透声系数：透射声功率与入射声功率之比。,44,6.1 多层复合板的隔声,利用声波在不同界面上阻抗的变化而使声波反射，减小了声能透射， 选择： 1。合理选择材料和复合次序。 2。为减小由共振频率和吻合效应引起的隔声低谷。 3。轻质多孔材料本身的隔声能力很差。,45,6.2 隔声间,具有门、窗的组合墙平均隔声量的 1。提高门、窗隔声量； 2。减少门窗的面积； 3。门缝密封,46,6.3 隔声罩,将噪声源封闭在一个相对小的空间，减少想周围辐射噪声的罩状结构。 1 罩壳材料有足够的隔声量，便于安装 2 罩体与声源设备及其机座之间不能有刚性接触。 3 罩内要作吸声处理。 4 罩壳与设备之间应由较大的空间，通风口装消声器。,47,6.4 隔声屏,对隔声要求不高，又不便于安装隔声罩。 应用：道路，车间，临时作业场所 隔声屏对于2000Hz以上的高频声比中频声的歌声效果要好。而对于频率低于250Hz以下的声音，由于声波的波长比较长，容易绕过屏障，效果差。,48,6.4 隔声屏,应有足够的隔声量，声损失应高出10dB 配合吸声处理，减少反射声能及绕射声能。 主要用于控制直达声 与其他构件的连接处，注意米粉 声屏障的高度和长度应根据现场情况计算确定,49,7 消声器,用于降低气流噪声的装置，它既能允许气流顺利通过又能阻止声能或减弱声能向外传播。 安装： 紧靠空气动力性机械设备的进、出口。 气流噪声降低2040dB（A），相应的响度降低7593%。,50,7 消声器,阻性消声器：借助装在管壁上的吸声材料或吸声结构的吸声作用来吸收声能。 阻性消声器：对中、高频消声性能良好，对低频性能较差，可通过增加吸声材料的厚度和密度进行改善。,51,7.1 阻性消声器,种类： 直管式消声器，片式消声器，折板式消声器，蜂窝式消声器及迷宫式消声器。,52,7.2 抗性消声器,通过控制声抗的大小来消声，它不使用吸声材料，而是在管道上接截面突变的管道或旁接共振腔，使某些频率的声波在声阻抗突变的界面处发生反射、干涉等现象，从而达到消声目的。,53,7.2 抗性消声器,1。将某些特定频率范围的噪声滤掉，达到 消声目的。 2。它适用于消除中、低频噪声。 3。与阻性消声器的最大区别：没有多孔性吸声材料。,54,7.3 抗性消声器扩张式消声器,利用横断面积的扩张，收缩引起的声反射和干涉来消声的。 适用于消除中频噪声。 消声量与扩张室的扩张比、连接管的长度及消声器的总长度有关。,55,7.3 抗性消声器共振式消声器,利用共振结构的阻抗引起的反射而产生消声效果的。,56,7.4 微穿孔板消声器,声阻与穿孔板上的孔径成反比。 厚度小于1mm的金属板上钻许多孔径为0.51mm的微孔，穿孔率一般在1%3%。,57,7.5 消声器的选型,由噪声的频谱，选定消声器种类. 1. 阻性消声器高频性噪声 2. 低中频噪声抗性消声器 3. 噪声频带比较宽（低、中、高频噪声较强）阻抗复合式消声装置 4. 噪声中突出的峰值共振腔消声器,58,7.5 消声器的选型,根据管道截面，确定消声器通道结构。 根据降噪要求，决定消声器的长度。 验算消声频率范围。,8 噪声频谱分析在诊断中的应用,60,8.1 钢球磨煤机噪声的测量分析,使用声级计，测量等效A声级。 噪声是各声源在测量点上的综合反映。,61,测点的布置,2台磨煤机同时开动，周围噪声不超过 92dB（A） 隔声量的实际 隔声量不低于16dB（A）,62,隔声罩的材料,噪声为中低频 吸声材料为： 超细玻璃棉,63,隔声罩的效果,隔声罩与本体没有任何刚性联系，由地面的钢架支撑。,64,8.2 提升减速箱的噪声特征,为减少环境的干扰，测点选在减速箱盖中间，且距箱盖5mm处，噪声测试效果较佳。,65,频谱分析,真,正常噪声功率谱：只有基频和二次谐波部分,异常噪声功率谱： 基频到四次谐波成分 都有； 二次谐波超过 基频的幅值。,故障：减速箱第一级 齿轮出现磨损故障。,66,8.3 斜