声学测量分析技术方案.doc

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1、声学测试分析技术方案一、声压声波传播过程中，空气质点也随之振动，产生压力波动。一般把没有声波存在时媒质的压力称为静压力，用表示。有声波存在时，空气压力就在大气压附近起伏变化，出现压强增量，这个压强增量就是声压，用表示。声压的单位就是压强的单位，在SI单位制中，面积S的单位是，力F的单位是牛（顿），其声压的单位是，记为，或称为帕（斯卡），记为Pa，其辅助单位为微巴，记为（，）。换算关系为：（1—3）与大气压相比，声压是相当小的。在1000赫时的可听声压范围大约在0.0002~200微巴之间。声压随时间起伏变化，每秒钟内变化的次数很大，传到人耳时，由于耳膜的惯性作用，辨别不出声压的起

2、伏，即不是声压的最大值起作用，而是一个稳定的有效声压起作用。有效声压是一段时间内瞬时声压的均方根值，这段时间应是周期的整数倍。有效声压用数学表示为（1—4）式中——周期；——瞬时声压；——时间。对于正弦声波，为声压幅值，即最大声压。在实际使用中，若不另加说明，声压就是有效声压的简称。二、声压级一个声音的声压级是这个声音的声压与基准声压之比的以10为底的对数的20倍，即(1-11)式中----声压级，分贝；-----声压，帕；----基准声压，取=20微帕。有了声压级的概念，就可把由声压值表示的数百万倍变化，改变为0～120分贝的变化范围。一、声学频谱声频范围很广，从低频到高频变化

3、高达1000倍，一般不可能，也没有必要对每个频率逐一测量，为方便和实用上的需要，通常把声频的变化范围划分为若干个较小的段落，称为频程，或频段、频带，一般它是两个声或其信号频率间的距离。频程有上限截止频率值、下限截止频率值、中心频率值和上下限截止频率之差。上、下限截止频率之差即是中间区域，称为频带宽度，简称带宽。一般频程以高频与低频的频率比的对数来表示，此对数通常以2为底，其单位称倍频程。即或(1-15)式中、----成倍频程关系的低频和高频频率，即下、上限截止频率；---------两个频率相比的倍数。可以是任意正实数，越小，分的越细，频程越短，测量所需时间就越多，当=1时，即两

4、个频率相距1倍时，称倍频程，简称倍频程；当时，称倍频程，依此类推。在倍频程中，频程间的中心频率之比都是2：1，其中心频率是上、下限的几何平均值，即一、计权声级声波的性质主要由声强大小、频率高低和波形特点决定。人们的听觉也是由于对声音强、弱、调子高低和音色产生微妙的差异才能分辨出各种不同的声音。所以确定物理量数值与主观感觉的关系是必要的。设置计权网络，通过对人耳敏感的频率加以强调，对人耳不敏感的频率加以衰减，就可以直接读出反映人耳对噪声感觉的数值，使主客观量趋于统一。常用的计权网络A、B、C三种。目前还出现、E和SI几种计权，一般采用A计权网络。A计权网络是效仿倍频程等响曲线中的4

5、0方曲线的反曲线而设计的。它较好地模仿了人耳对低频（500赫以下）不敏感，对1000~5000赫声敏感的特点。用A计权测量的声级来代表噪声的大小，称为A声级，记为分贝（A），或dBA。二、信号处理过程的加窗与平均l常用窗函数在对信号进行频域处理时，先要对数据加窗选取，以减小谱的泄露。常用的几种窗函数如下：（l）矩形窗　　　矩形窗属于时间变量的零次幂窗，函数形式为（1-28）相应的窗谱为：（1-29）矩形窗使用最多，习惯上不加窗就是使信号通过了矩形窗．这种窗的优点是主瓣比较集中，缺点是旁瓣较高。（２）汉宁（Hanning）窗　　　汉宁窗又称升余弦窗，其时域表达式为：（1-30）相应

6、的窗谱为：（1-31）汉宁窗可以看作是3个矩形时间窗的频谱之和，或者说是3个sine（t）型函数之和，而括号中的两项相对于第一个谱窗向左、右各移动了π／T，从而使旁瓣互相抵消，消去高频干扰和漏能。　（３）海明（Hamming）窗   海明窗也是余弦窗的一种，又称改进的升余弦窗，其时间函数表达式为：（1-32）其窗谱为：（1-33）　　　海明窗与汉宁窗都是余弦窗，只是加权系数不同。海明窗加权的系数能使旁瓣达到更小。分析表明，海明窗的第一旁瓣衰减为一42dB．海明窗的频谱也是由3个矩形时窗的频谱合成，但其旁瓣衰减速度为20dB／（10oct），这比汉宁窗衰减速度慢。海明窗与汉宁窗都是

7、很有用的窗函数．除了以上几种常用窗函数以外，尚有多种窗函数，如平顶窗、帕仁（Parzen）窗、布拉克曼（Blackman）窗、凯塞（kaiser）窗等。　 窗函数的选择应考虑被分析信号的性质与处理要求．如果仅要求精确读出主瓣频率，而不考虑幅值精度，则可选用主瓣宽度比较窄而便于分辨的矩形窗；如果分析窄带信号，且有较强的干扰噪声，则应选用旁瓣幅度小的窗函数，如汉宁窗、三角窗等；对于随时间按指数衰减的函数，可采用指数窗来提高信噪比．l平均方式数字信号处理中，根据研究目的和被分析信号的特