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声音的特性(具有的强度和不同频率成分组成)

作者:多功能噪声频谱分析仪厂家 时间:2019-01-25 09:19   
  一、声音的强度
  1、声音的第一个特点就是有强弱之分(强度)用声压级或声功率级表示。
  ① 表现方式:稳态、非稳态、脉冲。
  ② 测量代表值:声压级Lp、时间平均值Leq(T)
  ③ 频率计权A、C、Z,
  ④ 时间计权值[快(F)、慢(S)]

  如火车运行时的声音变化时的曲线图,进出站及鸣迪时声压大,听起来声音就响。反之听起来声音就弱。
  2、两个声压级或多个声压级相加绝不是 dB数的简单算术相加,而必须按照对数的运算规律相加。如:两个声压级分别为 100 dB和95dB,则合成声压级 LP合 = 100 +1.2 = 101.2 dB。多个声压级合成,如:95 dB,93 dB,90dB和 88 dB四个声压级的合成为98dB。

  二、声音的第二个特点具有不同频率成分组成(音调有高低之分)
  1. 具有不同频率成分用频谱表示,有宽带、窄带、离散频率。
  2. 频带噪声值分析一般指OCT 1/1、1/3、1/6倍频程或FFT。
  3. 测量值:声级、时间平均值、频率计权、频带噪声值、时间计权值。
  4. 频率表示声源的振动快慢,物理学上用它表示物体在一秒内振动的次数。声源振动的快慢决定了其发声音调的高低;振动慢、音调低;振动快、音调高。
  5. 可听声。人类只可以听到每秒振动 20次到 20000次的声音,我们称 20 ~ 20000 Hz的声音为可听声,低于 20 Hz声音为次声,高于 20000 Hz的声音为超声,次声和超声人耳听不到。但它是客观存在的。如老鼠可以听到次声,蝙蝠可以听到超声。人耳对不同频率的声音感觉是不一样的。
  6. 频率用 f表示,单位是 Hz(赫)。物体完整振动一次所需的时间称为振动周期,用 T表示,单位是 s。显然,物体振动愈快,即频率 f高,则振动一次所需时间愈短,即 振动周期T愈小,周期与频率互为倒数,也就是:振动过慢或过快的声音人们是感觉不到的
  7. 任何声源噪声都不止一个频率的声音,它们是从低频到高频无数频率成分的声音的大合奏。如:音乐中有高低音之别,人说话的频率范围是 100 ~ 2000 Hz,男同志讲话多在 500Hz以下,女同志讲话多在 500 Hz以上,所以听起来男同志嗓音的音调比女同志低。设幅射的声源高频率声音多一些的听起来高亢刺耳,如电锯、铆钉枪,它们辐射的主要噪声成分在1000Hz以上的高频噪声;有的声源低频率的声音多一些,如空压机、汽车,辐射的噪声低沉有力,其主要噪声频率多在500Hz以下的低频噪声;而8-18型,9-27型高压风机的噪声主要频率成分在500-1000Hz范围内的中频噪声;还有的声源较为均匀地辐射从低频到高频的噪声,如纺织机噪声,我们称之为宽频带噪声。
  如:各个频率段的声音表现对人的感觉

  三、噪声分析常用方法:
  1. 主观评价:根据经验判断
  2. 分别开动:对于多台机器分别运行
  3. 分别包扎:一台机器几个部位分别包扎
  4. 频率分析:根据频谱特性
  如:国家标准“QC/T30-2004机动车用电喇叭技术条件”对机动车喇叭的性能要求中明
  确规定了各类(气动和电-气动)喇叭应发出连续而均匀的声响不得有嘶哑声和振扰声。在
  任何情况下,在频率为1800-3500Hz(中高频)频带内的声压级必需大于频率超过3500Hz
  (高频) 的每一分量的声压级。
  5. 时间谱分析:离散谱声源适应
  6. 声强分析:根据噪声方向性及大小

  四、分析噪声源的频谱特性
  噪声源声音之所以可以区分就是它们具备了声音的两个特性(大小、不同频率)的缘故。任何声源噪声都不止一个频率的声音,它们是从低频到高频无数频率成分的声音的大合奏。但是把每一个噪声源所有频率成分的声音的声压一一分析出来,虽然技术上可以办得到,但并没有太大必要。为了方便,并根据人耳对声音频率变化的反应,人们常常使用带通滤波器把一段一段的频率成分选出来进行测量,对每段内的声音强度进行分析。这种滤波器只能允许一定范围的频率成分通过,其它频率成分被衰减掉。在声学测量中我们就称之为频谱分析。
  1、对于噪声的频谱分析,常用的有CPB 分析法和FFT分析法
  1) CPB(定比带宽),采用CPB 分析的方法通常称为1/ N倍频程分析法(1/ N  OCT AVE) 。它是将宽广的声频范围划分为若干较小的频段,每个频段的上限频率值与下限
  频率值差值称为频段带宽。(N = 1时称为1/1倍频程,N = 3 称为1/3 倍频程)



  2)FFT(快速傅立叶变换), FFT 分析法采用的是线性数字滤波器, FFT分析仪对噪音频
  谱有着很高的解析度。如下FFT频谱界面

  2、为了统一起见,国际标准化组织(ISO)规定了倍频程和1/3倍频程的中心频率点代
  表的范围。
  ① 1/1倍中心频率点:31.5、63、125,250,500,1k,2k,4k,8k,16kHz
  ② 1/3倍中心频率点:25,31.5,40,50,63,80,100,125,160,200,250,
  315,400,500,630,800,1k,1.25k,1.6k,2k,2.5k,3.15k,4k,5k,6.3k,
  8k,10k,12.5k,16kHz


 
  五、实时频谱仪的应用:


  1、传统的噪声测量中通常使用的是带通(1/1,1/3 倍)滤波器利用中心频率点测量出它们的频带范围的声压级来进行频谱分析,如上测量设备及频谱图,它是用通带以内的噪声成分通过,以外的噪声成分不通过的滤波器,一组组相邻频带对整个声频范围内的噪声信号进行频谱分析。它的方式是通过滤波器一个接一个频率点依次进行滤波进行的。由于滤波器检波电路都有一定时间常数,通常需要几秒钟才能达到稳定。如果使用1/1倍频程滤波器完成整个频谱分析需要1 分钟左右时间,如使用1/3 倍频程滤波器则需要3 分钟左右时间。它对稳定噪声源及要求不高的可以满足测量要求,但是对于不稳定噪声尤其随机变化的电机声源及时间很短的脉冲噪声等测量得到的频谱分析结果毫无意义。因为在进行下一个滤波器分析时的噪声与上一个滤波器分析时的噪声完全不一样,这种情况唯有选择实时频谱分析仪器分析才有意义。
  2、实时,它的简单涵义就是“即时”,也就是“立即”的意思。实时频谱分析仪器采用数字信号处理办法,将模拟信号变换成数字信号,边测量边进行频谱分析,速度非常快,立即就完成OCT 1/1 倍或1/3 倍频程以至更细的1/n倍频程谱分析,还可以进行FFT 分析,并可以扩展为其它许多测量与分析功能。正因为它有这么多的优点,因此得到了广泛应用。如下图实时设备功能。

         3、实时声压和频率声压同时(CRY2120U)监测应用:
 六、风机声源噪声实时频谱分析应用案例:
  1. 风机声源由轴承、发动机、齿轮箱、风扇等组成。
  2. 风机测量界面:

  ① 声压-时间曲线:以时间(S)为横坐标,声压级(dB)为纵坐标,得到风机噪声总值及相关声压数据。
  ② 1/3倍频带的声压分布图:以1/3倍中心频率点(Hz)为横坐标,以声压级(dB)为纵坐标,作出了噪声,我们一目了然地观察到风机噪声频率的特性。可得出他的峰值频率情况及相关的数据。
  ③ 对风机声源进行多次频谱分析,可取得风机频谱声压原始数据,将数据进行对比,就可找出其规律而 终可确定声源(轴承、发动机、齿轮箱、风扇)各部件声压所对应的频率范围,以此为依据发现它的异音问题部件,从而有针对性地采取处理措施。
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