1、測試技術測試技術第八章第八章 流量測量流量測量本章學習要求：本章學習要求：1. 掌握流速法測流量的原理；掌握流速法測流量的原理；2. 掌握壓差法測流量的原理；掌握壓差法測流量的原理； 3.了解渦輪流量計測流量的原理；了解渦輪流量計測流量的原理；4.了解電磁流量計測流量的原理；了解電磁流量計測流量的原理；測試技術測試技術第八章第八章 流量測量流量測量第十三章 噪聲測量第 1 節 噪聲測量中的聲學概念聲場聲場聲波傳播的空間。自由聲場允許聲波在任何方向作無反射自由傳播的聲場。傳播介質均勻，各向同性，無反射（全吸收）混響聲場-允許聲波在任何方向作全反射傳播的聲場。傳播介質均勻，各向同性，無吸收（全反射

2、）半自由聲場僅地面為全反射，其余方向聲波可作無反射自由傳播的聲場。半混響聲場聲波在其內傳播，既不完全反射，也不完全吸收的空間。返回測試技術測試技術第八章第八章 流量測量流量測量二、聲壓級和聲功率級聲壓級聲壓聲波波動引起傳播介質中的壓力變化量。聲壓數值很小變化范圍很大。聽閾聲壓正常人能聽到的最低聲壓。210-5Pa。痛閾聲壓正常人耳開始疼痛的聲壓。20Pa。聲壓級：(dB) lg20)lg(10020ppppLpl 聲壓級的數值大小與測點位置和測量環境有關。聲功率級聲功率聲源在單位時間內輻射的總聲能量。記為 W。聲功率級：l聽覺范圍：0120dB。(dB) lg100WWLWW0基準聲功率，10

3、-12 W。基準聲壓：P0=210-5Pa ，1000Hz 的純音測試技術測試技術第八章第八章 流量測量流量測量 聲功率與聲壓之間有確定的關系，可以通過聲壓級的測量推算出聲功率級。在理想聲場中，點聲源的聲功率與聲壓之間的關系： 聲功率級直接反映了噪聲源輻射聲音的強度，聲源的聲功率值在其安裝條件確定后受環境的影響比較小，因此在實用中占有重要的地位。返回測試技術測試技術第八章第八章 流量測量流量測量聲級的計算實際聲場有多個聲源共同作用，需要進行聲級的合成或分解計算。合成（分解）聲級計算不能簡單加（減）。必須根據能量疊加的原則進行。聲級的合成設聲場中同時有n個聲源作用，第i個聲源的聲功率為Wi，(i

4、=1,2,n)。根據能量疊加原理，這n個聲源共同作用合成的總聲功率和聲功率級為：niiWtWniLtWLiiiWniittWniitLLLWWWWLWWWWLWWiWiW110.10.100100110lg10 10 lg10lg10 lg10 測試技術測試技術第八章第八章 流量測量流量測量設聲場中同時有n個聲源作用，測得某處在第i個聲源單獨發聲時的聲壓為pi，聲壓級為Lpi，(i=1,2,n)。根據能量疊加原理，這n個聲源共同發聲時該處的總聲壓和總聲壓級為：niiptpniLtpLiiipniittpniitLLLppnippLppppLppipip111 . 01 . 0202012020

5、12210lg1010)(), 2 , 1( )lg(10)(lg10) lg(10n 例：兩個聲源單獨發聲時的聲壓級為100dB，共同發聲時的聲壓級為103dB，而不是200dB。bWtWdWbWLLdWLLtWLL1 .01 .01 .01 .01010lg101010lg10同理工作機械待測噪聲的聲功率級LWd為：測試技術測試技術第八章第八章 流量測量流量測量聲級的分解聲級的分解是聲級合成的逆運算。實用上可從多聲源的環境中分解出某一待測聲源，如進行背景噪聲修正。設工作機械的噪聲與背景噪聲的合成聲壓級為Lpt，工作機械停轉后測得的背景噪聲聲壓級為Lpb，則待測的工作機械噪聲的聲壓級Lpd為

6、：bptpdpbpLLdpLLtpLL1 .01 .01 .01 .01010lg101010lg10Lpt100100100100100100100100100100100Lpb9998979695949392919089Lpd93.1 95.7 97.0 97.8 98.3 98.7 99.0 99.3 99.4 99.5 99.6 Lpt105105105105105105105105105105105Lpb9998979695949392919089Lpd103.7 104.0 104.3 104.4 104.5 104.6 104.7 104.8 104.8 104.9 104.9

7、背景噪聲修正：測試技術測試技術第八章第八章 流量測量流量測量聲級平均值 在某聲源周圍有與聲源等距離的n個測點，測得第i點的聲功率級為LWi，聲壓級為Lpi，(i=1,2,n)。根據能量疊加原理，這n個測點的平均聲功率級和平均聲壓級為：niLmpniiWmWniLmWLiiiWniimmWniimipiWiWnLLnLnLWWWWLWWnWWLWnW10.1110.10.1001001101lg101101lg10 10 lg101lg10 lg10 1測試技術測試技術第八章第八章 流量測量流量測量niiWmWniLmpniimmpniitmLnLnLppnppLpnpnpip110.12102

8、012221101lg101lg10 lg10 11顯然：同理：Lp1100100100100100100100100100100100Lp290919293949596979899100Lpm97.4 97.5 97.6 97.8 98.0 98.2 98.4 98.8 99.1 99.5 100.0 算術平均95.0 95.5 96.0 96.5 97.0 97.5 98.0 98.5 99.0 99.5 100.0 測試技術測試技術第八章第八章 流量測量流量測量三、噪聲的頻譜 噪聲是空氣的振動，一般是由多個頻率組成的復合聲。為了分析噪聲的來源和性質，我們除了要了解噪聲關于時間的變化規律外

9、（時域分析），更關心噪聲關于頻率的分布特性（頻域分析）。頻程1. 為什么要使用“頻程”的概念？測試技術測試技術第八章第八章 流量測量流量測量如何劃分頻程？ 定義：定義：若將整個頻率范圍劃分為n個互相相連的頻帶，對任一頻帶i，上限頻率為fsi，下限頻率為fxi，如有：niffdxisi, 2 , 1 2/1則稱這種頻帶劃分為d倍頻程。常用的倍頻程，有1/3倍頻程。d 越大，頻帶劃分越細，測量也需越精細。每一頻帶的中心頻率與頻帶寬度為： 21 xii sixii sifff,n, ifff這樣，可近似地將在i頻帶上的分布看成是均勻分布，并能量集中在該頻帶中心頻率處。 頻帶劃分越細，噪聲聲壓級曲線越

10、低。數據比較應在同一倍頻程下進行。測試技術測試技術第八章第八章 流量測量流量測量頻程聲壓級和頻譜能級n 頻程聲壓級在噪聲強度的分頻帶測量中（頻帶劃分已定，如為1/3倍頻程），在各頻帶上測得的噪聲聲壓級。n 頻帶不同，頻程聲壓級一般也不同。n 根據能量疊加以原理，頻率不同的聲波不會發生干涉，因此，總聲能等于各頻帶上聲能量的疊加。頻譜能級Sn)lg(10fLSnn式中：f測量用的恒定帶寬Ln f頻帶的聲壓級頻譜能級Sn表示1Hz帶寬頻帶上的聲壓級。頻譜圖低頻：小于350Hz中頻：350 1000Hz高頻：大于1000Hz測試技術測試技術第八章第八章 流量測量流量測量第 2 節 噪聲評定值 所謂噪聲

11、就是指人們不需要的聲音。 噪聲對人的危害和影響包括許多方面，噪聲評定指標的建立必須考慮噪聲對人們影響的特點。除了噪聲的聲壓之外，噪聲的頻率、漲落、出現時間以及各人的生理心理狀態的不同都使人們對噪聲的感覺不同。噪聲評定指標就是在研究了人對噪聲反應的各方面不同特征后提出的。一、等響曲線，響度級和響度人耳的特點：高靈敏度、大動態范圍、強濾波功能、方位探測。 人們常用“響”與“不響”來描述聲音的強度。人耳對聲音的響度感覺除了近似地與其強度的對數（聲壓級）成正比外，還與聲音的頻率有關。同為60dB的100Hz和1000Hz的聲音，聽起來后者要比前者響。前者達到67dB時，二者聽起來才一樣響。響度級某一頻

12、率的純音和1000Hz的純音聽起來同樣響時，該1000Hz純音的聲壓級就定義為該待定聲音的響度級。響度級的符號：LN響度級的單位：phon (方）。1. 聲音基準1000Hz的純音測試技術測試技術第八章第八章 流量測量流量測量等響度級曲線聽覺范圍: 頻率：20 20000Hz 響度級：0 120 phon聽閾0 phon痛閾120 phon 響度級的方值實質上是1000Hz純音的聲壓級，仍是一種對數標度單位，不能線性地表明不同響度級之間主觀感覺上的輕響程度。80方的聲音聽起來并不比40方的聲音響一倍。測試技術測試技術第八章第八章 流量測量流量測量響度 響度是與人主觀感覺對聲音輕響程度成正比的參

13、量。 定義：定義： 響度-正常聽者判斷一個聲音比響度級為40phon參考聲強響的倍數。響度的符號：N響度的單位：sone(宋）規定：規定：40phon 聲音響度為1sone則： 2sone 是1sone 的1倍響 3sone 是1sone 的3倍響響度與響度級的關系：)( 2)( log1040)40( 1 . 02soneNphonNLNLN大約：響度級每增加10phon，響度增加1倍。測試技術測試技術第八章第八章 流量測量流量測量二、計權聲級和計權網絡 由等響曲線可知，人耳對不同頻率的聲波反應的敏感程度不同。對10005000Hz的聲音比較敏感，對低頻和很高頻率的聲音不敏感。1. 計權聲壓

14、級- 為了使聲音的客觀度量與人耳聽覺的主觀感受近似取得一致，通常對不同頻率聲音的聲壓級進行特定的計權修正，再疊加計算得到噪聲的總聲壓級。此聲壓級即為計權聲壓級。n 計權網絡近似以人耳對純音響度級頻率特性設計的頻率修正特性。n A計權網絡-模擬40方等響曲線 A計權聲級單位：dB(A) 與人耳感覺最接近，常用，適用于穩態寬頻帶噪聲的評價。 n B計權網絡模擬70方等響曲線 B計權聲級單位：dB(B) 修正量較小。n C計權網絡模擬100方等響曲線 C計權聲級單位：dB(C) 修正量最少。測試技術測試技術第八章第八章 流量測量流量測量三、統計聲級（累計百分數聲級） 對現實生活中大量的非穩態噪聲，可

15、用噪聲出現的時間概率來表示。目前采用的是統計聲級（累計百分數聲級） Ln 。 統計聲級Ln表示在測量時間內高于Ln聲級所占的時間為n%。一般用A計權聲級。例如：例如：LA10=70dB(A) ，表示聲級高于70 dB(A) 的時間占10%，其余90%的時間聲級低于70dB(A) 。一般稱：LA10 為峰值噪聲級LA50 為平均噪聲級LA90 為背景噪聲級（本地噪聲級） 在統計聲級與人的主觀反應相關性調查中，發現LA10用于評價漲落較大的非穩態噪聲時相關性較好。因此LA10已被美國聯邦公路局作為公路設計噪聲限值的評價指標。測試技術測試技術第八章第八章 流量測量流量測量四、等效聲級 A計權聲級對于

16、穩態寬頻帶噪聲是一個較好的評價指標，但對于一個聲級起伏不定或不連續的噪聲，A計權聲級就很難確切反映噪聲狀況。這時采用噪聲能量按時間平均的方法來評價噪聲對人的影響更為確切。 假定在某點測得t1到t2時段內的噪聲信號A計權聲壓級曲線為LpA(t)， 則等效聲級Leq為：)( 101lg1021)(1 . 012AdBdtttLtttLeqpA如在同樣的采樣周期下測得一組噪聲信號A計權聲壓級數據LpAi，i=1,2,n則：niLeqipAnL11 . 0101lg10測試技術測試技術第八章第八章 流量測量流量測量第 3 節 噪聲測量儀器 隨著大規模集成電路和信號處理技術的迅速發展，現代聲學儀器種類繁

17、多，日新月異。這里僅介紹幾種基本而最常用的儀器。一、聲級計聲級計的分類n 按精度分：普通聲級計，精密聲級計 國際電工委員會（IEC651)和國標GB3785-85將聲級計分為四種等級。類型類型精密級精密級普通級普通級0精度（精度（dB)0.71.01.01.51.5用途用途標準儀器標準儀器聲學研究聲學研究現場測試現場測試監測普查監測普查n 按傳聲器類型分：動圈式、壓電式、電容式測試技術測試技術第八章第八章 流量測量流量測量聲級計基本組成：傳聲器n 作用：將被測聲波的聲壓信號轉變為電壓信號n 要求：測量范圍大(24130dB)在測量范圍內有平直的頻率響應特性無指向性本底噪聲低（

18、10V)穩定性好測試技術測試技術第八章第八章 流量測量流量測量n型式：n動圈式：磁場中的線圈在聲壓作用下運動，產生感應電動勢。能耐高溫，但體積大，靈敏度低，易受電磁干擾，頻響特性不平直。n壓電式：壓電晶體受聲壓作用產生正壓電效應，完成聲電轉換。靈敏度高，頻響特性好，結構簡單，價格便宜，但受溫度影響大。n 動圈式、壓電式傳聲器主要用于普通型聲級計。電容式：n 結構原理：膜片4與后極板3組成電容的兩個極，兩極間預先加一恒定不變的直流電壓，使電容處于不變的充電狀態。當膜片在聲壓作用下振動時，聲壓變化電極間距變化電容變化電流變化 負載電阻R上的電壓變化。n 特點： 靈敏度高，頻帶寬，輸出性能穩定，成本

19、相對較高，需要配置十分穩定的直流偏置電壓和前置放大器。測試技術測試技術第八章第八章 流量測量流量測量放大器和衰減器n 放大器：放大傳聲器的輸出信號。有輸入放大器和輸出放大器。要求增益高，在聲頻范圍（2020000Hz)內線性好，本底噪聲低（10V)，性能穩定。具有高輸入阻抗和低輸出阻抗。n 衰減器：聲級計量程大(24130dB)，檢波器和指示器不可能有這么寬的量程，故設衰減器，將接到的強信號衰減，以免放大器過載，指示表頭超量程，通常每檔衰減量為10dB。輸入衰減器接在輸入放大器前，輸出衰減器接在輸入和輸出放大器之間。為提高信噪比，應盡量減小輸入衰減量，增加輸出衰減量。計權網絡：A、B、C計權網

20、絡和線性按鍵指示表頭：快檔，慢檔，最大值保持檔。聲級計標定：標準聲源活塞式發生器。NX6型：1240.2dB聲壓級，250Hz，線性誤差3%。聲級校準器。ND9型：1000Hz，93.6dB。測試技術測試技術第八章第八章 流量測量流量測量二、頻譜分析儀 實際測量中很少遇到單頻聲，一般是由許多頻率組合而成的復合聲。因此需對聲音進行頻譜分析。n頻譜分析儀具有對信號進行頻譜分析功能的設備。其核心是帶通濾波器。濾波器一般有倍頻程、1/3倍頻程、恒定窄帶寬帶通濾波器。n頻帶寬度不同，所測得的頻譜圖不同。需先換算成同一頻程或頻帶寬度下的聲壓級方能比較。n譜密度W(f) 對于足夠窄的帶寬f，W(f) = p

21、2/ f測試技術測試技術第八章第八章 流量測量流量測量n對連續的聲音（振動）信號用快速富里葉變換（FFT）也能得到頻譜圖。測試技術測試技術第八章第八章 流量測量流量測量測試技術測試技術第八章第八章 流量測量流量測量三、信號記錄儀電平記錄儀磁帶記錄儀1. 實時分析儀（計算機）測試技術測試技術第八章第八章 流量測量流量測量第 4 節 噪聲測量方法與測量環境一、測量方法的分類與選擇測量方法分類：精密法，工程法，簡易法方法選擇原則：符合標準，適應測量目的和測量條件二、測量環境全消聲室：自由聲場。要求：內外兩層墻，內室彈簧支撐隔震，室內6面為尖劈。室內容積大于聲源體積的200倍。半消聲室：半自由聲場。要

22、求：地面為剛性結構，反射聲音。其余與全消聲室同。測量室聲源應盡量貼近室中心地面。混響室（全反射室）：混響聲場。要求內室各面的吸聲率小于12%，室內空間形狀不規則。室外：近似半自由聲場。汽車摩托車噪聲測量即在室外。空曠范圍50m，地面為柏油或水泥。注意背景噪聲修正。普通實驗室：半混響聲場。注意實驗室的聲場特性的檢查和調整，注意對測量結果的修正。測試技術測試技術第八章第八章 流量測量流量測量三、測量表面和測點布置測量表面各測點所在表面的組合。一般有半球面和矩形表面。測點的布置應符合標準要求和測量目的。四、測量結果處理背景噪聲修正1. 測量表面平均聲壓級計算根據能量疊加原理進行。在聲級的分解與合成中已述。測試技術測試技術第八章第八章 流量測量流量測量噪聲聲功率計算前面已述，進行噪聲比較時，用聲壓級受測點位置和測量環境的影響較大，用聲功率級則影響較小。故常用聲功率級這一評價指標。理想聲場中的計算普通實驗室內的計算n 環境修正法 100273293lg10 )/(16. 0 /41lg10 )/lg(10)(32032ptKTVASAKSSKKLLpmW式中：LW聲功率級，dB Lpm已經背景噪聲修正的的聲壓級 K2測量場所修正值， K3測量環境修正值， S測量表面面積，m2， S0基準面積，1m2