噪聲信號與處理

1、噪聲測試及防治,北京科技大學(xué)申焱華,2,1 噪聲,噪聲是指不需要的聲音。噪聲是由許多不同頻率和強度的聲波，雜亂無章組合而成的。,3,1.1 噪聲的分類,自然噪聲（雷聲，風(fēng)聲），人為噪聲；低頻噪聲（500Hz) ，中頻噪聲（500~1000Hz)，高頻（大于1000Hz)；穩(wěn)態(tài)噪聲，非穩(wěn)態(tài)噪聲和瞬時噪聲。,4,1.1 噪聲的分類,穩(wěn)態(tài)噪聲: 噪聲強度波動范圍在 5dB以內(nèi)連續(xù)噪聲， 或重復(fù)頻率大于10HZ脈動噪聲；非穩(wěn)態(tài)噪聲:噪

2、聲強度波動范圍超過 5dB的連續(xù)噪聲脈沖噪聲:持續(xù)時間小于1s, 波動范圍大于10dB, 或重復(fù)頻 率小于10Hz的間歇性噪聲。,5,1.1 噪聲的分類,按城市環(huán)境噪聲源分類：交通噪聲：道路機動車輛，鐵路車輛工業(yè)噪聲：工廠的動力設(shè)備，加工機械，生產(chǎn)設(shè)備建筑施工噪聲：建筑機械社會生活噪聲：人們社會活動，家電設(shè)備,6,1.1 噪聲的分類,按發(fā)聲機理分類: 機械噪聲：機械部件之間在摩擦力，撞擊力和非平衡力的作用下振動產(chǎn)生的?？諝?/p>

3、動力性噪聲：高速氣流，不穩(wěn)定氣流以及由于氣流與物體相互作用產(chǎn)生的噪聲。電磁噪聲：電磁場的交替變化。,7,1.2 噪聲的危害,噪聲致聾噪聲可能誘發(fā)疾病噪聲影響正常生活噪聲降低勞動生產(chǎn)率，影響安全生產(chǎn)噪聲損害建筑物,8,2 噪聲測量,隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，噪聲污染已成為主要公害之一。控制噪聲、保護(hù)環(huán)境已成為人們的共識。其中，噪聲測量是重要的一環(huán)，具有舉足輕重的地位。,9,2.1 噪聲的度量,聲源、傳播途徑（彈性媒質(zhì)）、受者聲源：振

4、動的物體聲場：媒質(zhì)中有聲波存在的區(qū)域。分為：自由聲場，擴散聲場和半擴散聲場,10,2.1.1 描述聲波的基本物理量,聲壓是指聲波引起的媒質(zhì)壓力的波動量，它是聲波傳播時的瞬時壓強P與大氣壓P0（平衡壓力）之差值。聲壓p的單位為帕(Pa)。1Pa=1N/m2有效聲壓：,11,2.1.1 描述聲波的基本物理量,聲壓越大，聲音越強。聲功率W(W) : 某個聲源在單位時間內(nèi)輻射出的總聲能，反映聲源的振動輻射能量的大小，是標(biāo)量.聲強

5、I(W/m2): 單位面積通過與聲波傳播方向垂直的聲功率. 矢量:其方向就是聲傳播的方向.,12,2.1.1 描述聲波的基本物理量,頻率f：物體在1秒鐘內(nèi)的振動的次數(shù)。周期T：物體每振動一次需要的時間。 f=1/T 人耳聽到的頻率：20~20000Hz。 低于20Hz的為次聲，高于20000Hz的為超聲。噪聲不包括次聲和超聲。,13,2.1.2 聲壓、聲強和聲功率,聲學(xué)中常用成倍比關(guān)系的對數(shù)標(biāo)度來度量聲壓

6、、聲強和聲功率。聲壓級Lp: Lp=20lg(p/pr)基準(zhǔn)聲壓pr=2*10-5Pa( 頻率1000Hz的人耳聽到的最弱聲壓). 聽閾聲壓:0dB (聲壓級) 痛閾聲壓: 20Pa----120dB(聲壓級),14,2.1.2 聲壓、聲強和聲功率,聲強級LI: LI=20lg(I/Ir)基準(zhǔn)聲強Ir=1*10-12W/m2聲功率級LW: LW=

7、10lg(W/Wr)基準(zhǔn)聲功率 Wr=1*10-12W,15,分貝,分貝:表示兩種信號比例關(guān)系的一種表達(dá)式。,功率比表達(dá)式：,幅值比表達(dá)式：,,,16,2.2 噪聲的頻譜,聲音的高低主要與其頻率有關(guān)，噪聲的頻譜可反映該噪聲在不同頻率范圍內(nèi)的分布情況。　　對噪聲進(jìn)行頻譜分析時，通常采取多個較寬的頻帶來分析噪聲的聲級（聲壓級 、 聲強級和聲功率級），最常用的頻帶寬度是倍頻程和1/3倍頻程。,17,,,18,2.2 噪聲的頻譜,可聽聲頻

8、率范圍: 20~20000Hz.頻帶: 上限頻率fu，下限頻率fl fu=2nfl倍頻帶:n=1；1/3倍頻帶:n=1/3頻帶寬度: B=fu-fl,19,2.2 噪聲的頻譜,頻譜分析: 分析某一聲音在可聽頻率范圍內(nèi)聲音強度隨 頻率變化的規(guī)律.低頻噪聲: 500Hz，如汽車的噪聲中頻噪聲: 500~1000Hz，如水泵的噪聲寬帶噪聲: 分布在125~2000Hz范圍內(nèi)，如柴油

9、機的噪聲,20,頻譜分析,對一個噪聲源發(fā)出的聲音，將它的聲壓級、聲強級、 或者聲功率級按頻率順序展開，使噪聲的強度成為頻率的函數(shù)，并考查其形狀。,21,2.2 噪聲的頻譜,22,3 噪聲的主觀評價,噪聲與人的主觀感覺之間的關(guān)系十分復(fù)雜 ，不是簡單的正比關(guān)系.頻率計權(quán)網(wǎng)絡(luò)對所接受的聲音按頻帶設(shè)一定的衰減，模擬人耳對不同聲壓和頻率聲音有不同感覺而設(shè)置的。,23,3.1 A聲級,主要有A、B、C、D計權(quán)網(wǎng)絡(luò)，所測得的聲壓級分別為：A，B，C

10、和D聲級。它們的頻率特性曲線 如圖 所示。,24,3.1 A聲級,其中最常用的是A計權(quán)網(wǎng)絡(luò)。它對低頻段有較大的衰減，比較符合人耳對低頻聲的敏感程度比高頻聲差的聽覺特點。多數(shù)噪聲經(jīng)A計權(quán)網(wǎng)絡(luò)濾波后，與人耳的感覺有較好的相關(guān)性。,25,3.1 A聲級,等效聲級：以A聲級為基礎(chǔ)建立起來的關(guān)于非穩(wěn)態(tài)噪聲的噪聲評價量。等效聲級：在聲場中一定點位置上，用某一段時間內(nèi)能量平均的方法，將間隙暴露的幾個不同的A聲級，以一個A聲級表示該段時間內(nèi)噪聲大小

11、。,26,3.2 噪聲測試常用儀器,噪聲測試常用的儀器有傳聲器、聲級計、磁帶記錄儀、校準(zhǔn)器和譜分析儀。,27,3.2.1 聲級計,模擬了人耳對聲波的反應(yīng)特性，是一種主觀性儀器。,28,4 噪聲標(biāo)準(zhǔn),工業(yè)企業(yè)噪聲控制設(shè)計,29,4.1 噪聲標(biāo)準(zhǔn),工業(yè)企業(yè)廠界噪聲限值,30,4.1 噪聲標(biāo)準(zhǔn),城市區(qū)域環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)單位：dB(A),31,4.1 噪聲標(biāo)準(zhǔn),機動車輛允許噪聲,32,4.2 工業(yè)企業(yè)噪聲測量,測量儀器精度為Ⅱ級以上的聲級計或環(huán)境

12、噪聲自動監(jiān)測儀，其性能符合GB 3875《聲級計電聲性能及測量方法》之規(guī)定，應(yīng)定期校驗。測量時傳聲器加風(fēng)罩。,33,4.2.1 廠界噪聲測量,采樣方式 2.4.1 用聲級計采樣時，儀器動態(tài)特性為“慢”響應(yīng)，采樣時間間隔為5s。 2.4.2 用環(huán)境噪聲自動監(jiān)測儀采樣時，儀器動態(tài)特性為“快”響應(yīng)，采樣時間間隔不大于1s。 2.5 測量值2.5.1 穩(wěn)態(tài)噪聲測量1min的等效聲級。 2.5.2 周期性噪聲測量一個周期的等效聲級。 2

13、.5.3 非周期性非穩(wěn)態(tài)噪聲測量整個正常工作時間的等效聲級。 2.6 測點位置的選擇 2.6.1 測點(即傳聲器位置。下同)應(yīng)選在法定廠界外1m，高度1.2m以上的噪聲敏感處。如廠界有圍墻，測點應(yīng)高于圍墻。 2.6.2 若廠界與居民住宅相連，廠界噪聲無法測量時，測點應(yīng)選在居室中央，室內(nèi)限值應(yīng)比相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值低10dB(A)。,34,4.2.2 生產(chǎn)環(huán)境噪聲測量,將傳聲器置于操作人員耳朵附近，或在工人經(jīng)?；顒拥姆秶鷥?nèi)， 以人耳高度為準(zhǔn)選

14、擇數(shù)個測點進(jìn)行測量。,35,4.2.3 車間內(nèi)機器噪聲測量,現(xiàn)場機器噪聲測量的測點距離，視機器尺寸而定。小型機器（1m）：距表面1m機器四周布置4~8個測點。,36,5 吸聲,吸聲系數(shù)： 吸聲材料或吸聲能力的大小通常用吸聲系數(shù)α表示。吸聲系數(shù)α的變化一般在0~1之間。 α=0：入射聲完全被反射，材料不吸聲； α=1：聲能完全被吸收，無聲能聲反射。,37,5.1 多孔性吸聲材料,無機纖維材料：短棉（直徑10~13μm）

15、 超細(xì)綿（直徑0.1~4μm），中級纖維棉（直徑10~13μm）。多孔吸聲材料內(nèi)部具有大量的微孔和間隙，孔隙間彼此相互貫通，且通過表面與外界相通。,38,5.1 多孔性吸聲材料,傳播過程中，引起孔隙中的空氣振動，使相當(dāng)一部分聲能轉(zhuǎn)化為熱能而消耗掉。多孔吸聲材料對中高頻聲波吸聲系數(shù)大，對低頻吸聲系數(shù)小。,39,多孔吸聲材料的影響因素：,合理選擇材料的厚度合理控制材料的容重增設(shè)空氣層溫濕度的影響,40,5.2 共振吸聲結(jié)構(gòu),共

16、振吸聲機構(gòu)增加對低頻聲的吸收。薄板共振吸聲結(jié)構(gòu)（80~300Hz） 薄板和板后的空氣層構(gòu)成振動系統(tǒng)，薄板相當(dāng)于質(zhì)量，板后的空氣相當(dāng)于彈簧。 * 中薄板厚度：3~6mm * 空氣層厚度：3~10cm,41,5.3 微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu),吸聲機理同共振吸聲結(jié)構(gòu)相同。吸聲系數(shù)很高，有的可達(dá)0.9以上。吸收低頻：空腔宜深；吸收中高頻，空腔宜淺。,42,5.4 吸聲處理注意事項：,車間壁面都是堅硬的反射性能較強的材料，室內(nèi)的混響聲比

17、較明顯。操作工人離開聲源大的機器較遠(yuǎn)，反射聲較強。車間內(nèi)噪聲源比較多且分散。車間內(nèi)的噪聲源尺寸較大且分散，同其他方法量和使用。,43,6 隔聲,用構(gòu)件把聲源與接受者分開，阻斷空氣聲的傳播，從而達(dá)到降噪的措施?？諝饴暎涸诳諝庵袀鞑サ摹袈?固體聲：在固體中傳播——隔振，阻尼透聲系數(shù)τ：透射聲功率與入射聲功率之比。,44,6.1 多層復(fù)合板的隔聲,利用聲波在不同界面上阻抗的變化而使聲波反射，減小了聲能透射，選擇：1。合

18、理選擇材料和復(fù)合次序。2。為減小由共振頻率和吻合效應(yīng)引起的隔聲低谷。3。輕質(zhì)多孔材料本身的隔聲能力很差。,45,6.2 隔聲間,具有門、窗的組合墻平均隔聲量的 1。提高門、窗隔聲量； 2。減少門窗的面積； 3。門縫密封,46,6.3 隔聲罩,將噪聲源封閉在一個相對小的空間，減少想周圍輻射噪聲的罩狀結(jié)構(gòu)。1 罩殼材料有足夠的隔聲量，便于安裝2 罩體與聲源設(shè)備及其機座之間不能有剛性接觸。3 罩內(nèi)要作吸聲處理。4 罩殼

19、與設(shè)備之間應(yīng)由較大的空間，通風(fēng)口裝消聲器。,47,6.4 隔聲屏,對隔聲要求不高，又不便于安裝隔聲罩。應(yīng)用：道路，車間，臨時作業(yè)場所隔聲屏對于2000Hz以上的高頻聲比中頻聲的歌聲效果要好。而對于頻率低于250Hz以下的聲音，由于聲波的波長比較長，容易繞過屏障，效果差。,48,6.4 隔聲屏,應(yīng)有足夠的隔聲量，聲損失應(yīng)高出10dB 配合吸聲處理，減少反射聲能及繞射聲能。主要用于控制直達(dá)聲與其他構(gòu)件的連接處，注意米粉聲屏障的高

20、度和長度應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場情況計算確定,49,7 消聲器,用于降低氣流噪聲的裝置，它既能允許氣流順利通過又能阻止聲能或減弱聲能向外傳播。安裝： 緊靠空氣動力性機械設(shè)備的進(jìn)、出口。氣流噪聲降低20~40dB（A），相應(yīng)的響度降低75~93%。,50,7 消聲器,阻性消聲器：借助裝在管壁上的吸聲材料或吸聲結(jié)構(gòu)的吸聲作用來吸收聲能。阻性消聲器：對中、高頻消聲性能良好，對低頻性能較差，可通過增加吸聲材料的厚度和密度進(jìn)行改善。,51,7.1 阻性

21、消聲器,種類： 直管式消聲器，片式消聲器，折板式消聲器，蜂窩式消聲器及迷宮式消聲器。,52,7.2 抗性消聲器,通過控制聲抗的大小來消聲，它不使用吸聲材料，而是在管道上接截面突變的管道或旁接共振腔，使某些頻率的聲波在聲阻抗突變的界面處發(fā)生反射、干涉等現(xiàn)象，從而達(dá)到消聲目的。,53,7.2 抗性消聲器,1。將某些特定頻率范圍的噪聲濾掉，達(dá)到 消聲目的。2。它適用于消除中、低頻噪聲。3。與阻性消聲器的最大區(qū)別：沒有多孔性吸聲材料。

22、,54,7.3 抗性消聲器——擴張式消聲器,利用橫斷面積的擴張，收縮引起的聲反射和干涉來消聲的。適用于消除中頻噪聲。消聲量與擴張室的擴張比、連接管的長度及消聲器的總長度有關(guān)。,55,7.3 抗性消聲器——共振式消聲器,利用共振結(jié)構(gòu)的阻抗引起的反射而產(chǎn)生消聲效果的。,56,7.4 微穿孔板消聲器,聲阻與穿孔板上的孔徑成反比。厚度小于1mm的金屬板上鉆許多孔徑為0.5~1mm的微孔，穿孔率一般在1%~3%。,57,7.5 消聲器的選型

23、,由噪聲的頻譜，選定消聲器種類.1. 阻性消聲器——高頻性噪聲2. 低中頻噪聲——抗性消聲器3. 噪聲頻帶比較寬（低、中、高頻噪聲較強）——阻抗復(fù)合式消聲裝置 4. 噪聲中突出的峰值——共振腔消聲器,58,7.5 消聲器的選型,根據(jù)管道截面，確定消聲器通道結(jié)構(gòu)。根據(jù)降噪要求，決定消聲器的長度。驗算消聲頻率范圍。,8 噪聲頻譜分析在診斷中的應(yīng)用,60,8.1 鋼球磨煤機噪聲的測量分析,使用聲級計，測量等效A聲級。噪聲是各聲源

24、在測量點上的綜合反映。,61,測點的布置,2臺磨煤機同時開動，周圍噪聲不超過92dB（A）隔聲量的實際隔聲量不低于16dB（A）,62,隔聲罩的材料,噪聲為中低頻吸聲材料為：超細(xì)玻璃棉,63,隔聲罩的效果,隔聲罩與本體沒有任何剛性聯(lián)系，由地面的鋼架支撐。,64,8.2 提升減速箱的噪聲特征,為減少環(huán)境的干擾，測點選在減速箱蓋中間，且距箱蓋5mm處，噪聲測試效果較佳。,65,頻譜分析,真,正常噪聲功率譜：只有基頻和二次諧波部分,

25、異常噪聲功率譜：基頻到四次諧波成分都有； 二次諧波超過基頻的幅值。,故障：減速箱第一級齒輪出現(xiàn)磨損故障。,66,8.3 斜軸式軸向柱塞泵,其噪聲主要由：泵內(nèi)運動部件的振動和液壓振動及其振動輻射而產(chǎn)生的。,67,噪聲頻譜,聲級計的傳聲器頭正對泵的中心，距離為1m。,噪聲的自功率譜,,,連桿換桿的撞擊噪聲,68,噪聲源識別,用相干分析識別噪聲源。將振動信號作為噪聲源信號，聲場信號作總噪聲信號。相干值越大，該噪聲源對測量點噪聲的