第12章-噪声测量-《热能与动力工程测试技术(第3版)》教学课件.pptx

1、12.1 噪声测量的基本声学概念12.2 声级计算12.3 噪声的评定12.4 噪声测量技术12.5 噪声测量仪器热能与动力工程测试技术第3版第12章 噪声测量声音：人的听觉器官对空气压力波的主观感觉。噪声（客观）：无规律组合的不同频率和不同强度的声音。噪声（主观）：一切对人的工作和生活有影响的的声音。第12章 噪声测量内燃机噪声分类内燃机噪声分类空气动力性噪声：由于气体的非稳定过程而产生的噪声，如进、排气噪声、风扇噪声等；机械性噪声：由于固体振动而产生的噪声，如摩擦、敲击等引起的噪声；电磁性噪声：由于电磁振动(电磁力引起内部零件结构振动)而产生的噪声，如发电机、变压器等产生的噪声；燃烧噪声：

2、气体力引起内部零件结构振动，并向外辐射的噪声。第12章 噪声测量声学声学 (Acoustics)(Acoustics)：研究声波的产生、传播、接收和效应的科学,关于声音的学问声学的研究方法和物理其他分支有共同之处声信息：声信息：未见其人，先闻其声 几乎所有的物体可以用声波探测 语音是人与人之间交流最有效的手段 声信号是诊断机械运行状态的有效手段12.1噪声测量的基本声学概念第12章 噪声测量1.1.声场：声波传播的空间声场：声波传播的空间（1）自由声场（边界完全吸收声波）：允许声波在任何方向作无反射自由传播的空间。（2）半自由声场：声波除仅以地面作为反射面，在其他方向作无反射自由传播的空间。（

3、3）混响声场（边界完全反射声波）：允许声波在任何方向作无吸收传播的空间。（4）半混响声场：边界既不完全反射声波、又不完全吸收声波的空间。12.1噪声测量的基本声学概念第12章 噪声测量020lg20)lg(10ppppLp12.1噪声测量的基本声学概念第12章 噪声测量3.3.声能、声功率、声能流密度和声强声能、声功率、声能流密度和声强 声能：声源的振动能量在介质中传播过程中，振动的动能和形变的位能之和 声能密度：单位体积的声能 声功率：单位时间内声源传播的总声能，或声源在单位时间内辐射的总能量。声能流密度（瞬时声强）：单位时间内通过与能量传播方向垂直的单位面积上的声能，等于相应质点振动速度和

4、声压的乘积：wpu 声强：声能流密度在一个周期T内的时间平均值。TwdtTI0112.1噪声测量的基本声学概念第12章 噪声测量相关声源的声功率：相关声源的声功率：人正常讲话：50 W 100万人同时讲话50W,相当于一个灯泡。训练有素的歌手：5000-10000 W。汽车喇叭:0.1 W,喷气飞机:10kW。12.1噪声测量的基本声学概念第12章 噪声测量9声压变化:10-5Pa102 Pa范围太大，用声压度量声的大小不方便！人耳的感觉特征,即“响度感觉”不正比于强度，而是强度的对数。声级声级的评估的评估12.1噪声测量的基本声学概念第12章 噪声测量声压级与声功率级的关系声压级与声功率级的

5、关系：功率级不能直接测得，可在一定条件下利用声压级进行换算点声源的声功率级与声压级的关系声场类型适用环境关系式备注自由声场全消声室r-离声源的距离(m)t-混响时间(s)t0=1sV-室容积(m3)V0=1(m3)S-室表面积(m2)-声波长(m)p0-大气压(Pa)半自由声场半消声室、大房间户外混响声场全反射室00010lg10lg10lg(1)10lg14810wptVLLtVpSV 声压级的值与声源测点间的距离及测量环境有关，而声功率级与测点无关，故对于固定式机械设备ISO推荐以声功率级作为噪声的评价量。12.1噪声测量的基本声学概念第12章 噪声测量5.5.噪声的频谱噪声的频谱（1）频

6、程为分析噪声的频率特性和确定噪声源，还需测量噪声强度在频域的分布规律。将声频范围划分为若干个区段，称为频程或频带。频程（频率区段）的划分方法1倍频程（10个频程）：频带的上下限频率之比为2:1；中心频率31.563125250500100020004000800016000频率范围2245459090180180355355710710140014002800280056005600112001120012.1噪声测量的基本声学概念第12章 噪声测量1/3倍频程（10个频程）：对1倍频程三等分；中心频率506380100125160200250310400频率范围455656717190901

7、1211214014018018022422428028035535545012.1噪声测量的基本声学概念第12章 噪声测量12.1噪声测量的基本声学概念第12章 噪声测量（3）频谱图 以选用的频程中心频率为横坐标，以相应的频程声压级（或声功率级）为纵坐标，所绘制的曲线图。是分析噪声来源及频率特性的基本工具。从右图中可见，在整机噪声中，中、低频部分以柴油机噪声为主，而高频部分则以废气涡轮增压器的噪声为主。图12-2 增压柴油机噪声频谱图1-带增压器的柴油机整机噪声频谱 2-增压器的噪声估算频谱 3-不带增压器时的柴油机噪声频谱12.1噪声测量的基本声学概念第12章 噪声测量0210lg10lg

8、10WWWWWWLntWt202022010222210lg10lg20lg20ppppppppppppLnntpt12.2 声级计算声级计算第12章 噪声测量piLipp1.02010niLptpiL11.010lg1012.2 声级计算声级计算第12章 噪声测量（4）声压级的分解 设有如下关系式 经代数运算，可得：pdpbLLptL1.01.01010lg10pbptLLpdL1.01.01010lg1012.2 声级计算声级计算第12章 噪声测量miLpmpimL11.0101lg1012.2 声级计算声级计算第12章 噪声测量声级平均值测量 12.2 声级计算声级计算第12章 噪声测量

9、1 1响度级（考虑人的听觉特性的主观评价值）响度级（考虑人的听觉特性的主观评价值）人的听觉特性：声压级相同但频率不同的两个声源，人的主观感觉是不同的，一般对高频敏感，低频迟钝。考虑到人的上述听觉特性后，响度级定义如下：选取1000Hz的纯音为基准声，如果所测声音听起来与某一声压级的基准声一样响，则该基准声的声压级dB值就是所测声音的响度级，单位为phon（方）。例如，响度级为40 phon声音，是指该声音听起来与声压级为40dB、频率为1000 Hz的纯音一样响。12.3 噪声评定值噪声评定值第12章 噪声测量 等响度曲线：以声音频率为横坐标，声压级为纵坐标，频率与声压级不同，但响度级相同的曲

10、线。描述了各频率下，客观的声压级与主观的响度级之间的关系，可由声音的频率和声压级，查图得到相应的响度级。例如：声压级为60 dB、频率为100 Hz的声音，查图得到相应的响度级为50phon。12.3 噪声评定值噪声评定值第12章 噪声测量等响度曲线2 2计权声级计权声级任一等响度曲线，对各频率f显然有如下关系：响度级(f)=声压级(f)+修正值(f)当噪声不是单一频率，需用计权声级。当噪声不是单一频率，需用计权声级。计权声级：计权声级：将噪声的各频率成分按某等响度曲线进行衰减后，测得的噪声值。常用有A、B、C三种计权声级，单位为dB。A A计权声级：计权声级：将噪声的各频率成分按40phon

11、等响度曲线进行衰减后，测得的噪声值。特点是主要衰减低频段声音，对中频段也有一定衰减。12.3 噪声评定值噪声评定值第12章 噪声测量B B计权声级：计权声级：将噪声的各频率成分按70phon等响度曲线进行衰减后，测得的噪声值。特点是仅对低频段声音有一定的衰减。C C计权声级：计权声级：将噪声的各频率成分按100phon等响度曲线进行衰减后，测得的噪声值。特点是对整个可听频率范围内的声音基本上无衰减。在上述三种计权声级中，A声级能够最好地反映人耳的听觉特性，是目前最常用的噪声表示值。12.3 噪声评定值噪声评定值第12章 噪声测量A、B、C网络的衰减曲线12.3 噪声评定值噪声评定值第12章 噪

12、声测量12.3 噪声评定值噪声评定值第12章 噪声测量niLeqinL11.0101lg10ISO3741ISO374137483748：声功率测量必须在消声室、半消声室或满足要求的混响室内进行，用传声器在不同的位置测量声压，用规定的公式进行声功率换算：GB/T6881-6882GB/T6881-6882：噪声测量方法及适用的测试环境、声源体积和测量结果。无法在专用测试室进行测试的，可以用声强法进行现场测量：分布测点法和扫描法。12.4 噪声测量技术噪声测量技术第12章 噪声测量1.1.声压测量声压测量噪声测量中通常利用声-电效应进行声压测定。感应声压变化并实现电信号转换的元件称为传声器。（1

13、）动圈式传声器 12.4 噪声测量技术噪声测量技术第12章 噪声测量这种传声器精度较低，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。磁铁磁铁阻尼罩壳体振膜线圈在声压的作用下，振膜和线圈移动并切割磁力线，产生感应电动势。同线圈移动速度成正比。（2）压电式传声器 12.4 噪声测量技术噪声测量技术第12章 噪声测量压电式传声器膜片较厚，其固有频率较低，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。壳体绝缘材料输出后板双压电晶体弯曲梁金属膜片静压力平衡管膜片受到声压作用而变位时双压电元件产生变形，在压电元件梁端面出现电荷（3）电容式传声器 1

14、2.4 噪声测量技术噪声测量技术第12章 噪声测量振膜厚度在 0.002 50.05 mm 之间，它在声压的作用下发生变形位移，起着可变电容器动片的作用可变电容器的定片是背级,其上的阻尼孔抑制振膜的共振振幅e et tR Re et t毛细孔内腔背级振膜阻尼孔绝缘体精密测量中最常用的一种传感器，其稳定性、可靠性、振性，以及频率特性均较好。12.4 噪声测量技术噪声测量技术第12章 噪声测量dxA B0pu=-xt01()()p tu tdtx BA01u(t)=-p(t)-p(t)dt d ABp t=pt+pt/2 01()()()()()()()2xABABItp tu tptptptpt

15、 dtd12.4 噪声测量技术噪声测量技术第12章 噪声测量p-u法声强测量原理1超声波发射器 2超声波接受器 3传声器22dd2u=-=dc-uc+uc-u22d=uc3.3.声功率测量声功率测量通过测量声压或声强可以确定声源的声功率。声压法对测试环境有相应的要求，而声强法在理论上不受环境噪声的影响，具有更好的现场适应性。但测量过程和结果需结合具体情况进行处理和修正。12.4 噪声测量技术噪声测量技术第12章 噪声测量（1 1）测量表面和测点布置）测量表面和测点布置 声压法测量声功率：声强法测量声功率12.4 噪声测量技术噪声测量技术第12章 噪声测量12.4 噪声测量技术噪声测量技术第12

16、章 噪声测量101.01.01010lg10ppiLLpiL10kLLpipi总噪声声压级与背景噪声声压级的差值10修正值K1工程法测量无效1.01.01.00.50.50简测法测量无效3221.01.01.00.50.5012.4 噪声测量技术噪声测量技术第12章 噪声测量p in0.1Lp mi=11L=10lg10n12.4 噪声测量技术噪声测量技术第12章 噪声测量032lg10)(SSkkLLpmw12.4 噪声测量技术噪声测量技术第12章 噪声测量)/41lg(102SAktVA16.0iiiSA1100273293lg103pTk12.4 噪声测量技术噪声测量技术第12章 噪声测

17、量ww0p mp0 mL=L+L-L12.4 噪声测量技术噪声测量技术第12章 噪声测量Ii0.1Li0I=I 10iiiW=I SNiwi=100WWL=10lg=10lgWW1.1.声级计声级计作用：（1）测量噪声级（线性声级，A、B、C三种计权声级）；（2）输出噪声对应的模拟电信号，以便进行记录、采样和信号处理。组成：传声器、放大器、衰减（增益）器、计权网络、指示表头、（滤波器）。12.5 噪声测量仪器噪声测量仪器第12章 噪声测量传声器放大器 放大传声器的输出信号。衰减（增益）器 控制指示表头的显示量程，每档衰减10dB。计权网络 将噪声的各频率成分按一定特性用模拟电路进行衰减。指示表

18、头 与衰减器配合读出噪声级。滤波器 按一定频程（一般为1倍频程）对噪声进行滤波。12.5 噪声测量仪器噪声测量仪器第12章 噪声测量精密声级计外形图1电容传声器 2衰减器 3放大器输出 4指示表头5滤波器旋钮 6计权网络旋钮 7外接滤波器2.2.声强测量仪声强测量仪组成：声强探头、信号数字化仪、声强分析模块、12.5 噪声测量仪器噪声测量仪器第12章 噪声测量前置放大器前置放大器并行接口电路程控放大器程控抗混滤波器A/D程控放大器程控抗混滤波器A/D计算机数据采集与处理系统MIC AMIC B声强测量仪的系统组成框图3.3.频率分析仪频率分析仪 频率分析仪是用来分析噪声频谱的仪器，主要由带通滤

19、波器和放大器组成，其工作方式是先利用一组带通滤波器将被测噪声中所含的不同频率分量逐一分离，再经内部放大器放大后进行测量。测量结果可从指示表头读出，也可外接信号记录仪直接获取频谱图。12.5 噪声测量仪器噪声测量仪器第12章 噪声测量频率分析仪中的滤波器有1倍频程或1/3倍频程的带通滤波器和恒定窄带宽带通滤波器。减窄频带，就可以更详细地测定噪声的频率分布，有利于观察频谱的峰值4.4.麦克风阵列声音定位系统麦克风阵列声音定位系统 声音照相声音照相机机 麦克风阵列（Microphone Array）也称为传声器阵列。多个传声器按照一定的规律排布，即可形成麦克风阵列。阵列可以是一维阵、二维平面阵、也可

20、以是球状等三维阵。声成像方法可分为常规声成像、扫描声成像和声全息。12.5 噪声测量仪器噪声测量仪器第12章 噪声测量麦克风阵列示意图（1 1）常规声成像）常规声成像用声源均匀照射物体，物体的散射声信号或透射声信号，经声透镜聚焦在像平面上形成物体的声像，它实质上是与物体声学特性相应的声强分布。用适当的暂时性或永久性记录介质，将此声强分布转换成光学分布，或先转换成电信号分布，再转换为荧光屏上的亮度分布。如此即可获得人眼能观察到的可见图像。12.5 噪声测量仪器噪声测量仪器第12章 噪声测量（2 2）扫描声成像）扫描声成像通过扫描，用声波从不同位置照射物体，随后接收含有物体信息的声信号。经过相应的

21、处理，获得物体声像，并在荧光屏上显示成可见图像。可分为：B型声像、C型声像、多普勒成像、计算机超声断层成像、合成孔径成像、三维图像显示。12.5 噪声测量仪器噪声测量仪器第12章 噪声测量一个通用简单B型扫描系统框图（3 3）声全息）声全息1）激光重现声全息：用一声源照射物体，物体的散射信号被换能器阵列接收并转换成电信号，再加上模拟从某个方向入射声波的电参考信号，于是在荧光屏上形成全息图并拍照。然后，用激光照射全息图，即可获得重现像。2）计算机重现声全息：用上述方法记录换能器阵列各单元接收信号的幅度和相位，用计算机进行空间傅里叶变换，即可重现物体声像。12.5 噪声测量仪器噪声测量仪器第12章

22、 噪声测量汽车车身声成像测量结果第12章 噪声测量热能与动力工程测试技术第3版思考题思考题1.简述下列物理量的定义并分辨相互间的关系：声压、声压级、声强、声强级、声功率、声功率级、响度、响度级、计权声级（A声级，B声级，C声级）等。2.在噪声测量中，声功率级不是直接检测量，而是通过测量声压级或声强级换算而来，请问：（1）声压法和声强法测量各有什么特点？（2）为什么总是用声功率级作为固定式机械设备噪声的评价值，而不是声压级？3.什么是频程？1倍频程和1/3倍频程有什么区别？4.车间内有三台压气机，单台压气机的噪声级为90dB（A），求三台压气机同时工作时的噪声级。5.将一台柴油机放置在广场上进行噪声测量，在其中心位置半径1m的半球内测量8个点，声压级分别为80、81、83、80、81、83、82、81dB（A），求该柴油机的平均声压级和声功率级；当测量球面半径变为2m时，平均声压级的测量值将变成多少？