第三章噪声的测量

1、环境噪声控制工程环境科学与工程学院环境科学与工程学院Chapter 3 噪声源的测量o 3.1 基本声学量声压的测量o 3.2 声源的频谱测量o 3.3 声强及声功率测量o 3.4 测量仪器3.1基本声学量声压的测量o 描述声波特性最基本的物理量是声压，它是测量声强、声功率等物理量的基础。o 测量声压比测量质点振动速度和位移更简单和直接。o 声压测量是声学测量的基础，其测量的准确度关系到整个测量任务的成败。o 声波的接受是声学测量的基础和首要环节。在空气介质中最常用的接受声波的传感器称为传声器（microphone）。传声器o 传声器：是一种将声压转换为电压的声电换能器。o 对传声器的要求：测

2、量频率范围内有平直的频率响应；动态范围大，无指向性；本底噪声低；稳定性好。1.传声器o 分类： 按换能方式分类：电动式、电容式和压电式等。 按传声方式分类：有限传声器和无线传声器两类。 按传声器的指向特性：无指向性、双指向性和单指向性（心型和钳形指向性） 按声波接收原理：压强式、压差式、压强与压差复合式和多声道干涉式。电容传声器驻极体式传声器传声器的主要性能：o 频率响应： 传声器的频率响应是输出电平与频率之间的关系。一般来说，频率响应越好的传声器，性能就越好。o 灵敏度： 传声器膜片上感受到1Pa声压时，其额定负载阻抗上产生的输出电压值。 灵敏度一般与传声器输出阻抗的高低成正比。o 输出阻抗

3、： 是指传声器的输出负载阻抗的额定值。一般分为高阻和低阻两类。传声器的主要性能：o 固有噪声： 在没有声波作用于传声器时，由于传声器内部电路的热噪声或周围空气压力起伏的影响，在传声器的输出端测出的噪声电压。o 最大输入声压级： 传声器不产生严重失真的最大输入声压级。o 指向特性： 声波不是正对传声器振膜的垂直轴线方向传入，而是从周围各方向入射时，传声器的灵敏度和频响特性。3.2 声源的频谱测量o 3.2.1 快速傅立叶变换FFTo 3.2.2 窗函数o 3.2.3 滤波器o 3.2.4 小波分析技术3.2.1 快速傅立叶变换FFTo 某噪声的强度是各频率声音的平均结果。o 为了更好的了解噪声的

4、特性，需要知道声压级与频率之间的关系，即需要将通常的时间域的数据转变为频率域中的数据。能够完成这种转变的设备就是频率分析仪或称为频谱分析仪。o 关于信号的时间域和频率域的数学处理属于傅立叶变换领域。3.2.2 窗函数o 窗函数是一种在给定区间之外取值均为0的实函数。o 任何函数与窗函数之积仍为窗函数，就像透过窗口“看”其他函数一样。o 目前常用的窗函数：汉宁窗、平顶窗、矩形窗、力窗、指数窗。取其他值tTtTttH, 00),2cos1 (21)(3.2.3 滤波器o 作用：让f1和f2之间的所有频率通过，且不影响其幅值和相位，而不让f1以下和f2以上的任何频率通过。o 频率分析仪通常分为两类，

5、一类是恒定带宽分析仪，一类是恒定百分比带宽分析仪。o 恒定百分比带宽分析仪的带宽是中心频率的一个恒定百分比值，带宽随中心频率的增加而增大。210fff3.2.4 小波分析技术o 小波分析也是时-频分析。o 窗口傅立叶分析对不同的频率成分，在时间域上的取样步长均相同，而小波分析则利用小波的伸缩和时移特性，对不同的频率成分在时间域上的取样步长是具有调节性的，高频者小，低频者大。o 小波分析由于傅立叶分析的一个显著特点是：小波分析在时间域和频率域上同时具有良好的局部化性质。3.3 声强及声功率测量o3.3.1 声强测量o3.3.2 声功率测量3.3.1 声强测量o 作用： 用来鉴别声源和判定其方位；

6、 画出声源附近的声能流动路线； 测定吸声材料的吸声系数和墙体的隔声量； 求出声源的声功率。3.3.1 声强测量o 原理：声场中某点的声强，是指在该点所研究的方向上，单位时间内通过与指定方向垂直的单位面积的声能量的平均值。upI)()()()(10tutpdttutpTIrTrr原理：o 常用方法： 使用两个性能相同的声压传声器组成声强计的传感器，能容易实现声强的测量。rppurpprppptpABrABBA0/ )(2/ )()(upIdtpppprIABBA)()(210测量程序原理：测量程序原理：o 互功率谱方法：测声强的频谱密度ABmrRIrI01)(3.3.1 声强测量o 声强测量仪器

7、：小型声强仪双通道快速傅里叶变换分析仪数字滤波技术 声强测量仪器一般由三部分构成：探头部分、信号处理部分和校准部分。3.3.2 声功率测量o 1.混响室法o 2.自由声场法（消声室法）o 3.户外声场法（现场测量方法）o 声压法o 声强法o 振速法o 精密法o 工程法o 简易法1.声压法20lg11WpLLr（1）自由声场法无指向性声源辐射的声功率测量：0010.11,10 lg,10 lg110 lg10piPIWInWpiinLpiLLLLSLLSSSLn由于：还可以表示为：，指向性声源辐射的声功率测量：1.声压法（1）自由声场法声学 声压法测定噪声源声功率级 消声室和半消声室精密法GB/

8、T6882-2008中规定：a.固定的传声器位置b.平行平面内同轴的圆形路径c.子午线移动d.螺旋线路径e.其他传声器排列（2）混响室法考虑空气吸收对高频声的影响：204AS pWc1.声压法10lg()6.1wpLLS10lg(4)6.1wpLLSmV不需要使用消声室或混响室等声学设施，在多个声源辐射叠加的声场中能区分不同声源的辐射功率，即可用于现场测量。2.声强法定点式测量方法扫描式测量方法3.现场测量方法o 直接测量方法0410lg(1)SKR混响时间现场修正量，由房间常数R决定010lgWpLLSK06010lg(1)0.04S TKV3.标准声源法o 置换法、并摆法、比较法)(psp

9、xWsWxLLLLnLWS：标准声源的声功率级；nLpx：待测声源现场测量的平均声压级；nLps ： 标准声源现场测量的平均声压级。4.振速法o 背景噪声比被测机器直接辐射的噪声还要高;o 需要将结构噪声与空气动力噪声分开;o 需要确定整个声源的结构噪声是来自机器还是来自机组的另一部分;o 需要确定机器负载的噪声同时又要排出拖动负载及其他噪声的影响。n振速法测定噪声源声功率级 用于封闭机器的测量（GB/T 16539-1996）3.4测量仪器 o 3.4.1 声级计o 3.4.2 频谱分析仪和滤波器o 3.4.3 磁带记录仪o 3.4.4 实时分析仪3.4.1 声级计3.4.1 声级计o 定义

10、：按照一定的频率计权和时间计权测量声音声压级和声级的仪器。o 种类：o 按用途：普通声级计、积分声级计、脉冲声级计、噪声暴露计、统计声级计、频谱声级计等。o 按电路组成：模拟声级计、数字声级计o 按体积大小：台式声级计、便携式声级计和袖珍声级计o 按指示方式分：模拟指示和数字指示3.4.1 声级计工作原理： 被测量的声音由传声器接收，传声器将声波转换成电信号，微小的电信号经前置放大器送到输入衰减器和输入放大器，放大器将信号放大，衰减器对较大的输入信号加以衰减，使在指示器上获得适当的指示，也使测量量程扩大。 计权滤波器对通过的信号进行频率滤波，使声级计的整机频率响应符合规定的频率计权特性的要求，

11、以便能测量计权声级。信号再经输出衰减器和输出放大器后被送到检波器进行检波，交流信号变成直流，并由显示器以“dB”指示出来。o 对于精密声级计，一般采用电容传声器，普通声级计用驻极体电容传声器。（1）传声器：o 要求： 音频范围内响应平直； 足够低的本底噪声； 较高的输入阻抗和较低的输出阻抗； 较小的线性失真。（2）放大器：o功能：将接到的强信号给予衰减，以免放大器过载。o输入衰减器o输出衰减器（3）衰减器： oA、B、C、D计权网络滤波器o1/1倍频程滤波器o或1/3 倍频程滤波器（4）滤波器：频谱分析仪和滤波器o检波器是将放大器输出的交流信号检波（整流）成直流信号，然后在指示器表头上指示读数

12、或显示数字。（5）检波器和指示器：o活塞发声器o声级校准器2.声级计的校准o1.防风罩：避免风噪声的影响；o2.鼻形锥：降低气流扰动的影响；o3.延长电缆：3.声级计的主要附件： o 用途：用途：精密型噪声测量和频谱分析仪器，配置不同硬件和软件模块，用于各种工业噪声测量和频分析，环境噪声测量和机场噪声的自动监测，以及混响时间测量。o 特点：特点：1级声级计，满足最新国际标准和计量检定规程；o 可内置1/1或1/3倍频程滤波器；o 大屏幕点阵式LCD显示，有背景光；o 本底噪声低，70dB线性工作范围。o 系统由户外传声器、数据分析单元、数据传输单元、中心计算机和数据处理软件等组成。 o 可对噪

13、声信号进行实时1/3倍频程频谱分析，不仅可以监测与分析环境噪声的性质和特征，判断噪声的来源，而且可以按精密法测量和计算机场噪声的感觉噪声级和有效感觉噪声级。 o 主要用于城市环境噪声自动监测、交通噪声监测、机场噪声监测、噪声事件监测和报告及噪声数据自动采集、储存、传输。也适用于噪声污染源（如施工场地、厂界、道路车辆等）在线监测。 o 主要功能：声强测量、声压测量、声功率测量、时域示波、短/瞬时声功率测量和声场指示值测量。 振动测量的三个物理量o振动位移o振动速度o振动加速度3.4.2 振动分析仪 )cos(tAx)sin(tAdtdxu)cos(222tAdtxdu 将振动加速度处以正比于频率的系数而得到振动速度，将振动加速度除以正比于频率平方的系数而得到振动位移。 振动测量的主要构件： 传感器、加速度计和 前置放大器。 与声学系统的主要区别： 用加速度计及前置放大器来代替电容传声器和传声器前置放大器。3.4.2 振动分析仪 1.加速度计3.4