声学测量和分析基础

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1、声学测量和分析基础编写：刘馥清1声学测量的工程意义•环境噪声的检测、分析和治理交通噪声工厂噪声建筑施工噪声社会噪声•机电产品的质量控制与性能评比•车辆NVH性能评估•建筑声学的测量与研究•电声仪器设备的设计与改进•水声学的测量与试验•声测仪器的研制与生产•声发射技术的研究和应用噪声产生原因1.空气动力噪声由气体振动而产生。气体的压力产生突变，会产生涡流扰动，从而引起噪声。空气压缩机、电风扇的噪声属此类。1.机械噪声由固体振动而产生。金属板、金属管、齿轮、轴承等，在设备运行时，受到撞击、摩擦及各种突变机械力的作用，会产生振动，再

2、通过空气传播，形成噪声。2.液体流动噪声液体流动屮，由于液体内部的摩擦，液体与管壁的摩擦，或流体的冲击，都会引起流体和管壁的振动，并引起噪声。3.电磁噪声各种电器设备，由于交变电磁力作用，引起铁芯和绕组线圈的振动。引起的噪声通常称交流声。5.燃烧噪声燃料燃烧时，向周围空气介质传递了热量，使它的温度和压力发生变化，形成湍流和振动，产生噪声。汽车噪声源分类一发动机噪声•燃烧噪声•活塞敲击噪声•配气机构噪声•喷油泵噪声•齿轮噪声•进气噪声•排气噪声•冷却风扇噪声二其它噪声•传动（变速器、传动轴，…）噪声•轮胎噪声•车体振动噪声•车体

3、空气动力噪声•车内其他辅助设备（空调器、刮水器、音响、喇叭…）噪声•制动噪声声波和声速一声波质点或物体在弹性媒质中振动，产生机械波向四周传播，就形成声波。可听声波的频率为20〜20000Hz。声波在空间传播时，其相位相同的点组成的血称为波阵妞。点声源附近的声波（波阵面）为球面波，离声源足够远处的声波视为平面波，特殊情况（线声源）下可形成柱面波。3二声频（f），声速（c）和声波的波长（入）X=c/f声速即声波的传播速度与媒质材料和环境有关。在空气中，声速C=331.6+0.6t（m/s）其中，t为摄氏温度三波数（k）指波传播方向

4、单位长度上的波长数。等于波长的倒数，即1/A。更通常的定义是取21：/A为波数，以k表示。即k二波数也称为波的空间频率。四质点速度（V）指质点因声音通过而引起的、相对整个媒质的振动速度。它与声速属不同概念，不可混淆。声波传播不是把平衡位置附近的质点传走，而是把它的振动能量传走。＜^c=2ji入。声型。一自由场场有声波存在的区域称为声场。声场大致可分为自由场、扩散场和半扩散场三种类在均匀各向同性的媒质屮，边界影响可忽略不计的声场称自由场。在自由场中，任何一点，只有直达声，无反射声。消声室是人为的自由场，是由吸声材料和吸声结构做成

5、的密闭空间。静谧无风的高空或旷野可近似认为是自由场。二扩散场声能量均匀分布，并在各个传播方向做无规则传播的声场，称扩散场，或混响场。声波在扩散场内呈全反射状态。人为设计的混响室，就是典型的扩散场。无论声源处于混响室内任何位置，室4三半扩散场如果实验房间很大，以致边界墙面和天花板的反射可以忽略，只剩下地面的反射，这种空间称半扩散场，或半自由场。精密的声学测量和分析要求在自由场或扩散场进行测试。一些工程要求的测试可以在半g由场进行。四近场和远场在不足两倍机器尺寸，或所发声波最低频率的一个波长距离之内(二者屮取大者)，称为近(声)场

6、；大于此距离，称为远(声)场。近场的质点速度与瞬时声压不同相，远场的质点速度与声压同相。声压与声压级声压指由于声波存在而引起的大气压力增值。用符号p表示，其单位为Pa(帕)或N/m2牛顿/米2。一个标准大气压为()PS=lbar=105Pa?5p=2XlOPaO听阈声压也称为基准声压(1000Hz)SPL或LP声压级一P2PLP=10=20p0p0(dB)P一实际声压p0一基准声压*通常，P和po均指有效值，而非瞬时值。**痛阈声压和声压级分别为P=20Pa,LP=120dB(1000HZ)5声阻抗率声场中，某位置的声压p与该

7、位置的质点振动速度v的比值Z定义为该点的声阻抗率，即Pz=在自由场屮，对于球面波和平面波而言，有pv=pc其中，P—媒质的静密度C一声速即媒质的声阻抗率为由于Z=pcPC仅与媒质材料性质冇关，又称其为媒质的声特性阻抗，单位为Rayl2（瑞利），量纲为kg/ms。部分媒质的声特性阻抗媒质空气（2（rc）空气（or）水蒸汽（iooQc）淡水（2oQc）海水（15°C）钢玻璃混凝土声速（m/s）343331.640514811500505052003100声特性阻抗（Rayl）4154282421.48x101.54x1039.0x

8、1012.0x106668.00x1066声强与声强级声强指单位时间A，声波通过垂直于声波传播方向单位面积上的声能量。用符号I表示，单位为W/m2（瓦/米2）。严格说，声强是一种向量（声压则是标量），其大小等于声压p与质点速度v的积，方向与质点速度方向相同，BP:1r=pvr