噪音学基础优秀PPT.ppt
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1、噪音基本学问一、噪音信号的特征二、噪音的物理性质三、噪音的物理量度四、噪音的主观量度和评价方法五、声学噪音测量(含振动)什么是噪音?噪音是人类社会日常活动中以声音形式出现的一种声响,它引起人们不舒适,产生烦躁感,因此它是一种为人们所不希望、不宠爱但常常又是难以避开的声音。什么是噪音?随着人们生活水平的提高,噪音的限制也渐渐受到社会的重视。工业产品的噪音限制,国家已经制定了很多标准,成为衡量产品质量的一个重要标识。空调中运用的压缩机,由于其振动、噪音都相当大,因此限制其噪音,是一项必须要做而且具有极大社会效益的工作。一、噪音信号的特征一、噪音信号的特征纯音信号一、噪音信号的特征纯音信号含有一些关
2、键参数,T周期、Ao-p振幅、Aavg振幅均值、Ap-p振幅峰值、Arms振幅均方根值ArmsAo-p/1.414=(/2.828)Aavg一、噪音信号的特征事实上,大多数声信号不是正弦信号,而是频率和振幅都随时间变更的信号。Arms、Ao-p、Aavg不存在上述简洁关系。但在探讨冲击、脉冲和短周期噪音时,Ao-p却是一个特别重要的参数。纯正弦波是一个单频信号,在频率域中是一条直线,如图1.2(a)所示。假如将两个正弦信号相加,且其中一个信号的频率是另一个的三倍,则可得到图1.2(b)所示的波形,在频率域中是两条直线。图1.2(c)所示的方波是更为困难的周期信号,在频率域中为无限条间隔相等的直
3、线,表示无限多奇次谐波成分。一、噪音信号的特征一、噪音信号的特征实际生活中常常遇到的随机噪音有如图1.2(d)所示的特点。随机噪音有多种频率组成,这些频率之间没有谐波关系,它们是非周期的,具有连续频谱。最典型的是“白噪声”,具有完全平坦的连续频谱。随机噪声要用统计分析方法或傅立叶分析方法才能进行探讨。二、噪音的物理性质二、噪音的物理性质声音是由声源振动产生的,振动在空气中传播就是声音。空气在振动源作用下,它的疏密程度发生变更,从而将振动的能量传送出去。下面以鼓面振动为例作简洁介绍。2.1、声波的产生二、噪音的物理性质2.1、声波的产生二、噪音的物理性质鼓面振动之后,鼓面旁边的空气一会儿受压缩而
4、变得密集,一会儿鼓面反方向运动,空气变得疏松,于是振动的能量就随着空气的疏密相间传播出去。声波振动的方向和传播方向一样,因此它是纵波,也叫疏密波。而水波的振动方向和传播方向垂直,因此它是横波,光波也是横波。2.1、声波的产生二、噪音的物理性质声波的波长、频率f和声速c之间有如下关系:c=f健康的年轻人能够听到的声音频率范围时20Hz到20,000Hz。钢琴从最低音到最高音是27.54186Hz。小于20Hz的声波叫次声波,大于20,000Hz的声波叫超声波。2.1、声波的产生二、噪音的物理性质媒质中有声波存在的区域叫声场。声场大致可以分为自由场、扩散场和半扩散场。2.2、声场二、噪音的物理性质
5、自由场自由场在在匀匀整整各各向向同同性性的的媒媒质质中中,边边界界影影响响可可以以忽忽视视不不计计的的声声场场称称为为自自由由场场。消消音音室室的的四四壁壁、顶顶棚棚、地地板板都都有有吸吸声声实实力力很很强强的的吸吸声声材材料料和和吸吸声声尖尖劈劈,传传播播到到各各个个方方向向的的声声音音全全部部被被吸吸取取或或透透过过无无反反射射,可可以看成是自由场。以看成是自由场。2.2、声场二、噪音的物理性质扩散场扩散场声声能能量量匀匀整整分分布布,并并在在各各个个传传播播方方向向上上作作无无规规则则传传播播的的声声场场,称称扩扩散散场场,或或混混响响场场。混混响响室室中中的的全全部部内内表表面面都都有
6、有很很强强的的反反射射性性,使使声声波波几几乎乎接接近近全全反反射射。室室内内各处声压接近相等,声能密度到处匀整。各处声压接近相等,声能密度到处匀整。半扩散场半扩散场实实际际工工程程中中遇遇到到的的状状况况往往往往介介于于上上述述两两种种场场之之间间,这这就是半扩散场。就是半扩散场。2.2、声场三、噪音的物理量度声强声强单单位位时时间间内内单单位位面面积积上上通通过过的的声声音音能能量量称称为为声声强。通常用强。通常用I表示,单位为瓦表示,单位为瓦/米米2,记为,记为W/m2。假假如如在在一一个个没没有有杂杂音音干干扰扰的的自自由由场场,有有个个向向四四面面八八方方匀匀整整辐辐射射声声音音的的
7、点点声声源源,在在离离点点声声源源r处的声强为处的声强为I球球W/(4r2)其中其中W为声源的声功率。为声源的声功率。3.1、声强、声压、声功率三、噪音的物理量度声压声压声声强强不不简简洁洁干干脆脆测测量量,而而声声压压相相对对简简洁洁测测量量。声声压压就就是声音在单位面积上的压力,通常用是声音在单位面积上的压力,通常用p来表示。来表示。声声压压和和声声强强有有着着内内在在的的联联系系,当当声声波波在在自自由由场场中中传传播播时,在传播方向上声强时,在传播方向上声强I和声压和声压p关系为关系为Ip2/(0c)其其中中,0为为空空气气密密度度(Kg/m3),c为为空空气气中中声声音音的的速速度(
8、度(m/s)。)。从从上上式式可可以以看看出出声声强强和和声声压压的的平平方方成成正正比比,测测出出声声压压就可以求出声强和声功率。就可以求出声强和声功率。3.1、声强、声压、声功率三、噪音的物理量度声功率声功率声源发出的全部声音的总功率。3.1、声强、声压、声功率三、噪音的物理量度健康人耳能听到的最微弱的声压是20Pa,叫做听阈。人们能忍受的最大声压为20Pa。两者相差100万倍。这说明人的耳朵听觉范围特别广。在这样宽广的范围内用声压或声强的确定值来衡量声音的强弱特别不便利,因此,人们引入“级”的概念,用分贝来表示。3.2、分贝制三、噪音的物理量度声压级的定义声压级的定义Lp20Lg(p/p
9、0)其其中中,Lp表表示示声声压压级级,单单位位dB(decibel的的缩缩写写,原原义义为为特特别别之之一一贝贝尔尔),p0表表示示基基准准声声压压(取取20Pa),单位单位Pa。这这样样,刚刚刚刚听听得得到到的的声声音音与与响响彻彻云云霄霄的的声声音音之之间间的的声声压压就就可可以以用用0120dB来来表表示示了了。而而且且它它与与人人耳耳对对声声音音的的感感觉觉大大体体一一样样。例例如如声声压压变变更更1.4倍倍,声声压压级级变变更更3dB,这这种种变变更更人人耳耳刚刚刚刚可可以以辨辨别别。又又如如声声压压变变更更3.16倍,声压级变更倍,声压级变更10dB,人耳感到响度变更,人耳感到响
10、度变更1倍。倍。3.2、分贝制三、噪音的物理量度声强级的定义声强级的定义LI10Lg(I/I0)LI表表示示声声强强级级,I0表表示示基基准准声声强强值值(听听阈阈值值,取取1012W/m2)。)。声功率级的定义声功率级的定义LW10Lg(W/W0)LW表表示示声声强强级级,W0表表示示基基准准声声强强值值(听听阈阈值值,取取1012W)。)。从从能能量量角角度度来来说说,10dB的的变变更更,相相当当于于10:1的的变变更更;30dB的变更,相当于的变更,相当于1000:1的变更。的变更。3.2、分贝制三、噪音的物理量度留意:噪音级的叠加不是将分贝值干脆相加。两个相同的噪音源的叠加两个相同的
11、噪音源其噪音级只比单台噪音级提高3dB。N个相同的噪音源的叠加如有N台同样响的声源Lp1所产生的总声压级为Lp总20Lg(p/p0)+10LgN=Lp1+10LgNN个不同的噪音源的叠加对于N台不同的噪音级同时发声,其噪音叠加后的总声压级Lp总10Lg(100.1Lp1+100.1Lp2+100.1Lpn)3.3、分贝的运算三、噪音的物理量度工程上的简易计算方法在工程上为了简便,对多台不同的噪音源同时发声,计算其总声压级常查图3-1分贝的增值或表3-1来进行换算。3.3、分贝的运算三、噪音的物理量度工程上的简易计算方法3.3、分贝的运算三、噪音的物理量度例如:两台机器的声压级差为Lp1Lp29
12、2-893dB,查表或图得相应L为1.8dB,于是合成声压级为LpLp1Lp2921.893.8dB假如已知厂房中全部机器的声压级为Lp,关掉须要测量的那一台,测得声压级为Lp2,依据LpLp2查得L,设关掉的那一台声压级为Lp1,则Lp1LpL留意假如LpLp2小于3dB,表示环境噪音太高,无法获得正确的测量值,当此差值大于10dB时,L又太小(小于0.5dB),可以忽视。因此,合理的运用范围是LpLp2在3至10dB之间。3.3、分贝的运算三、噪音的物理量度平均值的计算LpA10Lg(100.1Lp1+100.1Lp2+100.1Lpn)/N其近似求法如下:假如待平均的n个分贝值的差值小于
13、或等于5dB,其平均值近似于算术平均值的计算;若待平均的几个声级最大差值在510dB之间,其近似值为算术平均值加1dB。3.3、分贝的运算三、噪音的物理量度噪音一般是宽频带的,为了便于分析便利,我们把可听声频率(20Hz20KHz)范围按确定规律分成若干段,称为频带或频程。以频率为横坐标,以声音的强弱为纵坐标,绘出声音强弱随频率分布的线图称为频谱。3.4、频谱三、噪音的物理量度频谱分析时,频率坐标(横坐标)常接受两种表示方法,即恒定带宽法和等百分比带宽法。倍频程分析法属于后者。倍频程常写成1/1倍频程,它的特点是,每个频带中的频率最大值(上限频率fu)是该频带频率最小值(下限频率fl)的两倍。
14、其中心频率(fc)是该频带上下极限频率的几何平均数。fu/fl=2(fc)2=fuflfc1.414fl相对带宽f/fc=(fu-fl)/fc=70.7%3.4、频谱三、噪音的物理量度须要留意的是,中心频率(fc)是某一频带的代号,它代表一个频率范围的声音,而不是某单个频率的纯音。例如fc500Hz代表355710Hz的频带。图3-2列出了倍频程中心频率及上下限频率范围。3.4、频谱三、噪音的物理量度3.4、频谱三、噪音的物理量度1/3倍频程是把每个1/1倍频程按等比例带宽再分成三份(图3-3),其上下限频率之比为fu/fl21/31.26频带的中心频率为fc(fu*fl)1/221/8fl1
15、.12fl相对带宽为f/fc=(fu-fl)/fc=(21/3flfl)/(21/8fl)=(21/31)/21/8=23.1%常用的1/3倍频程中心频率及上下限频率范围列于表3-3。3.4、频谱三、噪音的物理量度3.4、频谱三、噪音的物理量度现代振动及噪声测量分析仪器,可以实现比1/3倍频程更细的频带划分,1/12倍频程、1/24倍频程或更高。3.4、频谱三、噪音的物理量度声波的传播衰减有两个主要缘由:(1)声波向四面八方传播时,随着波阵面的扩大,单位面积上的能量下降,这是扩散衰减。(2)声波在媒质中传播,由于媒质的粘滞作用、热传导及内分子的驰豫过程,导致声能不断下降。另外,媒质的不匀整,界
16、面的反射、散射及其它缘由也会使声波在某一方向传播的声波衰减。下面主要简洁介绍一下扩散衰减。3.5、声波在传播过程中的衰减三、噪音的物理量度点声源点声源IW/(4r2)已已知知a、b两两点点到到点点声声源源距距离离为为ra、rb及及a点点的的声声压级压级Lpa,则,则b点的声压级点的声压级LpbLpa20Lg(rb/ra)假假如如rb2ra,则则LpbLpa6,即即声声源源在在自自由由声场中传播,距离增大一倍,声压级衰减声场中传播,距离增大一倍,声压级衰减6dB。3.5、声波在传播过程中的衰减三、噪音的物理量度线声源线声源长长管管道道或或有有连连续续交交通通流流量量的的马马路路可可以以看看成成线
17、线声声源。源。IW/(2r*l)同样,声场中同样,声场中a、b两点的声压级有如下关系:两点的声压级有如下关系:LpbLpa10Lg(rb/ra)假假如如rb2ra,则则LpbLpa3,即即距距离离增增大大一一倍,声压级衰减倍,声压级衰减3dB。3.5、声波在传播过程中的衰减三、噪音的物理量度面声源面声源当当声声源源面面积积很很大大或或离离声声源源的的距距离离与与面面声声源源面面积积之之比比很很小小的的时时候候,可可以以看看成成面面声声源源,此此种种状状况况下,声波保持不变。下,声波保持不变。3.5、声波在传播过程中的衰减四、噪音的主观量度和评价方法四、噪音的主观量度和评价方法噪音的限制最终要人
18、来评价,而人耳的听觉特性又是特别困难的。声压是一个客观的物理量,但是它与人在主观心里上的感受并不一样。目前被广泛接受的是图3-2所示的、已作为国际标准的纯音等响度曲线。它是选取大量1825岁之间的听力正常的人进行试验,统计平均之后得出的。试验以1000Hz纯音为参考基准,将0120dB的声音以10dB为间隔分成12等分。对应这12个等分,把人耳听到的声响强弱定位响度级,单位为“方”(phon)。这样,响度级共有0120phon。4.1、响度与响度级四、噪音的主观量度和评价方法变更纯音的频率,使之达到另一个频率点,再调整声压,直到试验人员感到此频率的声响与1000Hz参考基准的声响相等为止。这样
19、,就得到了另一个等响点。在2015000Hz范围内重复进行试验,就得到了图4-1所示的等响曲线。由图可知,人耳对声响的感觉,跟频率有关。人耳对20004000Hz的频率最为敏感。声压很低时,对低频不敏感;声压很高时,凹凸频感觉都差不多。4.1、响度与响度级四、噪音的主观量度和评价方法4.1、响度与响度级四、噪音的主观量度和评价方法响度级这一参数,把声级级和频率这两个客观物理量与人耳主观感觉量统一地联系起来。但是响度级是个相对量,因此定义了响度来表示人们主观感觉声音的强弱。响度的单位为“宋”(sone),一般取响度级40phon为响度标准称为1sone。用另外一个声音与它比较,也用很多人的听力来
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