《ch8噪声的测量》PPT课件.ppt

,1,第8章 噪声的测量 Noise Measur4752ement,8.1 噪声测量的主要参数 (Principal Parameters of Noise Measure),8.2 噪声的分析方法与评价 (Analysis Methods and Evaluation of Noise),8.3 噪声测量仪器 (Measure Instruments of Noise),8.4 噪声测量及其应用 (Noise Measure and Practical Use),返回,2,8.1 噪声测量的主要参数 (Principal Parameters of Noise Measure),声音是在某种弹性介质中的一种振动过程。,术语:,介质的基本类型有三种：气体、液体、固体。,声波（振源频率在 2020 000 Hz时，人的耳朵可以听到）。,次声波（振源频率低于 20 Hz 时，人耳无法听到)。,超声波（振源频率高于 20 000 Hz时，人耳无法 听到）。,振动是指质量在一定的位置附近作来回往复运动，亦称为振荡。,波动是振动的传播过程，即振动状态的传播。,3,1 . 声压与声压级,声压: 指某点上各瞬间的压力与大气压力之差值，单位为 Pa（帕）。,听阀声压: 指正常人刚能听到的 1 000 Hz 声音的声压为 2 10-5 Pa，并规定为基准参考声压，记为 p0 。,声压级: 是一个相对比较的量纲一的量（无量纲量）。相对于声压 p 的声压级 L p 定义为,p0 为基准参考声压,噪声测量的主要参数(2/9),4,2 .声强与声压级,声强: 在传播方向上单位时间内通过单位面积的声能量，以 I 表示，单位为W/m2 。,声强级 LI: 声强与参考声强 I0 (取 I0= 1010-12 W/m2 ）的比值常用对数的 10 倍来表示，称为声强级 LI （单位为dB），亦是一种量纲一的量，定义为,dB,对于球形声源,传播过程中没受到任何阻碍可，也不存在能量损失,则,声强随着声源的距离的平方而减小,噪声测量的主要参数(3/9),5,3. 声功率及声功率级,声功率(W): 声源在单位时间内发射出的总能量，单位为W;,声功率级(Lw):声功率(W)与参考基准声功率W0(取W0=10-12 W)的比值常用对数的10倍来表示，声功率级LW（单位为dB）,噪声测量的主要参数(4/9),6,表 8.1 通用语言与若干乐器输出功率值的近似值,噪声测量的主要参数(5/9),7,4. 多声源的噪声强度,Wi 表示第 i 个声源的声功率。,第 i 个声源的声强,两个以上相互独立的声源，同时发出来的声功率和声强可以代数相加，即,W = W1+ W2 + W3 + Wi + Wn I = I1+ I2 + I3 + Ii + In,总声功率级:,总声强级:,噪声测量的主要参数(6/9),8,从声压及声压级出发，当两个以上的噪声同时存在时，,如果从 n 个声源发出的噪声（或是由同一声源发出的噪声频谱中的各频率成分），且互不相干，则,合成噪声的总声压 p 为,由此得:,噪声测量的主要参数(7/9),9,n 个噪声级相同的声源，在离声源距离相同的一点所产生的总声压级为,当有两个不同噪声级 L1 和 L2的声源同时作用，且 L1 L2时，则从噪声级 L1 到总噪声级 L 的增加值 L 可由下式求得：,而,噪声测量的主要参数(8/9),10,即,故,或,噪声测量的主要参数(9/9),11,8.2 噪声的分析方法与评价 (Analysis Methods and Evaluation of Noise),1. 噪声的频谱分析,(1)倍频程分析,目的:了解其频率组成及相应能量的大小，从中找出噪声源，进而控制噪声。,原理:是按一定宽度的频带来进行的，即分析各个频带对应的声压级。,噪声的频谱分析在噪声研究中，常采用倍频程分析。,相差 n 个倍频程时两个中心频率之间的关系为,n 是正数，其值越小，频程分得越细。,12,(2)频谱分析,声源作简谐振动所产生的声波为简谐波，其声压和时间关系为一正弦曲线。,这种只有单频率的声音称为纯音。,由强度不同的许多频率纯音所组成的声音称为复音，,组成复音的强度与频率的关系图称为声频谱，简称频谱。,低频噪声指噪声频谱中最高声级分布在 350 Hz 以下；,中频噪声指最高声级分布在 3501 000 Hz 中间；,高频噪声（1 000 Hz 以上）。,噪声频谱表示一定频带范围内声压级的分布情况，,频谱中各峰值所对应的频率（带）就是某种声源产生的，,找到了主要峰值声源就为噪声控制提供了依据。,噪声的分析方法与评价(2/14),13,2. 噪声的响度分析及评价,(1)纯音的等响曲线、响度及响度级,在各种频率条件下对人的听力进行试验测得纯音的等响度曲线如图 8.1所示。,噪声的分析方法与评价(3/14),10,20,30,40,50,60,70,80,130,120,110,100,90,MAF,方,方,频率/Hz,图8.1 等响曲线,声压级/dB,14,响度级是一个相对量，有时需用绝对值来表示，单位宋(sone)。,1 宋为 40 方的响度级，即 1 宋是声压 40 dB 、频率为 1 000 Hz 的纯音素产生的响度。,响度(宋),响度级(方),噪声的分析方法与评价(4/14),15,响度由 40 方开始，每增加 10 方，响度增加一倍，即 40 方为 1 宋，50 方为 2 宋，60 方为 4 宋，70 方为 8 宋。,响度可以叠加计算,响度级不可以叠加,例:频率为 3 000 Hz 和2 000 Hz 、声压均为 70 dB 的两纯音合成，由图 8.1 曲线查得响度级均为 70 方，对应响度均为 8 宋，总响度为 8 + 8=16 宋，查图 8.2 得总响度级为 80 方，响度级不可以叠加。,噪声的分析方法与评价(5/14),4,2,20,40,60,80,100,0.2,0.4,0.8,8,响度级/方,图8.2 响度-响度级关系,20,40,80,响度/,宋,16,2. 宽带噪声的响度,总响度，宋,频带中最大的响度指数,所有频带的响度指数之和,常数，对倍频带、1/2倍频带和 1/3倍频带分析仪分别为 0.3、0.2 和 0.15,噪声的分析方法与评价(6/14),17,图 8.3 响度指数曲线,噪声的分析方法与评价(7/14),10,20,30,40,50,60,70,80,90,100,110,120,50,100,200,1 000,5 000,500,2 000,10 000,0.1,0.2,0.3,0.5,0.7,1.0,1.5,2,2.5,3,4,5,150,100,80,6,8,10,12,15,20,25,30,40,50,60,频率/HZ,频带声压级/dB,18,3.声级计的频率计权网络,从等响度曲线出发，在测量仪器上通过采用某些滤波器网络，对不同频率的声音信号实行不同程度的衰减，使得仪器的读数能近似地表达人对声音的响应，这种网络成称为频率计权网络。,就声级计而言，设立了 A、B、C 三种计权网络，它们的频率特性如图 8.4 所示。,当LA = LB = LC时，表明噪声的高频成分较突出；,当 LC = LB LA 时，表明噪声的中频成分较突出；,当 LC LB LA时，表明噪声是低频特性。,噪声的分析方法与评价(8/14),19,C 计权网络是效仿 100 方等响曲线，在整个可听频率范围内近于平直的特点，它让所用频率的声音近于一样程度的通过，基本上不衰减，因此 C 计权网络表示总声压级。,A 计权网络是效仿倍频程等响曲线中的 40 方曲线而设计的，它较好地模仿了人耳读低频段（500 Hz以下）不敏感，而对于 1 0005 000 Hz声音频率的敏感的特点；,B 计权网络是效仿 70 方等响曲线，对低频有衰减；,噪声的分析方法与评价(9/14),频率/Hz,图8.4 A B C计权网络的衰减曲线,10,0,-10,-20,-30,-40,-50,31.5,63,125,250,500,1 000,4 000,16 000,2 000,8 000,相对,响,应/dB,C,B,B,C,A,20,4. 等效连续声级与噪声评价标准,如果考虑噪声对人们的危害程度，则除了要注意噪声的强度和频率之外，还要注意作用的时间。反映这者作用效果的噪声量度叫做等效连续声级。,我国工业企业噪声检测规范（草案）规定：稳定噪声，测量 A 声级；不稳定噪声，测量等效连续声级，或测量不同 A 声级下的暴露时间,等效连续声级可表示为,瞬时声强,某段统计时间总和,基准声强,某一间歇时间内的 A 声级,噪声的分析方法与评价(10/14),21,以每个工作日 8 h 为基础，低于 78 dB 的不予考虑，则一天的等效声级可按下式 近似计算：,第 n 段声级Ln 一个工作日的总暴露时间，min,n 的取值见表 8.4,噪声的分析方法与评价(11/14),22,如果一周工作六天，每周的等效连续声级可按下式近似计算：,第 n 段声级 Ln 一周的总暴露时间，,n 的取值见表 8.4,噪声的分析方法与评价(12/14),23,表 8.4 中心声级与暴露时间,例：测量某车间的噪声，有 4 h 中心声级为 90 dB(A)，有3 h 中心声级为 100 dB(A)，有 1 h 中心声级为 110 dB(A)，试计算一天内的等效连续声级。,解：将测量的数据带入主教材中的式（9.15），则车间等效声级为,噪声的分析方法与评价(13/14),24,图 8.5 噪声评价曲线,若噪声的倍频程声压级没有超过该容许评价数所对应的评价曲线，则认为符合标准的规定。,国际标准化组织(ISO) 1971 年提出采用噪声评价曲线，以确定噪声评价标准，图中每一条曲线均以一定的噪声评价数 NR来表征。,根据容许标准规定的声级 LA 来确定容许的噪声评价数为 NR。换算关系为 NR= LA -5 dB,噪声的分析方法与评价(14/14),0,10,20,30,40,50,60,70,80,90,100,110,120,31.5,63,120,250,500,2 000,5 000,1 000,4 000,R,5,10,15,20,25,30,35,40,45,50,55,60,65,70,75,80,85,90,95,100,105,110,115,倍频程声压级的中心频率/Hz,25,8.3 噪声测量仪器 (Measure Instruments of Noise),噪声的测量主要是声压级、声功率及其噪声频谱的测量。,一套声压级测量仪器包括传声器、声级计、频率分析仪、校准器等。,声功率级是在特定的条件下由测量的声压级计算出来的。,1. 传声器,传声器是将声波信号转换为相应的电信号的传感器。,其原理是由声造成的空气压力推动传声器的振动膜振动，进而经变换器将此机器振动变成电参数的变化。,常用传声器有:电容式；动圈式；压电式;永电体式。,26,(1 ) 电容式传感器,精密测量中最常用的一种传感器，其稳定性、可靠性、振性，以及频率特性均较好。,电容式传感器幅频特性平直部分的频率范围约为 10 Hz20 kHz。,永电体式传声器（又称驻极体式），工作原理与电容式传声器相似，其特点是尺寸小、价格便宜，可用于高湿度的测量环境，也可用于精密测量。,噪声测量仪器 ( 2/9),27,壳体上开有毛细孔，用来平衡振膜两侧的静压力，以防止振膜破裂。,振膜厚度在 0.002 50.05 mm 之间，它在声压的作用下发生变形位移，起着可变电容器动片的作用,可变电容器的定片是背级,其上的阻尼孔抑制振膜的共振振幅,然而动态的应力变化（声压）很难通过毛细孔而作用于内腔，从而保证仅有振膜的外侧受到声压的作用。,噪声测量仪器 ( 3/9),28,(2) 动圈式传声器,这种传声器精度较低，灵敏度也较低，体积大，其突出特点是输出阻抗小，所以接较长的电缆也不降低其灵敏度。,在声压的作用下，振膜和线圈移动并切割磁力线，产生感应电动势 。 同线圈移动速度成正比。,噪声测量仪器 ( 4/9),29,(3) 压电式传声器,压电式传声器膜片较厚，其固有频率较低，灵敏度较高，频响曲线平坦，结构简单，价格便宜，广泛用于普通声级计中。,膜片受到声压作用而变位时双压电元件产生变形，在压电元件梁端面出现电荷,噪声测量仪器 ( 5/9),30,2.声级计,声级计是噪声测量中测量声压的主要仪器。它是用一定频 率和时间计权来测量噪声的一套仪器。,噪声测量仪器 (6 /9),31,图8.9 声级计方框图,传声器,衰减器,放大器,放大器,衰减器,均方根值 检波器,指示 表头,计 权 网 络,声压,外接记录仪,A B C L,A B C L,外接滤波器,声级计的工作原理,噪声测量仪器 (7 /9),32,3.声级计的校准,其原理是：由电池供电的电动机通过凸轮使两个对称的活塞作正弦移动，造成空腔中气体体积的变化，使腔内产生标准的正弦变化的声压，被校的传声器置于空腔的一端。,这是一种更为简单而便宜的校准方法。用一个精确标定过的扬声器在一个声耦合腔中产生 1 000 Hz的精确给定声压级的声压，作为作用在传声器振膜上的标准信号。,(1)活塞发生器校准法,活塞发生器校准法是一种现场常用的精确、可靠且简便的方法，它主要适用于低频校准（几赫兹到几十赫兹）。,(2)扬声器校准法,噪声测量仪器 (8 /9),33,(3)互易校准法,互易校准法适用于中频范围可听声的传声器校准，该方法准确度高，声学测量实验室普遍采用。互易校准法既可测定传声器的压力响应，也可测定其自由场响应。,(4)静电激励校准法,该方法适用于较高频率的扬声器校准。它是将一个绝缘的栅状金属板置于传声器振膜之前，并使两者之间的距离尽量小。,(5)置换法,置换法是用一个已知频率响应的精确基准声级计来校准使用的声级计。校准时，将两个声级计分别测量同一声压，从两声级计测量结果的差别可以确定待校声级计的频率响应。,噪声测量仪器 ( 9/9),34,8.4 噪声测量及其应用 (Noise Measure and Practical Use),1 . 噪声测量应注意的问题,(1)测量部位的选取,根据我国噪声测量规范，一般测点选在距机械表面 1.5 m，并离地面 1.5 m 的位置。作为一般噪声源，测点应在所测机械规定表面的四周分布，且不少于 4 点。,(2)测量时间的选取,当测量城市街道达到环境噪声时，白天的理想测定时间为 16 h，即从早上 6 点至晚上10点。测夜间的噪声，取 8 h 为宜，即从晚上 10 点至第二天早上 6 点。,(3)本底噪声的修正,指被测定的噪声源停止发生时周围环境的噪声。,(4)干扰的排除,干扰有气流、仪器使用电压、障碍物反射等。,35,2. 声功率的测量和计算,(1)自由场法,把机器放在室外空旷无噪声干扰的地方或消声室内，即自由场中。,测量以机械为中心的半球面上或半圆柱面上（长机械）若干均匀分布点的声压级，用以下公式即可以求得声功率级 LW :,测试球面或半圆柱面的面积(m2),n 个测点的平均声压级,噪声测量及其应用(2/6),36,如果机械在消声室或其它较理想的自由场中，声源以球面波辐射，声功率级 LW :,如果机械放在室外坚硬的土地上，周围无反射，这时透声面积为 2r2 ，则声功率级 LW :,相应地，距离中心为 r 1 和 r 2两点的声压级满足下列关系：,