聲學基礎知識講座聲學基礎知識1.聲波的描述2.聲級的定義3.聲級的相加4.聲級的相減5.噪聲的頻譜分析聲學基礎知識聲學基礎知識機械振動是聲波產生的根源彈性媒質是聲波傳播的必要條件聲波在空氣和液體中為縱波，在固體中傳播可能是縱波也可能是橫波例子：固體振動產生聲波：喇叭，振動平板，鑼，鼓，沖壓鋼板氣流產生聲波：笛子，高壓氣流，噴氣發動機應用：揚聲器、傳聲器聲波的描述聲學基礎知識聲波的描述聲壓：由振動引起的介質壓力在平均壓力的基礎上面變化的部分一般定義：其中：為聲壓，單位是帕(Pa)，在空氣中研究的聲壓范圍一般在10-5~106Pa之間顯然，媒質中任一點的聲壓都是隨時間變化的，每一時刻的聲壓稱為瞬時聲壓，而某段時間內瞬時聲壓的均方根值稱為有效聲壓,一般的，如果沒有特殊說明，聲壓都指有效聲壓聲學基礎知識聲速：聲波在彈性媒質中的傳播速度，由媒質的彈性，密度，溫度等因素決定，與振動的特性無關。一般定義：空氣中聲速：取室溫：340m/s聲波的描述頻率：通常噪聲都是由多種頻率組成，用表示：次聲波<20Hz<可聽聲<20000Hz<超生波波長、頻率、聲速的關系聲學基礎知識聲波的描述聲能量：聲波在聲場中產生的總能量聲功率：聲源單位時間輻射的聲能量，用表示，單位為瓦。指聲源總功率中以聲波形式輻射出來的一小部分功率。空氣聲研究的范圍一般在10-12~109w聲強：單位時間通過垂直聲波傳播方向的單位面積的平均聲能量為矢量，具有方向性，用表示。一般的，某點聲強可以表示為該點聲壓與其質點速度之積聲學基礎知識聲級的定義實際應用中描述聲波的強度性質所用的物理量參數變化范圍太大，用絕對值來描述很不方便比如：1000Hz純音，人耳聽閥到痛閥：2×10-5~20Pa人耳對聲音強度的響應接近于對數關系聲壓級：單位分貝（dB）聲強級：單位分貝（dB）聲功率級：單位分貝（dB）P0=2×10-5PaI0=1×10-12w/m2W0=1×10-12w聲學基礎知識聲級的相加兩種情況：聲壓疊加聲能疊加0~6+dB相干聲源：空間產生相加或相消的干涉現象不相干聲源：大部分情況下，能量直接相加3+dB聲學基礎知識聲級的相減室外兩個聲源S1，S2，對于某一測點P，S1,S2同時發聲測得聲壓級為LP，關閉S1，只有S2聲測得聲壓級為LP2，關閉S2，只有S1發聲時聲壓級會是多少？背景噪聲問題（important)實際的測量中，△L=L總-L背景>10dB時，可以不考慮背景噪聲認為測量值即聲源產生的聲壓級一般的，在大多數的聲學測量中都需要測量背景噪聲,這時聲源產生的聲壓級為：聲學基礎知識頻率分析的用處噪聲控制主觀感覺噪聲源鑒辯降噪計算可聽聲的頻率范圍：20Hz－20kHz倍頻程和1/3倍頻程頻段太寬

人耳對聲音頻率的分辨率也是符合對數規律，等比帶寬稱為1/n倍頻程窄帶分析FFT，APS，CPS，更細致的頻譜分析，線性噪聲的頻率分析聲傳播規律1.聲波的反射，折射，散射和繞射2.點聲源，線聲源和面聲源3.聲波隨距離衰減4.空氣的吸聲5.聲屏障聲傳播規律聲波的反射、折射聲波的反射，折射反射系數透射系數反射系數小的材料成為吸聲材料透射系數小的材料稱為隔聲材料聲傳播規律聲波的散射聲傳播規律如果障礙物表面很粗糙（表面起伏比波長大）又或者障礙物得到大小和波長差不多，則聲波入射時，會產生各個方面的散射注意省略入射問題！聲傳播規律聲波的干涉、衍射干涉：振動的疊加產生干涉，駐波，定波現象衍射：聲波繞過障礙物而使傳播方向改變的現象，波長于障礙物的大小比值越大，衍射越嚴重。而高頻聲遇到大障礙物，就會在障礙物后產生陰影區縫隙會大大降低低頻聲的隔聲效果聲屏障對高頻聲有較好的降噪效果，而對低頻聲效果就差聲傳播規律點聲源點聲源的定義點聲源的傳播規律對于理想點聲源，在自由空間中，它向周圍媒質（均勻、各向同性）輻射球面聲波。當聲源以穩定的功率W輻射時則到距離聲源中心為r的球面上任一點的聲強I為：

聲傳播規律計算從距離r1傳播到距離r2時的聲強級或聲壓級衰減量

點聲源聲傳播規律線聲源線聲源的定義

嚴格意義上的很少：長火車、公路上的長車隊，輸氣管道

連續點聲源，不相干性聲傳播規律當線聲源的長度遠遠大于接收點與聲源的距離時，傳播特性將只與接收點與線聲源的垂線距離有關。且此時衰減量滿足

線聲源聲傳播規律面聲源面聲源的定義

車間內聲波透過避面向外傳播，大型機器設備振動表面

連續點陣列不相干性聲傳播規律接收點在一個面聲源內部時，噪聲級為一個恒定的值，而在面聲源外部，隨著距離的增加，傳播特性將逐漸向點聲源靠攏

面聲源聲傳播規律聲波在空氣中傳播時，一部分聲能將轉化為熱能而損耗。損耗的大小與聲波頻率、溫度、相對濕度及氣壓都有關系。分子馳豫吸收，改變聲速、吸收聲能

國際標準：曲線，表格數據(需要插值）空氣的吸聲標準標準頒布時間計算方法ANSI1261978工廠噪聲的歐洲一般預測方法ISO3891VDI2714/2720OAL28ISO9613Part1ISO9613Part2聲傳播規律聲屏障聲傳播規律聲屏障聲波遇到聲屏障，將產生反射、透射和衍射三種傳播現象，實際上，一般的，聲屏障都有足夠的隔聲效果，所以主要考慮的是聲衍射屏障的附加衰減與d和頻率有關聲傳播路徑增加d=源到屏障+屏障到接收點-源到接收點

噪聲的主觀感覺噪聲的主觀感覺1.噪聲的定義2.人耳與聽力3.聽力特性-頻率，振幅和時間4.等響曲線5.計權聲級的定義6.聲質量簡介噪聲的主觀感覺Noiseisdefinedasunwantedsound.不想聽到的聲音.噪聲的定義噪聲的主觀感覺人耳與聽力人耳分為：外耳、中耳、內耳外耳起阻抗匹配的作用，使更多的聲音能夠進來。20~20kHz

響度最靈敏的頻率在2ｋ~5ｋHz中耳連接外耳的空氣振動與內耳的液體振動聲傳遞濾波功能噪聲的主觀感覺聽力的特性：頻率、振幅和時間人耳對聲音的感覺不僅與聲壓有關，而且與頻率也有關，也就是說，聲壓級相同而頻率不同的聲音，聽起來會不一樣響！響度的定義，比如一個聲音聽起來和40分貝1kHz的純音一樣響，則整個聲音就是４０方(phon)

振幅，聲音的強度，與頻率無關較強噪聲環境下(80dB以上）暴露，會出現聽力暫時下降噪聲的主觀感覺等響曲線記錄不同頻率下的純音同等響度下的聲壓級曲線噪聲的主觀感覺等響曲線噪聲的主觀感覺計權聲級人耳對不同頻率的聲音反應不同使聲壓級不能反映人的主觀反映根據等響曲線，選擇幾條有代表性的曲線，設計計權網絡Ａ計權網絡４０方等響曲線的倒置，模擬人耳對低強度噪聲的感覺Ｂ計權網絡７０方等響曲線的倒置模擬人耳對中等噪聲的響度感覺Ｃ計權網絡１００方等響曲線的倒置模擬人耳對高強度噪聲的響度感覺實際應用中，Ａ聲級對強和弱的噪聲都比較能夠反映人的主觀感受同時，與人耳的損傷程度也對應的很好。Ｂ、Ｃ基本不用噪聲的主觀感覺計權曲線ＡＢＣ噪聲的主觀感覺Ａ聲級計權后的聲壓級和人耳對聲音的反映一樣，可以表征聲音的主觀大小倍頻程衰減級評價聲音的強弱十分復雜，要考慮絕對大小，頻率，以及持續時間等等，一般的，分成兩類基于響度（聲音的大小）基于噪度（人對這個聲音的煩躁度）噪聲評價量最簡單的就是A聲級，目前應用最為廣泛對于穩態聲音，一般直接測量A聲級對于非穩態聲音，測量等效A聲級，即長時間測量結果的一種時間上的平均噪聲的主觀感覺噪聲的主觀感覺聲質量聲音的大小不是聲品質的唯一評判標準對人所感受到聲音的質量進行研究儀器只能測量聲音的物理量測量的物理量與人的感覺不可知聲質量的研究即建立兩者的聯系，是心理聲學的范疇psychoacoustics目前沒有國際標準產品的聲音可以被分成三類：1．被動聲：產品被碰觸時發出的聲音，如開關車門的聲音。這類聲音往往影響到用戶對產品的第一印象。2．運轉聲：產品長期穩定工作時發出的聲音，如發動機運轉的聲音。3．信號聲：產品告知用戶將要執行某項功能或某項功能已經完成的聲音，如手機開機或按鍵的聲音。對不同類型的聲音，評價標準也不同，如運“轉聲要”盡可能不讓用戶感到厭煩，而“信號聲”則要盡可能的引起用戶的覺察。總而言之，聲品質是產品質量的重要表現，會影響用戶對產品整體質量的判斷。聲質量分類噪聲的主觀感覺

Loudness響度（單位sones)Sharpness尖銳度（單位

acum）Roughness粗糙度（單位

asper）FluctuationStrength抖動強度（單位

vacil）聲質量研究：客觀評價量噪聲的主觀感覺噪聲的測量噪聲與時間的關系常用噪聲評價量

噪聲測量的儀器工業企業噪聲衛生標準

環境噪聲標準

工業產品噪聲標準

建筑聲學測量標準噪聲的測量噪聲的測量噪聲與時間的關系一般的，聲音都是變化，±３dB就可以認為是穩態噪聲，且不含顯著的純音成分測試根據聲源的隨時間變化情況，而有不同的測試方式及參量噪聲的測量常用噪聲評價量A聲級等效連續A聲級暴露聲級累計百分比噪聲的測量1.傳聲器2.前置放大器3.信號傳輸方式4.信號處理儀器5.聲學測試實驗室噪聲測試的儀器傳聲器將聲信號轉換成相應的電信號的聲電換能器類型：壓電式、電容式、動圈式、駐級體式聲學測量要求：靈敏度高、頻響要寬，動態范圍大，隨環境條件變化小自由場，壓力場噪聲的測量前置放大器傳聲器的信號微弱電容式傳聲器，電阻太大，需要阻抗匹配與傳聲器一體噪聲的測量信號傳輸方式模擬信號平衡輸入，非平衡輸入

BNC、TNC，LEMO頭等數字信號抗干擾能力強噪聲的測量信號處理設備聲級計

0型(±0.4dB)、I型(±0.7dB)、II型(±1dB)、III型(±1.5dB)MicrophonePreamplifierDisplayWeightingNetRangeControlDetector一般流程方框圖噪聲的測量信號處理設備其他聲級計積分式聲級計脈沖式聲級計頻譜聲級計數字型，DSP技術選購要考慮的因素：精度計權測量參數頻譜分析內存大小與計算機接口價格服務噪聲的測量信號處理設備多通道數采大多采用數采與分析分離，利用電腦進行數據分析，對軟件依賴性越來越大。硬件：通道數軟件：根據需要最大采樣率傳輸方式速度本底大小同步性便攜性穩定性噪聲的測量聲學實驗室兩大類：消聲室，混響室消聲室：聲功率測量、噪聲源分析、音響特性混響室：聲功率測量、吸聲、隔聲混合使用：比如汽車門窗隔聲性能：頻率響應、本底噪聲消聲室造價相對昂貴噪聲的測量聲學實驗室：消聲室兩大主要功能：提供自由聲場或者半自由聲場較低的背景噪聲噪聲的測量噪聲的測量聲壓級對特定聲源在特定運行下聲功率級是恒定。聲壓級是隨距離衰減。聲功率級與聲壓級之間沒有簡單的關系單位：dBA噪聲的測量聲功率級聲功率級是衡量聲源發聲能力。聲功率級與聲源的安裝位置，環境無關。聲功率級有利于不同廠家的產品的比較單位：dBA噪聲的測量標準要求人的感覺是與聲功率無關人的感覺是與聲壓級直接相關方便測量，可以在線測量為什么要測量聲壓級、聲功率級？標準要求在實驗室測量到的聲壓級與現場測量到的聲壓級是不同的相同產品的比較聲功率級可以用于計算聲壓級測量復雜，要求設備高，且需要換算噪聲的測量聲壓級的測量方法

在特定的測量環境下

在離聲源一定的距離，一定角度單點，用聲級計可直接測量聲壓級，單位dBA多點，多通道數采。同時測量幾點的聲壓級噪聲的測量聲功率級的測量方法聲功率級無法直接測量一般需要在特定的測量環境下

測量合適位置的聲壓級、聲強級，經過運算獲得

ISO3740-3747系列聲功率測量通用標準

ISO11200-11204系列聲壓級測量通用標準ISO6926標準聲源的要求ISO7779針對計算機和通訊設備的測量標準

ISO9295計算機和通訊設備高頻噪聲測量標準ISO9296計算機和通訊設備噪聲標稱值標準

ETS300753歐洲通訊設備測量標準和限值

GR-63-CORE:美國的Bellcore

公司的限值標準ECMATR/27:從聲功率計算聲壓級的方法一些噪聲測量標準噪聲的測量GB6881-86噪聲源聲功率級的測定混響室精密法和工程法GB6882-86噪聲源聲功率級的測定消聲室和半消聲室精密法GB/T16404-96聲強法測定噪聲源的聲功率級第一部分：離散點上的測量GB/T16404.2-99聲強法測定噪聲源的聲功率級第一部分：掃描測量GB/T16538-96聲壓法測定噪聲源聲功率級使用標準聲源簡易法GB4214-84家用電器噪聲聲功率級的測定GB/T4214.1-xxxxeqvIEC60704-1聲學家用電器及類似用途器具噪聲測量方法GB10069.2-88旋轉電機噪聲測定方法及限值噪聲簡易測量方法一些噪聲測量標準噪聲的測量通用標準ISO3740系列，11200系列等產品標準產品標準產品標準限值標準限值標準計算方法標準噪聲的測量

ISO3741混響室中測定寬帶聲源的精密法ISO3742混響室中測定離散頻率和窄帶聲源的精密法ISO3743專用混響室的工程法標準偏差2.0dB噪聲測量標準：混響室法噪聲的測量

墻面的吸聲系數<0.06

室內體積200M3

至少3個點，傳聲器之間的距離>波長/2，或移動傳聲器噪聲測量標準：ISO3741混響室法

其中，Lp：測量平均聲壓級T：混響室混響時間

V：混響室體積S：混響室表面積

P0：大氣壓λ：頻帶中心頻率波長

噪聲的測量精密法計算公式：

ISO3744工程法，戶外或室內<1.5dB

ISO3745精密法，消聲室和半消聲室,<1.0dB

ISO3746調查法,<3.0dB噪聲測量標準：ISO3744-3746聲壓法

場地要求

包絡面選取多點聲壓級測量（全消：20點，半消10點，9點）聲功率級計算得到（平均聲壓級+包絡面）噪聲的測量計算公式：聲功率的計算其中：S為包絡面的面積S0=1m2Si為各傳聲器占有的面積，一般都認為是相等的C為溫度和氣壓修正值，一般情況下忽略噪聲的測量

利用已知聲功率的聲源標準聲源位置：替代法，置頂法，并列法測量設備和標準聲源分別在規定測點的聲壓級聲功率的測量：標準聲源法計算公式：噪聲的測量聲功率的測量：ISO3745最新標準（2003）消聲室半消聲室精密法全消：20點，位置與以前標準稍有區同，更好的平均分配球體面積半消：20點，位置與以前大為不同，（無跡可尋，按標準坐標定點）上面兩種方式，聲場不均勻需要更多的測點：任何頻段在各點的最大與最小值的差值<測點數/2，否則，另增20點單個傳聲器移動：同心圓，子午線、螺旋線…噪聲的測量

噪聲控制技術簡介

噪聲源的分類及特性噪聲源的識別噪聲控制技術噪聲源的類別向外輻射噪聲的振動物體成為噪聲源聲源的振動輻射特性聲源強度輻射效率聲輻射的頻率特性聲源指向性聲源的輻射阻抗噪聲源的分類及特性機械噪聲撞擊噪聲：沖床、鍛錘、汽錘等；振動能一部分以聲波形式向四周空間輻射周期作用力激發的噪聲：旋轉機器的作用力，比如動態不平衡所引起的周期力，受迫振動。摩擦噪聲：摩擦引起的摩擦物體的張弛振動所激發的噪聲機械振動系統的受迫振動和固有振動引起的噪聲為機械噪聲，主要作用為固有振動。稱其為結構噪聲噪聲源的類別空氣動力學噪聲高速氣流、不穩定氣流以及由于氣流與物體相互作用產生的噪聲，稱為空氣動力學噪聲按產生機制和特性，有：噴射噪聲：氣流從管口高速噴射產生的噪聲渦流噪聲：氣流流經障礙物時，一定速度的氣流與障礙物背后的相對靜止的氣體相互作用，產生跳變壓強。比如狂風吹過樹林的呼嘯聲旋轉噪聲：空氣動力機械旋轉時與空氣相互作用而連續產生壓力脈動，從而輻射噪聲，稱為旋轉噪聲。周期性進排氣噪聲：周期性排放高溫高壓廢氣，是周圍空氣的壓強和密度不斷受到擾動而產生噪聲。燃燒噪聲：燃燒過程產生的噪聲，隨機變化的燃燒單元產生強度較大的壓強脈沖，從而向外輻射聲波，一般稱為燃燒吼聲激波噪聲：壓強極高的壓縮波在介質中傳播噪聲源的類別風扇噪聲特性周期力產生的結構噪聲旋轉噪聲增加葉片數目減少有效諧波數增加葉片尖端速度，旋轉噪聲越大，且諧波噪聲成分增強速度大于基頻諧波頻率：噪聲源的類別傳遞路徑分析范例噪聲源的識別噪聲的控制積極治理：聲源上和振源上采取措施，把噪聲和振動降至最低消極治理：在噪聲和振動的傳播路徑上采取隔聲、吸聲、消聲、隔振、阻尼減振等措施噪聲控制技術噪聲源的聲壓級和頻譜噪聲源的聲功率和指向性噪聲傳輸的途徑噪聲源所處的聲學環境評價參數和評價指標的選擇需要控制的噪聲降低量有關振動源的相應問題，如加速度級和頻譜，需要控制的減振量噪聲振動控制考慮的因素噪聲的控制材料：吸聲材料隔聲材料振動阻尼材料隔振材料常用材料和結構結構消聲器吸聲結構隔聲結構隔振系統噪聲的控制吸聲降噪在噪聲傳播途徑上進行控制吸聲處理只能降低反射聲的影響，對直達聲無能為力，一般不超過10dB吸收系數反映吸收材料吸聲能力的好壞，一般指無規入射的吸收系數一般六個頻率下的吸收系數，125,250,500,1000,2000,4000Hz,取算術平均值為單一指標表征量最后的效果與吸收系數，面積，分布都有關系噪聲的控制隔聲降噪利用隔聲材料和隔聲構件隔離或者阻擋聲能的傳播聲音傳播的途徑不同，隔絕方式也分兩種：空氣聲，結構聲隔聲構件可是單層的也可以是雙層或多層的

噪聲的控制隔聲降噪隔聲構件的選用：1，按要求確定隔聲構件的形式2，隔聲構件的隔聲量要大于計算所得的“需要隔聲量“3，按“等傳聲”原則選擇墻，門，窗及頂板等構件4，核算隔聲構件的共振頻率和臨界頻率5，應按照聲源不同的頻譜特性，有針對性的選擇隔聲構件6，合理估算隔聲構件通風散熱量和換氣次數7，隔聲構件