《機械工程測試技術(shù)》配套PPT課件

《機械工程測試技術(shù)》配套PPT課件,機械工程測試技術(shù),機械工程,測試,技術(shù),配套,PPT,課件 東北大學(xué)機械工程與自動化學(xué)院（東北大學(xué)機械工程與自動化學(xué)院（2012）Page 2學(xué)習(xí)導(dǎo)航學(xué)習(xí)導(dǎo)航11.1 聲音的特征聲音的特征(Noise Characters)11.2基本聲學(xué)參數(shù)基本聲學(xué)參數(shù)(Principal Parameters of Noise)11.3 噪聲的頻譜分析噪聲的頻譜分析(NoiseSpectrum Analysis)11.4 噪聲的主觀量與評價噪聲的主觀量與評價（Subjective Parameters and Evaluation of)11.5 噪聲測量儀器噪聲測量儀器(Measure Instruments of Noise)11.6噪聲測量技術(shù)噪聲測量技術(shù)(Noise Measurement Technology)11.7機床噪聲測量機床噪聲測量 實例實例(Noise Measurement Practical Use of Lath)Page 3聲音聲音是以是以縱波縱波形式在介質(zhì)中傳播的聲波。聲源的振動形式在介質(zhì)中傳播的聲波。聲源的振動形成了聲壓，噪聲測量就是將聲壓信號變換為相應(yīng)的形成了聲壓，噪聲測量就是將聲壓信號變換為相應(yīng)的電信號。電信號。聲音的分類：聲音的分類：聲波聲波 ：20202000020000HzHz，人耳可以聽到。人耳可以聽到。次聲波次聲波 ：低于低于2020HzHz。超聲波超聲波 ：高于高于2000020000HzHz。噪聲，不規(guī)范的、間歇的或隨機聲振源產(chǎn)生的聲音。噪聲，不規(guī)范的、間歇的或隨機聲振源產(chǎn)生的聲音。Page 4當(dāng)當(dāng)聲波聲波（sound wavesound wave）在空氣中傳播時，空氣質(zhì)點被迫在原位）在空氣中傳播時，空氣質(zhì)點被迫在原位置上沿傳播方向作振動，空氣密度因此發(fā)生周期性疏密變化，置上沿傳播方向作振動，空氣密度因此發(fā)生周期性疏密變化，空氣壓強也隨之增高和降低。因此，聲波是一種疊加在大氣壓空氣壓強也隨之增高和降低。因此，聲波是一種疊加在大氣壓力上的壓力波，聲壓是大氣壓力的一種附加變化量。力上的壓力波，聲壓是大氣壓力的一種附加變化量。聲波的頻率、周期聲波的頻率、周期T T、波長和聲速、波長和聲速c c的關(guān)系是：的關(guān)系是：11.111.1聲音的基本特征聲音的基本特征11.111.1聲音的基本特征聲音的基本特征Page 5聲波傳播的區(qū)域稱為聲波傳播的區(qū)域稱為聲場聲場。當(dāng)傳播時不受到任何阻礙，無反射現(xiàn)象存在，這種聲場稱為當(dāng)傳播時不受到任何阻礙，無反射現(xiàn)象存在，這種聲場稱為自自由聲場。由聲場。當(dāng)傳播時只受到地面的反射，其它方面不受到任何阻礙，則這當(dāng)傳播時只受到地面的反射，其它方面不受到任何阻礙，則這種聲場稱為種聲場稱為半自由聲場半自由聲場。如果聲波在聲場中受到邊界面的多次反射，使得聲場中各點的如果聲波在聲場中受到邊界面的多次反射，使得聲場中各點的聲壓相同，這種聲場稱為聲壓相同，這種聲場稱為擴散聲場（也稱為混響聲場）擴散聲場（也稱為混響聲場）。11.111.1聲音的基本特征聲音的基本特征Page 611.2 11.2 基本聲學(xué)參數(shù)基本聲學(xué)參數(shù)11.2.111.2.1聲壓與聲壓級聲壓與聲壓級聲聲壓壓是是聲聲波波在在某某點點的的壓壓力力與與大大氣氣壓壓力力之之差差值值，單單位位為為帕帕(Pa)Pa)，1 1Pa=1N/mPa=1N/m2 2。在在空空氣氣中中，正正常常人人剛剛能能聽聽到到的的10001000HzHz聲聲音音的的聲聲壓壓為為210210-5-5PaPa，稱稱為為聽聽閾閾聲聲壓壓，并并規(guī)規(guī)定定為為基基準(zhǔn)準(zhǔn)聲聲壓壓，記記為為p p0 0。當(dāng)當(dāng)聲聲壓壓為為2020PaPa時時，能能使使人人耳耳開開始始產(chǎn)產(chǎn)生生疼疼痛痛，稱稱之之為為痛痛閾聲壓閾聲壓。聲壓級聲壓級是一個相對比較的無量綱量。相對于聲壓是一個相對比較的無量綱量。相對于聲壓P P的聲壓級的聲壓級定義為：定義為：(dB)0dB0dB并不表示沒有聲音，而是表示所考查的聲壓和基準(zhǔn)聲壓相等。并不表示沒有聲音，而是表示所考查的聲壓和基準(zhǔn)聲壓相等。11.2 11.2 基本聲學(xué)參數(shù)基本聲學(xué)參數(shù)Page 7圖圖 典型聲壓源的聲壓和聲壓級值典型聲壓源的聲壓和聲壓級值11.2 11.2 基本聲學(xué)參數(shù)基本聲學(xué)參數(shù)Page 811.2.2 11.2.2 聲強和聲功率聲強和聲功率聲聲強強是是在在傳傳播播方方向向上上，單單位位時時間間內(nèi)內(nèi)通通過過單單位位面面積積的的聲聲能能量量，記記為為I I，W/mW/m2 2。在自由場中，與聽閾聲壓相應(yīng)的聲強是在自由場中，與聽閾聲壓相應(yīng)的聲強是 ，并，并以此值作為基準(zhǔn)聲強，取聲強與基準(zhǔn)聲強比值常用對數(shù)的以此值作為基準(zhǔn)聲強，取聲強與基準(zhǔn)聲強比值常用對數(shù)的1010倍倍來表示，稱為來表示，稱為聲強級聲強級。11.2 11.2 基本聲學(xué)參數(shù)基本聲學(xué)參數(shù)Page 9對對于于一一個個球球形形聲聲源源，傳傳播播中中無無障障礙礙，無無能能量量損損失失，聲聲壓壓p pa a=常常數(shù)數(shù)，距聲源距聲源r r1 1和和r r2 2 處的聲強分別為處的聲強分別為I I1 1和和I I2 2 ，則有：則有：顯然，兩點聲強之比，等于它們與聲源距離平方之比的倒數(shù)。顯然，兩點聲強之比，等于它們與聲源距離平方之比的倒數(shù)。即：即：11.2 11.2 基本聲學(xué)參數(shù)基本聲學(xué)參數(shù)Page 102022/10/12022/10/10 011.2.311.2.3聲功率及聲功率級聲功率及聲功率級聲功率聲功率(W W):):聲源在單位時間內(nèi)發(fā)射出的總能量，單位為聲源在單位時間內(nèi)發(fā)射出的總能量，單位為W W;聲功率級聲功率級(L Lw w):):聲功率聲功率(W)(W)與參考基準(zhǔn)聲功率與參考基準(zhǔn)聲功率W W0 0(取取W W0 0=10=10-12 -12 W)W)的比值常用對數(shù)的的比值常用對數(shù)的1010倍來表示，聲功率級倍來表示，聲功率級L LW W（單位為（單位為dBdB）（dB）11.2 11.2 基本聲學(xué)參數(shù)基本聲學(xué)參數(shù)Page 11聲功率聲功率是聲源在單位時間內(nèi)發(fā)射的總能量，記為是聲源在單位時間內(nèi)發(fā)射的總能量，記為W W，W W。一般聲功率不能直接測量，要根據(jù)測量的聲壓級換算。一般聲功率不能直接測量，要根據(jù)測量的聲壓級換算。一些會話與樂器輸出聲功率的近似值聲源聲源 峰值功率峰值功率/W聲源聲源 峰值功率峰值功率/W男聲會話男聲會話 210-3女聲會話女聲會話 410-3單簧管單簧管 510-2低音提琴低音提琴 1610-2鋼琴鋼琴 2710-2管樂器管樂器 3110-23736in2 25.0低音鼓低音鼓75件樂器件樂器 70100的交響樂的交響樂11.2 11.2 基本聲學(xué)參數(shù)基本聲學(xué)參數(shù)Page 1211.2.411.2.4聲功率級、聲強級和聲壓級的合成聲功率級、聲強級和聲壓級的合成 I=I1I2 In W=W1W2 Wn在現(xiàn)場環(huán)境中，噪聲源往往不只一個。兩個以上相互獨立的聲源，在現(xiàn)場環(huán)境中，噪聲源往往不只一個。兩個以上相互獨立的聲源，同時發(fā)出來的聲功率和聲強可以代數(shù)相加，即同時發(fā)出來的聲功率和聲強可以代數(shù)相加，即若用級表示，則總聲功率級為：若用級表示，則總聲功率級為：總聲強級為：總聲強級為：11.2 11.2 基本聲學(xué)參數(shù)基本聲學(xué)參數(shù)Page 13如如果果從從n n個個聲聲源源發(fā)發(fā)出出的的噪噪聲聲(或或是是由由同同一一聲聲源源發(fā)發(fā)出出的的噪噪聲聲頻頻譜譜中中的的各各頻頻率率成成分分)相相互互獨獨立立，則則合合成成噪噪聲聲的的總總聲聲壓壓P P為：為：11.2 11.2 基本聲學(xué)參數(shù)基本聲學(xué)參數(shù)Page 14n n個個噪噪聲聲級級相相同同的的聲聲源源，在在離離聲聲源源距距離離相相同同的的一一點點所產(chǎn)生的總聲壓級：所產(chǎn)生的總聲壓級：11.2 11.2 基本聲學(xué)參數(shù)基本聲學(xué)參數(shù)Page 15當(dāng)當(dāng)兩兩個個噪噪聲聲級級L L1 1和和L L2 2同同時時作作用用，且且L L1 1 L L2 2時時，從從噪噪聲聲級級L L1 1到到總總噪噪聲聲級級L L的增加值：的增加值：如果兩個噪聲中的一個噪聲級超出另一個噪聲級的如果兩個噪聲中的一個噪聲級超出另一個噪聲級的6 68dB8dB，則，則較弱聲源的噪聲可以不計，因為此時總噪聲級附加值小于較弱聲源的噪聲可以不計，因為此時總噪聲級附加值小于1dB1dB。11.2 11.2 基本聲學(xué)參數(shù)基本聲學(xué)參數(shù)Page 16例例12-1 12-1 若某點同時作用三個聲壓級：若某點同時作用三個聲壓級：，求該點的總聲壓級。求該點的總聲壓級。解：先合成解：先合成8080和和85dB85dB兩聲壓級。兩者級差兩聲壓級。兩者級差 查表查表 噪聲合成時聲級的增加值噪聲合成時聲級的增加值 兩者合成聲壓級兩者合成聲壓級 再合成再合成和和 查表查表 噪聲合成時聲級的增加值噪聲合成時聲級的增加值 總聲壓級為總聲壓級為 11.2 11.2 基本聲學(xué)參數(shù)基本聲學(xué)參數(shù)Page 1711.311.3噪聲的頻譜分析噪聲的頻譜分析聲源做簡諧振動所產(chǎn)生的聲波為簡諧波，其聲壓和時間關(guān)系為聲源做簡諧振動所產(chǎn)生的聲波為簡諧波，其聲壓和時間關(guān)系為一正弦曲線，這種只有單頻率的聲音稱為一正弦曲線，這種只有單頻率的聲音稱為純音純音，樂器可以發(fā)出，樂器可以發(fā)出純音。而由許多頻率純音所組成的聲音稱為純音。而由許多頻率純音所組成的聲音稱為復(fù)音復(fù)音，組成復(fù)音的，組成復(fù)音的強度與頻率的關(guān)系圖稱為強度與頻率的關(guān)系圖稱為聲頻譜聲頻譜（Sound SpectrumSound Spectrum），簡稱頻），簡稱頻譜。譜。離離散散譜譜，例例如如樂樂器器聲聲譜譜，其其中中除除了了頻頻率率最最低低、聲聲壓壓最最高高的的基基頻音外，還有與基頻成整數(shù)倍的較高頻率的頻音外，還有與基頻成整數(shù)倍的較高頻率的泛音泛音。11.311.3噪聲的頻譜分析噪聲的頻譜分析Page 18鑼聲、鼓風(fēng)機的聲音頻譜，既有連續(xù)的噪聲譜，又有線譜，二鑼聲、鼓風(fēng)機的聲音頻譜，既有連續(xù)的噪聲譜，又有線譜，二者混合，形成有調(diào)噪聲混合譜。分析有調(diào)噪聲時，應(yīng)特別注意者混合，形成有調(diào)噪聲混合譜。分析有調(diào)噪聲時，應(yīng)特別注意頻譜中較為突出的頻率成分。噪聲是由許多頻率不同的成分組頻譜中較為突出的頻率成分。噪聲是由許多頻率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，稱為條連續(xù)的曲線，稱為連續(xù)譜連續(xù)譜。對于寬廣連續(xù)的噪聲譜，很難對每個頻率成分進(jìn)行分析，而是對于寬廣連續(xù)的噪聲譜，很難對每個頻率成分進(jìn)行分析，而是按倍頻程和按倍頻程和1/31/3倍頻程等劃分頻帶。倍頻程等劃分頻帶。噪聲的頻譜分析是按一定寬度的頻帶來進(jìn)行的，即分析各個頻噪聲的頻譜分析是按一定寬度的頻帶來進(jìn)行的，即分析各個頻帶對應(yīng)的聲壓級。帶對應(yīng)的聲壓級。此時的頻譜是不同的倍頻帶與倍頻帶級即聲級的關(guān)系。此時的頻譜是不同的倍頻帶與倍頻帶級即聲級的關(guān)系。11.311.3噪聲的頻譜分析噪聲的頻譜分析Page 19噪聲按頻段的分類：低頻，噪聲按頻段的分類：低頻，350Hz以下以下；中頻，中頻，3501000 Hz；高頻，高頻，1000Hz以上以上 機機械械噪噪聲聲測測量量和和分分析析項項目目中中最最主主要要的的是是噪噪聲聲頻頻譜譜，噪噪聲聲頻頻譜譜表表示示一一定定頻頻帶帶范范圍圍內(nèi)內(nèi)聲聲壓壓級級的的分分布布情情況況，頻頻譜譜中中各各峰峰值值所所對對應(yīng)應(yīng)的的頻頻率率（帶帶）就就是是某某種種聲聲源源產(chǎn)產(chǎn)生生的的，找找到到了了主要峰值聲源主要峰值聲源，就為噪聲控制提供了依據(jù)。，就為噪聲控制提供了依據(jù)。11.311.3噪聲的頻譜分析噪聲的頻譜分析Page 2011.4 11.4 噪聲的主觀量與評價噪聲的主觀量與評價可可聽聽聲聲對對人人產(chǎn)產(chǎn)生生的的總總效效果果除除了了聲聲壓壓、聲聲頻頻率率之之外外，還還有有聲聲音音持持續(xù)續(xù)時時間間、聽聽音音人人的的主主觀觀情情況況等等。人人對對高高頻頻聲聲波敏感，對低頻聲波遲鈍。波敏感，對低頻聲波遲鈍。為為了了把把客客觀觀存存在在的的物物理理量量和和人人耳耳感感覺覺的的主主觀觀量量統(tǒng)統(tǒng)一一起起來，引入綜合聲音強度的指標(biāo)來，引入綜合聲音強度的指標(biāo)響度和響度級響度和響度級。11.4 11.4 噪聲的主觀量與評價噪聲的主觀量與評價Page 2111.4.111.4.1純音的等響曲線、響度及響度級純音的等響曲線、響度及響度級聽聽閾閾和和痛痛閾閾都都是是在在10001000HzHz純純音音條條件件下下定定義義的的量量。當(dāng)當(dāng)聲聲音音的頻率發(fā)生變化時，聽閾和痛閾的數(shù)值也隨著變化。的頻率發(fā)生變化時，聽閾和痛閾的數(shù)值也隨著變化。選選取取10001000HzHz純純音音作作為為基基準(zhǔn)準(zhǔn)音音，若若噪噪音音聽聽起起來來與與基基準(zhǔn)準(zhǔn)純純音音一一樣樣響響，則則噪噪聲聲的的響響度度級級就就等等于于這這個個純純音音的的聲聲壓壓級級（分分貝數(shù)），單位為方貝數(shù)），單位為方。11.4 11.4 噪聲的主觀量與評價噪聲的主觀量與評價Page 22等等響響曲曲線線表表達(dá)達(dá)典典型型聽聽者者認(rèn)認(rèn)為為響響度度級級相相同同的的純純音音與與聲壓級的關(guān)系。聲壓級的關(guān)系。聽聽閾閾線線為為零零方方響響度度線線；痛痛閾閾線線為為120120方響度線方響度線 等響曲線等響曲線 11.4 11.4 噪聲的主觀量與評價噪聲的主觀量與評價Page 23方方-宋關(guān)系宋關(guān)系響響度度1 1宋宋表表示示4040方方的的響響度度級級，即即 聲聲 壓壓 為為 4040dBdB、頻頻 率率 為為1000 1000 HzHz的的純純音音所所產(chǎn)產(chǎn)生生的的響響度。度。響響度度S S(宋宋)與與響響度度級級L LS S(方方)的關(guān)系的關(guān)系：響度可以迭加計算響度可以迭加計算 11.4 11.4 噪聲的主觀量與評價噪聲的主觀量與評價Page 24響度可以迭加計算。響度可以迭加計算。如如果果頻頻率率分分別別為為30003000HzHz和和20002000HzHz，聲聲壓壓級級均均為為7070dBdB的的兩兩純音合成，由等響曲線可知響度級均為純音合成，由等響曲線可知響度級均為7070方。方。相相應(yīng)應(yīng)的的響響度度為為8 8宋宋，總總響響度度為為1616宋宋，由由等等響響曲曲線線得得總總響響度度級為級為8080方，可見，方，可見，響度級不可以迭加響度級不可以迭加。11.4 11.4 噪聲的主觀量與評價噪聲的主觀量與評價Page 2511.4.211.4.2寬帶噪聲的響度寬帶噪聲的響度 測量噪聲的測量噪聲的頻帶聲壓級；頻帶聲壓級；從圖或表查各頻帶的從圖或表查各頻帶的響響度指數(shù)度指數(shù)；計算計算總響度總響度(宋宋)：最大響度最大響度指數(shù)指數(shù) 常數(shù)，與倍頻程常數(shù)，與倍頻程數(shù)有關(guān)數(shù)有關(guān)響度指數(shù)曲線響度指數(shù)曲線11.4 11.4 噪聲的主觀量與評價噪聲的主觀量與評價Page 2611.4.311.4.3聲級計聲級計(sound meter)(sound meter)的頻率計權(quán)網(wǎng)絡(luò)的頻率計權(quán)網(wǎng)絡(luò)從從等等響響度度曲曲線線出出發(fā)發(fā)，通通過過采采用用某某些些濾濾波波器器網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)，對對不不同同頻頻率率的的聲聲音音信信號號實實行行不不同同程程度度的的衰衰減減，使使儀儀器器近近似似地地表表達(dá)達(dá)人人對對聲聲音音的的感覺感覺，這種網(wǎng)絡(luò)稱為，這種網(wǎng)絡(luò)稱為頻率計權(quán)網(wǎng)絡(luò)頻率計權(quán)網(wǎng)絡(luò)。就就聲聲級級計計而而言言，設(shè)設(shè)立立了了A A、B B、C C三三種種計計權(quán)權(quán)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò) 。計權(quán)網(wǎng)絡(luò)的衰減曲線計權(quán)網(wǎng)絡(luò)的衰減曲線11.4 11.4 噪聲的主觀量與評價噪聲的主觀量與評價Page 27經(jīng)經(jīng)過過計計權(quán)權(quán)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)測測得得的的聲聲壓壓級級分分別別為為A A聲聲級級(L LA A)、B B聲聲級級(L LB B)和和C C聲聲級級(L LC C)，其其分分貝貝數(shù)數(shù)分分別別標(biāo)標(biāo)為為dB(A)dB(A)、dB(B)dB(B)、dB(CdB(C)。A A計計權(quán)權(quán)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)效效仿仿倍倍頻頻程程等等響響曲曲線線中中的的4040方方曲曲線線，模模擬擬人對高頻的敏感，對低頻的不敏感，應(yīng)用廣。人對高頻的敏感，對低頻的不敏感，應(yīng)用廣。B B計權(quán)網(wǎng)絡(luò)計權(quán)網(wǎng)絡(luò)效仿效仿7070方等響曲線，對低頻有衰減。方等響曲線，對低頻有衰減。C C計計權(quán)權(quán)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)效效仿仿100100方方等等響響曲曲線線，在在整整個個可可聽聽頻頻率率范范圍圍不衰減，反映總聲壓級。不衰減，反映總聲壓級。11.4 11.4 噪聲的主觀量與評價噪聲的主觀量與評價Page 2811.4.411.4.4等效連續(xù)聲級與噪聲評價標(biāo)準(zhǔn)等效連續(xù)聲級與噪聲評價標(biāo)準(zhǔn)等等效效連連續(xù)續(xù)聲聲級級用用等等效效連連續(xù)續(xù)聲聲級級作作為為評評定定間間斷斷的的、脈脈動動的的或或隨隨時時變化的不穩(wěn)定噪聲的大小。等效連續(xù)聲級可表示為：變化的不穩(wěn)定噪聲的大小。等效連續(xù)聲級可表示為：以每個工作日以每個工作日8 8小時為基礎(chǔ)，低于小時為基礎(chǔ)，低于78dB78dB的不予考慮，則一的不予考慮，則一天的等效聲級可按下式近似計算天的等效聲級可按下式近似計算 :式中式中 T TnRnR 第第n n段聲級段聲級L Ln n的總暴露時間，的總暴露時間，minmin；T T 某段統(tǒng)計時間，某段統(tǒng)計時間，minmin 。11.4 11.4 噪聲的主觀量與評價噪聲的主觀量與評價Page 29如果一周工作六天，每周的等效連續(xù)聲級可按下式近似計算：如果一周工作六天，每周的等效連續(xù)聲級可按下式近似計算：第第n n段聲級段聲級 一周的總暴露時間，一周的總暴露時間，minmin。11.4 11.4 噪聲的主觀量與評價噪聲的主觀量與評價Page 30例例 測測量量某某車車間間的的噪噪聲聲。中中心心聲聲級級有有4 4小小時時為為9090dB(AdB(A)，3 3小小時時為為100100dB(AdB(A)，1 1小小時時為為110110dB dB(A)(A)，試試計計算算一一天天的的等等效效連連續(xù)續(xù)聲聲級。級。解解 由由表表10.410.4，90,90,100,100,110 110 dB(AdB(A)對對應(yīng)應(yīng)的的段段數(shù)數(shù)分分別別為為3,3,5,75,7。于是，有：。于是，有：11.4 11.4 噪聲的主觀量與評價噪聲的主觀量與評價Page 31采用噪聲評價曲線確定噪聲容許標(biāo)準(zhǔn)采用噪聲評價曲線確定噪聲容許標(biāo)準(zhǔn)噪噪聲聲評評價價曲曲線線以以噪噪聲聲評評價價數(shù)數(shù)NRNR表征。表征。根根據(jù)據(jù)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)容容許許的的聲聲級級L LA A確確定定容許的容許的NRNR，換算關(guān)系為換算關(guān)系為NRNR=L LA A5dB5dB噪聲評價曲線11.4 11.4 噪聲的主觀量與評價噪聲的主觀量與評價Page 3211.5 11.5 噪聲測量儀器噪聲測量儀器噪聲的測量主要是聲壓級、聲功率級及其噪聲頻譜的測量。噪聲的測量主要是聲壓級、聲功率級及其噪聲頻譜的測量。聲壓級測量儀器包括傳聲器、聲級計、頻率分析儀、校準(zhǔn)器等聲壓級測量儀器包括傳聲器、聲級計、頻率分析儀、校準(zhǔn)器等。11.5.1 11.5.1 傳聲器傳聲器傳聲器傳聲器(microphone)(microphone)是將聲波信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號的傳感器，是將聲波信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號的傳感器，其原理是由聲造成的空氣壓力，推動傳聲器的振動膜振動，進(jìn)而其原理是由聲造成的空氣壓力，推動傳聲器的振動膜振動，進(jìn)而經(jīng)變換器將此機械振動變成電參數(shù)的變化。經(jīng)變換器將此機械振動變成電參數(shù)的變化。根據(jù)變換器的形式不同，常用傳聲器有電容式、動圈式、壓電式根據(jù)變換器的形式不同，常用傳聲器有電容式、動圈式、壓電式和永電體式。和永電體式。11.5 11.5 噪聲測量儀器噪聲測量儀器Page 331 1電容式傳聲器電容式傳聲器電容式傳聲器精密測量最常用的傳精密測量最常用的傳聲器。聲器。振膜和背極組成可變振膜和背極組成可變電容，極距在聲壓作電容，極距在聲壓作用下產(chǎn)生變化。用下產(chǎn)生變化。11.5 11.5 噪聲測量儀器噪聲測量儀器Page 34振振動動氣氣流流通通過過阻阻尼尼孔孔，起起抑抑制制共共振振振振幅幅的的作作用。用。毛毛細(xì)細(xì)孔孔平平衡衡振振膜膜兩兩側(cè)側(cè)靜靜壓壓力力，而而聲聲壓壓很很難難通通過過毛毛細(xì)細(xì)孔孔作作用用于于內(nèi)內(nèi)腔。腔。電容傳聲器的工作原理電容傳聲器的工作原理11.5 11.5 噪聲測量儀器噪聲測量儀器Page 352 2動圈傳聲器動圈傳聲器動圈式傳聲器一個輕質(zhì)振膜的中部有一一個輕質(zhì)振膜的中部有一個線圈，線圈放在永久磁個線圈，線圈放在永久磁場的氣隙中，在聲壓的作場的氣隙中，在聲壓的作用下，振膜和線圈移動并用下，振膜和線圈移動并切割磁力線，產(chǎn)生感應(yīng)電切割磁力線，產(chǎn)生感應(yīng)電勢，同線圈移動速度成正勢，同線圈移動速度成正比。比。這種揚聲器精度較低，靈這種揚聲器精度較低，靈敏度也較低，體積大，其敏度也較低，體積大，其突出特點是輸出阻抗小，突出特點是輸出阻抗小，所以接較長的電纜，也不所以接較長的電纜，也不降低其靈敏度。此外，溫降低其靈敏度。此外，溫度和濕度的變化對其靈敏度和濕度的變化對其靈敏度也無大的影響。度也無大的影響。11.5 11.5 噪聲測量儀器噪聲測量儀器Page 363 3壓電式傳聲器壓電式傳聲器壓電傳聲器壓電傳聲器金屬箔形膜片與雙壓金屬箔形膜片與雙壓電晶體彎曲梁相連，電晶體彎曲梁相連，膜片受到聲壓作用而膜片受到聲壓作用而變位時，雙壓電元件變位時，雙壓電元件則產(chǎn)生變形，在壓電則產(chǎn)生變形，在壓電元件梁端面出現(xiàn)電荷，元件梁端面出現(xiàn)電荷，通過變換電路便可以通過變換電路便可以輸出電信號。壓電式輸出電信號。壓電式傳聲器膜片較厚，其傳聲器膜片較厚，其固有頻率較底，靈敏固有頻率較底，靈敏度較高，頻響曲線平度較高，頻響曲線平坦，結(jié)構(gòu)簡單、價格坦，結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜，廣泛用于普通便宜，廣泛用于普通聲級計中。聲級計中。11.5 11.5 噪聲測量儀器噪聲測量儀器Page 3711.5.2 11.5.2 聲級計聲級計聲級計聲級計是用一定頻率和時間計權(quán)來測量聲壓級的儀器。是用一定頻率和時間計權(quán)來測量聲壓級的儀器。聲級計框圖11.5 11.5 噪聲測量儀器噪聲測量儀器Page 38可根據(jù)需要選擇計權(quán)網(wǎng)絡(luò)，以測定可根據(jù)需要選擇計權(quán)網(wǎng)絡(luò)，以測定聲壓級聲壓級和和A A，B B，C C三種聲級三種聲級。聲聲級級計計可可以以與與適適當(dāng)當(dāng)?shù)牡臑V濾波波器器、記記錄錄器器連連接接，以以便便對對聲聲波波做做進(jìn)進(jìn)一一步步分分析析。某某些些聲聲級級計計有有倍倍頻頻程程或或者者1/31/3倍倍頻頻程程濾濾波波器器，可可以以直直接接對噪聲進(jìn)行頻譜分析。對噪聲進(jìn)行頻譜分析。調(diào)調(diào)查查用用的的聲聲級級計計（三三級級）只只有有A A計計權(quán)權(quán)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)；普普通通聲聲級級計計（二二級級）具具有有A A，B B，C C計計權(quán)權(quán)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)；精精密密聲聲級級計計（一一級級）除除了了A A、B B、C C計計權(quán)權(quán)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)，還還有有外外接接濾濾波波器器插插口口，可可進(jìn)進(jìn)行行倍倍頻頻程程或或1/31/3倍倍頻頻程程濾濾波波分分析。析。11.5 11.5 噪聲測量儀器噪聲測量儀器Page 3911.5.3 11.5.3 聲級計的校準(zhǔn)聲級計的校準(zhǔn)常用的校準(zhǔn)方法常用的校準(zhǔn)方法 活塞發(fā)生器校準(zhǔn)法活塞發(fā)生器校準(zhǔn)法 揚聲器校準(zhǔn)法揚聲器校準(zhǔn)法 互易校準(zhǔn)法互易校準(zhǔn)法 靜電激勵校準(zhǔn)法靜電激勵校準(zhǔn)法 置換法置換法使用聲級計測量聲壓時，必須經(jīng)常校準(zhǔn)，以確保聲壓使用聲級計測量聲壓時，必須經(jīng)常校準(zhǔn)，以確保聲壓計讀數(shù)的精確度。某些行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，每次測量開計讀數(shù)的精確度。某些行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，每次測量開始和結(jié)束都必須進(jìn)行校準(zhǔn)，兩次差值不得大于始和結(jié)束都必須進(jìn)行校準(zhǔn)，兩次差值不得大于1dB1dB。11.5 11.5 噪聲測量儀器噪聲測量儀器Page 401 1 活塞發(fā)生器校準(zhǔn)法活塞發(fā)生器校準(zhǔn)法活塞發(fā)生器校準(zhǔn)法是一種現(xiàn)場活塞發(fā)生器校準(zhǔn)法是一種現(xiàn)場常用的精確、可靠且簡便的方常用的精確、可靠且簡便的方法，它主要適用于低頻校準(zhǔn)法，它主要適用于低頻校準(zhǔn)（幾（幾HzHz到幾十到幾十HzHz）。其原理是：）。其原理是：由電池供電的電動機通過凸輪由電池供電的電動機通過凸輪使兩個對稱的活塞作正弦移動，使兩個對稱的活塞作正弦移動，造成空腔中氣體體積的變化，造成空腔中氣體體積的變化，使腔內(nèi)產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的正弦變化的使腔內(nèi)產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的正弦變化的聲壓，被校的傳聲器置于空腔聲壓，被校的傳聲器置于空腔的一端。用活塞發(fā)生器可以標(biāo)的一端。用活塞發(fā)生器可以標(biāo)定精密的聲級計，在頻率定精密的聲級計，在頻率250Hz250Hz、聲壓級、聲壓級124dB124dB時，其準(zhǔn)時，其準(zhǔn)確度可達(dá)確度可達(dá)0.2dB0.2dB，也可應(yīng)用，也可應(yīng)用在低頻情況下標(biāo)定傳聲器。在低頻情況下標(biāo)定傳聲器。活塞發(fā)生器校準(zhǔn)法11.5 11.5 噪聲測量儀器噪聲測量儀器Page 412 2 揚聲器校準(zhǔn)法揚聲器校準(zhǔn)法用一個精確標(biāo)定過用一個精確標(biāo)定過的揚聲器，在一個的揚聲器，在一個聲耦合空腔中產(chǎn)生聲耦合空腔中產(chǎn)生1000Hz1000Hz的精確給定的精確給定聲壓級的聲壓，作聲壓級的聲壓，作為作用在傳聲器振為作用在傳聲器振膜上的標(biāo)準(zhǔn)信號。膜上的標(biāo)準(zhǔn)信號。揚聲器校準(zhǔn)法的原理示意圖揚聲器校準(zhǔn)法的原理示意圖 11.5 11.5 噪聲測量儀器噪聲測量儀器Page 423.3.互易校準(zhǔn)法互易校準(zhǔn)法互易校準(zhǔn)法適用于中頻范圍可聽聲的傳聲器校準(zhǔn)，該方法準(zhǔn)確互易校準(zhǔn)法適用于中頻范圍可聽聲的傳聲器校準(zhǔn)，該方法準(zhǔn)確度高，是最廣泛采用的一種方法?；ヒ仔?zhǔn)法既可測定傳聲器度高，是最廣泛采用的一種方法?；ヒ仔?zhǔn)法既可測定傳聲器的壓力響應(yīng)，也可以測定其自由場響應(yīng)，即把機器放在室外空的壓力響應(yīng)，也可以測定其自由場響應(yīng)，即把機器放在室外空曠無噪聲干擾的地方或在消聲室內(nèi)，即自由聲場中。曠無噪聲干擾的地方或在消聲室內(nèi)，即自由聲場中。4 4靜電激勵校準(zhǔn)法靜電激勵校準(zhǔn)法該方法適用于較高頻率的傳聲器校準(zhǔn)。它是將一個絕緣的柵狀該方法適用于較高頻率的傳聲器校準(zhǔn)。它是將一個絕緣的柵狀金屬板置于傳聲器振膜之前，并使兩者之間的距離盡量小。在金屬板置于傳聲器振膜之前，并使兩者之間的距離盡量小。在柵狀金屬板和振膜之間加上高達(dá)柵狀金屬板和振膜之間加上高達(dá)800V800V的直流電壓使兩金屬板極的直流電壓使兩金屬板極化，從而使兩者之間互相作用著一個穩(wěn)定的靜電力。另外再加化，從而使兩者之間互相作用著一個穩(wěn)定的靜電力。另外再加上上30V30V左右的交流電壓使相互作用一個交變力，其值等于左右的交流電壓使相互作用一個交變力，其值等于1Pa1Pa的的聲壓。靜電激振器產(chǎn)生的力和頻率無關(guān)，因此，可用來測量電聲壓。靜電激振器產(chǎn)生的力和頻率無關(guān)，因此，可用來測量電容傳聲器的響應(yīng)。容傳聲器的響應(yīng)。11.5 11.5 噪聲測量儀器噪聲測量儀器Page 435 5置換法置換法置換法是用一個已知頻率響應(yīng)的精確基準(zhǔn)聲級計來校準(zhǔn)使用聲置換法是用一個已知頻率響應(yīng)的精確基準(zhǔn)聲級計來校準(zhǔn)使用聲級計。校準(zhǔn)時，先用標(biāo)準(zhǔn)聲級計來測量聲壓，隨之使用被校準(zhǔn)級計。校準(zhǔn)時，先用標(biāo)準(zhǔn)聲級計來測量聲壓，隨之使用被校準(zhǔn)的聲級計來測量同一聲壓。最后用標(biāo)準(zhǔn)聲級計再次測量聲壓，的聲級計來測量同一聲壓。最后用標(biāo)準(zhǔn)聲級計再次測量聲壓，以校驗試驗過程有無變化或疏忽。從兩聲級計測量結(jié)果的差別，以校驗試驗過程有無變化或疏忽。從兩聲級計測量結(jié)果的差別，可以確定被校準(zhǔn)聲級計的頻率響應(yīng)（靈敏度）。這種校準(zhǔn)方法可以確定被校準(zhǔn)聲級計的頻率響應(yīng)（靈敏度）。這種校準(zhǔn)方法誤差較大。誤差較大。Page 4411.6 11.6 噪聲測量技術(shù)噪聲測量技術(shù)11.6.111.6.1聲功率的測量和計算聲功率的測量和計算1.1.自由場法自由場法 自由聲場法是把機器放在室外空曠無噪聲干擾的地方或在消自由聲場法是把機器放在室外空曠無噪聲干擾的地方或在消聲室內(nèi)，即自由聲場中。測量以機械為中心的半球面上或半圓聲室內(nèi)，即自由聲場中。測量以機械為中心的半球面上或半圓柱面上（長機械）若干均勻分布點的聲壓級，求得聲功率級：柱面上（長機械）若干均勻分布點的聲壓級，求得聲功率級：(dB)11.6 11.6 噪聲測量技術(shù)噪聲測量技術(shù)Page 45如果機械在消聲室或其它較理想的自由場中，聲源以球面波輻如果機械在消聲室或其它較理想的自由場中，聲源以球面波輻射，則為：射，則為：如果機械放在室外堅硬的地面上，周圍無反射，這時透聲面積為如果機械放在室外堅硬的地面上，周圍無反射，這時透聲面積為，則為：，則為：11.6 11.6 噪聲測量技術(shù)噪聲測量技術(shù)Page 462 2參考聲源法參考聲源法 在有限吸聲的房間（如工廠、車間）內(nèi)測量噪聲，自由場法在有限吸聲的房間（如工廠、車間）內(nèi)測量噪聲，自由場法要求的條件很難得到滿足。這時，可采用一個已知聲功率級要求的條件很難得到滿足。這時，可采用一個已知聲功率級 的參考聲源與被測的噪聲源相比較來測定機器的聲功率。的參考聲源與被測的噪聲源相比較來測定機器的聲功率。以機器為中心，以機器為中心，半徑為半徑為r r的半球的半球面上測出該噪聲面上測出該噪聲源的平均聲壓級源的平均聲壓級 關(guān)掉噪聲源，參關(guān)掉噪聲源，參考聲源置于噪聲考聲源置于噪聲源的位置，在同源的位置，在同樣測點上測得的樣測點上測得的平均聲壓級。平均聲壓級。11.6 11.6 噪聲測量技術(shù)噪聲測量技術(shù)Page 4711.6.211.6.2噪聲測量應(yīng)注意的問題噪聲測量應(yīng)注意的問題1.1.測量部位的選取測量部位的選取 一般測點選在距一般測點選在距機械表面機械表面1.5m1.5m，并，并離地面離地面1.5m1.5m的位置。的位置。若若機械本身尺寸很小機械本身尺寸很小(如小于如小于0.25m)0.25m)，測點應(yīng)距所測機械表面，測點應(yīng)距所測機械表面較近，如較近，如0.5m0.5m，但應(yīng)注意測點與測點周圍反射面相距在，但應(yīng)注意測點與測點周圍反射面相距在2 23m3m以上以上；機械噪聲大，機械噪聲大，測點宜取在相距測點宜取在相距5 510m10m處，對于行駛的處，對于行駛的機動車輛機動車輛，測點應(yīng)距車體測點應(yīng)距車體7.5m7.5m，并，并高出地面高出地面1.2m1.2m處；處；相鄰很近的兩個噪聲源，測點宜距噪聲源很近，相鄰很近的兩個噪聲源，測點宜距噪聲源很近，如如0.2m0.2m或或0.1m0.1m。如果研究噪聲對操作人員的影響，可把測點選在工作人員經(jīng)常如果研究噪聲對操作人員的影響，可把測點選在工作人員經(jīng)常所在的位置，以人所在的位置，以人耳的高度為準(zhǔn)耳的高度為準(zhǔn)選擇若干個測點。選擇若干個測點。11.6 11.6 噪聲測量技術(shù)噪聲測量技術(shù)Page 48做為一般噪聲源，測點應(yīng)在所測機械規(guī)定表面的四周均布，且做為一般噪聲源，測點應(yīng)在所測機械規(guī)定表面的四周均布，且不少于不少于4 4點點。如相鄰測點測出聲級如相鄰測點測出聲級相差相差5dB5dB以上以上，應(yīng)在其間，應(yīng)在其間增加測點增加測點，機械，機械的噪聲級應(yīng)取各測點的的噪聲級應(yīng)取各測點的算術(shù)平均值算術(shù)平均值。如果機械噪聲不是均勻地向如果機械噪聲不是均勻地向各個方向輻射各個方向輻射，除了找出，除了找出A A聲級最聲級最大大的一點作為評價該機器噪聲的主要依據(jù)外，同時還應(yīng)當(dāng)?shù)囊稽c作為評價該機器噪聲的主要依據(jù)外，同時還應(yīng)當(dāng)測出測出若干點若干點(一般多于五點一般多于五點)作為評價的參考。作為評價的參考。11.6 11.6 噪聲測量技術(shù)噪聲測量技術(shù)Page 492.2.測量時間的選取測量時間的選取 當(dāng)測量城市街道的當(dāng)測量城市街道的環(huán)境噪聲環(huán)境噪聲時，白天的理想測定時間為時，白天的理想測定時間為1616小時，即從小時，即從早上早上6 6點至晚上點至晚上1010點點。測夜間的噪聲，取測夜間的噪聲，取8 8小時為宜，即從小時為宜，即從晚上晚上1010點至早上點至早上6 6點點，但有的國家也選取一天中最吵鬧的但有的國家也選取一天中最吵鬧的8 8小時作為測量的參考時間，小時作為測量的參考時間，有的進(jìn)一步簡化，確定高交通密度有的進(jìn)一步簡化，確定高交通密度(即每小時通過機動車數(shù)目即每小時通過機動車數(shù)目超過超過10001000輛輛)，測測1515分鐘的平均值分鐘的平均值即可代表交通噪聲值，如果即可代表交通噪聲值，如果交通密度整天都很小，交通密度整天都很小，取半小時的測量值取半小時的測量值，也是可靠的。，也是可靠的。測量各種動態(tài)設(shè)備的噪聲，當(dāng)測量最大值時，應(yīng)取起動開始測量各種動態(tài)設(shè)備的噪聲，當(dāng)測量最大值時，應(yīng)取起動開始時或工作條件變動時的噪聲，當(dāng)測量平均正常噪聲時，應(yīng)取時或工作條件變動時的噪聲，當(dāng)測量平均正常噪聲時，應(yīng)取平平穩(wěn)工作時的噪聲穩(wěn)工作時的噪聲，當(dāng)周圍環(huán)境的噪聲很大時，應(yīng)選擇，當(dāng)周圍環(huán)境的噪聲很大時，應(yīng)選擇環(huán)境噪聲環(huán)境噪聲最小時最小時(比如深夜比如深夜)測量測量。11.6 11.6 噪聲測量技術(shù)噪聲測量技術(shù)Page 503 3干擾的排除干擾的排除 噪聲測量所用電子儀器的靈敏度，與供電電壓有直接關(guān)系，噪聲測量所用電子儀器的靈敏度，與供電電壓有直接關(guān)系，電源電壓如達(dá)不到規(guī)定范圍，或者工作不穩(wěn)定電源電壓如達(dá)不到規(guī)定范圍，或者工作不穩(wěn)定，將直接影響測，將直接影響測量的準(zhǔn)確性，這時就應(yīng)當(dāng)量的準(zhǔn)確性，這時就應(yīng)當(dāng)使用穩(wěn)壓器或者更換電源使用穩(wěn)壓器或者更換電源。進(jìn)行噪聲測量時，要避免氣流的影響，若在進(jìn)行噪聲測量時，要避免氣流的影響，若在室外測量室外測量，最好，最好選擇無風(fēng)天氣，風(fēng)速超過四級以上時，可在傳聲器上選擇無風(fēng)天氣，風(fēng)速超過四級以上時，可在傳聲器上戴上防風(fēng)戴上防風(fēng)罩或包上一層綢布罩或包上一層綢布，在管道里測量時，在氣流大的部位，如管，在管道里測量時，在氣流大的部位，如管壁口，也應(yīng)如此，在空氣動力設(shè)備排氣口測量時，應(yīng)避開風(fēng)口壁口，也應(yīng)如此，在空氣動力設(shè)備排氣口測量時，應(yīng)避開風(fēng)口和氣流。和氣流。測量時，還應(yīng)注意反射所造成的影響，應(yīng)盡可能地測量時，還應(yīng)注意反射所造成的影響，應(yīng)盡可能地減少或減少或排除噪聲源周圍的障礙物排除噪聲源周圍的障礙物，在不能排除時要注意選擇點的位置。，在不能排除時要注意選擇點的位置。用聲級計進(jìn)行測量時，其話筒取向不同，測量結(jié)果也有一用聲級計進(jìn)行測量時，其話筒取向不同，測量結(jié)果也有一定的誤差，因而，各測點都要定的誤差，因而，各測點都要保持同樣的入射方向保持同樣的入射方向。11.6 11.6 噪聲測量技術(shù)噪聲測量技術(shù)Page 5111.6.311.6.3噪聲測量環(huán)境的影響及環(huán)境噪聲的修正噪聲測量環(huán)境的影響及環(huán)境噪聲的修正1 1大氣壓力大氣壓力2 2溫度溫度3 3風(fēng)和氣流風(fēng)和氣流4 4濕度濕度5 5傳聲器的指向性傳聲器的指向性6 6反射反射7 7其它因素其它因素8 8本底噪聲影響與修正本底噪聲影響與修正11.6 11.6 噪聲測量技術(shù)噪聲測量技術(shù)Page 5211.7 11.7 機床噪聲測量實例機床噪聲測量實例 機床噪聲聲壓級測量機床噪聲聲壓級測量機床測點示意圖機床測點示意圖 1 1測點布置測點布置2 2測量條件測量條件3 3測量儀器使用要求測量儀器使用要求4 4測量數(shù)據(jù)處理測量數(shù)據(jù)處理11.7 11.7 機床噪聲測量實例機床噪聲測量實例Page 53機床噪聲頻譜分析機床噪聲頻譜分析 1 1機床噪聲頻譜測量方法機床噪聲頻譜測量方法 噪聲頻譜分析儀器的組合示意圖噪聲頻譜分析儀器的組合示意圖 1 1一傳聲器一傳聲器 2 2一三角架一三角架 3 3一頻率分析儀一頻率分析儀 4 4一電平記錄儀一電平記錄儀11.7 11.7 機床噪聲測量實例機床噪聲測量實例Page 542 2機床噪聲源分析機床噪聲源分析圖圖 鏜銑床整機噪聲頻譜（鏜銑床整機噪聲頻譜（n n=1036r=1036rminmin）在整個頻率范圍內(nèi)在整個頻率范圍內(nèi)630630至至 3000Hz3000Hz之間噪聲的幅值較大。其中有之間噪聲的幅值較大。其中有幾個明顯的尖峰，如幾個明顯的尖峰，如685Hz685Hz、960Hz960Hz、1165Hz1165Hz、1370Hz1370Hz和和2740Hz2740Hz等。通過對機床各級傳動齒輪嚙合頻率的計算和分析比較，可等。通過對機床各級傳動齒輪嚙合頻率的計算和分析比較，可以初步確定主要噪聲源是變速箱和主軸箱中的弧齒錐齒輪。以初步確定主要噪聲源是變速箱和主軸箱中的弧齒錐齒輪。11.7 11.7 機床噪聲測量實例機床噪聲測量實例