机械工程测试技术（第2版）课件：噪声的测量

噪声的测量机械工程测试技术（第2版）MechanicalEngineeringTestingTechnology学习导航12.1声音的特征(NoiseCharacters)12.2基本声学参数(PrincipalParametersofNoise)12.3噪声的频谱分析(NoiseSpectrumAnalysis)12.4噪声的主观量与评价（SubjectiveParametersandEvaluationof)12.5噪声测量仪器(MeasureInstrumentsofNoise)12.6噪声测量技术(NoiseMeasurementTechnology)12.7机床噪声测量实例(NoiseMeasurementPracticalUseofLath)知识导图声音是以纵波形式在介质中传播的声波。声源的振动形成了声压，噪声测量就是将声压信号变换为相应的电信号。声音的分类：

声波

：20～20000Hz

，人耳可以听到。

次声波

：低于

20Hz。

超声波

：高于

20000Hz

。噪声，不规范的、间歇的或随机声振源产生的声音。当声波（soundwave）在空气中传播时，空气质点被迫在原位置上沿传播方向作振动，空气密度因此发生周期性疏密变化，空气压强也随之增高和降低。因此，声波是一种叠加在大气压力上的压力波，声压是大气压力的一种附加变化量。声波的频率、周期T、波长和声速c的关系是：12.1声音的基本特征12.1声音的基本特征声波传播的区域称为声场。当传播时不受到任何阻碍，无反射现象存在，这种声场称为自由声场。当传播时只受到地面的反射，其它方面不受到任何阻碍，则这种声场称为半自由声场。如果声波在声场中受到边界面的多次反射，使得声场中各点的声压相同，这种声场称为扩散声场（也称为混响声场）。12.1声音的基本特征12.2基本声学参数

12.2.1声压与声压级

声压是声波在某点的压力与大气压力之差值，单位为帕(Pa)，1Pa=1N/m2。在空气中，正常人刚能听到的1000Hz声音的声压为2×10-5Pa，称为听阈声压，并规定为基准声压，记为p0。当声压为20Pa时，能使人耳开始产生疼痛，称之为痛阈声压。声压级是一个相对比较的无量纲量。相对于声压P的声压级定义为：(dB)0dB并不表示没有声音，而是表示所考查的声压和基准声压相等。12.2基本声学参数图

典型声压源的声压和声压级值12.2基本声学参数12.2.2声强和声功率声强是在传播方向上，单位时间内通过单位面积的声能量，记为I，W/m2。在自由场中，与听阈声压相应的声强是，并以此值作为基准声强，取声强与基准声强比值常用对数的10倍来表示，称为声强级。

12.2基本声学参数对于一个球形声源，传播中无障碍，无能量损失，声压pa=常数，距声源r1和r2处的声强分别为I1和I2

，则有：显然，两点声强之比，等于它们与声源距离平方之比的倒数。即：12.2基本声学参数12.2.3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=10-12W)的比值常用对数的10倍来表示，声功率级LW（单位为dB）（dB）12.2基本声学参数声功率是声源在单位时间内发射的总能量，记为W，W。一般声功率不能直接测量，要根据测量的声压级换算。一些会话与乐器输出声功率的近似值声源峰值功率/W声源峰值功率/W男声会话2×10-3女声会话4×10-3单簧管5×10-2低音提琴16×10-2钢琴27×10-2管乐器31×10-237×36in225.0低音鼓75件乐器70~100的交响乐12.2基本声学参数12.2.4声功率级、声强级和声压级的合成

I=I1＋I2＋…＋In

W=W1＋W2＋…＋Wn在现场环境中，噪声源往往不只一个。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，即若用级表示，则总声功率级为：总声强级为：12.2基本声学参数如果从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)相互独立，则合成噪声的总声压P为：12.2基本声学参数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：12.2基本声学参数当两个噪声级L1和L2同时作用，且L1>L2时，从噪声级L1到总噪声级L的增加值：如果两个噪声中的一个噪声级超出另一个噪声级的6～8dB，则较弱声源的噪声可以不计，因为此时总噪声级附加值小于1dB。12.2基本声学参数例12-1若某点同时作用三个声压级：

，

求该点的总声压级。解：先合成80和85dB两声压级。两者级差查表噪声合成时声级的增加值两者合成声压级再合成和

查表噪声合成时声级的增加值总声压级为

12.2基本声学参数12.3噪声的频谱分析声源做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，乐器可以发出纯音。而由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（SoundSpectrum），简称频谱。离散谱，例如乐器声谱，其中除了频率最低、声压最高的基频音外，还有与基频成整数倍的较高频率的泛音。12.3噪声的频谱分析

锣声、鼓风机的声音频谱，既有连续的噪声谱，又有线谱，二者混合，形成有调噪声混合谱。分析有调噪声时，应特别注意频谱中较为突出的频率成分。噪声是由许多频率不同的成分组合而成，其频谱中声能连续分布在宽广的频率范围内，成为一条连续的曲线，称为连续谱。

对于宽广连续的噪声谱，很难对每个频率成分进行分析，而是按倍频程和1/3倍频程等划分频带。

噪声的频谱分析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。

此时的频谱是不同的倍频带与倍频带级即声级的关系。12.3噪声的频谱分析噪声按频段的分类：低频，350Hz以下；中频，350～1000Hz；高频，1000Hz以上

机械噪声测量和分析项目中最主要的是噪声频谱，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。12.3噪声的频谱分析12.4噪声的主观量与评价

可听声对人产生的总效果除了声压、声频率之外，还有声音持续时间、听音人的主观情况等。人对高频声波敏感，对低频声波迟钝。为了把客观存在的物理量和人耳感觉的主观量统一起来，引入综合声音强度的指标响度和响度级。12.4噪声的主观量与评价12.4.1纯音的等响曲线、响度及响度级

听阈和痛阈都是在1000Hz纯音条件下定义的量。当声音的频率发生变化时，听阈和痛阈的数值也随着变化。选取1000Hz纯音作为基准音，若噪音听起来与基准纯音一样响，则噪声的响度级就等于这个纯音的声压级（分贝数），单位为方。12.4噪声的主观量与评价等响曲线表达典型听者认为响度级相同的纯音与声压级的关系。听阈线为零方响度线；痛阈线为120方响度线等响曲线

12.4噪声的主观量与评价方-宋关系响度1宋表示40方的响度级，即声压为40dB、频率为1000Hz的纯音所产生的响度。响度S(宋)与响度级LS(方)的关系：响度可以迭加计算12.4噪声的主观量与评价响度可以迭加计算。如果频率分别为3000Hz和2000Hz，声压级均为70dB的两纯音合成，由等响曲线可知响度级均为70方。相应的响度为8宋，总响度为16宋，由等响曲线得总响度级为80方，可见，响度级不可以迭加。

12.4噪声的主观量与评价12.4.2宽带噪声的响度

测量噪声的频带声压级；从图或表查各频带的响度指数；计算总响度(宋)：最大响度指数常数，与倍频程数有关响度指数曲线12.4噪声的主观量与评价12.4.3声级计(soundmeter)的频率计权网络

从等响度曲线出发，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，使仪器近似地表达人对声音的感觉，这种网络称为频率计权网络。就声级计而言，设立了A、B、C三种计权网络。计权网络的衰减曲线12.4噪声的主观量与评价经过计权网络测得的声压级分别为A声级(LA)、B声级(LB)和C声级(LC)，其分贝数分别标为dB(A)、dB(B)、dB(C)。

A计权网络效仿倍频程等响曲线中的40方曲线，模拟人对高频的敏感，对低频的不敏感，应用广。

B计权网络效仿70方等响曲线，对低频有衰减。

C计权网络效仿100方等响曲线，在整个可听频率范围不衰减，反映总声压级。12.4噪声的主观量与评价12.4.4等效连续声级与噪声评价标准

等效连续声级用等效连续声级作为评定间断的、脉动的或随时变化的不稳定噪声的大小。等效连续声级可表示为：以每个工作日8小时为基础，低于78dB的不予考虑，则一天的等效声级可按下式近似计算:式中TnR——第n段声级Ln的总暴露时间，min；

T

——某段统计时间，min。12.4噪声的主观量与评价如果一周工作六天，每周的等效连续声级可按下式近似计算：

第n段声级

一周的总暴露时间，min。12.4噪声的主观量与评价例测量某车间的噪声。中心声级有4小时为90dB(A)，3小时为100dB(A)，1小时为110dB(A)，试计算一天的等效连续声级。解由表10.4，90,100,110dB(A)对应的段数分别为3,5,7。于是，有：12.4噪声的主观量与评价采用噪声评价曲线确定噪声容许标准噪声评价曲线以噪声评价数NR表征。根据标准容许的声级LA确定容许的NR，换算关系为NR=LA－5dB噪声评价曲线12.4噪声的主观量与评价12.5噪声测量仪器

噪声的测量主要是声压级、声功率级及其噪声频谱的测量。

声压级测量仪器包括传声器、声级计、频率分析仪、校准器等。

12.5.1传声器

传声器(microphone)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械振动变成电参数的变化。根据变换器的形式不同，常用传声器有电容式、动圈式、压电式和永电体式。12.5噪声测量仪器1．电容式传声器电容式传声器精密测量最常用的传声器。振膜和背极组成可变电容，极距在声压作用下产生变化。12.5噪声测量仪器振动气流通过阻尼孔，起抑制共振振幅的作用。毛细孔平衡振膜两侧静压力，而声压很难通过毛细孔作用于内腔。电容传声器的工作原理12.5噪声测量仪器2．动圈传声器动圈式传声器一个轻质振膜的中部有一个线圈，线圈放在永久磁场的气隙中，在声压的作用下，振膜和线圈移动并切割磁力线，产生感应电势，同线圈移动速度成正比。这种扬声器精度较低，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。此外，温度和湿度的变化对其灵敏度也无大的影响。12.5噪声测量仪器3．压电式传声器压电传声器金属箔形膜片与双压电晶体弯曲梁相连，膜片受到声压作用而变位时，双压电元件则产生变形，在压电元件梁端面出现电荷，通过变换电路便可以输出电信号。压电式传声器膜片较厚，其固有频率较底，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。

12.5噪声测量仪器12.5.2声级计

声级计是用一定频率和时间计权来测量声压级的仪器。声级计框图12.5噪声测量仪器可根据需要选择计权网络，以测定声压级和A，B，C三种声级。声级计可以与适当的滤波器、记录器连接，以便对声波做进一步分析。某些声级计有倍频程或者1/3倍频程滤波器，可以直接对噪声进行频谱分析。调查用的声级计（三级）只有A计权网络；普通声级计（二级）具有A，B，C计权网络；精密声级计（一级）除了A、B、C计权网络，还有外接滤波器插口，可进行倍频程或1/3倍频程滤波分析。12.5噪声测量仪器12.5.3声级计的校准

常用的校准方法活塞发生器校准法扬声器校准法互易校准法静电激励校准法置换法使用声级计测量声压时，必须经常校准，以确保声压计读数的精确度。某些行业的标准规定，每次测量开始和结束都必须进行校准，两次差值不得大于1dB。12.5噪声测量仪器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Hz到几十Hz）。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。用活塞发生器可以标定精密的声级计，在频率250Hz、声压级124dB时，其准确度可达±0.2dB，也可应用在低频情况下标定传声器。活塞发生器校准法12.5噪声测量仪器2扬声器校准法

用一个精确标定过的扬声器，在一个声耦合空腔中产生1000Hz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。扬声器校准法的原理示意图12.5噪声测量仪器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，是最广泛采用的一种方法。互易校准法既可测定传声器的压力响应，也可以测定其自由场响应，即把机器放在室外空旷无噪声干扰的地方或在消声室内，即自由声场中。4．静电激励校准法该方法适用于较高频率的传声器校准。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。在栅状金属板和振膜之间加上高达800V的直流电压使两金属板极化，从而使两者之间互相作用着一个稳定的静电力。另外再加上30V左右的交流电压使相互作用一个交变力，其值等于1Pa的声压。静电激振器产生的力和频率无关，因此，可用来测量电容传声器的响应。12.5噪声测量仪器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声级计。校准时，先用标准声级计来测量声压，随之使用被校准的声级计来测量同一声压。最后用标准声级计再次测量声压，以校验试验过程有无变化或疏忽。从两声级计测量结果的差别，可以确定被校准声级计的频率响应（灵敏度）。这种校准方法误差较大。12.5噪声测量仪器12.6噪声测量技术

12.6.1声功率的测量和计算

1.自由场法自由声场法是把机器放在室外空旷无噪声干扰的地方或在消声室内，即自由声场中。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，求得声功率级：(dB)12.6噪声测量技术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，则为：如果机械放在室外坚硬的地面上，周围无反射，这时透声面积为，则为：12.6噪声测量技术2．参考声源法在有限吸声的房间（如工厂、车间）内测量噪声，自由场法要求的条件很难得到满足。这时，可采用一个已知声功率级的参考声源与被测的噪声源相比较来测定机器的声功率。以机器为中心，半径为r的半球面上测出该噪声源的平均声压级关掉噪声源，参考声源置于噪声源的位置，在同样测点上测得的平均声压级。12.6噪声测量技术12.6.2噪声测量应注意的问题

1.测量部位的选取一般测点选在距机械表面1.5m，并离地面1.5m的位置。若机械本身尺寸很小(如小于0.25m)，测点应距所测机械表面较近，如0.5m，但应注意测点与测点周围反射面相距在2～3m以上；机械噪声大，测点宜取在相距5～10m处，对于行驶的机动车辆，测点应距车体7.5m，并高出地面1.2m处；相邻很近的两个噪声源，测点宜距噪声源很近，如0.2m或0.1m。如果研究噪声对操作人员的影响，可把测点选在工作人员经常所在的位置，以人耳的高度为准选择若干个测点。12.6噪声测量技术做为一般噪声源，测点应在所测机械规定表面的四周均布，且不少于4点。如相邻测点测出声级相差5dB以上，应在其间增加测点，机械的噪声级应取各测点的算术平均值。如果机械噪声不是均匀地向各个方向辐射，除了找出A声级最大的一点作为评价该机器噪声的主要依据外，同时还应当测出若干点(一般多于五点)作为评价的参考。12.6噪声测量技术2.测量时间的选取当测量城市街道的环境噪声时，白天的理想测定时间为16小时，即从早上6点至晚上10点。测夜间的噪声，取8小时为宜，即从晚上10点至早上6点，但有的国家也选取一天中最吵闹的8小时作为测量的参考时间，有的进一步简化，确定高交通密度(即每小时通过机动车数目超过1000辆)，测15分钟的平均值即可代表交通噪声值，如果交通密度整天都很小，取半小时的测量值，也是可靠的。测量各种动态设备的噪声，当测量最大值时，应取起动开始时或工作条件变动时的噪声，当测量平均正常噪声时，应取平稳工作时的噪声，当周围环境的