第九章 設備狀態監測與故障診斷技術

　　知識點七、噪聲測量法

　　噪聲：不規則的機械振動在空氣中引起的振動波。

　?。ㄒ唬┰肼暅y量的主要參數（了解）

　　進行噪聲測量時，常用聲壓級、聲強級和聲功率級表示其強弱，也可以用人的主觀感覺進行度量，如響度級等。

　　1.聲壓、聲強、聲功率

　　（1）聲壓：聲波傳播時，空氣質點隨之振動所產生的壓力波動而引起的壓強增量。

　　沒有聲波存在時，媒質的壓力稱為靜壓力，用P0表示。聲壓，用P表示，單位是Pa.儀器檢測的聲壓為有效聲壓，是聲壓的均方根值。

　?。?）聲強：單位時間內，通過垂直于傳播方向上單位面積的聲波能量——聲強（W/㎡）。

　　（3）聲功率：聲源在單位時間內輻射出來的總聲能——聲功率（W）。

　　2.分貝與聲級。引起聽覺的可聽聲頻率在20～20000Hz之間，但在此范圍內的某一聲波可以有不同的聲壓或聲強。

　　當頻率為1000Hz時，正常人耳開始能聽到的聲壓為2×10 -5 Pa，稱為聽閾聲壓；頻率為1000Hz，聲壓為20Pa時，能使人耳開始產生痛感，稱為痛閾聲壓。

　　可見從聽閾到痛閾，聲壓的絕對值數量級之比為1：106 ，即相差一百萬倍。而從聽閾到痛閾，聲強的絕對值數量級絕對值之比為1：1012 ，即相差億萬倍。

　　聲學中采用 “級”來度量聲壓和聲強，稱為聲壓級、聲強級，還有聲功率級。

　　【注意】聲壓級的單位為“分貝”（dB）。

　　（1）聲壓級（dB）：聲壓與基準聲壓之比的以10為底的對數的20倍。

　　基準聲壓

　　聽閾聲壓級：

　　痛閾聲壓級：

　?。?）聲強級：聲強與基準聲強之比的以10為底的對數的10倍——聲強級（dB）。

　　基準聲強

　　（3）聲功率級；聲功率與基準聲功率之比的以10為底的對數的10倍——聲功率級（dB）。

　　基準聲功率

　　2.噪聲的主觀量度：響度、響度級、等響曲線

　　人耳感覺到的聲音的強弱不僅與聲壓有關，而且還與聲音的頻率有關。當聲音的頻率發生變化時，聽閾和痛閾的聲壓級將隨之變化。

　　響度或響度級就是根據人耳的特性，仿照聲壓級的概念引出的與頻率有關的反映主觀感覺的量。

　　要確定噪聲的響度，選用頻率為1000Hz的純音作為基準音，調節1000Hz純音的聲壓級，使它和所要確定的噪聲聽起來有同樣的響度，則該噪聲的響度級就等于這個純音的聲壓級（dB），單位為方（Phon）。

　　在各個頻率下對人的聽力進行試驗，試驗得出的曲線即為等響曲線。

　　【小結】

　　1.縱坐標是聲壓級，橫坐標是頻率。

　　2.同一條曲線上的各點，雖然代表著不同頻率和聲壓級，但其響度相同，故稱等響曲線。

　　3.將各個頻率下剛剛能夠聽到的相同響度的聲壓級相連而得到的曲線，即為聽閾曲線，其響度規定為0，所以聽閾曲線也稱為零方響度線。

　　4.同理，將不同頻率時，痛閾的聲壓級和頻率關系曲線稱為痛閾曲線，也稱為120方響度線。

　　5.在聽閾和痛閾之間，共有13個響度級，其響度分別為 0、10、20、30 ┉┉ 110、120.

　　6.每條等響曲線所代表的響度級（方）的大小，由該曲線在1000Hz時的聲壓級確定。

　　（二）噪聲測量儀器（掌握）

　　噪聲測量中，最常使用的儀器是傳聲器和聲級計。

　　1.傳聲器：它的作用是將聲能轉換成電能。

　　【提示1】在噪聲測量中常用壓強式傳聲器。

　　【提示2】電容式傳聲器具有較多優點，因此噪聲測量中使用的精密和標準聲級計大部分采用電容式傳聲器；普通聲級計一般采用壓電式傳聲器；動圈式傳聲器已很少使用。

　?。?）電容傳聲器

　　電容傳聲器的基本結構是一個電容器。在極化電壓、負載不變的情況下，輸出交變電壓的大小和波形由作用在膜片上的聲壓決定。電容傳聲器屬于能量控制型傳感器。

　　電容傳聲器靈敏度高，動態范圍寬；輸出特性穩定，對周圍環境的適應性強，在-50°C～150°C的溫度范圍內和0～100%的相對濕度下，性能變化??；外形尺寸也比較小。

　?。?）壓電傳聲器

　　由具有壓電效應的晶體來完成聲電轉換，屬于能量轉換型傳感器。

　　壓電傳聲器具有結構簡單、成本低、輸出阻抗低、電容量大（可達1000pF）、靈敏度較高等優點。但性能受溫度、濕度影響較大。

　　2.聲級計

　　聲級計是噪聲測量中使用最為廣泛、最簡便的儀器。它不僅用來測量聲級，還能與各種輔助儀器配合進行頻譜分析、記錄噪聲的時間特性和測量振動等。

　　聲級計按其用途分為一般聲級計、脈沖聲級計、積分聲級計和噪聲暴露計（噪聲劑量計）等。

　　聲級計按其精度分為：

　　0型聲級計（實驗室用標準聲級計）。

　　1型聲級計（一般用途的精密聲級計）。這種聲級計選用電容傳聲器，指示精度高，可配用帶通濾波器進行頻譜分析，其輸出可直接送入記錄器。

　　2型聲級計（一般用途聲級計）。

　　3型聲級計（普及型聲級計）。這種聲級計對傳聲器的要求不高，全機動態范圍較窄，一般不與帶通濾波器連用，適用于測量精度要求不高的場合。

　　聲級計按其體積分為臺式聲級計、便攜式聲級計和袖珍式聲級計。

　　聲級計的工作原理是：被測的聲壓信號通過傳聲器轉換成電壓信號，該電壓信號經衰減器、放大器以及相應的計權網絡（或外接濾波器），或輸入外接的記錄儀器，或者經過均方根值檢波器直接推動以及分貝標定的指示表頭。

　　計權網絡是基于等響曲線設計出的濾波線路，分為A、B、C、D四種。通過計權網絡測得的聲壓級稱為計權聲壓級。

　　對應四種計權網絡測得的聲壓級分別稱為A聲級（LA）、B聲級（LB）、C聲級（LC）和D聲級（LD），分別記為dB（A）、dB（B）、dB（C）和dB（D）。

　　圖9-12所示為聲級計中常用的A、B、C計權網絡的頻率特性。

　　圖9-12 A、B、C計權網絡的衰減曲線

　　A計權網絡除對低頻噪聲衰減最強外，對高頻噪聲反應最為敏感，這正與人耳對噪聲的感覺（對低頻段即500Hz以下不敏感，而對1000～5000Hz聲音敏感）相接近。故在對人耳有害的噪聲測量中，都采用A聲級作為評定標準。D計權網絡是專門為飛機噪聲測量設計的。

　　3.聲級計的校準。

　　為減小偏差，保證噪聲的測量精度和測量數據的可靠性，按規定每次測量開始和結束都要進行校準，兩次差值不應大于1dB.

　　有多種校準方法，例如活塞發生器校準法，這是一種現場常用的精確、可靠且簡便的方法。除此之外，還有揚聲器校準法、互易校準法、靜電激勵校準法、置換法等。

　?。ㄈ┕收系脑肼曌R別方法（熟悉）

　　利用噪聲（或振動）信號特征參數的變異及其程度進行故障判斷有三種標準，即絕對標準、相對標準和類比標準。

　　在絕對標準中，利用測取的噪聲信號的特征量值與標準特征量值進行比較；

　　在相對標準中，利用測取的噪聲信號的特征量值與正常運行時的特征量值進行比較；

　　在類比標準中，利用同類設備在相同工況條件下的噪聲信號的特征量值進行比較。