汽车试验学第六章

1、6 振动与噪声测量 6.1 振动测量 6.1.1 振动测量的内容和方法 一、测量目的和内容 机械振动在许多情况下是有害的，它影响机器、 车辆的性能和寿命。振动产生噪音，危害人体健康， 严重时产生共振，使零、部件失效甚至破坏而造成事 故。因此对车辆、机器，应将其振动量控制在允许范 围内。在解决振动问题时，除了进行理论上的分析计 算外，进行直接测量和试验具有重要意义。 1. 振动测量的目的 检查机器运转时振动特性，检验产品质量，为设计 零、部件提供依据。 分析查明产生振动原因，寻找根源，为减振和隔振 措施提供材料。 考核机器设备承受振动和冲击的能力，对系统动态 特性进行测量； 监视连续运转机器，在

2、大型机器上，安装永久性拾 振器，可及时发现机器运转异常情况，以避免重大事故。 2. 振动测量内容 振动量测量：通常所测振动量为振动体一点(或几点)的 位移、速度、加速度和激振力。 测量内容有幅值(峰值、均方根值)、时间域特性(振动时 间历程、频率、相位)和频域特性(富里叶频谱)。 对随机振动，则测量幅值要作概率密度、测量时域特性 要测自相关和互相关函数，频域特性要测自功率谱，互谱等。 振动系统特性参数测量：系统特性有刚度、阻尼和固有 频率。决定于系统本身特性和激振力的相应有振型、系统动 态响应特性等。 二. 振动测量方法 振动与冲击的测量方法，按其测量的力学原理，可分 为： 相对测量法：选取空

3、间的某一固定点或运动点作为 参考坐标点，利用振动体对参考点的相对运动，直接测 量振动量的大小或记录时间历程。 惯性测量法：利用振动体对惯性质量系统激振所产 生的响应，测得振动量或记录时间历程。 按振动量的转换方式可分为： 电测法：将被测量用传感器转换成电量或电参数， 然后用电子测量仪器进行测量。它的优点是灵敏度高， 频率范围和动态线性宽，便于分析和远距离测量，是目 前广泛采用的方法。缺点是易受电磁场干扰。 光学测量法：利用光杠杆原理，激光多普勒效应等 进行测量，它的特点是不受电磁场干扰，测量精度高， 适用于质量小及不易安装传感器的构件作非接触测量， 在精密测量和仪器标定中用得较多。 机械测量法

4、：利用杠杆原理，将振动量放大后直接 记录下来，优点是抗干扰能力强，但测量频率范围和动 态线性范围窄，主要用于低频大振幅及扭振测量。 6.1.2. 惯性测量法： 测量系统的传感器是由惯性质量 和弹簧组成的单自由度振动系统。 惯性质量为m ，弹簧刚度为k ，阻 尼为c ，测量时，传感器固定在振 动体上，壳体随被测件而振动，质 量块与壳体间产生相对运动和惯性 力，再经机电转换为电信号。 设基础运动为x(t)，质量块的绝 对运动为y， 则xCKxKyyCym )()(txtyz xmKzzCzm txtxsin)( 0 txmKzzCzmsin 0 2 )sin( 0 tzz 222 0 2 0 )2

5、()1 ( x z 2 1 2 arctg 由上式可以看出：当频率比和阻尼比不同时，传感 器所反应的振动情况也不一样。 其中： 其稳态解为： 设被测物体作简谐振动： 代入上式得 令相对运动 a). 振幅计 由幅频特性图可看出：当1，即/ n1，1时， A()d1，幅值误差较小。因此，当1，即/ n1， 1时，用于测量位移。此时传感器的固有频率n应尽可 能小，以获得较宽的可测频带，但受弹簧的强度和惯性块 的尺寸重量的影响， n不能太小。 2 2 2 2 0 0 21 x z A d b) 加速度计 2 2 22 0 2 00 21 1 n a x z a z A 由幅频特性图可看出：当1，即/

6、n 1，1时， A()a1，幅值误差较小。因此，当 1，即/ n 1， 1时， A()v1，幅值误差较小。因此，当 1，即/ n 1， 1时，用于测量速度。此时传感器的阻尼比应尽可能 大，以获得较宽的可测频带，但相频特性的线性越差。 6.1.3. 振动电测法 用电测法测振动的测量原理如图。 测振动加速度应变式： 测振动位移电感式： 测振动位移电容式： 参数型 测振动加速度和力压电式： 测振动速度磁电式： 发电型 为了获得高的测量精度，在不同频率，测量的振动量 应加以选择，通常在低频时应测位移，在中频时应测速 度，在高频时应测加速度。这是因为测量仪器的测量动 态范围是一定的，为获得大信噪比应测量

7、较大的信号值。 例如，在频率很高时的位移极小，而加速度值很大，测 量加速度可获得高精度。而在低频时，加速度很小，位 移大，测量位移可得高精度。 当测量复杂的周期振动、冲击和随机振动时，要求对 振动量作各种统计特性分析，在测量系统中应设有分析 仪器。这类分析仪有幅值概率分析仪、频谱分析仪等。 6.1.4. 振动冲击测量 一. 周期振动测量 周期振动的振动量有：位移、速度、加速度和力。 测量参数有幅值、频率、相位、时间历程和频谱。 简谐振动时最简单的周期振动。 )sin( tAx ) 2 sin( tA x )sin( 2 tA x AAA 2 , 位移、速度、加速的地最大值分别为 加速度 速度

8、位移 振动量的幅值是表示周期振动的重要参数。振动量幅 值得表示有五种。 名 称 幅 值 峰值 的最大值 峰峰值 的最大值和最 小值之差 绝对平均值 均方值 均方根值 (有效值) f x)(tx ff x x m x rms x )(tx dttx T T 0 )( 1 T dttx T 0 2 )( 1 T dttx T 0 2 )( 1 振动频率也是表征周期振动的重要参数，可以用频率 计和示波器利萨如图形测量。振动相位是表征周期振动 的第三个参数，可以用相位计、示波器测得。 为了了解振动的波形，必须测量时间历程，同时从时 间历程上波形与时标的对比可确定振动频率。通过波形 对比可确定相位值。为

9、了解振动幅值，通常用峰峰值。 为了了解振动能量一般用有效值。 对复杂的周期运动，除了测其幅值外，还要测量每个 频率成分的幅值，即频谱。根据任何周期函数可用富里 叶级数展开为诸简谐函数之和的原因，分析出各谐波成 分。 )()(nTtxtx 1 0 ) 2 sin 2 cos()( k kk T kt b T kt aatx 2 2 0 )( 1 T T dttx T a dt T kt tx T a T Tk 2 2 2 cos)( 1 dt T kt tx T b T Tk 2 2 2 sin)( 1 这种时变函数具有基波的整倍数的波形，可以用富里叶 级数展开： 复杂周期振动的时间历程用周期性

10、时变函数表示为： 二. 冲击测量 冲击是一种确定性的非周期振动。冲击的激振函数是 突然变化的非周期振动量。如力、加速度、速度、位移。 对冲击的测量主要是冲击峰值、波形、持续时间、冲击 富里叶谱及冲击响应等。 冲击信号，由于周期为，可由富里叶级数推广到富里 叶积分，从而求得连续频谱。 dttBdttAtx )sin()( 2 1 cos)( 2 1 )( dtttxA )cos()()( dtttxB)sin()()( 其中 三. 随机振动测量 随机振动是不确定的振动，它的特点是以统计特性来 表征的，主要测量均方值或均方根值，同时也观察其瞬 时加速度峰值的最大值、幅值、分布概率密度、相关函 数、

11、互相关函数、自功率谱和互谱。 设随机振动是平稳的各态历经的，则可用单个样本记 录的时间平均来确定其特性。 均值：样本时间历程记录x(t) 的时间平均值。 T T dttx T x 0 )( 1 lim dttx T T T x 0 22 )( 1 lim 均方值：样本时间历程平方根取时间平均 均方根值：是均方根的正平方根(RMS) 方差：是x(t) 与均值的差，取时间均方值。 T x T x dtmtx T 0 2 22 )( 1 lim dttxtx T R T T x )()( 1 )( 0 lim )( x Rx )0( 2 xx R x 自相关函数： 标准差：是方差的正平方根( ) d

12、eRfS fj xx 2 dfefSR fj xx 2 dttytx T R T T xy 0 )()( 1 )( lim deRfS fj xyxy 2 dfefSR fj xyxy 2 互功率谱密度函数 互相关函数 自功率谱密度函数 6.2 噪声测量及其应用 6.2.1 噪声分类 次声 指低于人们听觉范围的声波， 频率 20 Hz 可听声 人耳可以听到的声音， 频率为20 Hz20 kHz 超声 是频率超过人耳听觉范围极限的高 频波，频率为20 kHz300MHz 特超声 指频率高于超声上限的超高频波 声波可分为 根据频率高低 噪声是一种不悦耳、扰乱听觉、破坏安静的声音，它 是由许多频率和

13、相位不同的复杂声波杂乱组合而成。车 辆和机器噪声是由各种振动源产生的。噪声类型很多， 在工业与交通运输方面，主要有以下三种： 空气动力性噪声：由气体振动而产生，当气体中有了 涡流或压力发生突变时，空气扰动，发生噪声，如鼓风 机、喷气机和内燃机排气等。 机械性噪声：由固体振动而产生，在撞击，摩擦，交 变应力作用下，因机器的零件发生振动冲击，产生噪声， 如汽车变速齿轮箱和制动器等。 电磁性噪声：由于高频交变磁场相互作用，产生周期 性的交变力，引起电磁振动而产生，如电动机、发电机 和变压器等。 6.2.2 噪声的物理量度和主观评价 一、噪声的物理度量 不论何种噪声，都是振动能量在弹性介质中的传播，它

14、 是声波的一种，因此具有声波的一切物理特性。噪声的物 理度量用声压级、声强级、声功率级来表示其强弱，用占 有的频率成分和频谱来表示其高低。 1. 声压和声压级 声压：声波在空气传播造成空气压缩，使气压变化，声波 作用于空间某点的压强与大气压强(即压力)之差称声压(p)， 声压单位为帕(Pa)。 人耳可听到的声音频率范围为：20 Hz20 kHz 人耳可听到的声音声压范围为：210-5 Pa20 Pa 把pr=210-5 Pa称为听阈声压，并作为参考声压，即正常 人耳刚刚能听出的1000Hz声音的声压。20 Pa称为痛阈 声压。 人耳能听到的声压变化幅度有106倍，这样大的范围很难 用一个线性尺

15、度来度量。因此采用声音的声压级表示， 即将声音的声压和参考声压的比值的常用对数的20倍表 示，用分贝作单位。 r p p p L 10 log20)(dB 因此，人耳的听阈声压级为0分贝，痛阈声压级为120分 贝。这样就把相差106倍的声压，简化为相差120分贝。 2. 声强和声强级 声音具有一定的能量，在声场中，垂直于声波传插方向 上，单位时间内通过单位面积的能量叫作声强，用符号 2 /smW tA E I 212 /110smW )(log10 10 dB I I L r I 2 /smW 声强级就是实际声强与参考声强比值得常用对数的10 倍,以分贝为单位，即 。同样用声强级来描述声波的强

16、度。 范围约为 人耳听觉所能感受的声波不但有一定的频率范围，而且 也有一定的声强范围。声强不够，听觉就感受不到，声 强太大，听觉就会受到损害。正常人听觉能感受的声强 ，即 I表示，单位为 3. 声功率与声功率级 声源在单位时间内发出的总声能称为声功率。它的变 化范围也很宽，例如，轻声耳语的声功率仅为10-9W ，而 土星火箭的声功率可达3107W。与声压、声强一样都以 级来表示。声功率级就是声功率W与参考声功率Wr比值 常用对数的10倍，也以分贝为单位。 )(log10 10 dB W W L r w 4. 频带声压级与声压谱级 声音的高低主要与频率有关，而噪声可能包含复杂的 频率结构。因此，

17、对于工程噪声的测量，仅仅测得总声 压级是不能达到防治噪声和控制噪声的目的。而是要弄 清噪声含有哪些频率成分，分布在哪些频带上，即要对 噪声作频谱分析。这种分析一般是按一定频带宽进行的， 即分析各频带宽度所对应的声压级。在某一频带宽内， 噪声的声压级称频带声压级。因此，用频带声压级对噪 声进行分析时，除了注明声压值外，还需注明频带宽度。 在噪声测量中，常用的频带宽是倍频程带宽和1/3倍频程 带宽。 在寻找噪声源时，需要在更窄的频带宽度上进行分析。 通常采用恒定带宽。 为了比较不同的频带声压级，若噪声在所考虑的频 率范围内是连续频谱的噪声，则可采用声压谱级。 噪声的声压谱级是指噪声在某一中心频率上

18、，所对 应带宽B的平均声压级。声压谱级Lps可以通过下式计 算求得： BLL pBps10 log10 式中 LpB某中心频率上，带宽为B的频带声压级； B频带宽度。 二、噪声的主观评价 上述噪声的物理度量，实际上是用声压级、声强级、 声功率级和声压谱级等基本物理参数，对噪声进行评 价。 因人耳听到的声音不仅与声压、声功率有关，还与 声音的频率有关。声压级相同而频率不同的声音，听 起来并不完全一样响。低于20Hz的次声和高于20000Hz 的超声，不管其声压有多高，人耳都听不见。即使是 在音频范围内，人耳对高频声音的响应比对低频声音 的响应灵敏。另外，两声压级不同、频率也不同的声 音，有时听起

19、来倒是一样响的。这是因为人的听觉是 以耳朵作为传感器，由脑神经作最后评价。耳是非线 性器官，它把接收到的声压与该声压的频率结合起来， 综合评价声音的高低与强弱。这就引出了噪声的主观 评价。 1. 响度级 响度级的单位是方(Phon)。它是以国际会议决定的 1000Hz的纯音为基准定义的，即如果有一个噪声听起来 同该纯音一样响，则纯音的声压级(dB值)就是该噪声的 响度级(方值)。例如，某鼓风机的噪声听起来和声压级 为80dB、频率为1000Hz的基准音一样响，则鼓风机噪声 的响度级为80Phon。响度级是表示声音的响度的主观量， 它把声压级和频率用一个单位统一起来。它既考虑了声 音的物理效应，

20、又考虑了人的听觉的生理效应，它是人 对噪声主观评价的一个基本量。 2. 响度 声音的响度级只能告诉人们这个噪声与声压级等于多 少的1000Hz纯音一样响，并不能说明两个噪声之间的 强弱程度。反映人耳能感受声音强弱程度的声学量是 响度，它的单位是宋(Sone)。人们定义一个频率为 1000Hz的纯音，其声压级比听阀声压级大40dB的声音 的响度为1Sone(即1000Hz的纯音其声压级为40dB时的 响度为1Sone)。对其它频率的纯声来说,其响度级为 40Phon时，响度为l Sone。并再规定，在响度级 40Phon的基础上，响度级每增加10Phon，相当于响度 增加一倍，即响度值增加一倍。

21、这样40Phon为1Sone， 50Phon为2Sone，60Phon为4Sone，70Phon为8Sone，并 以此类推。 响度和响度级都是人们通过 纯音对噪声的主观反应。两 者之间的换算关系如下： 2 . 103. 0log10 N LN 40log3 .33 10 NLN 式中 N一一响度(Sone) LN一一响度级(Phon)。 响度与响度级之间的关系可用 右图表示。 或 3等响曲线 把不同频率和不同声压级 的 其 它 纯 音 与 频 率 为 1000Hz声压级为40dB的基 准纯音相比较可以得到可 闻频率范围内的纯音的响 度级与频率、声压级的关 系曲线,即等响度曲线， 如图9-4所示

22、。纯音等响 曲线族中的每条曲线都相 当于频率和声压级不同而 响度级相同的声音。曲线 的变化起伏反映了人耳对 各种频率的声音的敏感程 度。 从等响度曲线可以看出： (1) 最底下的一条用虚线表示的是听阀曲线，对应于 各种频率的纯音的听阀声压级，表示响度级为零的声 音。例如，4000Hz的声音，其声压级为4dB时人耳就 能听到，即4000Hz的听阀声压级为4dB。100Hz声音 的听阀声压级为25dB。 (2) 人耳听觉最敏感的声音频率范围为20005000Hz， 而对低频声音反应较迟钝。例如要达到同样响度级为 60Phon，这时，30004000Hz纯音的声压级只要52dB， 而1000Hz纯音

23、的声压级要60dB，100Hz的纯音的声压级 需67dB，30Hz的纯音的声压级要高达87dB。 (3) 对声压级和频率级都低的声音来说，其声压级相 同而它的响度级差别很大。如声压级都为40dB，人耳 根本听不到频率为40Hz的低频声，它在零响度级以下； 频率为80Hz的低音，其响度级等于20Phon，频率为 600Hz的中音，其响度级为42Phon。 (4) 当频率在500Hz以上时，声压级随频率起伏变化， 等响曲线呈现比较复杂的形状，这说明发出同一响度 级的声音所需的声压级随频率不一样。如50Phon响度 级的声音，500Hz纯音时，声压级为46dB；1000Hz纯音 时，声压级为49dB

24、，2000Hz纯音时，声压级为46dB； 4000Hz纯音时，声压级为43dB；6000Hz纯音时，声压 级为50dB等。 (5) 等响度曲线随频率变化的趋势都有点相似，因此， 在同一频率上，响度级随着声压级的增加而提高。 4.宽带噪声 人对纯音的评价可通过测定纯音 的声压级和频率，并根据等响度 曲线来确定它的响度级，再根据 响度级与响度的关系确定它的响 度。但是，人们日常工作和生活 中所听到的噪声是宽带声音，对 它的评价就复杂得多。 为了简便地来评价噪声，人们 从等响度曲线出发，采用某种频 率计权网络对不同频率的声音信 号进行不同程度的衰减，使仪器 的读数能近似地合乎人耳对声音 的响应。常用

25、的三种频率加权特 性，如右图所示。 A网络是模拟人耳对40Phon纯音的响应，其特点是中、 低频声信号有较大的衰减。 B网络是模拟人耳对70Phon纯音的响应，其特点是对低 频段声信号有一定的衰减。 C网络是模拟人耳对100Phoa纯音的响应，几乎在整个 声频范围内，特性曲线是平直的，它代表了声频范围 内的总声级。 经频率计权网络测得声压级，分别记为A声级(LA),B声 级(LB),C声级(LC)或dBA,dBB,dBC。 如果要考察噪声对人们的危害程度，除了取决于噪声 的强弱(声压级)和高低(频率)以外，还必须考虑噪声 作用的时间。噪声强度愈大，频率愈高，作用的时间 愈长，对人的危害也就愈大

26、。为了使人们少受噪声的 危害，提出了不少保护听力、保障生活和工作环境安 静的噪声标准。目前，大多数国家都采用国际标准组 织(ISO)的噪声评价方法，即用噪声评价曲线同测得的 噪声频谱进行比较，以确定实际噪声是否符合噪声容 许标准。下图为噪声评价曲线。其中每一条曲线对应 一定的噪声评价数(NR)。RN考虑了噪声强度和频率这 两个因素。由该曲线可以看出，由于人耳对低频声的 灵敏度低，所以低频段允许有较大的声压级。应用该 评价曲线来评价噪声时，若噪声的倍频程声压级，没 有超过容许评价数对应的评价曲线，则被认为符合标 准规定。 不少国家使用A声级。A声级与噪声评价数之间可用 下式进行换算： dBLNR

27、 A 5 工业环境的噪声标准，(ISO)规定每天工作八小时， 噪声评价数NR=80，用A声级，则容许噪声为85dB(A)； 住宅区室外噪声容许标准为3545dB（A）， NR=3040；非住宅区室内(办公室、商店等)容许噪声 标准为35dB(A)，NR=30。 6.2.3 噪声计算中的分贝运算 一、噪声的综合运算 如果在声场中有两个以上的声源，其中任何一点 所测得的声压级或声功率，就不是单独一个声源的 作用结果，而是受到每个声源发出的压力波的作用 之和。但由于声压级、声强级、声功率级都是对数 量，在声场中求两个以上声源的噪声叠加就不是它 们的声压级(声强级或声功率级)的代数和。而必须 先求出各

28、个声压级的反对数，再取它们的反对数和 的对数，这才是多个声源声压级的总和。这种运算 称为噪声的综合运算。例如声场中有两个声源，它 们发出的声压级分别为Lp1和Lp2 。即 )(log10 2 1 101 dB p p L r p )(log10 2 2 102 dB p p L r p 2 2 2 1 2 ppp 2 2 2 1 10 log10 rr pt p p p p L 2 10 log10 r p p p L 10 2 10 p L r p p 由于 总声压p为 1010 10 21 1010log10 pp LL pt L 21 pp )(3log10 2log1010log10

29、102log10 2 1 10 10 10 10 10 10 1 1 dB p p L r L L pt p p ,则有 如果两个声源的声压相等，即 所以 )(10log10 101010log10 1 10 10 101010 10 21 dB L n i L LLL pt pi pnpp )(10log10 101010log10 1 10 10 101010 10 21 dB L n i L LLL wt wi wnww 同理，n个不同声功率级的噪声的综合有 几个不同声压级的噪声的综合，有 从右图中可以得到，两个 不等的噪声源，其声压级 相差6dB时，综合后的声压 级只比较大的噪声源的声

30、 压级增加1dB。当两个声源 的声压级相差10dB以上时， 综合后的声压级几乎等于 原来较大的那个声源的声 压级。原来噪声较小的那 个声源对综合几乎没有影 响。因此，在治理噪声时， 首先要从噪声最大的那个 声源着手。 二、噪声的分离运算 在有些场合，希望测量独个声源所产生的声压级。这 在一般的情况是不可能直接测出的。因为在实际测量时， 除了被测声源发出的噪声外，还会有其他声源的噪声存 在。这些其他噪声对被测噪声 来说，我们称它为背景噪 声或本底噪声。背景噪声会影响测量的准确性。要得到 单独声源的声压级，就必须从总噪声中扣除背景噪声的 影响，才能把被测噪声从总的噪声中分离出来。这种噪 声运算称为

31、噪声的分离运算。分离运算和综合运算相类 似。例如，要测量某一噪声源的声压级，应测出该噪声 源未发出噪声时的背景噪声的声压级Lpb和该噪声源发出 噪声时的总噪声的声压级Lpt。 )(1010log10 1010 10 dBL pbpt LL pd 由曲线可知，如果总的噪声与背 景噪声之差大于10dB，则背景 噪声的影响可以忽略不计，当总 噪声与背景噪声之差小于3dB时， 被测声源最好能换到比较安静的 环境中去测量，或当环境较安静 的时候再测，否则测量误差就比 较大。 分离后的被测声源的声压级为 三、噪声的平均运算 在噪声测量的某些场合往往要进行噪声的平均运算。 例如，有时要求确定距噪声源等距离上

32、噪声的平均声 压级；有时希望计算单一位置多次连续测得的噪声的 平均声压级。噪声的平均运算方法如下： 设n次(或n个测点)所测得的声源的声压级分别为 pnpp LLL, 21 n i LLLL pipnpp 1 10101010 10101010 21 n i L p pi n L 1 10 10 _ 10 1 log10 n次测得的声压级的平均值为 （dB） 并有 在实际应用中，当逐点(或多次)测得的声压级的波动 范围在10dB以内时，平均声压级有以下的近似计算公 式。 dBLL pipi 5 min,max, n i pip dBL n L 1 _ )( 1 dBLLdB pipi 105

33、min,max, )(1 1 1 _ dBL n L n i pip 时,平均声压级可近似为 (2)当逐点测得的声压级的变化在5dB以上到10dB之 间,即 近似为算术平均值： 时，平均声压级 (1) 当逐点(或多次)测得的声压级的变化在5dB或不 足5dB时,也就是 6.2.4 噪声测量 研究噪声测量，目的是为了对噪声进行控制和利用。 其任务大致有以下几个方面: 研究噪声测量，制定噪声的卫生标准和机器设备的 噪声允许标准。 根据卫生标准，对人的生存环境进行噪声监测和卫 生评价，保护人的生理健康。 ，对机器设备按允许标准进行噪声测量，确定它们 的客观定量参数，评价机器设备的精度等级。 用噪声测

34、量来寻找、确定环境和机器设备中的噪声 源(振源)，根据测量结果进行控制或排除障碍。 噪声的工程应用，如利用声激励测量材料、涂料的 声学性能、驱赶昆虫和害鸟、诱捕鱼类等。 一、噪声测量仪器 噪声是由于弹性介质的振动而 引起的。对于某一振源来说， 产生的噪声与振动的性质是一 致的，因此，用来测量振动的 仪器，只要更换一下传感器就 能用于噪声测量和分析。 1.传声器 传声器是将声能换成电能的声 电换能器,也就是将声波信号转 换成电信号的传感器。在精密 测量中,使用最广的传感器是电 容传声器,它具有灵敏度变化小、 时间稳定性好、频率响应特性 平直等优点。其工作原理如图 所示。 电容传声器主要是由绷紧的

35、金属膜片和背极板组成。通常膜片的 厚度在0.00250.05mm之间，膜片与背极两者之间在电气上相互 绝缘。膜片与背极之间保持一定距离,组成电容器的两电极。当膜 片受到声压作用时,膜片在平衡位置随声压变化,使电极间的距离也 随之变化,即电容量随之变化。背极上有许多小孔,膜片运动时,气 流通过这些小孔产生阻尼效应,以减小膜片的共振幅度。膜片所受 阻尼,由这些小孔的孔径大小决定。 在壳体上有一个小孔,该孔是用来平衡膜片两侧的静压力,从而保证 膜片的外侧仅受到声压的作用,即只有动态作用。 将传感器的膜片、背极、一个电值电阻R与极化电压串接。当膜片 处于平衡位置时,相当于阻抗无穷大,R中无电流流过,输

36、出电压为零。 当声波作用在膜片上时,膜片和背极之间的距离随声波变化,使电容 量变化,则有交变电流流过R，产生交变输出电压。 由于电容传声器的输出阻抗很高,需经阻抗变换器转换成低阻抗输 出，然后才能接到测量放大器。 2. 声级计 声级计是测量噪声的主要仪器,目前常用的有普通声级 计、精密声级计和脉冲的精密声级计。 普通声级计是声级计中最简单的一种,如国产的ND 12、ND-10型,美国产的GR1551-C型；日本产的NA-09 型；丹麦产的BK2205、2206、2208型等，它们的规格 一般均符合国际电工委员会IEC/123(1961)文件的规定。 普通声级计对所用传声器的要求不高,其动态范围

37、和频 率响应平直范围较窄,一般不与带通滤波器连用。通常 可以用来测总声压级、噪声级，主要用于测量精度要 求不高的场合。 精密声级计如国产的ND2、ND1型；日本产的NA-56 型；美国产的GL1933型；丹麦产的BK2203型等，它 们的规格符合IEC/179(1965)文件规定。精密声级计测 量部分采用电容传声器，并常与带通滤波器连用。它 可以用来测量与分析环境、机器、车辆、电动车等噪 声；也可以用来测量与分析隔音系数和音像设备效果， 进行听力校准等。因此,它在环境保护、建筑、机械制 造、电声等方面获得了广泛的应用。如果把电容传声 器换用加速度计，并用积分器，该声级计就组成了便 携带式振动测

38、量和分析系统，可较方便地测量振动加 速度、速度和位移。当它接入带通滤波器组后，系统 可用来进行振动或噪声的频谱分析。 声级计的工作原理是由电容传声器将被测噪声转换成 电信号，由前置放大器进行阻抗变换，使传声器与衰 减器相匹配。再由放大器将输出信号加到频率计权网 络(或倍频程滤波器)上，对信号进行计权(或滤波)； 然后再经两级衰减放大器，将信号放大到一定幅度， 送到均方根检波器。在指示表头上得到的是噪声声级 数(或噪声频带声级计)。 衰减器使得声级计具有较宽的测量范围，每档衰减 10dB。使用时必须借助衰减器与表头指针的偏转相配 合,才能覆盖被测声级的整个变化范围。在测量小信号 时,衰减量要适当

39、减小；当测量大信号时,衰减量要适 当增大。 声级计设有评价噪声的三种频率计权网络“A”，“B”， “C”。 前面已经谈到C计权网络是模拟人耳对100Phon纯音的 响应而设计的，由于在高声级时，人耳对所有频率的 响应接近相等，所以在高声级(85dB以上)应采用C计权 网络进行声级测量,其结构接近于对纯音的响应。同时 由于C计权网络在整个可听频率范围内具有较平直的响 应特性，频带很宽，因此使用C计权网络时，读数可代 表实际噪声的物理评价，即物理声压级。在高声级 (85dB以上)的读数也可以代表人耳对高声噪声的评价。 当用来测量总声压级时，读数代表可听频率范围内噪 声的物理评价。另外，当声级计向分

40、析仪器提供信号 时，也应当使用C计权网络。 B计权网络是模拟人耳对70Phon纯音的响应设计的,因 此,它用在中等声级(5585dB)的测量中。 A计权网络是模拟人耳对40phon纯音的响应设计的,因 此,它使用于低声级（55dB以下）的测量。由于A计权 网络使得声学测量仪器对高频敏感，对低频不敏感， 这正与人耳对噪声的响应相一致,所以人们常采用A计 权网络所测得的声级代表噪声的大小，把它作为人生 存环境(住宅、工矿企业等)噪声大小的依据。同时记 下B、C档的声级读数作为参考。 在进行频谱分析时,可用C计权网络或不用计权网络， 以免使某些频率的噪声受到衰减而影响对噪声源的分 析。 二、噪声测量

41、条件与要求 1. 测量条件 对电流、风、气流等方面的要求，使用声级计进行 测量时，如果电源电压不稳或达不到额定数值，则会 降低声级计的灵敏度，而且性能不稳，这将影响测量 的正确性，所以应当使用良好的稳压电源。使用干电 池时，应先检查电压是否符合要求。电池电压不够时， 应更换新电池。 在野外进行测量时，最好选择在无风的天气里进行。 风速超过4级以上时,可以在传声器上戴上防风罩、或 包上一层绸布，消除风噪声的影响。 在空气动力设备排气口进行测量时，一定要披上防风 鼻锥。传声器放到管道壁口测量时，也应包上纱布或 绸布。 减少或消除传声器和噪声源附近的反射物，当传 声器或噪声源附近有比较大的声反射物时

42、，测量结 果将产生比较大的误差。特别是测量机器噪声时， 必须尽量减少或者清除周围的反射物。在不能排除 声反射物的场合，应当把传声器放在噪声源和反射 物之间的适当位置上，而且尽量远离声反射物，例 如高墙壁或地面的距离不要太近。 2. 测点的选择 传声器放置的地点不同，即使对同一个噪声源，其 测得的结果也不相同。为了便于比较，必须标明传声 器与噪声源之间的距离。根据测量的目的要求、被测 对象等,可以按以下几个原则选择测量点： 如果从劳动保护出发，去研究噪声对操作者的健康 影响，则可以把测点选择在职工经常所在的工作位置 上，以人耳的高度为准，选择几个测点(不少于5点)。 记录测量结果时，应画出测点与

43、噪声源的分布示意图， 并注明各测点的噪声级。 若要测量某机组(或机器)的噪声级和频谱，目的供 一般比较用，则传声器与机组（或机器）的距离应参 考该机组(或机器)的本身尺寸来确定。 对于小型机器(尺寸不大于30cm)，测点距离机器表面 30cm； 对于中型机器(尺寸在50cm以内)，测点距离机器表面 50cm； 对于大型机器(尺寸在100cm以内)，测点距离机器表面 100cm； 对于尺寸大于100cm的机器或有危险性的设备，可以选 择1.5m或更远的距离。由于现场条件很复杂，当反射 声和环境噪声比较强时，传声器离机器可以适当近些， 如噪声源强度太大，则可以把测点选得远一些。 测点高度以机器半高

44、度为准，或选择机器水平轴的 平面，但要求至少离地面0.5m。 测量空气动力设备的进排气噪声时，进气噪声测点 选在进气口轴线上与管口平面相距等于管口直径的地方； 排气噪声测点选在排气口轴线45方向上,与管口外壳 表面的距离等于管口直径的地方。 如果想了解某台设备对环境噪声的干扰，即从环境 保护角度测量噪声，并作出卫生评价，则可把测点选在 需要了解的地点，或者选在距离噪声源10、50、100、 200、1000m或更远的地方。 3.声级计的握持方法和传声器的取向 声级计的握持方法和传声器的取向对测量结果有很大的 影响。在测量噪声时，可以把声级计握持在手中，或把 声级计固定在三脚架上。在一般的情况下

45、，对于国产的 普通声级计和进口的小型声级计，都是握在手中使用。 这时应注意，传声器同操作者之间应保持一个适当的距 离。一般认为传声器离开人体0.5m较适当。距离太大, 则测量时间长了操作者支持不了；距离太小，则人体就 成了反射体，特别对于400500Hz的噪声。(相应的波长 为8363cm，约等于人的腰围长度)测量结果会产生较 大的误差。 噪声的入射方向，最好不要让其垂直入射(0入射)到 传声器的膜片上，而以掠入射(90或270入射)为妥。 如果使用长电缆，则以垂直入射为佳。特别要注意到， 对所有的测点，要有相同的入射方向。否则，即使在同 一个测点上，也会由于传声器取向不一致，而产生测量 误差

46、。 三、声压及声压谱测量 1.总声压级测量 测量某处的总声压级时，应采用宽带测量。即在20 20000Hz的声谱范围内的噪声，仪器都应具有均匀的响 应，根据有关测试条件和要求，可用声级计或测量放 大器(NF6)的“线性档”进行测量。这档所测得的声压 级就是总声压级。声级计和测量放大器的C计权网络在 258000Hz的频率范围内具有近似于平直的响应，所 以有时也往往把C计权网络测得的结果，近似地看作总 声压级。 2. 噪声级测量 噪声级就是经过计权网络测得声压级，它不是客观量， 而是反映人对噪声的评价。因此，可按照有关测试条 件和要求、根据测试对象、拟定测试草图、采用声压 级的计权网络档测量。测

47、得的LA、LB 、LC都称为噪声 级。其中LA值，即A声级更能反映人对噪声的响度感觉， 作为工矿企业评定噪声大小的依据。 3.峰值声压级测量 峰值指声压级的最大值，前两项总声压级和噪声级都 是指有效值。对于枪、炮声等脉冲噪声，测量值应采 用峰值指示。这种峰值声压级需要用脉冲声级计(例如 丹麦BK公司的2209型脉冲声级计)的“线性”(或C计权 网络)档和“峰值保持”档测量，所测得的是持续时间 大于20s的脉冲的总的峰值。 4. 频谱声压级或声压谱级测量 (噪声频谱分析) 频带声压级是存在于某一频带内的声音的声压级，可以 用频率分析仪对它进行测量。频率分析仪的性能由带通 滤波器决定。频率分析仪主

48、要是由放大器和带通滤波器 所组成的系统。 四、声功率测量 声功率是一个重要的物理量，它对研究噪声及其影响 具有重要的意义。 在一定的状态下，一个噪声源的声功率往往是不变的， 它不象声压级那样随着距离的变化而改变。当需要客 观地表示某个噪声源的特性时，常常应测定它的声功 率级。此外，声功率级与声压级之间有确定的函数关 系，所以若已知某声源的声功率级，就能推算出该声 源在各种环境中不同地点的声压级。 声功率不能直接进行测量，需要在特定的条件下，通 过测量声压级来计算出声功率级。所谓“特定条件”, 是指把声源放在特定的声学环境中进行测量。 1. 自由声场法 自由声场就是声波可以无反射地自由传播的场所，即没 有任何声反射障碍的