声学测量分析技术方案.docx
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声学测量分析技术方案
声学测试剖析技术方案
一、声压
声波流传过程中，空气质点也随之振动，产生压力颠簸。
一般把没有声波存
在时媒质的压力称为静压力，用p0表示。
有声波存在时，空气压力就在大气压
邻近起伏变化，出现压强增量，这个压强增量就是声压，用p表示。
声压的单位就是压强的单位，在SI单位制中，面积S的单位是米2，力F
的单位是牛（顿），其声压的单位是牛/米2，记为N/m2，或称为帕（斯卡），记
为Pa，其协助单位为微巴，记为bar（达因/厘米2，dyn/cm2）。
换算关系为：
1Pa1N/m210dyn/cm2与大气压对比，声压是相当小的。
在
10bar
1000
（1—3）
赫时的可听声压范围大概在
0.0002~200微巴之间。
声压随时间起伏变化，每秒钟内变化的次数很大，传到人耳时，因为耳膜的惯性作用，鉴别不作声压的起伏，即不是声压的最大值起作用，而是一个稳固的有效声压起作用。
有效声压是一段时间内刹时声压的均方根值，这段时间应是周期的整数倍。
有效声压用数学表示为
1
T
2
（1—4）
p
pt
dt
T
0
式中T——周期；
pt——刹时声压；
t——时间。
关于正弦声波ppm/2，pm为声压幅值，即最高声压。
在实质使用中，
若不另加说明，声压就是有效声压的简称。
二、声压级Lp
一个声音的声压级是这个声音的声压与基准声压之比的以10为底的对数的
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20倍，即Lp
p
（1-11）
20lg
po
式中Lp----
声压级，分贝；
p-----
声压，帕；
po----
基准声压，取po=20微帕。
有了声压级的观点，便可把由声压值表示的数百万倍变化，改变成0～120
分贝的变化范围。
三、声学频谱
声频范围很广，从低频到高频变化高达1000倍，一般不行能，也没有必需
对每个频次逐个丈量，为方便和适用上的需要，往常把声频的变化范围区分为若
干个较小的段落，称为频程，或频段、频带，一般它是两个声或其信号频次间的
距离。
频程有上限截止频次值、下限截止频次值、中心频次值和上下限截止频次
之差。
上、下限截止频次之差即是中间地区，称为频带宽度，简称带宽。
一般频程以高频与低频的频次比的对数来表示，此对数往常以2为底，其单
位称倍频程。
即
f2
2
n
或
f2
（1-15）
f1
nlog2
f1
式中
f1、f2----
成倍频程关系的低频和高屡次率，即下、上限截止频次；
n---------
两个频次对比的倍数。
n能够是随意正实数，n越小，分的越细，频程越短，丈量所需时间就越多，当n=1时，即两个频次相距1倍时，称倍频程，简称倍频程；当n1/3时，称1/3倍频程，依此类推。
在倍频程中，频程间的中心频次之比都是2：
1，此中心频次是上、下限的
几何均匀值，即
fof1f2
--2
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四、计权声级
声波的性质主要由声强盛小、频次高低和波形特色决定。
人们的听觉也是因为对声音强、弱、调子高低和音色产生奇妙的差别才能分辨出各样不一样的声音。
因此确立物理量数值与主观感觉的关系是必需的。
设置计权网络，经过对人耳敏感的频次加以重申，对人耳不敏感的频次加以衰减，就能够直接读出反应人耳对噪声感觉的数值，使主客观量趋于一致。
常用的计权网络A、B、C三种。
当前还出现DD1、D2、E和SI几种计权，
一般采纳A计权网络。
A计权网络是效仿倍频程等响曲线中的40方曲线的反曲线而设计的。
它较
好地模拟了人耳对低频（500赫以下）不敏感，对1000~5000赫声敏感的特色。
用A计权丈量的声级来代表噪声的大小，称为A声级，记为分贝（A），或dBA。
五、信号办理过程的加窗与均匀
常用窗函数
在对信号进行频域办理时，先要对数据加窗选用，以减小谱的泄漏。
常用的几种窗函数以下：
（l）矩形窗
矩形窗属于时间变量的零次幂窗，函数形式为
（1-28）
--3
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相应的窗谱为：
（1-29）
矩形窗使用最多，习惯上不加窗就是使信号经过了矩形窗．这类窗的长处是主瓣比较集中，弊端是旁瓣较高。
（２）汉宁（Hanning）窗
汉宁窗又称升余弦窗，其时域表达式为：
（1-30）
相应的窗谱为：
--4
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（1-31）
汉宁窗能够看作是3个矩形时间窗的频谱之和，或许说是3个sine（t）型函数之和，而括号中的两项相关于第一个谱窗向左、右各挪动了π／T，进而使旁瓣相互抵消，消去高频扰乱和漏能。
（３）海明（Hamming）窗
海明窗也是余弦窗的一种，又称改良的升余弦窗，其时间函数表达式为：
（1-32）
其窗谱为：
--5
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（1-33）
海明窗与汉宁窗都是余弦窗，不过加权系数不一样。
海明窗加权的系数能使
旁瓣达到更小。
剖析表示，海明窗的第一旁瓣衰减为一42dB．海明窗的频谱也
是由3个矩形时窗的频谱合成，但其旁瓣衰减速度为20dB／（10oct），这比汉
宁窗衰减速度慢。
海明窗与汉宁窗都是很实用的窗函数．
除了以上几种常用窗函数之外，另有多种窗函数，如平顶窗、帕仁（Parzen）窗、布拉克曼（Blackman）窗、凯塞（kaiser）窗等。
窗函数的选择应试虑被剖析信号的性质与办理要求．假如仅要求精准读出主瓣频次，而不考虑幅值精度，则可采纳主瓣宽度比较窄而便于分辨的矩形窗；
假如剖析窄带信号，且有较强的扰乱噪声，则应采纳旁瓣幅度小的窗函数，如汉宁窗、三角窗等；关于随时间按指数衰减的函数，可采纳指数窗来提升信噪比．
均匀方式
数字信号办理中，依据研究目的和被剖析信号的特色，常使用以下几种均匀
方式进行办理。
（1）线性均匀
线性均匀:
YN
=（1/N）*
Σi
（
1-34
）
Xi=1~N
所有输入数据的影响都是1/N.
线性均匀要把所有输入数据储藏后再计算，可改为递推线性均匀
--6
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推性均匀:
Y2=Y1,2=（1/2）*（X1+X2）算后X1,X2可除
Y3=Y1,2,3=（X1+X2+X3）=（2/3）*Y2+（1/3）X3算后Y2可除
⋯⋯⋯⋯⋯
Yn=（（n-1）/n）*Yn-1+（1/n）*Xnn=1~N
（2）指数均匀
一微分方程
Tc（dy（t）/dt）+y（t）=x（t）Tc---常数（1-35）
以采隔t失散成一差分方程，
dt→Δt,y（t）→y（n）---yn,x（t）→x（n）---
xn,dy→yn-yn-1
Yn=（（N-1）/N）*Yn-1+（1/N）*Xn
（1-36）
因Tc>t,可令Tc/t=N,
Yn=（（N-1）/N）*Yn-1+（1/N）*Xn
（1-37）
例:
N=4,Xn=[X1X2X3X4X5⋯⋯]Y1=（1/4）*X1
Y2=（3/4）*Y1+（1/4）*X2=（3/4）*（1/4）*X1+（1/4）*X2
Y3=（3/4）*Y2+（1/4）*X3=（3/4）*（3/4）*（1/4）X1+（3/4）*（1/4）*X2+（1/4）*X3
Y4=（3/4）*Y3+（1/4）*X4=（3/4）*（3/4）*（3/4）*（1/4）*X1+（3/4）*（3/4）*（1/4）*X2
+（3/4）*（1/4）*X3+（1/4）*X4
可过去入数据在出的影响按（（N-1）/N）m逐减小（忘）。
（3）最大保持
保持声最大的一次果，作最的剖析果。
六、测试基来源理及流程
传声器（专用的声学传感器）将刹时声压信号变换为电压信号，声级计将此电压信号放大（或衰减）、加权（A、B或C，也可不加权）、倍频程滤波（附带）、均方根检波和对数变换，最后给出噪声的声压级、计权声级或倍频程声压级；还能够输出与成比率的电压信号供监测、储存和频谱平剖析之用。
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声学丈量倍频程剖析方法流程图
七、试验所需仪器设施：
6、1动向信号测试剖析系统
动向信号测试剖析系统
网络型动向信号测试剖析系统，应用范围特别宽泛，一套系统，便可达成应
力应变、振动（加快度、速度、位移）、冲击、声学、温度（各样种类热电偶、
铂电阻）、压力、流量、力、扭矩、电压、电流等各样物理量的测试和剖析
输入阻抗
10MΩ∥40PF
当满度值不大于
10V时，输入信号大于±15V（直流或沟通峰值
）时，输
输入保护
入全保护；当满度值为20V时，输入信号大于±30V（直流或沟通峰值）
时,输入全保护
输入方式
GND、DC（单端、差分）、AC、ICP
数据收集器
单端输入、差动输入、ICP适调输入
工作方式
外接适调器（选
ICP适调器（带双积分硬件网络）、应变适调器、电荷
适调器、电荷适调器（带双积分硬件网络）、4～20mA
件）
适调器、双恒流源应变适调器
满度值
±100mV、±200mV、±500mV、±1V、±2V、±5V、±10V、±20V
最大剖析频宽
DC～100kHz
低通滤波器
截止频率
10、30、100、300、1k、3k、10k、PASS（Hz）八档
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（-3dB±1dB）
分档切换
平展度
小于0.1dB（2/3截止频次内）
阻带衰减
大于－24dB/oct
信号状态指示
过载指示
输入大于满度值，指示灯为红色，表示过载
50mV指示
输入小于满度的0.5%,指示灯为绿色，表示欠载
模数变换器分辨率
24位Σ-A/D变换器；
最大通道数
每台仪器可有
16通道或32通道，每台计算机可控制无穷多通道
通信接口
100Mbps以太网接口
所有通道（无穷多）同时工作时，每通道10、20、50、
连续采样速率
（存
整数采样速率
100、200、500、1k、2k、5k、10k、20k、50k、100k
、
贮深度由计算机剩
200k（Hz）分档切换
余硬盘空间容量决
所有通道（无穷多）同时工作时，每通道5、10、20、
定）
整数剖析频次
50、100、200、500、1k、2k、5k、10k、20k、50k、
100k（Hz）分档切换；
滤波方式
每通道独立的模拟滤波+及时数字滤波组合抗混滤波
器；
抗混滤波器
截止频次
采样速率的1/2.56倍，设置采样速率时同时同步设定
阻带衰减
约120dB/oct
平展度（剖析频
小于
率范围内）
仪器工作电源
沟通电源
220V，50Hz
直流电源
10～18V
使用环境
合用于GB6587.1-86-Ⅱ组条件
外形尺寸
236mm（宽）×133mm（高）×317mm（深）（十六通道）；
482mm（宽）×133mm（高）×317mm（深）（三十二通道）。
6、2声学丈量传感器系统
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声传感器是把外界声场中的声信号变换成
电信号的传感器。
它在通信、噪声控制、环境
检测、音质评论、文化娱乐、超声检测、水下
探测和生物医学工程及医学方面有宽泛的应
用。
自由声场定义：
均匀的各向同性的非流动
媒质中，界限影响能够不计的声场。
能感觉声压并变换成可用输出信号的传感
器称为声压传感器。
它有以下的几种实现形式：
电阻变换式、压电式和电容式。
压电式声压传感器利用压电晶体的压电效
应制成的，压电晶体的一个极面和膜片相连结，
当声压作用在膜片上使其振动时，膜片带动压
动晶体产生振动，压电晶体在机械应力的作用
下产生随声压大小变化而变化的电压，进而完
成声－电的变换。
理想的丈量传声器应当知足以下条件：
1）与声波波长对比，传声器的尺寸应当很小，不会对声场产生扰乱；
2）在声频范围内拥有拥有优秀的频次响应特征，即平展的幅频特征和零相移的相频特
性；
3）动向范围宽。
传声器应在很宽的动向范围内拥有恒定的声压－电压变换敏捷度；
4）性能稳固。
5）高敏捷度和低的电噪声。
6、3声学剖析软件系统
声学软件基本办理方法
八、典型事例
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线性幅值谱
1/3倍频程
声压丈量结果：
获得频域上最大值对应的频次及其声压级值，并显示整个频域的总声压级值等参数。
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升级会员 