声学测量分析技术方案样本.docx

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Po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P表示声压的单位就是压强的单位，在SI单位制中，面积S的单位是米2,力F的单位是牛（顿），其声压的单位是牛/米2,记为N/m2,或称为帕（斯卡），记为Pa,其辅助单位为微巴，记为bar（达因/厘米2,dyn/cm2）换算关系为：221Pa1N/m10dyn/cm10bar（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pJ1:p12dt（1—4）式中T——周期；pt——瞬时声压；t时间对于正弦声波pPm/q,Pm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Lp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Lp20lg卫Po(1-11)式中Lp----声压级，分贝；p声压,帕；p。

基准声压，取p°=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分贝的变化范围三、声学频谱声频范围很广，从低频到高频变化高达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，一般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，此对数一般以2为底，其单位称倍频程即2n或nlog2上fifi(1-15)式中fi、f2—成倍频程关系的低频和高频频率，即下、上限截止频率；n两个频率相比的倍数n能够是任意正实数，n越小，分的越细，频程越短，测量所需时间就越多，当n=1时，即两个频率相距1倍时，称倍频程，简称倍频程；当n1/3时，称1/3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fo,f1f2四、计权声级声波的性质主要由声强大小、们的听觉也是由于对声音强、异才能分辨出各种不同的声音。

关系是必要的设置计权网络对人耳不敏感的频率加以衰减感觉的数值，使主客观量趋于统常见的计权网络A、B、频率高低和波形特点决定人弱、调子高低和音色产生微妙的差因此确定物理量数值与主观感觉的经过对人耳敏感的频率加以强调，,就能够直接读出反映人耳对噪声OC三种当前还出现DD〔、D2、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40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五、信号处理过程的加窗与平均常见窗函数在对信号进行频域处理时，先要对数据加窗选取，以减小谱的泄露常见的几种窗函数如下：（1）矩形窗矩形窗属于时间变量的零次籍窗，函数形式为相应的窗谱为(1-29)矩形窗使用最多，习惯上不加窗就是使信号经过了矩形窗.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，其时域表示式为：相应的窗谱为(1-31)汉宁窗能够看作是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、右各移动了兀/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，其时间函数表示式为：(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很有用的窗函数.除了以上几种常见窗函数以外，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.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点，常使用以下几种平均方式进行处理1)线性平均线性平均：Yn=(1/N)*ZXi=1~N(1-34)全部输入数据的影响都是1/N.线性平均要把全部输入数据储存后再计算，可改为递推线性平均递推线性平均：Y2=Yi,2=(1/2)*(X1+X2)计算后Xi,X可删除Y3=Yi,2,3=(X1+X2+X3)=(2/3)*Y2+(1/3)X3计算后Y2可删除Yn=((n-1)/n)*Yn-i+(1/n)*Xnn=1~N指数平均一阶微分方程Tc(dy(t)/dt)+y(t)=x(t)Tc---时间常数(1-35)以采样间隔△t离散成一阶差分方程，dtAt,y(t)ty(n)---yn,x(t)tx(n)---xn,dytyn-yn-1Yn=((N-1)/N)*Yn-1+(1/N)*Xn(1-36)因Tc>At,可令Tc/△t=N,Yn=((N-1)/N)*Yn-1+(1/N)*Xn(1-37)例:N=4,Xn=[X1X2X3X4X5••…]Y 1=(1/4)*X1Y 2=(3/4)*Y1+(1/4)*X2=(3/4)*(1/4)*X1+(1/4)*X23=(3/4)*Y2+(1/4)*X3=(3/4)*(3/4)*(1/4)X1+(3/4)*(1/4)*X2+(1/4)*X3Y4=(3/4)*Y3+(1/4)*X4=(3/4)*(3/4)*(3/4)*(1/4)*Xi+(3/4)*(3/4)*(1/4)*X2+(3/4)*(1/4)*X3+(1/4)*X4可见以往输入数据对现在输出的影响按((N-1)/N)m逐渐减小(遗忘)。

最大值保持保持声压最大的一次结果，作为最终的分析结果六、测试基本原理及流程传声器(专用的声学传感器)将瞬时声压信号转换为电压信号，声级计将此电压信号放大(或衰减)、加权(A、B或C,也可不加权)、倍频程滤波(附加)、均方根检波和对数转换，最后给出噪声的声压级、计权声级或倍频程声压级；还能够输出与成比例的电压信号供监测、存储和频谱等分析之用声学测量倍频程分析方法流程图七、试验所需仪器设备：6、1动态信号测试分析系统a他日惆&团&割孑G'⑥西5商c>c>m*引，■!■,刷•栉i*］恒土动态信号测试分析系统网络型动态信号测试分析系统，应用范围非常广泛，一套系统，就可完成应力应变、振动（加速度、速度、位移）、冲击、声学、温度（各种类型热电偶、钳电阻）、压力、流量、力、扭矩、电压、电流等各种物理量的测试和分析输入阻抗10///40PF输入保护当满度值不大于10V时，输入信号大于土15V（直流或交流峰值）时，输入全保护；当满度值为20V时,输入信号大于±30V（直流或交流峰值）时,输入全保护输入方式GNDDC（单端、差分）、AC、ICP工作方式数据米集器单端输入、差动输入、ICP适调输入外接适调器（选件）ICP适调器（带双积分硬件网络）、应变适调器、电荷适调器、电荷适调器（带双积分硬件网络）、4〜20mAB调器、双恒流源应变适调器满度值土100mV土200mV土500mV土IV、土2M土5V、土10M土20V取大分析频见DO-100kHz低通滤波命截止频率（-3dB土1dB）10、30、100、300、1k、3k、10k、PASS（Hz）八档分档切换平坦度小于0.1dB（2/3截止频率内）阻带衰减［大于—24dB/oct信号状态指示过载指示输入大于满度值,指示灯为红色，表示过载50mV旨示「输入小于洒度的0.5%，指示灯为绿色，表示欠载模数转换器分辨率24位'-△A/D转换器；最大通道数每台仪器可有16通道或32通道，每台计算机可控制无限多通道通讯接口100Mbps以太网接口连续采样速率（存贮深度由计算机剩余硬盘空间容量决整数采样速率所有通道（无限多）同时工作时，每通道10、20、50、100、200、500、1k、2k、5k、10k、20k、50k、100k、200k（Hz）分档切换定）整数分析频率所有通道（无限多）同时工作时，每通道5、10、20、50、100、200、500、1k、2k、5k、10k、20k、50k、100k（Hz）分档切换；抗混滤波器滤波万式每通道独立的模拟滤波+实时数字滤波组合抗混滤波器；截止频率采样速率的1/2.56倍，设置采样速率时同时同步设定「阻带衰减约120dB/oct平坦度（分析频率范围内）小于0.1dB仪器工作电源「交流电源220V,50Hz直流电源10〜18V使用环境适用于GB6587.1-86-II组条件外形尺寸236mm（宽）x133mm（高）x317mm（深）（十六通道）；482mm（宽）XI33mm（高）x317mm（深）（三十二通道）。

6、2声学测量传感器系统声传感器是把外界声场中的声信号转换成电信号的传感器它在通讯、噪声控制、环境检测、音质评价、文化娱乐、超声检测、水下探测和生物医学工程及医学方面有广泛的应用白由声场定义：均匀的各向同性的非流动媒质中，边界影响育谶础帕场器应该满足以下条件jf-1〃/7vJL&UF一妥命政t■物曲Pjofl.IHEf侦«.&u;-非■也钠臼卜nlO**构舟＜同鼻词乳arc/iTi■■WiQ-06^:pH£-DjOG!建』ill株'JOHr]-DOGM釜曲对v1）与声波波长相比，传声器的尺寸应当很小，不会对声场产生干扰；2）在声频范围内具有具有良好的频率响应特性，即平坦的幅6、3声学分析软件系统声学软件基本处理方法八、典型案例线性幅值谱1/3倍频程声压测量结果：得到频域上最大值对应的频率及其声压级值并显示整个频域的总声压级值等参数。