1、学习目标,1.了解评价噪声的主要技术参数 ；2. 了解常用的噪声测量及分析仪器，重点掌握声级计的原理及使用方法；3. 了解常用的噪声测量方法。难点：噪声评价的主观因素，包括频率集权网络、等效连续声级等。,13.1.1 声音和噪声,1.声音,声音是声波以纵波形式在介质中的传播。当产生振动的振源频率在2020000Hz(赫兹)之间时，人耳可以感觉，称为可听声，简称声音。振源频率低于20Hz或高于20000Hz时，人无法听到。低于20Hz的波动称为次声波，高于20000Hz的波动称为超声波。,声波在一秒时间内传播的距离叫声速，记作c，单位为m/s。声速与介质密度、温度、形状等因素有关。声源在一秒钟内
2、振动的次数叫频率，记作f，单位为Hz。沿声波传播方向，振动一个周期所传播的距离，或在波形上相位相同的相邻两点间的距离称为波长，用表示，单位为m。频率、波长和声速三者的关系：c = f ,13.1 概述,13.1.1 声音和噪声,2.噪声,人们生活和工作所不需要、引起反感的、刺耳的声音统称为噪声。从物理现象判断，一切无规律的或随机的声信号叫噪声。噪声是相对和谐悦耳、旋律优美的音乐声而言的。,3. 噪声的来源,环境噪声的来源有四种：一是交通噪声，二是工厂噪声，三是建筑施工噪声，四是社会生活噪声。,1对听力的影响在高噪声环境下长期工作可能造成耳聋。90dB(A)-20%的人可能耳聋 85dB(A)-
3、10%的人可能耳聋 低于80dB(A)才能保证长期工作而不造成耳聋。2对人的精神和身体的影响如失眠、注意力不集中、破坏色觉等。 3对工作的影响降低工作效率计算、书写易出错。 4对建筑物的影响大的低频噪声可能造成建筑物薄壁件的损坏。,4. 噪声的危害,13.1.2 噪声的物理量度,在进行噪声测量时，常用声压级、声强级和声功率级表示其强弱，用频率或频谱表示其成分，也可以用人的主观感觉进行量度，如响度级等。,霍尔效应与霍尔元件,1,声强和声强级,2,声功率和声功率级,3,4,声压和声压级,多声源噪声级合成,6,1 . 声压与声压级,声压: 指某点上各瞬间的压力与大气压力之差值，单位为 Pa（帕）。,
4、听阈声压: 指正常人刚能听到的 1000 Hz 声音的声压为 2 10-5 Pa，并规定为基准参考声压，记为 p0 。,声压级: 是一个相对比较的量。相对于声压 p 的声压级 L p 定义为,dB,p0 为基准参考声压,7,2 .声强与声强级,声强: 在传播方向上单位时间内通过单位面积的声能量，以 I 表示，单位为W/m2 。,声强级 LI: 声强与参考声强 I0 (取 I0= 10-12 W/m2 ）的比值常用对数的 10 倍来表示，称为声强级 LI （单位为dB），定义为,dB,对于球形声源,传播过程中没受到任何阻碍，也不存在能量损失,当声压Pa为常数时，两个任意距离r1和r2处的声强为I
5、1和I2，则有：,声强随着声源的距离的平方而减小,W,8,3. 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=10-12 W)的比值常用对数的10倍来表示，声功率级LW（单位为dB）,9,表 13.1 通用语言与若干乐器输出功率值的近似值,下表是一些具有实际价值的声源输出功率的峰值，可作为实测的参考。,10,Wi 表示第 i 个声源的声功率。,第 i 个声源的声强,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,W = W1+ W2 + W3 + Wi + Wn I = I1+ I2
6、+ I3 + Ii + In,总声功率级:,总声强级:,4.多声源的噪声级合成,11,从声压及声压级出发，当两个以上的噪声同时存在时，,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），且互不相干，则,合成噪声的总声压 p 为,由此得:,12,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为,当有两个不同噪声级 L1 和 L2的声源同时作用，且 L1 LA 时，表明噪声的中频成分较突出；,当 LC LB LA时，表明噪声是低频特性。,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级,25,3. 等效连续声级与噪声评价标准,如果
7、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。,我国工业企业噪声检测规范（草案）规定：稳定噪声，测量 A 声级；不稳定噪声，测量等效连续声级，或测量不同 A 声级下的暴露时间,等效连续声级可表示为,瞬时声强,某段统计时间总和,基准声强,某一间歇时间内的 A 声级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级,26,以每个工作日 8 h 为基础，低于 78 dB 的不予考虑，则一天的等效声级可按下式 近似计算：,第 n 段声级Ln 一个工作日的总暴露时间，min,n 的取值见表 13.4
8、,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级,27,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 Ln 一周的总暴露时间，,n 的取值见表 13.4,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级,28,表 13.4 中心声级与暴露时间,例：测量某车间的噪声，有 4 h 中心声级为 90 dB(A)，有3 h 中心声级为 100 dB(A)，有 1 h 中心声级为 110 dB(A)，试计算一天内的等效连续声级。,解：将测量的数据带入，则车间等效声级为,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式第二级
9、第三级第四级第五级,29,图 13.5 噪声评价曲线,若噪声的倍频程声压级没有超过该容许评价数所对应的评价曲线，则认为符合标准的规定。,国际标准化组织(ISO) 1971 年提出采用噪声评价曲线，以确定噪声评价标准，图中每一条曲线均以一定的噪声评价数 NR来表征。,根据容许标准规定的声级 LA 来确定容许的噪声评价数为 NR。换算关系为 NR= LA -5 dB,0,10,20,30,40,50,60,70,80,90,100,110,120,31.5,63,120,250,500,2 000,5 000,1 000,4 000,R,5,10,15,20,25,30,35,40,45,50,5
10、5,60,65,70,75,80,85,90,95,100,105,110,115,倍频程声压级的中心频率/Hz,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级,30,13.3 噪声测量仪器 (Measure Instruments of Noise),噪声的测量主要是声压级、声功率及其噪声频谱的测量。,一套声压级测量仪器包括传声器、声级计、频率分析仪、校准器等。,声功率级是在特定的条件下由测量的声压级计算出来的。可以利用声级计和滤波器进行简易的噪声频率分析，还可以将声级计的输出接信号分析仪进行精密的频率分析。,1. 传声器,传声器是将声波信号转换为相应的电信号的传
11、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器振动变成电参数的变化。,常用传声器有:电容式；动圈式；压电式;永电体式。,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级,31,(1 ) 电容式传声器,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。,电容式传感器幅频特性平直部分的频率范围约为 10 Hz20 kHz。,永电体式传声器（又称驻极体式），工作原理与电容式传声器相似，其特点是尺寸小、价格便宜，可用于高湿度的测量环境，也可用于精密测量。,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四
12、级第五级,32,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,张紧的膜片与其靠得很近的后极板组成一电容器。在声压的作用下膜片产生与声波信号相对应的振动，使膜片与不动的后极板之间的极距改变，导致该电容器电容量的相应变化。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。,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级,34,(2) 动圈式传声器,这种传声器精度较低，灵敏度也较低，体
13、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。,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。,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级,35,(3) 压电式传声器,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。,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,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级,36,2.声级计,声级计是噪声测量中测量声压的主要仪器。它是用一定频率和时间计权来测量噪
14、声的一套仪器。,声级计的工作原理 声级计主要由传声器、输入级、放大器、衰减器、计权网络，检波电路和电源等部分组成。 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 。,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级,37,图13.9 声级计方框图,传声器,衰减器,放大器,放大器,衰减器,均方根值检波器,指示表头,计权网络,声压,外接记录仪,ABCL,ABCL,外接滤波器,声级计的工作原理,单击此处
15、编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级,38,3.声级计的校准,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。,这是一种更为简单而便宜的校准方法。用一个精确标定过的扬声器在一个声耦合腔中产生 1 000 Hz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。,(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（几赫兹到几十赫兹）。,(2)扬声器校准法,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式第二级
16、第三级第四级第五级,39,(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，声学测量实验室普遍采用。互易校准法既可测定传声器的压力响应，也可测定其自由场响应。,(4)静电激励校准法,该方法适用于较高频率的扬声器校准。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。,(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的声级计。校准时，将两个声级计分别测量同一声压，从两声级计测量结果的差别可以确定待校声级计的频率响应。,LD824声级计,CAL250校准器,标定信号,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第
17、四级第五级,41,13.4 噪声测量及其应用(Noise Measure and Practical Use),1 . 噪声测量应注意的问题,(1)测量部位的选取,根据我国噪声测量规范，一般测点选在距机械表面 1.5 m，并离地面 1.5 m 的位置。作为一般噪声源，测点应在所测机械规定表面的四周分布，且不少于 4 点。,(2)测量时间的选取,当测量城市街道达到环境噪声时，白天的理想测定时间为 16 h，即从早上 6 点至晚上10点。测夜间的噪声，取 8 h 为宜，即从晚上 10 点至第二天早上 6 点。,(3)本底噪声的修正,指被测定的噪声源停止发生时周围环境的噪声。,(4)干扰的排除,干扰
18、有气流、仪器使用电压、障碍物反射等。,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级,42,2. 声功率的测量和计算,(1)自由场法,把机器放在室外空旷无噪声干扰的地方或消声室内，即自由场中。,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，用以下公式即可以求得声功率级 LW :,测试球面或半圆柱面的面积(m2),n 个测点的平均声压级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级,43,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，声功率级 LW :,如果机械放在室外坚硬的土地上，周围无反射，这时透
19、声面积为 2r2 ，则声功率级 LW :,相应地，距离中心为 r 1 和 r 2两点的声压级满足下列关系：,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级,44,(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。,采用一个已知声功率级 Lp 的参考声源与被测噪声源相比较来测定机器的功率。,在相同的条件下，噪声源的声功率级 Lw 可用下式来表示：,以机器为中心，半径为 r 的半球面上测出的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,参考声源的放置可以选用下述方法替代法 把待测的噪
20、声源移开，将参考声源置入原噪声源位置，测点相同。并排法 若待测的噪声源不便移开，可将参考噪声源置于待测量的噪声源上部或旁边，测点相同。比较法 若用并排法测量误差大，可用比较法，即将参考噪声源放在现场的另一点，使周围反射的情况与待测量的噪声源的周围反射情况相似，然后用(9.32)式计算出待测噪声的功率级。,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级,46,3. 噪声诊断的应用,噪声的测试与诊断在机械工程、航空航天、国防爆破、城市建设、房屋建筑、环境保护等方面都有很大的应用价值，随着工业技术的发展，越来越占有更重要的地位。,现以发动机噪声的确定，简单说明其应用情况。
21、,在研究柴油发动机的作用力和所发出噪声之间的关系时，考虑柴油机气缸内形成的两种极端情况： 1）突然的压力升高； 2）平稳的压力升高。,对于各种各样的发动机部件，从不同的噪声频谱可以判别气缸内的压力变化是否正常，其作用力和噪声之间的关系示于图 13.10，图中 v 表示发动机的速度。,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级,47,f /Hz,dB,IV33,噪 声,作用力的频谱,作用力形式,柴油发动机,f/Hz,dB,IV35,汽油发动机,10 100 1 000,10 100 1 000,90500,30 dB,下降斜率,30 dB 斜率,50 dB 斜率,50 dB 斜率,5 10 20 40 lg v,5 10 20 40 lg v,图 13.10 作用力、频谱和噪声之间的关系,作 业,1.常用的噪声测量仪器有哪些？各有何特点？2 在所考察的声源发生时，测得某点的声压级为93dB;而所考察的声源不发声时,测得该点得声压级为86dB.求声源在该点产生的声压级值.,
