1、工程测试技术第第1111章章 噪声测量噪声测量第十一章第十一章 噪声测量噪声测量 声音声音是在某种弹性介质中的一种振动是在某种弹性介质中的一种振动过程。是由物体振动产生的波。介质的基过程。是由物体振动产生的波。介质的基本类型有气体、液体、固体三种。本类型有气体、液体、固体三种。工程测试技术第一节第一节 概述概述声测量的主要参数声测量的主要参数 声音可分为声音可分为：次声：次声：频率低于频率低于20Hz20Hz的声音；的声音；可听声：可听声：人耳可听到的声音，频率为人耳可听到的声音，频率为20Hz20Hz到到20KHz20KHz；超声：超声：声波的频率高到超过人耳听觉范围的频率极限，声波的频率高
2、到超过人耳听觉范围的频率极限，人们觉察不到的声波；人们觉察不到的声波；特超声：特超声：高于超声频率上限的超高频声波如高于超声频率上限的超高频声波如300MHz300MHz、500MHz500MHz、1000MHz1000MHz的声波。的声波。噪声的定义噪声的定义 噪声是声波的一种，具有声波的一切特性，不协调噪声是声波的一种，具有声波的一切特性，不协调的声音称为噪声。凡是人所不需要的以及对人体有害的的声音称为噪声。凡是人所不需要的以及对人体有害的声音都称为噪声。声音都称为噪声。工程测试技术 声压声压 声压是指有声波时，媒质的压力对静压声压是指有声波时，媒质的压力对静压（没有声波时媒质的压力）的变
3、化量，通常以其（没有声波时媒质的压力）的变化量，通常以其均方根值来表示。均方根值来表示。声压记为声压记为P P，单位为牛，单位为牛/米米2 2（N/mN/m2 2）,即帕（即帕（PaPa）。）。听阀声压：正常人双耳能听到的听阀声压：正常人双耳能听到的1000Hz1000Hz的纯音的纯音 的声压为的声压为2 21010-5-5PaPa；基准声压基准声压 :2:21010-5-5PaPa当当声压声压为为20Pa20Pa时，能使人耳开始产生疼痛，称时，能使人耳开始产生疼痛，称之为痛阈声压。之为痛阈声压。工程测试技术 声强声强 声场中某一点处的声强定义为一个与指定方声场中某一点处的声强定义为一个与指定
4、方向（声波由声源该点的传播方向）相垂直的单位向（声波由声源该点的传播方向）相垂直的单位面积上、每单位时间内传过的声能面积上、每单位时间内传过的声能 。以以I I表示，其单位为瓦表示，其单位为瓦/米米2 2（W/mW/m2 2）听阈声压的声强为听阈声压的声强为1010-12-12W/mW/m2 2，以此值作为基准，以此值作为基准声强声强 。声功率声功率 声功率是声源在单位时间内发射出的总声功率是声源在单位时间内发射出的总能量，通常用能量，通常用W W表示，单位为瓦（表示，单位为瓦（W W）。取）。取1010-12-12W W作作为基准声功率。为基准声功率。工程测试技术 声音的强弱变化和人的听觉范
5、围非常宽广，用声音的强弱变化和人的听觉范围非常宽广，用声压、声强和声功率的绝对值来衡量声音的强弱是声压、声强和声功率的绝对值来衡量声音的强弱是很不方便的。为此，对以上三中衡量法分别引用成很不方便的。为此，对以上三中衡量法分别引用成倍比关系的对数量，它们以分贝为单位，是无量纲倍比关系的对数量，它们以分贝为单位，是无量纲量。量。声功率级（声功率级（L LWW）式中，式中，WW0 0为基准声功率（为基准声功率（WW0 0=10=10-12-12WW）。）。)dB(g100WWlLW工程测试技术声级和分贝声级和分贝 通常声压、声强和声功率以分贝表示通常声压、声强和声功率以分贝表示 ，分贝表示，分贝表示
6、的量与选定的基准量有关。的量与选定的基准量有关。声压级（声压级（L Lp p）p p0 0为基准声压（为基准声压（p p0 0=2=21010-5-5PaPa）。）。声强级（声强级（L LI I）I I0 0为基准声强（为基准声强（I I0 0=10=10-12-12W/mW/m2 2）。）。0/lg20ppLpI010lg(/)LI I工程测试技术响度及响度级响度及响度级 图中纵坐标是声压级，横坐图中纵坐标是声压级，横坐标是频率，二者是声音的客标是频率，二者是声音的客观物理量。同一条曲线上的观物理量。同一条曲线上的各点虽然代表不同频率和声各点虽然代表不同频率和声压级，但其响度相同，故称压级，
7、但其响度相同，故称等响曲线。每条等响曲线所等响曲线。每条等响曲线所代表的响度级方的大小由该代表的响度级方的大小由该曲线在曲线在1000Hz 1000Hz 时的声级的时的声级的分贝数而定，即选取分贝数而定，即选取1000Hz1000Hz音作为基准音，其噪声听起音作为基准音，其噪声听起来与基准音一样响，则噪声来与基准音一样响，则噪声的响度级就等于这个纯音的的响度级就等于这个纯音的声压级（分贝数）。声压级（分贝数）。响度级是一个相对量，有时需要用绝对值来表示，故引响度级是一个相对量，有时需要用绝对值来表示，故引出响度单位宋的概念。响度级和响度间的对应关系如图出响度单位宋的概念。响度级和响度间的对应关
8、系如图 方方-宋关系宋关系。1 1宋为宋为4040方的响度级，方的响度级，即即1 1宋是声压宋是声压40dB40dB、频、频率为率为1000Hz1000Hz的纯音所产的纯音所产生的响度。响度与响度生的响度。响度与响度级的关系可由下式决定：级的关系可由下式决定：S S(N)(N)响度响度(宋宋)LSLS响度级响度级(方方)响度由响度由4040方开始，每增加方开始，每增加1010方，响度方，响度增加一倍，即增加一倍，即4040方为方为1 1宋，宋，5050方为方为2 2宋，宋，6060方为方为4 4宋，宋，7070方为方为8 8宋。宋。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考虑噪
9、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。反映这三者作用效果的噪声量度叫做外，还要注意作用的时间。反映这三者作用效果的噪声量度叫做等效连续声级等效连续声级。计算等效连续声级，即用等效连续声级作为评定。计算等效连续声级，即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：可表示为：若不考虑低于若不考虑低于78dB78dB的声级，则某时段的等效声级可按下的声级，则某时段的等效声级可按下式近似计算式近似计算T TnRnR第第n n段声级段声级的总暴露时间的总暴露时间 T T总
10、暴露时间（分）总暴露时间（分）噪声评价标准噪声评价标准 n(段)1 2 3 4 5 6 7 8中心声级中心声级LndB(A)80859095100 105 110 115暴露时间暴露时间TnTn(分分)T1 T2T3T4T5T6T7T8根据测量数组，按声级的大小及持续时间进行整理，将根据测量数组，按声级的大小及持续时间进行整理，将8080120dB120dB声级从小到大分成八段排列，每段相差声级从小到大分成八段排列，每段相差5dB5dB，每段用中心，每段用中心声级表示，并统计出各段声级的暴露时间，可得表，然后将已声级表示，并统计出各段声级的暴露时间，可得表，然后将已知数据代入式即可求出知数据代
11、入式即可求出等效连续声级等效连续声级。中心声级与暴露时间中心声级与暴露时间 工程测试技术第二节第二节 噪声测量仪器噪声测量仪器 一一、传声器、传声器传声器是将声波转换为相应电信号的传感器。由声传声器是将声波转换为相应电信号的传感器。由声音造成的空气压力使传感器的振动膜振动，进而经音造成的空气压力使传感器的振动膜振动，进而经变换器将此机械运动转换成电参量的变化。根据变变换器将此机械运动转换成电参量的变化。根据变换器的形式不同有以下几种传声器：电容式、压电换器的形式不同有以下几种传声器：电容式、压电式、电动式等。式、电动式等。工程测试技术1 1、电容式、电容式最常用的一种传声器，其稳定性、可靠性、
12、耐震性，以及最常用的一种传声器，其稳定性、可靠性、耐震性，以及频率特性均较好。其幅频特性平直部分的频率范围约为频率特性均较好。其幅频特性平直部分的频率范围约为10Hz10Hz20kHz20kHz。张紧的膜片与其靠得很张紧的膜片与其靠得很近的后极板组成一电容近的后极板组成一电容器。在声压的作用下膜器。在声压的作用下膜片产生与声波信号相对片产生与声波信号相对应的振动，使膜片与不应的振动，使膜片与不动的后极板之间的极距动的后极板之间的极距改变，导致该电容器电改变，导致该电容器电容量的相应变化。容量的相应变化。因此，电容式传声器是一极距变化型的电容传感器。运用因此，电容式传声器是一极距变化型的电容传感
13、器。运用直流极化电路输出一交变电压，此输出电压的大小和波形直流极化电路输出一交变电压，此输出电压的大小和波形由作用膜片上的声压所决定。由作用膜片上的声压所决定。工程测试技术2 2、压电式、压电式灵敏度较高，频响曲线平坦，结构简单、价格便宜，广泛灵敏度较高，频响曲线平坦，结构简单、价格便宜，广泛用于普通声级计中。用于普通声级计中。压电式传声器主要由膜压电式传声器主要由膜片和与其相联的压电晶片和与其相联的压电晶体弯曲梁所组成在声压体弯曲梁所组成在声压的作用下，膜片位移，的作用下，膜片位移，同时压电晶体弯曲梁产同时压电晶体弯曲梁产生弯曲变形，由于压电生弯曲变形，由于压电材料的压电效应，使其材料的压电
14、效应，使其两表面生产相应的电荷，两表面生产相应的电荷，得到一交变的电压输出。得到一交变的电压输出。工程测试技术3 3、动圈式动圈式精度、灵敏度较低，体积大。其突出特点是输出阻抗小，所以精度、灵敏度较低，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。温度和湿度的变化对其灵敏接较长的电缆也不降低其灵敏度。温度和湿度的变化对其灵敏度也无大的影响。度也无大的影响。动动圈式传声器在膜片的中间附圈式传声器在膜片的中间附有一线圈（动圈），此线圈处有一线圈（动圈），此线圈处于永久磁场的气隙中，在声压于永久磁场的气隙中，在声压的作用下，线圈随膜片一起移的作用下，线圈随膜片一起移动，使线圈切割
15、磁力线而产生动，使线圈切割磁力线而产生一相应的感应电动势。一相应的感应电动势。工程测试技术 传声器的参数 1 1）灵敏度）灵敏度 S S=电量输出电量输出/机械量输入，习惯上常把传声器的灵敏机械量输入，习惯上常把传声器的灵敏度级度级L LS S简称为简称为“灵敏度灵敏度”，灵敏度，灵敏度L LS S由下式确定：由下式确定：u u为传声器的输出电压（为传声器的输出电压（V V）；）；p p为作用在传声器上的为作用在传声器上的有效声压（有效声压（PaPa）；）；u u0 0、p p0 0为分别为基准电压和基准声压。为分别为基准电压和基准声压。（常取（常取u u0 0/p p0 0=1V/Pa=1V
16、/Pa）。）。灵敏度又分声场灵敏度和声压灵敏度两种。声压灵敏度是灵敏度又分声场灵敏度和声压灵敏度两种。声压灵敏度是输出电压与传声器放入声场后实际作用于膜片上的声压之输出电压与传声器放入声场后实际作用于膜片上的声压之比；声场灵敏度是指输出电压与传声器放入声场前所在位比；声场灵敏度是指输出电压与传声器放入声场前所在位置的声压之比。置的声压之比。工程测试技术 2 2）频率响应特性）频率响应特性 传声器的频率响应特性是指传声器灵敏度对被测传声器的频率响应特性是指传声器灵敏度对被测噪声的频率响应。传声器的理想频响特性是在噪声的频率响应。传声器的理想频响特性是在20Hz-20kHz20Hz-20kHz声频
17、范围内保持恒定。声频范围内保持恒定。3 3）动态范围）动态范围 传声器的过载声压级与等效噪声声压级之间的范传声器的过载声压级与等效噪声声压级之间的范围称为动态范围。围称为动态范围。4 4）指向性）指向性 传声器的响应随声波入射方向变化的特性称为传传声器的响应随声波入射方向变化的特性称为传声器的指向性。声器的指向性。工程测试技术 5 5）非线性失真）非线性失真 当被测声压超出传声器正常使用的动态范当被测声压超出传声器正常使用的动态范围时，输出特性将呈非线性，产生非线性失真。围时，输出特性将呈非线性，产生非线性失真。6 6）输出阻抗）输出阻抗 传声器种类不同，其输出阻抗也不同，这传声器种类不同，其
18、输出阻抗也不同，这就要求后接电路有相应的处理方式。如电容式就要求后接电路有相应的处理方式。如电容式传声器输出阻抗很高，应经阻抗变换或用高输传声器输出阻抗很高，应经阻抗变换或用高输入阻抗的前置放大电路来匹配；而电动式传声入阻抗的前置放大电路来匹配；而电动式传声器的输出阻抗较低，可直接与一般电压放大器器的输出阻抗较低，可直接与一般电压放大器连用连用 。工程测试技术二、声级计二、声级计 声级计声级计积分声级计积分声级计一般声级计一般声级计脉冲声级计脉冲声级计噪声暴露计噪声暴露计声级计的分类声级计的分类按其精度可分为四种类型：按其精度可分为四种类型：0 0型声级计作为实验室用标准声级计；型声级计作为实
19、验室用标准声级计；1 1型相当于精密声级计；型相当于精密声级计；2 2型作为一般用途声级计；型作为一般用途声级计；3 3型作为普级型声级计。型作为普级型声级计。声级计的工作原理声级计的工作原理 声级计主要由声级计主要由传声器、输入级、放大器、衰减器、传声器、输入级、放大器、衰减器、计权网络，检波电路和电源计权网络，检波电路和电源等部分组成。等部分组成。声信号通过传声器转换成交变的电压信号，经输入衰减声信号通过传声器转换成交变的电压信号，经输入衰减器、输入放大器的适当处理进入计权网络，以模拟人耳对器、输入放大器的适当处理进入计权网络，以模拟人耳对声音的响应，而后进入输出衰减器和输出放大器，最后通
20、声音的响应，而后进入输出衰减器和输出放大器，最后通过均方根值检波器检波输出一直流信号驱动指示表头，由过均方根值检波器检波输出一直流信号驱动指示表头，由此显示出声级的分贝值此显示出声级的分贝值 。工程测试技术工程测试技术声级计的使用声级计的使用 声级计的校准：声级计的校准：一般声级计自身能产生一个标准的电信号一般声级计自身能产生一个标准的电信号用于校准放大器等电路的增益。在测量前，用于校准放大器等电路的增益。在测量前，对传声器或声级计整机进行校准，必要时测对传声器或声级计整机进行校准，必要时测量完成后再校准一次。电容传声器常用的校量完成后再校准一次。电容传声器常用的校准器有准器有活塞发声器、落球
21、发声器活塞发声器、落球发声器等。如国产等。如国产NX6NX6型活塞发声器，其校准不确定在型活塞发声器，其校准不确定在0.2dB0.2dB以内。以内。工程测试技术 声级计的指示表头一般有声级计的指示表头一般有“快快”、“慢慢”两档，根据测试两档，根据测试声压随时间波动的幅度大小来作相应选择。声压随时间波动的幅度大小来作相应选择。输入级是一阻抗变换器，用来使高内阻抗的电容传声器与后输入级是一阻抗变换器，用来使高内阻抗的电容传声器与后级放大器匹配。要求输入级的输入电容小和输入电阻高。但当级放大器匹配。要求输入级的输入电容小和输入电阻高。但当输入信号较大时，又需要对信号进行衰减，使电表指针得到适输入信
22、号较大时，又需要对信号进行衰减，使电表指针得到适当的偏转。当的偏转。为了插入滤波器和计权网络，故衰减器和放大器分成为了插入滤波器和计权网络，故衰减器和放大器分成两级两级，即即输入衰减器、输入放大器和输出衰减器、输出放大器等。输入衰减器、输入放大器和输出衰减器、输出放大器等。计权网络是模拟人耳对不同声音的反应而设计的滤波线路。计权网络是模拟人耳对不同声音的反应而设计的滤波线路。当计权网络开关放在当计权网络开关放在“线性线性”时，声级计是线性频率响应，时，声级计是线性频率响应，测得的是声压级。当放在测得的是声压级。当放在A A、B B或或C C位置时，计权网络插入在输位置时，计权网络插入在输入放大
23、器与输出放大器之间，测得相应的计数声级。入放大器与输出放大器之间，测得相应的计数声级。工程测试技术 声级计的读数均为分贝值。显然，选用声级计的读数均为分贝值。显然，选用C C档计权档计权网络测量时，声压级未经任何修正（衰减），读数仍为声网络测量时，声压级未经任何修正（衰减），读数仍为声压级的分贝值。而压级的分贝值。而A A档和档和B B档的计权网络，对声压级已有修档的计权网络，对声压级已有修正，故它们的读数不应是声压级，但也不是响度级，其读正，故它们的读数不应是声压级，但也不是响度级，其读数应称声级的分贝值。上图所示为数应称声级的分贝值。上图所示为A A、B B、C C计权网络的衰计权网络的衰
24、减曲线减曲线。工程测试技术第三节第三节 噪声测量噪声测量 1.1.测量部位的测量部位的选取选取传声器与被测机械噪声源的相对位置对测量结果有显著影响，传声器与被测机械噪声源的相对位置对测量结果有显著影响，因而，在进行数据比较时，必须标明传声器离开噪声源的距离。因而，在进行数据比较时，必须标明传声器离开噪声源的距离。选取测点的原则选取测点的原则根据我国噪声测量规范，一般测点选在距机械表面根据我国噪声测量规范，一般测点选在距机械表面1.5m，并离地面，并离地面1.5m的位置。若机械本身尺寸很小的位置。若机械本身尺寸很小(如小于如小于0.25m)，测点应距所测机械表面较近，测点应距所测机械表面较近，如
25、如0.5m，但应注意测点与测点周围反射面相距在，但应注意测点与测点周围反射面相距在23m以上；机械噪声大，以上；机械噪声大，测点宜取在相距测点宜取在相距510m处，对于行驶的机动车辆，测点应在距车体处，对于行驶的机动车辆，测点应在距车体7.5m，并高出地面并高出地面1.2m处；相邻很近的两个噪声源，测点宜距噪声源很近，如处；相邻很近的两个噪声源，测点宜距噪声源很近，如0.2m或或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。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。常所在的位置，以人耳的高度为准选择若干个测点。做为一般噪
26、声源，测点应在所测机械规定表面的四做为一般噪声源，测点应在所测机械规定表面的四周均布，且不少于周均布，且不少于4 4点点 。2.2.测量时间的选取测量时间的选取测量各种动态设备的噪声，当测量最大值时，应取起动时测量各种动态设备的噪声，当测量最大值时，应取起动时或工作条件变动时的噪声，当测量平均正常噪声时，应取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，当周围环境的噪声很大时，应选择环平稳工作时的噪声，当周围环境的噪声很大时，应选择环境噪声最小时境噪声最小时(比如深夜比如深夜)测量。测量。工程测试技术3.3.本底噪声的修正本底噪声的修正所谓本底噪声，是指被测定的噪声源停止
27、发声时，其周围所谓本底噪声，是指被测定的噪声源停止发声时，其周围环境的噪声。测量时，应当避免本底噪声对测量的影响。环境的噪声。测量时，应当避免本底噪声对测量的影响。消除本底噪声的影响消除本底噪声的影响对被测对象进行噪声测量，所测得的总噪声级是被测对对被测对象进行噪声测量，所测得的总噪声级是被测对象噪声和本底噪声的合成。在存在本底噪声的环境里，被象噪声和本底噪声的合成。在存在本底噪声的环境里，被测对象的噪声无法直接测出，可由测到的合成噪声内减去测对象的噪声无法直接测出，可由测到的合成噪声内减去本底噪声得到。本底噪声应低于所测机器噪声本底噪声得到。本底噪声应低于所测机器噪声1010分贝以上，分贝以
28、上，否则应在所测机器噪声中扣除环境噪声修正值否则应在所测机器噪声中扣除环境噪声修正值L L。工程测试技术4.4.干扰的排除干扰的排除电压不稳、气流、反射和传声器方向不同等因素都会影响的电压不稳、气流、反射和传声器方向不同等因素都会影响的噪声测量的结果。噪声测量的结果。噪声测量所用电子仪器的灵敏度，与供电电压有直接关噪声测量所用电子仪器的灵敏度，与供电电压有直接关系，电源电压如达不到规定范围，或者工作不稳定，将系，电源电压如达不到规定范围，或者工作不稳定，将直接影响测量的准确性，这时就应当使用稳压器或者更直接影响测量的准确性，这时就应当使用稳压器或者更换电源。进行噪声测量时，要避免气流的影响，若
29、在室换电源。进行噪声测量时，要避免气流的影响，若在室外测量，最好选择无风天气，风速超过四级以上时，可外测量，最好选择无风天气，风速超过四级以上时，可在传声器上戴上防风罩或包上一层绸布，在管道里测量在传声器上戴上防风罩或包上一层绸布，在管道里测量时，在气流大的部位，如管壁口，也应如此，在空气动时，在气流大的部位，如管壁口，也应如此，在空气动力设备排气口测量时，应避开风口和气流。测量时，还力设备排气口测量时，应避开风口和气流。测量时，还应注意反射所造成的影响，应尽可能地减少或排除噪声应注意反射所造成的影响，应尽可能地减少或排除噪声源周围的障碍物，在不能排除时要注意选择点的位置。源周围的障碍物，在不能排除时要注意选择点的位置。排除噪声测量中的干扰排除噪声测量中的干扰 工程测试技术
