机械噪声测量

噪声测量 目录

第一章 噪声的评定简介

1.1 响度级和响度

第二章 噪声的测量仪器

2.1 声级计

2.2 声级计构造 2.3 噪声统计分析仪 2.4 滤波器和频谱分析仪 2.5 声强测量和测量仪器

2.6 环境噪声自动监测系统和噪声显示屏

第三章 噪声测量方法

3.1 作业场所噪声测量

3.2 公共场所噪声测量方法

3.3 噪声的频谱分析

3.4 机器噪声源声功率的测量

前言

声音是由物体的机械振动而产生的。振动的物体称为声源，它可以是固体、气体或液体。声音可以通过介质（空气、固体或液体）进行传播，形成声波。当

声波到达人耳，人们就听到声音，声波在传播过程中可能会产生反射、绕射、折射和干涉。

噪声也是一种声波，它具有声波的一切特性。从物理学的观点来看，噪声是指声强和频率的变化都是毫无规律，杂乱无章的声音。从生理学观点来看，凡是妨碍人们正常休息、学习和工作的声音，以及对人们要听的声音产生干扰的的声音。从这个意义上来说，噪音的来源很多。街道上的汽车声、安静的图书馆里的说话声、建筑工地的机器声、以及邻居电视机过大的声音，都是噪音。现阶段，几乎任何噪声问题的解决都离不开对噪声的测试。噪声测试数据是解决问题的科学依据。近年来，对机器设备噪声的测试，受到人们的特别关注。这是因为：

（1） 机器设备噪声大小常被列为评价其质量的指标之一。

（2） 比较同类机器设备所产生噪声的差异以便改变设计和生产工艺。 （3） 监视设备噪声及其变化，可据此实现对设备工况监视和故障诊断。 （4） 对设备噪声进行分析，找出产生噪声的原因，以便采取有效地降噪措

施。

（5） 噪声对人们的生活也有很大影响等。

噪声已成为世界的主要公害之一，防止和控制噪声已是机械工程人员的重大任务之一。为此，测量噪声的意义也日益重要。

第一章 噪声的评定简介

声音有强弱之分，并用声压p 来表示其大小，单位是 Pa (帕)，1 Pa=1N/m2 （牛顿/米），一个大气压等于1.013×105Pa。声压可以用峰值、平均值和有效值表示。声压的有效值是瞬时声压平方在一段时间平均数的平方根，又称均方根值（RMS），它直接与声波的能量有关，所以用得最多，以下除非另外说明，所论声压均指有效值。

1.1、 响度级和响度

声压和声强都是客观物理量，声压越高，声音越强；声压越低，声音越弱，但是它们不能完全反映人耳对声音的感觉特性。

人耳对声音的感觉，不仅和声压有关，也和频率有关。一般对高频声音感觉灵敏，对低频声音感到迟钝，声压级相同而频率不同的声音听起来可能不一样响。为了既考虑到声音的物理量效应，又考虑到声音对人耳听觉的生理效应，把声音的强度和频率用一个量统一起来，人们仿照声压级引出了一个响度级的概念。使用等响实验方法，可以得到一族不同频率、不同声压级的等响度曲线。实验时用1000Hz的某一强度（例如40dB ）的声音为基准，用人耳试听的办法与其它频率（例如100Hz）声音进行比较，调节此声音的声压级，使它与1000Hz声音听起来响度相同，记下此频率的声压级（例如50dB）。再用其它其他频率进行测试。

第二章 噪声的测量仪器

2.1、声级计

声级计是根据国际标准和国家标准按照一定的频率计权和时间计权测量声压级的仪器，它是声学测量中最基本最常用的仪器，适用于室内噪声、环境保护、机器噪声、建筑噪声等各种噪声测量。 2.1.1、声级计的分类

按精度来分：根据最新国际标准IEC61672-1：2002和国家计量检定规程JJG188-2002，声级计分为1 级和2级两种。在参考条件下，1级声级计的准确度±0.7dB 。2级声级计的准确度±1dB 。（不考虑测量不确定度）

按功能来分：分为测量指数时间计权声级的常规声级计，测量时间平均声级的积分平均声级计，测量声暴露的积分声级计（以前称为噪声暴露计）。另外有的具有噪声统计分析功能的称为噪声统计分析仪，具有采集功能的称为噪声采集器（记录式声级计），具有频谱分析功能的称为频谱分析仪。 按大小来分：台式、便携式、袖珍式。 按指示方式：模拟指示（电表、声级灯）、数字指示、屏幕指示。

2.2、声级计构造

传声器

打印机 前置 计权 输出 有效值

衰减器 A/D CPU 放大器 放大器 放大器 检波器 数字 滤波器 欠量 显示器 过载检测 程检测 过载指示 欠量程指示 图

2.1 声级计工作原理方框图

2.3、噪声统计分析仪

噪声统计分析仪是用来测量噪声级的统计分布，并直接指示累计百分声级LN 的一种噪声测量仪器它还能测量并用数字显示A声级、等效连续声级Leq ，以及用数字或百分数显示声级的概率分布和累计分布。它由声级测量及计算处理两大部门构成，计算处理由单片机完成。随着科学技术的进步，尤其是大规模集成电路的发展，噪声统计分析仪的功能越来越强，使用也越来越方便，国产的噪声统计分析仪已完全能满足环境噪声自动监测的需要。现以AWA6218B型噪声统计分析仪为例进行介绍。AWA6218B型噪声统计分析仪是一种内装单片机（计算机）的智能化仪器，其最大优点是采用120X32点阵式LCD，既可显示数据，也可显示图表；既有数字显示，又有动态条图显示瞬时声级，而且可以同时显示8组数据。可以直接显示各个测量值以及组号，可以设定11种测量时间，从手动、10s到24h。既可进行常规单次测量，也可进行24h 自动监测，每小时测量一次，每次测量时间可以设定。仪器内部有日历时钟，关机后时钟仍在继续走动，因此不需每次开机后进行调整。该仪器还具有储存495组或24h测量数据的功能，平时只需将主机（仅0.5kg重）带至现场测量，测量结束后，数据自动储存在机内，将主机带回办公室接上打印机打印或送微型计算机进一步处理或存盘。储存数据可靠，不会丢失。所储数据还可以通过调阅开关调阅任一组数据，并将其单独打印出来。如发现该组数据不正常，也可通过删除键将其删除，补测一组数据

替代。所配UP40TS打印机既可仅仅打印数据，也可既打印数据又打印统计分布图、累计分布图或24h分布图。尽管该仪器功能很多，但操作起来非常容易，人机接口友好，在任何时候使用者均能清楚知道仪器目前工作状态，例如显示的是什么数据，测量时间设定多长，是否在采样，是常规测试还是24h监测，储存数据组数是否已满等等。

该仪器在每组测试后可以查阅瞬时值记录，利用“回删”功能，可以很科学且很方便地将异常（突发）噪声剔除，Leq、LN等数据重新计算。它的外形设计对声波阻力小，电池既可用充电电池，也可用普通电池，更换非常方便。整机性能符合IEC61672-2002和JJG188-2002对2级积分声级计的标准。可以外接倍频程或1/3倍频程滤波器进行自动频谱分析，LCD上显示频谱图或表，也可由打印机打印或送微机进一步保存和处理AWA6218A型噪声统计分析仪，比AWA6218B功能更加强大，可作为噪声采集器，同时储存12万个瞬时值，可以进行机场环境噪声测量。AWA6218C型噪声统计分析仪是早期的AWA6218的改型产品，体积小巧，操作简单，使用方便，更换电池也非常方便。AWA6270+B

型噪声分析仪，是最新设计的噪声测量和分析仪器，符合 1 级仪器的要求，可以进行噪声统计分析和24小时自动监测；可以加入1/1和1/3倍频程滤波器模块进行噪声频谱分析；也可加入噪声采集模块，作为噪声采集器，可以进行机场环境噪声测量。

2.4、滤波器和频谱分析仪

噪声是由许多频率成分组成的，为了了解这些频率成分，需要进行频谱分析，通常采用倍频程滤波器或1/3倍频程滤波器。这是两种恒百分比带宽的带通滤波器，倍频程滤波器的带宽是100%，1/3倍频程滤波器是23%。为了统一起见，IEC61260-1995国际标准及GB/T3241-1998国家标准对滤波器的中心频率、带宽及衰减特性等作了规定。AWA5721型倍频程滤波器和AWA5722型分数倍频程滤波器是采用新型组件-开关电容滤波器设计制造的。它不需任何外部组件，只需改变时钟频率，就改变滤波器的中心频率。性能优良，完全满足GB/T3241-1998对2级滤波器的要求，大部分指标达到1级要求。它们主要用来配合AWA5661、AWA5633A 等声级计、积分声级计使用，组成频谱分析仪，进行倍频程、1/3倍频程谱分析。当与AWA6218B型噪声统计分析仪配合使用时，还可在LCD上列表显示每个频带的声压级或显示频谱分布图，还可通过UP40TS 打印机，列表打印或打印频谱分布图。有的仪器将声级计和滤波器装在一个机壳内组成频谱分析仪，如AWA6270+型噪声分析仪，是一种1 级的性能优良的声学测试仪器。有不同硬件和软件模块组合，配置A模块可以进行倍频程、1/3倍频程谱分析和混响时间测量；配置B模块可以进行环境噪声测量和24h 自动监测；配置C模块可以进行数据积分采集和机场噪声测量。仪器本底噪声低，动态范围大；128X64点阵式LCD，既可显示数据，也可显示频谱图表。另一种AWA6270A/B/C型噪声频谱分析仪内置倍频程滤波器，可以进行倍频程谱分析，也可进行统计分析。两种仪器都可以连接打印机及微机，将测量结果打印出来或进一步处理。

2.5、 声强测量和测量仪器

在声学测量中，一般是测量声压（或声压级），声压测量的原理简单，方法简便，测量仪器也比较成熟。测量得声压或声压级后，可以计算得到声强、声强级和声功率、声功率级。但是，声压测量受环境的影响（背景噪声、反射等）较

大，往往需要进行修正，有时还需要在特定的声学环境（如消声室、混响室）中进行测量。随着近代电子技术的发展，各种直接测量声强的仪器相继问世。由于声强测量及其频谱分析对噪声源的研究有着独特的优越性，能够有效地解决许多现场声学测量问题，因此成为噪声研究的一种有力工具。国际标准化委员会已公布了利用声强测量噪声源声功率级的国际标准，即ISO9614-1和ISO9614-2，前者规定了离散点测量方法，后者规定了扫描法。国际电工委员会则公布了IEC1043：1993 《电声—声强测量仪器——利用声压响应传声器对进行测量》。 2.5.1、声强测量原理

声场中某一点上，在单位时间内，在与指定方向（或声波传播方向）垂直的单位面积上通过的平均 v 声能量，称为声强。在没有流动的介质中，声强向量I 等于瞬时声压p(t) 和同一点上相应的质点速度u(t)的时间平均乘积 2.5.2、声强测量仪器

声强测量仪器大致有三种：一种是模拟式声强计，它能给出线性或A计权声强或声强级，也能进行倍频程或1/3倍频程声强分析，适用于现场声强测量；另一种是利用数字滤波技术的声强计，由两个相同的1/3倍频程数字滤波器获得实时声强分析；第三种是利用双信道FFT分析仪，由互功率谱计算声强，并能进行窄带频率分析。

2.6、环境噪声自动监测系统和噪声显示屏

目前在用的以噪声统计分析仪或多功能声级计为代表的环境噪声监测仪器，虽然它能自动采集数据储存数据、计算和分析测量结果，但它并不是一个环境噪声自动监测系统。一个环境噪声自动监测系统至少应具有以下几方面的功能：（一）它是全天候工作的，不管刮风下雨、天冷天热，它都能适应。（二）它应是无人值守的，也就是不需要有人值班看护它。（三）它应能自动将数据传输到中心站，而不需通过人工采集或将仪器带回中心站再将数据送入计算机。（四）它应能多点联网工作，因为噪声测量往往是许多测点同时进行，它们的数据都要传送到中心站，并自动生成各种形式的报告。

一套环境噪声自动监测系统通常由全天候噪声监测终端、传输线路（有线或无线）、中心站主控计算机等几个部分组成。

环境噪声自动监测系统也可以与大屏幕噪声显示屏做成一体，一方面自动监测环境噪声，另一方面又把噪声监测值立即用大屏幕显示出来，起到普及和宣传噪声污染防治知识，提高人们的环境保护意识的作用。在显示屏上还可以增加大气污染指数，气温、风力、风向等气象资料。

噪声显示屏可以只显示瞬时声级，也可同时显示等效连续声级；可以做成单面，也可做成双面，三面或四面。显示器件一般采用发光二极管，而采用象素管的则在室外显示更加明亮清晰。

噪声显示屏采用象素管作为显示器件，同时显示Lp和10分钟Leq。它还可以储存15天数据，储存数据可通过人工采集送到计算机，也可通过电话线路或无线传输到计算机。显示屏还可以增加广告内容，通过滚动显示不断更新广告内容。显示屏的进一步发展是环境质量公告牌，它不仅显示环境噪声的测试值，而且显示大气中二氧化硫、氮氧化物、可吸入颗粒物等污染指数，这些污染指数由计算机通过电话线或无线传输到显示屏进行显示，并按要求予以更新。

第三章 噪声测量方法

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