2013注評考試《機(jī)電設(shè)備評估基礎(chǔ)》預(yù)習(xí)：噪聲測量法

第七章　設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)

　　知識點七、噪聲測量法

　　噪聲：不規(guī)則的機(jī)械振動在空氣中引起的振動波。

　　（一）噪聲測量的主要參數(shù)

　　進(jìn)行噪聲測量時，常用聲壓級、聲強(qiáng)級和聲功率級表示其強(qiáng)弱，也可以用人的主觀感覺進(jìn)行度量，如響度級等。

　　1.聲壓、聲強(qiáng)、聲功率

　　（1）聲壓：聲波傳播時，空氣質(zhì)點隨之振動所產(chǎn)生的壓力波動而引起的壓強(qiáng)增量。

　　沒有聲波存在時，媒質(zhì)的壓力稱為靜壓力，用P₀表示。聲壓，用P表示，單位是Pa.儀器檢測的聲壓為有效聲壓，是聲壓的均方根值。

　　（2）聲強(qiáng)：單位時間內(nèi)，通過垂直于傳播方向上單位面積的聲波能量——聲強(qiáng)（W/㎡）。

　�。�3）聲功率：聲源在單位時間內(nèi)輻射出來的總聲能——聲功率（W）。

　　2.分貝與聲級。引起聽覺的可聽聲頻率在20～20000Hz之間，但在此范圍內(nèi)的某一聲波可以有不同的聲壓或聲強(qiáng)。

　　當(dāng)頻率為1000Hz時，正常人耳開始能聽到的聲壓為2×10 ^-5 Pa，稱為聽閾聲壓；頻率為1000Hz，聲壓為20Pa時，能使人耳開始產(chǎn)生痛感，稱為痛閾聲壓。

　　可見從聽閾到痛閾，聲壓的絕對值數(shù)量級之比為1:10⁶ ，即相差一百萬倍。而從聽閾到痛閾，聲強(qiáng)的絕對值數(shù)量級絕對值之比為1:10¹² ，即相差億萬倍。

　　聲學(xué)中采用 "級"來度量聲壓和聲強(qiáng)，稱為聲壓級、聲強(qiáng)級，還有聲功率級。

　　【注意】聲壓級的單位為“分貝”（dB）。

　�。�1）聲壓級（dB）：聲壓與基準(zhǔn)聲壓之比的以10為底的對數(shù)的20倍。

　�。�2）聲強(qiáng)級：聲強(qiáng)與基準(zhǔn)聲強(qiáng)之比的以10為底的對數(shù)的10倍——聲強(qiáng)級（dB）。

　�。�3）聲功率級；聲功率與基準(zhǔn)聲功率之比的以10為底的對數(shù)的10倍——聲功率級（dB）。

　　2.噪聲的主觀量度：響度、響度級、等響曲線

　　人耳感覺到的聲音的強(qiáng)弱不僅與聲壓有關(guān)，而且還與聲音的頻率有關(guān)。當(dāng)聲音的頻率發(fā)生變化時，聽閾和痛閾的聲壓級將隨之變化。

　　響度或響度級就是根據(jù)人耳的特性，仿照聲壓級的概念引出的與頻率有關(guān)的反映主觀感覺的量。

　　要確定噪聲的響度，選用頻率為1000Hz的純音作為基準(zhǔn)音，調(diào)節(jié)1000Hz純音的聲壓級，使它和所要確定的噪聲聽起來有同樣的響度，則該噪聲的響度級就等于這個純音的聲壓級（dB），單位為方（Phon）。

　　在各個頻率下對人的聽力進(jìn)行試驗，試驗得出的曲線即為等響曲線。

　　【小結(jié)】

　　1.縱坐標(biāo)是聲壓級，橫坐標(biāo)是頻率。

　　2.同一條曲線上的各點，雖然代表著不同頻率和聲壓級，但其響度相同，故稱等響曲線。

　　3.將各個頻率下剛剛能夠聽到的相同響度的聲壓級相連而得到的曲線，即為聽閾曲線，其響度規(guī)定為0，所以聽閾曲線也稱為零方響度線。

　　4.同理，將不同頻率時，痛閾的聲壓級和頻率關(guān)系曲線稱為痛閾曲線，也稱為120方響度線。

　　5.在聽閾和痛閾之間，共有13個響度級，其響度分別為 0、10、20、30 ┉┉ 110、120。

　　6.每條等響曲線所代表的響度級（方）的大小，由該曲線在1000Hz時的聲壓級確定。

　　（二）噪聲測量儀器

　　噪聲測量中，最常使用的儀器是傳聲器和聲級計。

　　1.傳聲器：它的作用是將聲能轉(zhuǎn)換成電能。

　　【提示1】在噪聲測量中常用壓強(qiáng)式傳聲器。

　　【提示2】電容式傳聲器具有較多優(yōu)點，因此噪聲測量中使用的精密和標(biāo)準(zhǔn)聲級計大部分采用電容式傳聲器；普通聲級計一般采用壓電式傳聲器；動圈式傳聲器已很少使用。

　�。�1）電容傳聲器

　　電容傳聲器的基本結(jié)構(gòu)是一個電容器。在極化電壓、負(fù)載不變的情況下，輸出交變電壓的大小和波形由作用在膜片上的聲壓決定。電容傳聲器屬于能量控制型傳感器。

　　電容傳聲器靈敏度高，動態(tài)范圍寬；輸出特性穩(wěn)定，對周圍環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)，在-50℃～150℃的溫度范圍內(nèi)和0～100%的相對濕度下，性能變化��；外形尺寸也比較小。

　�。�2）壓電傳聲器

　　由具有壓電效應(yīng)的晶體來完成聲電轉(zhuǎn)換，屬于能量轉(zhuǎn)換型傳感器。

　　壓電傳聲器具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、輸出阻抗低、電容量大（可達(dá)1000pF）、靈敏度較高等優(yōu)點。但性能受溫度、濕度影響較大。

　　2.聲級計

　　聲級計是噪聲測量中使用最為廣泛、最簡便的儀器。它不僅用來測量聲級，還能與各種輔助儀器配合進(jìn)行頻譜分析、記錄噪聲的時間特性和測量振動等。

　　聲級計按其用途分為一般聲級計、脈沖聲級計、積分聲級計和噪聲暴露計（噪聲劑量計）等。

　　聲級計按其精度分為：

　　0型聲級計（實驗室用標(biāo)準(zhǔn)聲級計）。

　　1型聲級計（一般用途的精密聲級計）。這種聲級計選用電容傳聲器，指示精度高，可配用帶通濾波器進(jìn)行頻譜分析，其輸出可直接送入記錄器。

　　2型聲級計（一般用途聲級計）。

　　3型聲級計（普及型聲級計）。這種聲級計對傳聲器的要求不高，全機(jī)動態(tài)范圍較窄，一般不與帶通濾波器連用，適用于測量精度要求不高的場合。

　　聲級計按其體積分為臺式聲級計、便攜式聲級計和袖珍式聲級計。

　　聲級計的工作原理是：被測的聲壓信號通過傳聲器轉(zhuǎn)換成電壓信號，該電壓信號經(jīng)衰減器、放大器以及相應(yīng)的計權(quán)網(wǎng)絡(luò)（或外接濾波器），或輸入外接的記錄儀器，或者經(jīng)過均方根值檢波器直接推動以及分貝標(biāo)定的指示表頭。

　　計權(quán)網(wǎng)絡(luò)是基于等響曲線設(shè)計出的濾波線路，分為A、B、C、D四種。通過計權(quán)網(wǎng)絡(luò)測得的聲壓級稱為計權(quán)聲壓級。

　　對應(yīng)四種計權(quán)網(wǎng)絡(luò)測得的聲壓級分別稱為A聲級（L _A）、B聲級（L_B）、C聲級（L_C）和D聲級（L_D），分別記為dB（A）、dB（B）、dB（C）和dB（D）。

　　圖為聲級計中常用的A、B、C計權(quán)網(wǎng)絡(luò)的頻率特性。

　　A計權(quán)網(wǎng)絡(luò)除對低頻噪聲衰減最強(qiáng)外，對高頻噪聲反應(yīng)最為敏感，這正與人耳對噪聲的感覺（對低頻段即500Hz以下不敏感，而對1000～5000Hz聲音敏感）相接近。故在對人耳有害的噪聲測量中，都采用A聲級作為評定標(biāo)準(zhǔn)。D計權(quán)網(wǎng)絡(luò)是專門為飛機(jī)噪聲測量設(shè)計的。

　　3.聲級計的校準(zhǔn)。

　　為減小偏差，保證噪聲的測量精度和測量數(shù)據(jù)的可靠性，按規(guī)定每次測量開始和結(jié)束都要進(jìn)行校準(zhǔn)，兩次差值不應(yīng)大于1dB。

　　有多種校準(zhǔn)方法，例如活塞發(fā)生器校準(zhǔn)法，這是一種現(xiàn)場常用的精確、可靠且簡便的方法。除此之外，還有揚(yáng)聲器校準(zhǔn)法、互易校準(zhǔn)法、靜電激勵校準(zhǔn)法、置換法等。

　　（三）故障的噪聲識別方法

　　利用噪聲（或振動）信號特征參數(shù)的變異及其程度進(jìn)行故障判斷有三種標(biāo)準(zhǔn)，即絕對標(biāo)準(zhǔn)、相對標(biāo)準(zhǔn)和類比標(biāo)準(zhǔn)。

　　在絕對標(biāo)準(zhǔn)中，利用測取的噪聲信號的特征量值與標(biāo)準(zhǔn)特征量值進(jìn)行比較；

　　在相對標(biāo)準(zhǔn)中，利用測取的噪聲信號的特征量值與正常運(yùn)行時的特征量值進(jìn)行比較；

　　在類比標(biāo)準(zhǔn)中，利用同類設(shè)備在相同工況條件下的噪聲信號的特征量值進(jìn)行比較。