第9章噪聲的測(cè)量

第9章

噪聲的測(cè)量

學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解評(píng)價(jià)噪聲的主要技術(shù)參數(shù)；2.了解噪聲測(cè)量?jī)x器的原理和應(yīng)用，能夠正確使用聲級(jí)計(jì)進(jìn)行噪聲的測(cè)量。學(xué)習(xí)難點(diǎn)噪聲評(píng)價(jià)的主觀(guān)因素，包括頻率集權(quán)網(wǎng)絡(luò)、等效連續(xù)聲級(jí)等。

9.1

噪聲測(cè)量的主要參數(shù)

9.1.1聲壓

在進(jìn)行噪聲測(cè)量時(shí)，常用聲壓級(jí)、聲強(qiáng)級(jí)和聲功率級(jí)表示其強(qiáng)弱，用頻率或頻譜表示其成分，也可以用人的主觀(guān)感覺(jué)進(jìn)行量度，如響度級(jí)等。

聲波是在彈性介質(zhì)中傳播的疏密波即縱波，其壓力隨著疏密程度變化。聲壓是指某點(diǎn)上各瞬間的壓力與大氣壓力之差值，單位為N/m2，即帕(Pa)。

聽(tīng)閾聲壓

P0=2*10-5Pa痛閾聲壓

P0=20Pa9.1.2

聲強(qiáng)

聲強(qiáng)是在傳播方向上，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位面積的聲能量，記為I，單位為W/m2。

對(duì)于球形聲源，假設(shè)聲源在傳播過(guò)程中沒(méi)有受到任何阻礙，也不存在能量損失。當(dāng)聲壓Pa為常數(shù)時(shí)，兩個(gè)任意距離r1和r2處的聲強(qiáng)為I1和I2，則有：這表明在距聲源的不同距離的兩點(diǎn)上的聲強(qiáng)與兩個(gè)距離的平方成反比。

9.1.3聲功率

聲功率是聲源在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射出的總能量，用W表示，單位為瓦(W)。一般聲功率不能直接測(cè)量，而要根據(jù)測(cè)量的聲壓級(jí)來(lái)?yè)Q算。

表9-1

通用語(yǔ)言與若干樂(lè)器輸出聲功率值的近似值聲源峰值功率男生會(huì)話(huà)2×10-3女生會(huì)話(huà)4×10-3單簧管5×10-2低音提琴16×10-2鋼琴27×10-2管樂(lè)器31×10-237in×36in的低音鼓25.075件樂(lè)器的交響樂(lè)70～100如果把這些聲源的聲功率與一些常用的小型設(shè)備所消耗的能量進(jìn)行比較，如日光燈40W，烘爐500W，臺(tái)式電風(fēng)扇60W，小攪拌器100W，小手電筒1W等等。顯然，人的耳朵是一種靈敏度特別高的聲音探測(cè)器。

9.1.4聲壓級(jí)、聲強(qiáng)級(jí)和聲功率級(jí)

聲壓級(jí)表示聲壓與準(zhǔn)參考聲壓P的相對(duì)關(guān)系，記為L(zhǎng)P，即聲強(qiáng)級(jí)表示聲強(qiáng)與參考聲強(qiáng)I0（取I0=10-12W/m2）的相對(duì)關(guān)系，記為L(zhǎng)I，即聲功率級(jí)表示聲功率W與參考基準(zhǔn)聲功率W0（W0=10-12W）的相對(duì)關(guān)系，記為L(zhǎng)W，即

9.1.5多聲源的噪聲級(jí)合成

1總聲功率和總聲強(qiáng)分別為為2總聲功率級(jí)和總聲強(qiáng)級(jí)分別為3當(dāng)兩個(gè)以上的噪聲同時(shí)存在時(shí)，若聲壓的有效值分別為P1,P2,…,Pn，則相應(yīng)的聲壓級(jí)LP1,LP2,…,LPn為合成噪聲的總聲壓為由此得總聲壓級(jí)N個(gè)噪聲級(jí)相同的聲源當(dāng)兩個(gè)不同噪聲極L1和L2同時(shí)作用，且L1>L2時(shí)，則從噪聲極L1到總噪聲級(jí)L的附加值△L可由下式:附加噪聲級(jí)公式的推導(dǎo)

首先找出其中兩個(gè)最大聲級(jí)的分貝差△=L1－L2，再求出對(duì)應(yīng)的附加值△L，然后把它加在分貝數(shù)較高的級(jí)值L1上就得到合成后的級(jí)值L。重復(fù)使用上述規(guī)則進(jìn)行運(yùn)算可以求出兩個(gè)以上的級(jí)值合成的總聲級(jí)值，直到加至兩個(gè)噪聲級(jí)相差10dB以上時(shí)為止。兩個(gè)以上噪聲源的總聲壓級(jí)的合成，可按如下方法進(jìn)行:表9-2

噪聲合成時(shí)聲級(jí)的附加值噪聲級(jí)差△=L1-L2(dB)01234567附加值△L(dB)32.52.11.81.51.21.00.8噪聲級(jí)差△=L1-L2(dB)89101112131415以上附加值△L(dB)0.60.50.40.30.30.20.20.1

[例]兩聲源作用于某一點(diǎn)得聲壓級(jí)分別為L(zhǎng)p1=

96dB，Lp2=93dB，由于Lp1－Lp2=3dB，查曲線(xiàn)得ΔLp=1.8dB，因此Lp總＝96dB+1.8dB＝97.8dB。兩噪聲源的疊加曲線(xiàn)Lp1－Lp2/dB?Lp/dB掌握了兩個(gè)聲源的疊加，就可以推廣到多聲源的疊加，只需逐次兩兩疊加即可，而與疊加次序無(wú)關(guān)。例如，有8個(gè)聲源作用于一點(diǎn)，聲壓級(jí)分別為70、75、82、90、93、95、100dB，它們合成的總聲壓級(jí)可以任意次序查圖兩兩疊加而得。任選兩種疊加次序如下：9.2噪聲的分析與評(píng)價(jià)

9.2.1噪聲的頻譜分析

通過(guò)頻譜分析可以了解噪聲的頻率組成及相應(yīng)的能量大小，從中找出噪聲源。

倍頻程:

兩個(gè)頻率相差一個(gè)倍頻程意味著其頻率之比為2，相差2個(gè)倍頻程即為22

。相差n個(gè)倍頻程時(shí)，兩個(gè)頻率之間有關(guān)系式：

1/3倍頻程:

1:21/3:22/3:2噪聲由許多頻率和強(qiáng)度不同的成分組合而成，其頻譜中聲能連續(xù)分布在寬廣的頻率范圍內(nèi)，成為一條連續(xù)的曲線(xiàn)，稱(chēng)為連續(xù)譜。

樂(lè)器頻譜是由一系列分離頻率成分所組成的聲音，其頻譜為離散譜。噪聲頻譜中最高聲級(jí)分布在350赫茲以下的稱(chēng)為低頻噪聲；最高聲級(jí)分布在350～1000赫茲中間的稱(chēng)為中頻噪聲；最高聲級(jí)分布在1000赫茲以上的稱(chēng)為高頻噪聲。

9.2.2

噪聲的響度分析及評(píng)價(jià)

人的耳朵對(duì)高頻聲波敏感，對(duì)低頻聲波遲鈍。為了把客觀(guān)的物理量與人耳的感覺(jué)統(tǒng)一起來(lái)，引入一個(gè)綜合的聲音強(qiáng)度的量度——響度、響度級(jí)。

1.純音的等響曲線(xiàn)、響度及響度級(jí)

表達(dá)了典型聽(tīng)者認(rèn)為響度相同的純音的聲壓級(jí)同頻率的關(guān)系

1宋為40方的響度級(jí)，即1宋是聲壓40dB、頻率為1000Hz的純音所產(chǎn)生的響度。響度由40方開(kāi)始，每增加10方，響度增加一倍，即40方為1宋，50方為2宋，60方為4宋，70方為8宋。

9.3噪聲測(cè)量?jī)x器

噪聲的測(cè)量主要是聲壓級(jí)、聲功率級(jí)及其噪聲頻譜的測(cè)量。一套聲壓級(jí)測(cè)量?jī)x器包括傳聲器、聲級(jí)計(jì)、頻率分析儀、校準(zhǔn)器等。聲功率級(jí)不是直接由儀器測(cè)量出來(lái)的，是在特定的條件下通過(guò)測(cè)量的聲壓級(jí)計(jì)算出來(lái)的。

9.3.1傳聲器

傳聲器是將聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)電信號(hào)的傳感器。

其原理是用變換器把由聲壓引起的振動(dòng)膜振動(dòng)變成電參數(shù)的變化。根據(jù)變換器的形式不同，常用傳聲器有電容式、動(dòng)圈式、壓電式和永電體式等。

電容式傳聲器的結(jié)構(gòu)和工作原理

圖中振膜是一張拉緊的金屬薄膜，厚度在0.0025～0.05mm之間，它在聲壓的作用下發(fā)生變形，起著可變電容器動(dòng)片的作用，可變電容器的定片是背級(jí)，背極上有若干個(gè)經(jīng)過(guò)特殊設(shè)計(jì)的阻尼孔。振膜運(yùn)動(dòng)時(shí)所造成的氣流將通過(guò)這些小孔產(chǎn)生阻尼效應(yīng)。殼體上開(kāi)有毛細(xì)孔，用來(lái)平衡振膜兩側(cè)的靜壓力，以防止振膜的破裂，而動(dòng)態(tài)的應(yīng)力變化(聲壓)很難通過(guò)毛細(xì)孔作用于內(nèi)腔，從而保證僅有振膜的外測(cè)受到聲壓的作用。

動(dòng)圈式傳聲器的結(jié)構(gòu)和工作原理

動(dòng)圈式傳聲器的結(jié)構(gòu)如圖所示，一個(gè)輕質(zhì)振膜的中部有一個(gè)線(xiàn)圈，線(xiàn)圈放在永久磁場(chǎng)的氣隙中，在聲壓的作用下，振膜和線(xiàn)圈移動(dòng)并切割磁力線(xiàn)，產(chǎn)生與線(xiàn)圈移動(dòng)速度成正比的感應(yīng)電勢(shì)。

壓電式傳聲器結(jié)構(gòu)和工作原理

圖中金屬膜片與雙壓電晶體彎曲梁相連，膜片受到聲壓作用而變形時(shí)，雙壓電元件也產(chǎn)生變形，在壓電元件梁端面產(chǎn)生電荷。通過(guò)變換電路可以輸出電信號(hào)。

9.3.2聲級(jí)計(jì)

聲級(jí)計(jì)是用一定頻率和時(shí)間計(jì)權(quán)來(lái)測(cè)量聲壓級(jí)的儀器。聲級(jí)計(jì)的工作原理如圖(聲級(jí)計(jì)方框圖)所示。被測(cè)的聲壓信號(hào)通過(guò)傳聲器轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，然后經(jīng)衰減器、放大器以及相應(yīng)的計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)、濾波器，或者輸入記錄儀器，或者經(jīng)過(guò)均方根值檢波器直接推動(dòng)以分貝標(biāo)定的指示表頭。

9.4.1噪聲測(cè)量應(yīng)注意的問(wèn)題9.4噪聲測(cè)量的應(yīng)用1.測(cè)量部位的選取

測(cè)點(diǎn)選在距機(jī)械表面1.5m，并離地面1.5m的位置。若機(jī)械本身尺寸很小(如小于0.25m)，測(cè)點(diǎn)應(yīng)距所測(cè)機(jī)械表面較近，如0.5m，但應(yīng)注意測(cè)點(diǎn)與測(cè)點(diǎn)周?chē)瓷涿嫦嗑嘣?～3m以上；機(jī)械噪聲大，測(cè)點(diǎn)宜取在相距5～10m處，對(duì)于行駛的機(jī)動(dòng)車(chē)輛，測(cè)點(diǎn)應(yīng)在距車(chē)體7.5m，并高出地面1.2m處；相鄰很近的兩個(gè)噪聲源，測(cè)點(diǎn)宜距噪聲源很近，如0.2m或0.1m。如果研究噪聲對(duì)操作人員的影響，可把測(cè)點(diǎn)選在工作人員經(jīng)常所在的位置，以人耳的高度為準(zhǔn)選擇若干個(gè)測(cè)點(diǎn)。2.測(cè)量時(shí)間的選取

測(cè)量各種動(dòng)態(tài)設(shè)備的噪聲，當(dāng)測(cè)量最大值時(shí)，應(yīng)取起動(dòng)時(shí)或工作條件變動(dòng)時(shí)的噪聲，當(dāng)測(cè)量平均正常噪聲時(shí)，應(yīng)取平穩(wěn)工作時(shí)的噪聲，當(dāng)周?chē)h(huán)境的噪聲很大時(shí)，應(yīng)選擇環(huán)境噪聲最小時(shí)(比如深夜)