【汽车试验技术】第十二章 汽车噪声试验系统

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第十二章 汽车噪声试验系统

噪声对人体的危害早在公元前7世纪已被人们所认识。当然，当今人们对噪声危害的认识更加深入。1979年世界环境保护会议上将噪声列为当代人类最不可容忍的灾难之一。汽车是当今社会主要的噪声源之一，欲减小汽车噪声对人体健康的影响，首先应对噪声进行准确的度量和分析。

第一节 噪声谱分析系统

噪声的频谱分析与第五章中介绍的汽车行驶平顺性分析方法完全相同，所用数学工具均是FFT 。由于噪声的频率范围较宽（可闻声波的频率范围是20Hz ～20000Hz ），所以噪声频谱分析的分频方法常采用倍频程。当然，为了不同的目的，有时也采用与平顺性分析相同的分频方法（1/3倍频程）。表12-1是可闻声波按倍频程分频得到的各频带上、下限频率的结果，若测得声压的时间历程为()p t ，按下式可计算出各频带上声压的均方根值（频谱值）。

⎰=

u l f f pi df f p T 2

)(1σ (12-1) 式中：pi σ——中心频率为i f 所对应频带上的声压均方根值；

l f 、u f ——分别为各频带上的下限频率和上限频率；

)(f p ——中心频率为i f 所对应频带上声压时间历程的富氏变换。

倍频程各频带的上、下限频率和中心频率 表

12-1

中心频率

i

f （Hz）下限频率

l

f

（Hz）

上限频率

u

f

（Hz）

中心频率

i

f

（Hz）

下限频率

l

f

（Hz）

上限频率

u

f

（Hz）

31.5 22.5 45 1000 700 140

63 45 90 2000 1400 2800

125 90 180 **** **** 5600

250 180 355 8000 5600 11200

500 355 710 16000 11200 22400 解噪声在各频带上的分布，以便采取相应的措施减小噪声对人体的危害。

为了使对客观物理量的测试结果能反应人耳的固有特性，需要引入响度、响度级及计权网络等重要概念。人耳对声音的听觉反应是“响”或“不响”，因此用响度对其度量。由于人耳对不同频率声音的反应不同，所以不同频率的声音，尽管其声压级相同，但人耳所感觉到的响度却不一样。为了获得响度与声压级间的关系，美国的弗莱切（Fletcher）和芒森（Munson）及英国的鲁宾逊（Robinson）和达逊（Dason）对许多人群进行了各种频率的听觉试验，他们将不同频率、响度相同的点连成一条曲线，便得到了等响曲线。再将各个频率的听域声压级点和痛域声压级点分别相连，便得到了听域线和痛域线。在两线之间，按响度的不同，将其分为若干个级，即响度级。在国际标准中，将其分为13级，其单位为仿（Phon）。每一级都有一条对应的等响曲线，如图12-1所示。其中：零响度线即听域线，120仿的响度线即痛域线。

响度的单位是宋（Sone)，1宋的响度相当于1000Hz的纯音、声压级为40dB（响度

2

3

级为40仿）的听觉反应。50仿为2宋，60仿为3宋。实验证明，响度级每增加10仿，响度增加一倍。若用N L 代表响度级，N 表示响度，二者的关系是：

10

40

2-=N L N （12-2）

图12-1 等响曲线

为了便于比较不同频率噪声对人体的影响，需对噪声进行频率加权处理，国际组织规定了3种声频率加权处理方法，并给了它一个专用的名词，即计权网络。A 计权网络是仿效40仿等响曲线设计的，其特点是对中频和低频噪声有较大的衰减，这种特性与人耳的感觉比较接近；B 计权网络接近70仿等响曲线，仅在低频段有一定的衰减；C 计权网络接近100仿等响曲线，在任何频率都没有衰减。如图12-3所示。

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图12-3 声级计计权网络特性曲线

声级计上均设有计权网络选择按钮，噪声测试前需选定计权网络，由声级计输出的声压信号便是经加权处理后的时间历程)(t p f ，将)(t p f 带入式（12-1）可得到选定计权网络

个频带声压的均方根值，即噪声频谱。

第二节 声强试验系统

表达噪声大小强弱的客观量是声压、声强和声功率。物理学家韦伯的大量实验发现，人耳对声音的感觉（听觉）与客观物理量（声压、声强、声功率）之间并不是线性关系，而近似于对数关系，即人的听觉随刺激量的增大而逐渐趋于迟钝。为此，科学家便引出了一个成倍比关系的对比量——声级，用以表达声音的大小强弱。与声压、声强、声功率等物理量对应的声级量分别是声压级、声强级、声功率级，它们彼此之间的关系是：

lg 20p p L p = （12-3） 0

lg 10I I L I = （12-4）

5

0lg

10w

w L w （12-5） 式中：w I p L L L ,,——分别是声压级、声强级、声功率级，dB ；

w I p ,,——分别是声压、声强、声功率，2/m N 、2

/m w 、w ； 000,,w I p ——分别是基准音的听阈声压、听阈声强、听阈声功率，2/m N 、2/m w 、

w 。

声音是一个既有大小又有方向的矢量，但度量声音的各量中只有声强是矢量。因此要想深入研究噪声（如声源的定位和识别、声能测线的测量、材料隔吸声性能的测定及机械故障的诊断等），需对声强进行测量。早期，许多物理学家及声学工作者都试图测出声强这一物理量，但直到1977年美国科学家J·R·Chung 和英国科学家F·J·Fang 分别独立证明了声强的互谱关系式才获得成功。由此可见，声强的测试和声压不同，它需要用到2个声压传感器，如图12-4所示。A 和B 应是二只特性完全相同的声压传感器，正对安装，二者之间用隔离器将其隔开。若要得到最准确的测试结果，A 、B 二个声压传感器间的距离L （隔离器的长度）应视被测噪声频率的高低在12mm ～50mm 范围内自由可调。在低频和高回响的情况下，距离L 较长；当频率高时，距离L 则应较短。L

（a ）声强测试系统的外形与组成 （b ）声强测试系统中声传感器安装关系