2013注评考试《机电设备评估基础》预习：噪声测量法

第七章　设备状态监测与故障诊断技术

　　知识点七、噪声测量法

　　噪声：不规则的机械振动在空气中引起的振动波。

　　（一）噪声测量的主要参数

　　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，也可以用人的主观感觉进行度量，如响度级等。

　　1.声压、声强、声功率

　　（1）声压：声波传播时，空气质点随之振动所产生的压力波动而引起的压强增量。

　　没有声波存在时，媒质的压力称为静压力，用P₀表示。声压，用P表示，单位是Pa.仪器检测的声压为有效声压，是声压的均方根值。

　　（2）声强：单位时间内，通过垂直于传播方向上单位面积的声波能量——声强（W/㎡）。

　　（3）声功率：声源在单位时间内辐射出来的总声能——声功率（W）。

　　2.分贝与声级。引起听觉的可听声频率在20～20000Hz之间，但在此范围内的某一声波可以有不同的声压或声强。

　　当频率为1000Hz时，正常人耳开始能听到的声压为2×10 ^-5 Pa，称为听阈声压；频率为1000Hz，声压为20Pa时，能使人耳开始产生痛感，称为痛阈声压。

　　可见从听阈到痛阈，声压的绝对值数量级之比为1:10⁶ ，即相差一百万倍。而从听阈到痛阈，声强的绝对值数量级绝对值之比为1:10¹² ，即相差亿万倍。

　　声学中采用 "级"来度量声压和声强，称为声压级、声强级，还有声功率级。

　　【注意】声压级的单位为“分贝”（dB）。

　　（1）声压级（dB）：声压与基准声压之比的以10为底的对数的20倍。

　　（2）声强级：声强与基准声强之比的以10为底的对数的10倍——声强级（dB）。

　　（3）声功率级；声功率与基准声功率之比的以10为底的对数的10倍——声功率级（dB）。

　　2.噪声的主观量度：响度、响度级、等响曲线

　　人耳感觉到的声音的强弱不仅与声压有关，而且还与声音的频率有关。当声音的频率发生变化时，听阈和痛阈的声压级将随之变化。

　　响度或响度级就是根据人耳的特性，仿照声压级的概念引出的与频率有关的反映主观感觉的量。

　　要确定噪声的响度，选用频率为1000Hz的纯音作为基准音，调节1000Hz纯音的声压级，使它和所要确定的噪声听起来有同样的响度，则该噪声的响度级就等于这个纯音的声压级（dB），单位为方（Phon）。

　　在各个频率下对人的听力进行试验，试验得出的曲线即为等响曲线。

　　【小结】

　　1.纵坐标是声压级，横坐标是频率。

　　2.同一条曲线上的各点，虽然代表着不同频率和声压级，但其响度相同，故称等响曲线。

　　3.将各个频率下刚刚能够听到的相同响度的声压级相连而得到的曲线，即为听阈曲线，其响度规定为0，所以听阈曲线也称为零方响度线。

　　4.同理，将不同频率时，痛阈的声压级和频率关系曲线称为痛阈曲线，也称为120方响度线。

　　5.在听阈和痛阈之间，共有13个响度级，其响度分别为 0、10、20、30 ┉┉ 110、120。

　　6.每条等响曲线所代表的响度级（方）的大小，由该曲线在1000Hz时的声压级确定。

　　（二）噪声测量仪器

　　噪声测量中，最常使用的仪器是传声器和声级计。

　　1.传声器：它的作用是将声能转换成电能。

　　【提示1】在噪声测量中常用压强式传声器。

　　【提示2】电容式传声器具有较多优点，因此噪声测量中使用的精密和标准声级计大部分采用电容式传声器；普通声级计一般采用压电式传声器；动圈式传声器已很少使用。

　　（1）电容传声器

　　电容传声器的基本结构是一个电容器。在极化电压、负载不变的情况下，输出交变电压的大小和波形由作用在膜片上的声压决定。电容传声器属于能量控制型传感器。

　　电容传声器灵敏度高，动态范围宽；输出特性稳定，对周围环境的适应性强，在-50℃～150℃的温度范围内和0～100%的相对湿度下，性能变化小；外形尺寸也比较小。

　　（2）压电传声器

　　由具有压电效应的晶体来完成声电转换，属于能量转换型传感器。

　　压电传声器具有结构简单、成本低、输出阻抗低、电容量大（可达1000pF）、灵敏度较高等优点。但性能受温度、湿度影响较大。

　　2.声级计

　　声级计是噪声测量中使用最为广泛、最简便的仪器。它不仅用来测量声级，还能与各种辅助仪器配合进行频谱分析、记录噪声的时间特性和测量振动等。

　　声级计按其用途分为一般声级计、脉冲声级计、积分声级计和噪声暴露计（噪声剂量计）等。

　　声级计按其精度分为：

　　0型声级计（实验室用标准声级计）。

　　1型声级计（一般用途的精密声级计）。这种声级计选用电容传声器，指示精度高，可配用带通滤波器进行频谱分析，其输出可直接送入记录器。

　　2型声级计（一般用途声级计）。

　　3型声级计（普及型声级计）。这种声级计对传声器的要求不高，全机动态范围较窄，一般不与带通滤波器连用，适用于测量精度要求不高的场合。

　　声级计按其体积分为台式声级计、便携式声级计和袖珍式声级计。

　　声级计的工作原理是：被测的声压信号通过传声器转换成电压信号，该电压信号经衰减器、放大器以及相应的计权网络（或外接滤波器），或输入外接的记录仪器，或者经过均方根值检波器直接推动以及分贝标定的指示表头。

　　计权网络是基于等响曲线设计出的滤波线路，分为A、B、C、D四种。通过计权网络测得的声压级称为计权声压级。

　　对应四种计权网络测得的声压级分别称为A声级（L _A）、B声级（L_B）、C声级（L_C）和D声级（L_D），分别记为dB（A）、dB（B）、dB（C）和dB（D）。

　　图为声级计中常用的A、B、C计权网络的频率特性。

　　A计权网络除对低频噪声衰减最强外，对高频噪声反应最为敏感，这正与人耳对噪声的感觉（对低频段即500Hz以下不敏感，而对1000～5000Hz声音敏感）相接近。故在对人耳有害的噪声测量中，都采用A声级作为评定标准。D计权网络是专门为飞机噪声测量设计的。

　　3.声级计的校准。

　　为减小偏差，保证噪声的测量精度和测量数据的可靠性，按规定每次测量开始和结束都要进行校准，两次差值不应大于1dB。

　　有多种校准方法，例如活塞发生器校准法，这是一种现场常用的精确、可靠且简便的方法。除此之外，还有扬声器校准法、互易校准法、静电激励校准法、置换法等。

　　（三）故障的噪声识别方法

　　利用噪声（或振动）信号特征参数的变异及其程度进行故障判断有三种标准，即绝对标准、相对标准和类比标准。

　　在绝对标准中，利用测取的噪声信号的特征量值与标准特征量值进行比较；

　　在相对标准中，利用测取的噪声信号的特征量值与正常运行时的特征量值进行比较；

　　在类比标准中，利用同类设备在相同工况条件下的噪声信号的特征量值进行比较。