声学测量分析技术方案.docx

1、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：1Pa 1N / m2 10dyn / cm2 与大气压对

2、比，声压是相当小的。在10 bar1000（13）赫时的可听声压范围大概在0.0002200 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1T2（14）pp tdtT0式中 T 周期；p t 刹时声压；t时间。关于正弦声波 p pm / 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 L p一个声音的声压级是这个声音的声压与

3、基准声压之比的以 10 为底的对数的优选文库20 倍，即 L pp(1-11)20lgpo式中L p -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

4、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f 22n或f 2(1-15)f1n log 2f 1式中f1 、 f 2 -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 n 1/ 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f o f1 f2- 2优选文库四、 计权声级声波的

5、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 D D1、 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 10005000 赫声敏感的特色。用 A

6、 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优选文库相应的窗谱为：（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。（）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优选文库（ 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 s

7、ine （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 T，进而使旁瓣相互抵消，消去高频扰乱和漏能。（）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优选文库（ 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，

8、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)* i（1-34）Xi=1N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

9、后再计算，可改为递推线性均匀- 6优选文库 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)*Y n-1+(1/n)* Xn n=1N（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 t , y(t)y(n)-yn, x(t)x(n)-xn, dyyn- yn-1Yn=(N-1)/N)*Yn-1+(1/N)*X n（1-36 ）

10、因 Tc t,可令 Tc/ t=N,Yn=(N-1)/N)*Yn-1+(1/N)*X n（1-37 ）例:N=4, Xn= X1 X2 X3 X4 X5 Y1=(1/4)* X1Y2=(3/4)* Y1 +(1/4)*X2=(3/4)*(1/4) *X1 +(1/4)*X2Y3=(3/4)* Y2 +(1/4)*X3=(3/4)*(3/4)*(1/4) X1 +(3/4)*(1/4)*X2 +(1/4)*X3Y4=(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

11、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。- 7优选文库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

12、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10M 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 ) 、

13、 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DC100kHz低通滤波器截 止 频 率10、 30、 100 、 300、 1k、 3k、 10k 、 PASS(Hz)八档- 8优选文库(- 3dB1dB)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 - A/D 变换器；最大通道数每台仪器可有16 通道或 32 通

14、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 1/2.5

15、6 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- 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- 9优选文库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

16、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- 10优选文库线性幅值谱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。- 11