声学测量分析技术方案样本

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0p 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2米, 力F 的单位是牛( 顿) , 其声压的单位是2牛/米, 记为

2/N m , 或称为帕( 斯卡) , 记为Pa, 其辅助单位为微巴, 记为

bar μ( 2/达因厘米, 2/dyn cm ) 。换算关系为:

2211/10/10Pa N m dyn cm bar μ===

( 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

p =

( 1—4)

式中 T ——周期;

()p t ——瞬时声压;

t ——时间。 对于正弦声波

/m p p =m p 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p L

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o

p p p L lg 20= (1-11)

式中 p L ----声压级, 分贝;

p -----声压, 帕;

o p ----基准声压, 取o 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 n

f f 212= 或 ⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛=122log f f n (1-15)

式中 1f 、 2f ----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3/1=n 时, 称3/1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

21f f f o =

四、 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。因此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, 经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, 就能够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。

常见的计权网络A 、 B 、 C 三种。当前还出现()12D D 、D 、 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:

( 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:

( 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

函数表示式为: