声学测量分析技术方案.docx

声学测试剖析技术方案一、声压声波流传过程中，空气质点也随之振动，产生压力颠簸一般把没有声波存 在时媒质的压力称为静压力，用 p0表示有声波存在时，空气压力就在大气压 邻近起伏变化，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（1 ——3）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，其协助单位为微巴，记为 bar （达因/厘米2，dyn / cm 2）换算关系为：1Pa 1N / m 2 10dyn / cm 2 与 10 bar大气压对比，声压是相当小的在 1000赫时的可听声压范围大概在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，因为耳膜的 惯性作用，鉴别不作声压的起伏，即不是声压的最大值起作用，而是一个稳固的 有效声压起作用有效声压是一段时间内刹时声压的均方根值， 这段时间应是周 期的整数倍有效声压用数学表示为p J】Tp t 2dt （1 ——4）■T 0式中 T————周期；p t——刹时声压；t 时间关于正弦声波p pm y，pm为声压幅值，即最高声压。

在实质使用中，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(1-11)20 倍，即 Lp 20lg PPo式中Lp ----声压级，分贝;声压，帕;po ----基准声压，取po=20微帕有了声压级的观点，便可把由声压值表示的数百万倍变化，改变成 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，一般不行能，也没有必需 对每个频次逐个丈量，为方便和适用上的需要，往常把声频的变化范围区分为若 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次间的 距离频程有上限截止频次值、下限截止频次值、中心频次值和上下限截止频次 之差上、下限截止频次之差即是中间地区，称为频带宽度，简称带宽一般频程以高频与低频的频次比的对数来表示，此对数往常以2为底，其单 位称倍频程即11 2^ 或 i J2 (1-15)n log 2式中 与、f2 ----成倍频程关系的低频和高屡次率，即下、上限截止频次；n 两个频次对比的倍数n能够是随意正实数，n越小，分的越细，频程越短，丈量所需时间就越多， 当n =1时，即两个频次相距1倍时，称倍频程，简称倍频程；当n 1/ 3时，称1/ 3 倍频程，依此类推。

在倍频程中，频程间的中心频次之比都是 2: 1，此中心频次是上、下限的几何均匀值，即1fo ... f1 f2四、 计权声级声波的性质主要由声强盛小、频次高低和波形特色决定人们的听觉也是因 为对声音强、弱、调子高低和音色产生奇妙的差别才能分辨出各样不一样的声音因此确立物理量数值与主观感觉的关系是必需的设置计权网络，经过对人耳敏 感的频次加以重申，对人耳不敏感的频次加以衰减，就能够直接读出反应人耳对 噪声感觉的数值，使主客观量趋于一致常用的计权网络A、B、C三种当前还出现D D］、D2、E和SI几种计权， 一般米纳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 好地模拟了人耳对低频（500赫以下）不敏感，对1000〜5000赫声敏感的特色 用A计权丈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、 信号办理过程的加窗与均匀常用窗函数在对信号进行频域办理时，先要对数据加窗选用，以减小谱的泄漏常用的几种窗函数以下：（l）矩形窗矩形窗属于时间变量的零次幕窗，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经过了矩形窗.这类窗的长处是 主瓣比较集中，弊端是旁瓣较高。

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，或许说是3个sine (t )型函 数之和，而括号中的两项相关于第一个谱窗向左、右各挪动了 n/ T,进而使旁 瓣相互抵消，消去高频扰乱和漏能3)海明(Hamming )窗海明窗也是余弦窗的一种，又称改良的升余弦窗，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，不过加权系数不一样海明窗加权的系数能使 旁瓣达到更小剖析表示，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实用的窗函数.除了以上几种常用窗函数之外，另有多种窗函数，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试虑被剖析信号的性质与办理要求.假如仅要求精准读出主 瓣频次，而不考虑幅值精度，则可采纳主瓣宽度比较窄而便于分辨的矩形窗；假如剖析窄带信号，且有较强的扰乱噪声，则应采纳旁瓣幅度小的窗函数，如汉 宁窗、三角窗等；关于随时间按指数衰减的函数，可采纳指数窗来提升信噪比.均匀方式数字信号办理中，依据研究目的和被剖析信号的特色，常使用以下几种均匀 方式进行办理。

1)线性均匀线性均匀：Yn X ( )=(1/N)* Xi=1〜N 1-34所有输入数据的影响都是1/N.线性均匀要把所有输入数据储藏后再计算，可改为递推线性均匀推性均匀:丫2= Y1，2 =(1/2)*( X1+X2)算后X” X2可除Y3= Y1，2,3=(X1+X2+ X3)=(2/3)* Y2+(1/3)X3算后y2可除Yn =((n-1)/n)*Y n-1+(1/n)* Xn n=1~N(2 )指数均匀一微分方程Tc ( dy(t)/dt )+ y(t) = x(t) Tc---常数(1-35 )以采隔 t失散成一差分方程，dt —△ t , y(t) 一 y(n)---yn, x(t) —x(n)---xn, dy 一 yn- yn-1Yn=((N-1)/N)*Yn-1+(1/N)*Xn (1-36)因 Tc> t,可令 Tc/ t=N,Yn=((N-1)/N)*Yn-1+(1/N)*Xn (1-37 )例:N=4, Xn=[ X1 X2 X3 X4 X5 ……]Y1=(1/4)* X1Y2=(3/4)* Y1 +(1/4)*X2=(3/4)*(1/4) *X1 +(1/4)*X2Y3=(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)*X1+(3/4)*(3/4)*(1/4)*X2+(3/4)*(1/4)*X3+(1/4)*X4可过去入数据在出的影响按 （（N-1）/N）m逐减小（忘）。

3 ）最大保持保持声最大的一次果，作最的剖析果六、测试基来源理及流程传声器（专用的声学传感器）将刹时声压信号变换为电压信号，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（附带）、均方根检波和对数变换， 最后给出噪声的声压级、计权声级或倍频程声压级；还能够输出与成比率的电压信号供监测、储 存和频谱平剖析之用声学丈量倍频程剖析方法流程图七、试验所需仪器设施：6、1动向信号测试剖析系统0♦始部画.■M,1 ■侦・・ H ..…

6、2声学丈量传感器系统声传感器是把外界声场中的声信号变换成 电信号的传感器它在通信、噪声控制、环境 检测、音质评论、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宽泛的应 用自由声场定义：均匀的各向同性的非流动 媒质中，界限影响能够不计的声场能感觉声压并变换成可用输出信号的传感 器称为声压传感器它有以下的几种实现形式: 电阻变换式、压电式和电容式压电式声压传感器利用压电晶体的压电效 应制成的，压电晶体的一个极面和膜片相连结， 当声压作用在膜片上使其振动时，膜片带动压 动晶体产生振动，压电晶体在机械应力的作用 下产生随声压大小变化而变化的电压，进而完 成声一电的变换理想的丈量传声器应当知足以下条件：J* jA Jr/ 1/ fJUF■P■与，UMfA。