第4章常見非電參數(shù)的檢測方法4.1力、壓力和轉(zhuǎn)矩的測量4.2位移、物位和厚度的測量4.3速度、加速度與振動的測量4.4轉(zhuǎn)速的測量4.5噪聲測量4.6溫度的測量4.7流量的測量4.8成分量的測量4.5噪聲測量

在人類生活環(huán)境中，充滿著各種頻率的聲音。有些頻率的聲音直接或間接地影響著人們的生活品質(zhì)和身心健康，影響著機(jī)器設(shè)備的工作性能和壽命，通常稱之為噪聲。

從基本原理上看，噪聲測量和其他的非電量參數(shù)測量是相似的。測聲傳感器將聲壓信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，再輸入測量分析儀器。但噪聲測量有它自身的一些特殊性，如聲強矢量的測量、聲壓的計權(quán)和測量結(jié)果以分貝值計等。所以目前用于噪聲測量的有兩類專門的聲學(xué)測量系統(tǒng)。一類是聲級（聲壓）測量系統(tǒng)，另一類是聲強測量系統(tǒng)，它們分別包含若干聲學(xué)測試儀器設(shè)備。4.5.1聲測量基礎(chǔ)（1）聲波和噪聲當(dāng)聲波在空氣中傳播時，空氣質(zhì)點被迫在原位置沿傳播方向作來回振動，空氣密度因此發(fā)生變化，相應(yīng)位置的壓強也隨之發(fā)生變化，并向鄰近的質(zhì)點傳遞此變化，形成壓力傳播過程，即聲波。由于空氣質(zhì)點的振動方向與聲波的傳播方向一致，即聲波是縱波（疏密波），如圖4.82所示。聲波的頻率、周期、波長和波速的關(guān)系是：（4.61）圖4.82縱波示意圖

聲波具有一般波動特性，在空間傳播過程中遇到阻礙物時會產(chǎn)生反射、折射和衍射和干涉等典型波動現(xiàn)象。兩個同頻率的聲波在聲場中相遇時會發(fā)生干涉，相遇處的聲波互相加強或消弱。不同頻率的聲波則不會發(fā)生干涉。能發(fā)生干涉的聲波稱為相干波，反之稱為非相干波。

聲波傳播的區(qū)域稱為聲場。當(dāng)聲波的傳播在聲場內(nèi)可以自由進(jìn)行，不受任何阻礙，無反射現(xiàn)象存在，這種聲場稱為自由聲場。當(dāng)傳播時只受到地面的反射，其它方面不受到任何阻礙，則這種聲場稱為半自由聲場。如果聲波在聲場中受到邊界面的多次反射，使得聲場中各點聲壓相同，這種聲場稱為擴(kuò)散聲場（也稱為混響聲場）。

噪聲有兩種意義：①在物理上指規(guī)則的、間歇的或隨機(jī)的聲振動；②指任何難聽的、不和諧的聲或干擾。有時也指在有用頻帶內(nèi)的任何不需要的干擾。這種噪聲干擾不僅是由聲音的物理性質(zhì)決定，還與人們的心理狀態(tài)有關(guān)。（2）噪聲的物理度量噪聲的強弱通常采用聲壓、聲強和聲功率等參量來度量。其中，聲壓是較容易測得的參量也是最基本的一個參數(shù)。1）聲壓當(dāng)聲波在聲場中傳播時，聲場中任意一點的壓強會在當(dāng)?shù)仂o態(tài)大氣壓強的基礎(chǔ)上疊加一個由聲波所產(chǎn)生的周期性波動分量，這個波動分量就稱為該點的瞬時聲壓，它是時間的函數(shù)，記為，其計量單位是帕（）。聲場中某點的瞬時聲壓等于各聲波單獨作用時該點的瞬時聲壓之和，即：（4.62）這稱為聲波的線性疊加原理。就噪聲測量而言，聲場中某點的聲壓定義為該點的瞬時聲壓的均方根值（有效值），稱為有效聲壓，簡稱聲壓，用表示。又稱為均方聲壓，其大小為：（4.63）式中——某時刻；

——平均時間。一般說來，聲壓會隨時間的變化而變化，即是時間的函數(shù)。若聲壓隨時間的變化甚小，則稱這種噪聲為穩(wěn)態(tài)噪聲，否則稱為非穩(wěn)態(tài)噪聲。正常人剛剛能聽到的的聲壓為，此值稱之為聽閥聲壓。在聲學(xué)中，此值用來作為聲壓測量的基準(zhǔn)聲壓，記為。2）聲強

聲強是指在聲場中的某一點上，單位時間內(nèi)通過與指定方向垂直的單位面積的平均聲能，記為，其單位為瓦/米（）。在自由聲場中，相應(yīng)于聽閥聲壓的聲強為，并以此值作為基準(zhǔn)聲強。聲強與聲壓有關(guān)，其關(guān)系隨聲場類型的不同而不同。對于自由場，則有：（4.64)式中——測量點的有效聲壓；——介質(zhì)密度；

——在該介質(zhì)中聲波傳播速度；——介質(zhì)特性聲阻抗。

值得注意是：聲強是一個矢量，它既有大小，又有方向，通常是在單位面積的法線方向上測量聲強；而聲壓是一個標(biāo)量，它只有大小而無方向。3）聲功率

聲功率是指在單位時間內(nèi)發(fā)射出的聲能，用符號W表示，其單位為瓦（），通常取作為基準(zhǔn)聲功率。聲功率是聲源的基本物理特性，是評價和比較聲源的最重要參數(shù)。當(dāng)聲源和觀察點的距離大于聲源尺寸時，此聲源可視為點聲源。在自由場中，聲源能等同地向各方向發(fā)射聲能。若介質(zhì)不吸收聲能，聲源發(fā)出的全部聲功率要通過觀察處所在的球面。因此，聲源的功率被該球面積除就得到觀察處的聲強，即（4.65）式中——聲源到觀察處的距離。由此可得到，聲強與距離的平方成反比關(guān)系，即：（4.66）式中——分別為自由場中同一方向上與聲源距離為，處的聲強。在一般情況下，如果測得包圍聲源的某個封閉面上各點法向的聲強，那么，聲功率和聲強關(guān)系可以表示為：（4.67）式中——各聲強方向?qū)?yīng)的元面積；

——對應(yīng)面積為處的聲強值。

（3）噪聲測量中的級與級的單位由于噪聲測量往往涉及范圍很大的量值處理，即便在人的聽覺范圍內(nèi)，從聽閥到痛閥，聲壓的變化也為，而相應(yīng)的聲強之比則為，如果用線性標(biāo)度，必將導(dǎo)致多位數(shù)字使用的麻煩；此外，人耳對聲刺激的響應(yīng)接近對數(shù)關(guān)系。因此，噪聲測量中是采用測量值與基準(zhǔn)值之比的對數(shù)來表示噪聲的強弱，即聲壓級、聲強級和聲功率級。級是相對量，量綱一，它的單位是分貝（dB）。1）聲壓級聲壓級是聲壓與基準(zhǔn)聲壓之比的常用對數(shù)的20倍，或它們相應(yīng)均方聲壓之比的常用對數(shù)的10倍，記為，即：（4.68）由此式可以算出正常人雙耳從聽閥到痛閥相應(yīng)的聲壓級為。2）聲強級聲強級是聲強與基準(zhǔn)聲強之比的常用對數(shù)的10倍，記為，即（4.69）由此可得正常人雙耳從聽閥到痛閥相應(yīng)的聲強級為。在自由場中，任何一點的聲壓級和聲強級的分貝數(shù)是相等的。3）聲功率級聲功率級是聲源聲功率與基準(zhǔn)聲功率之比的常用對數(shù)的10倍，記為，即（4.70）（4）級的合成、扣除與平均1）級的合成當(dāng)聲場中有兩個或兩個以上的聲源存在時，任何一點的聲壓是所有聲源共同作用的結(jié)果。噪聲測量結(jié)果是以聲壓級表示的，而聲壓級是聲壓經(jīng)比例運算和對數(shù)運算的結(jié)果。設(shè)有兩聲源單獨作用于某點的瞬時聲壓分別為和，那么兩聲源同時作用時，該點的總瞬時聲壓應(yīng)等于兩聲源瞬時聲壓、之和，即（4.71）

通常所說的聲壓值是指聲壓的有效值。這樣，總聲壓值（4.72）式中T——積分時間，取適當(dāng)長。

在現(xiàn)實中，絕大多數(shù)情況下，不同聲源發(fā)出的聲波是互不相關(guān)的。因而，式（4.72）中積分項將等于零。故有：（4.73）

若有n個聲源同時發(fā)射互不相關(guān)的聲波時，則聲場中某處的總聲壓（有效值）為：（4.74）對于相干波，總聲壓仍然按式（4.62）來計算。故可得在n個聲源同時發(fā)射互不相關(guān)的聲波時，聲場中某處的總聲壓級為：（4.76）根據(jù)聲壓級的定義和對數(shù)運算法則有：（4.75）由此可得：（4.77）同理可求得總聲功率級為：（4.78）

由于工程實際中存在的噪聲，極少發(fā)生聲波相干的情況，故式（4.77）、式（4.78）在實際噪聲測量中有著普遍意義。下面討論最簡單的情況，即僅有兩個相同聲源，即時，由上式可得：（4.79）

此式表明：當(dāng)兩個聲源各自在聲場中同一點引起的聲壓相等時，則該點處總的聲壓級等于其中一個聲源引起的聲壓級的分貝值再加上3分貝。也就是說，要將某噪聲源發(fā)出的噪聲聲壓級降低3分貝，等于將聲源聲功率降低一半，一般而言是不容易的。在工程實踐中，往往利用各聲壓級之間的差值的簡單方法來求得總聲壓級值。當(dāng)且，則總聲壓級等于較高的聲壓級加上一個增量（4.80）由聲壓級定義和式（4.74）可知：（4.81）因為所以由此可得：（4.82）此式表明，增量是兩聲源聲壓級差的函數(shù)。當(dāng)時，兩聲源聲壓級差等于零時，由式可得，取極大值等于3分貝。隨著聲壓級差的增加，增量下降。當(dāng)聲壓級差等于或大于10分貝時，增量小于0.5分貝，此時，產(chǎn)生低的聲壓級的聲源對總噪聲的貢獻(xiàn)可以忽略不計，總聲壓級近似等于較高的那個聲壓級。為了方便使用，式（4.82）關(guān)系可以用表4.9來表示。根據(jù)兩聲壓級之差，由表中查得總聲壓級與之差，很方便地求出總聲壓。表4.9聲壓合成時級差關(guān)系表0123456789103.02.52.11.81.51.21.00.80.60.50.4注:2）級的扣除在聲測量時，既使所測量的聲源停止發(fā)聲，環(huán)境也存在著一定的噪聲；此噪聲稱為背境噪聲或本底噪聲。背境噪聲必定影響測量結(jié)果。換言之，測量的結(jié)果實質(zhì)上是所考察的聲音和背境噪聲合成的結(jié)果。只有從此結(jié)果中扣除背境噪聲后，才能獲得所考察的聲音的聲壓值。設(shè)所考察的聲音的聲壓級為、環(huán)境的背境噪聲的聲壓級為、兩者合成后的聲壓級為（即實際測得的聲壓級），和之差為、和之差為。那么，它們的關(guān)系為：（4.83）表4.10也是該關(guān)系的表現(xiàn)。一旦分別測得背境噪聲的聲壓級和實測總聲壓級，就可以求得級差，然后由該表查得，并從實測總聲壓級扣除該值，便可得到所考察的聲音的聲壓級為。表4.10背境噪聲級影響的扣除值級差中扣除值3456789103.002.301.701.250.950.750.600.453）級的平均當(dāng)需要通過測量聲壓級來確定聲源的聲功率或需要確定聲場的平均聲壓級時，就涉及級的平均問題。平均聲壓級是聲場中各測點的均方聲壓的平均值對應(yīng)的聲壓級，即：（4.84）4.5.2噪聲的頻譜和頻帶頻率是決定聲音高低的主要因素。聲音（尤其是噪聲）的頻率成分一般是很復(fù)雜的。以頻率為橫坐標(biāo)，以噪聲中相應(yīng)的頻率分量的強弱（聲壓、聲壓級、聲強級或聲功率級）為縱坐標(biāo)而繪制的圖形稱為噪聲頻譜圖（幅值譜），簡稱噪聲譜。它反映了噪聲的頻率結(jié)構(gòu)，即噪聲中包含哪些頻率成分，各頻率分量的強弱，哪些頻率分量對噪聲取主要作用等。借助噪聲頻譜圖并結(jié)合具體的測量對象，就可以分析產(chǎn)生噪聲的主要原因和找出噪聲源。（1）窄帶頻譜和聲壓譜級用表示瞬時聲壓信號的功率譜密度（單邊譜），即

（4.85）其量綱是帕2/赫茲。實際分析時，積分長度T取有限值。在噪聲測量中，常常用級為單位來度量噪聲功率譜密度的幅值，稱為聲壓譜級。噪聲在某一頻率處的聲壓譜級是指以該頻率為中心頻率，帶寬為1Hz的頻帶內(nèi)所有聲能的聲壓級。按此定義，根據(jù)上式可得：（4.86）

在該式中，分子上的均方聲壓譜密度乘以1Hz是表示將1Hz帶寬內(nèi)的所有聲能求和并將均方密度量綱帕2/赫茲轉(zhuǎn)為均方量綱帕2。

值得提醒是：聲壓譜級只適用于噪聲具有連續(xù)頻譜的時候。實際上，在對噪聲作窄帶譜分析時，常常只需要得出頻譜的分布狀態(tài)和各分量幅值的相對大小，而不做幅值量值的絕對測量。（2）頻帶聲壓級與倍頻程頻譜由于可聽聲頻帶范圍為20~20KHz，有1000倍的變化范圍。為了噪聲測量和分析的方便，把這一頻帶范圍分為若干連續(xù)頻段，每一頻段稱為頻帶，每一個頻帶都有自己的上限頻率和下限頻率，它們通常按以下倍頻程關(guān)系：（4.87）式中——第i個頻帶的上限頻帶；

——第i個頻帶的下限頻帶；

——倍頻程數(shù)，常用的是等。在一頻帶的上限頻率和相鄰的下一個頻帶的下限頻率相等，這叫做鄰接條件，即：（4.88）各頻帶在頻率軸上的位置，用該頻帶的中心頻率來表示，它定義為該頻帶上下限頻率的幾何平均值，即：（4.89）頻帶寬度則定義為上、下限頻率之間的頻率跨度，即：（4.90）由此可得：（4.91）可見，各頻帶的中心頻率也滿足倍頻程關(guān)系。在噪聲測量中，最常用的頻帶寬度是倍頻程和1/3倍頻程。它們的中心頻率和相應(yīng)的頻帶范圍見表4.11所示。若噪聲在所研究的頻率范圍內(nèi)具有連續(xù)的頻譜，為了對不同頻帶聲壓級進(jìn)行比較，則使用聲壓譜級的概念。某一頻率的聲壓譜級是指在以該頻率為中心頻率，寬度為1Hz的頻帶中噪聲的有效聲壓級。聲壓譜級可以通過下式來計算：（4.92）式中——帶寬為的頻帶聲壓級。1倍頻程（Hz）1/3倍頻程（Hz）中心頻率帶寬上截止頻率下截止頻率中心頻率帶寬上截止頻率下截止頻率16112211163.717.814.1204.622.417.8255.828.222.431.522442231.57.235.528.2409.244.735.55011.556.244.7634488446314.670.856.28018.389.170.810022.911289.1表4.111倍頻程和1/3倍頻程的中心頻率和相應(yīng)的頻帶范圍125891778812529141112160371781412004622417825017835517725058282224315733552824009244735550035571035550011656244763014070856280018389170810007101420710100023111228911250291141311221600365177814132000142028401420200046122391778250057928182239315073035482818400028405690284040009194467354850001156562344676300145670795623800056901136056908000183489137079100002307112208913125002910141301122016000113602272011360160003650177801413020000461022390177804.5.3噪聲的主觀評價對噪聲的研究，在很大程度上是從它與人的關(guān)系和對人的影響出發(fā)的，因而對噪聲的評價，既要考慮噪聲的客觀物理參數(shù)，還要考慮人的主觀感受。由于人耳對聲音的感受，不僅與聲壓有關(guān)，而且還與聲音的頻率有關(guān)，一般來說，對高頻聲音感覺比較靈敏，對低頻聲音感覺比較遲鈍。也就是說，聲壓相等而頻率不同的聲音，聽起來是不一樣響的。為了使測量結(jié)果能與人的主觀感覺一致，需要制定對聲音強弱進(jìn)行主觀評價的參量和方法。（1）純音的主觀評價1）響度N

人耳判斷聲音響和程度用響度來度量。響度的單位為宋（sone）。把頻率為1000Hz、聲壓級大于聽閥40dB的純音的響度定為1宋。如果人耳判斷某聲音的響度為1宋的n倍，則該聲音的響度N就是n宋。2）響度級

凡是某一頻率聲音被人耳聽起來和某聲壓級的1000Hz的聲音同樣響，則定義該聲音的響度級等于頻率1000Hz聲音的聲壓級值。響度級的單位為方（phon）。由此可知，響度和響度級都是人們對純音的主觀反應(yīng)，是聲音的主觀評價指標(biāo)之一。它們主要取決于聲壓，但也和頻率有關(guān)。兩者之間存在某種特定關(guān)系，如圖4.77所示。即或（4.93）圖4.83phon-sone關(guān)系3）純音等響曲線考慮到某純音的響度雖然主要決定于聲壓，但也和頻率有關(guān)，人們經(jīng)過大量試驗測得純音的等響曲線（如圖4.84所示）。該曲線表達(dá)了典型聽者認(rèn)為響度相同的純音的聲壓級與頻率的關(guān)系。這族曲線體現(xiàn)了，同樣響而頻率不同的純音具有不同的聲壓級，它們的聲壓級相差甚巨；同時大致上隨頻率增加而先降后升。（2）寬帶噪聲的主觀評價機(jī)械和環(huán)境噪聲一般含有多個頻率分量，并占據(jù)較寬的頻帶，即所謂寬帶噪聲。對寬帶噪聲的主觀評價要比對純音的主觀評價復(fù)雜得多。常用的主觀評價參數(shù)有A聲級，等效連續(xù)A聲級，噪聲評價數(shù)NR等。1）聲級和A聲級為了模擬人耳的聽覺特性，從等響曲線出發(fā)，在聲測量系統(tǒng)中設(shè)置了一種特殊的濾波網(wǎng)絡(luò)——頻率計權(quán)網(wǎng)絡(luò)，噪聲信號在通過網(wǎng)絡(luò)時其頻率成分受到加權(quán)（衰減或增強），使得測量輸出能近似表達(dá)人耳對聲音響度的感覺。顯然，這樣測量得出的聲壓級已不是聲音原本的客觀的物理量，而是人為地表示主觀評價的量，稱為計權(quán)聲壓級，簡稱聲級。聲測量系統(tǒng)中通常采用A、B、C三種計權(quán)網(wǎng)絡(luò)，它們的幅頻特性如圖4.79所示，分別近似模擬40方、70方和100方的等響曲線的倒置。噪聲信號經(jīng)它們計權(quán)后測量得出的聲壓級分別叫做A聲級、B聲級和C聲級，分別用、和表示，單位分別是dB（A）、dB（B）、dB（C）。其中A計權(quán)網(wǎng)絡(luò)對高頻比較敏感，而對低頻不敏感，能很好地符合人耳對噪聲的主觀感覺，故A聲級已成為使用最為廣泛的寬帶噪聲主觀評價尺度之一。圖4.84等響曲線MAF——聽閥曲線2）等效連續(xù)A聲級事實上，噪聲對人類的危害程度，除了與響度有關(guān)外，還與噪聲作用時間長短有關(guān)。等效連續(xù)A聲級就是以一個穩(wěn)定連續(xù)的A聲級去表示在相同一段時間內(nèi)出現(xiàn)的若干個不同聲級的聲波的評價方法。這些聲波也許是連續(xù)、不連續(xù)；穩(wěn)態(tài)、非穩(wěn)態(tài)；持續(xù)時間不一的。等效連續(xù)A聲級就是這段時間內(nèi)這些聲波A聲級的聲能的時間平均值，記為，單位為dB（A），其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

或（4.94）式中——測量時間；——A計權(quán)瞬時聲壓；

——基準(zhǔn)聲壓；——噪聲的瞬時A聲級。圖4.85A、B、C三種計權(quán)網(wǎng)絡(luò)幅頻特性3）噪聲評價數(shù)NR噪聲評價數(shù)NR以1倍頻程頻譜為基礎(chǔ)，同時考慮了噪聲在每個頻帶內(nèi)的強度和頻率兩個因素，比用單一的A聲級更為嚴(yán)格。噪聲評價數(shù)這一指標(biāo)主要用于評定噪聲對語言干擾、聽力損傷和對周圍環(huán)境的影響。NR數(shù)由下式?jīng)Q定：（4.95）式中——第i個1倍頻程頻帶聲壓級值，以分貝計；

——與1倍頻程中心頻率有關(guān)的常數(shù)，如表4.12所示。表4.12常數(shù)a、b的值1倍頻程中心頻率/Hz631252505001000200040008000a35.522124.80-3.5-6.1-8.0b0.7900.8700.9300.97411.0151.0251.030

由此可知，欲求寬帶噪聲的NR數(shù)，必須先作出客觀存在的1倍頻程頻譜，然后按式（4.95）和表4.12計算出每個頻帶聲壓級對應(yīng)的NR數(shù)，其中最大值就是該噪聲的噪聲評價數(shù)。但是，在實際應(yīng)用中，通常采用以下經(jīng)驗公式近似表示的噪聲評價數(shù)NR與A聲級關(guān)系：（4.96）4.5.4噪聲測量的基本原理和常用儀器聲測量系統(tǒng)有兩大類，它們分別以聲級計和聲強計為核心。目前，最常用的還是以聲聲計為核心的聲測量系統(tǒng)（如圖4.86所示），其主要是由傳聲器、聲級計、信號分析儀、校準(zhǔn)器以及一些其它附加設(shè)備（如記錄儀、示波器）等測量儀器。下面僅介紹其中的傳聲器、聲級計。（1）傳聲器傳聲器是聲測量的傳感器，其基本功能就是把聲信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號。目前，常用的聲測量傳感器有：動圈式、壓電式和電容式。動圈式傳聲器的工作原理是：由聲波沖擊薄膜而引起動圈在永久磁場中作軸向振動，從而產(chǎn)生與振動速度成正比的電壓。但是電力機(jī)械發(fā)出的漏磁場會產(chǎn)生假信號而產(chǎn)生誤差。圖4.86以聲壓級測量為基礎(chǔ)的噪聲測量系統(tǒng)

壓電式傳聲器是利用某些晶體和陶瓷體在受到機(jī)械應(yīng)力作用時產(chǎn)生微弱電壓的壓電特性來制作的。電容式傳聲器的工作原理實質(zhì)上就是極距變化型電容傳感器的工作原理。組成電容器的兩個極板之一是一片很輕的彈性金屬膜，它在瞬時聲壓的作用下振動，從而改變了電容器的電容量，并被專門設(shè)計的電子線路檢測轉(zhuǎn)換為電壓。（2）聲級計聲級計是噪聲測量最基本的儀器，主要用于測量聲壓級、倍頻程聲壓級和聲級的儀器。按照國際電工委員會（IEC）有關(guān)聲級計的標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)測量精度和穩(wěn)定性，將聲級計分為0、1、2、3等4種類型，其主要技術(shù)指標(biāo)如表4.13所示。其中，0型聲級計用作標(biāo)準(zhǔn)聲級計，1型聲級計作為實驗室用精密聲級計，2型聲級計作為一般用途的普通聲級計，3型聲級計作為噪聲監(jiān)督用聲級計。表4.13

聲級計等級及其主要技術(shù)參數(shù)聲級計級別0123工作1小時內(nèi)讀數(shù)的最大變化(不包括預(yù)熱)/dB0.20.30.50.5測量精確度/dB0.40.71.01.5不同頻率范圍聲級精確度容許偏差/dB31.5~8000Hz20~12500Hz0.30.5

0.510.7—1.5—

各種類型的聲級計的工作原理基本相同，通常是由傳聲器、放大器、衰減器、計權(quán)網(wǎng)絡(luò)、檢波器、指示器和電源等部分組成。圖4.87所示是典型的精密聲級計工作原理框圖。其工作過程是：被測聲壓信號由電容式傳聲器組合接收，被轉(zhuǎn)換為電壓信號并經(jīng)阻抗變換后由前置放大器輸出低阻電壓信號。此電壓信號被送入一個稱為測量放大器的系統(tǒng)，在測量放大器中，輸入衰減/放大器對信號作幅值調(diào)節(jié)后送入計權(quán)網(wǎng)絡(luò)，計權(quán)網(wǎng)絡(luò)通常有A、B、C、線性（20~20KHz）及全通（10~50KHz）五種選擇，經(jīng)計權(quán)后的信號再經(jīng)輸出衰減/放大器處理后進(jìn)入均方根檢波器，完成對信號的均方根運算，求得噪聲的均方根聲壓值（積分平均時間T可選），最后由指示器以“dB”指示噪聲聲壓級或聲級。而積分聲級計、脈沖聲級計的工作原理復(fù)雜一些。但它們之間在測量部分沒有明顯差別，感興趣的讀者請參考其它有關(guān)文獻(xiàn)。圖4.87

典型的精密聲級計工作原理框圖

值得注意是：為確保測量結(jié)果的準(zhǔn)確度和可靠性，聲測量系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)定期校準(zhǔn)。目前，常用的校準(zhǔn)方法有如下幾種情況：活塞發(fā)聲器校準(zhǔn)法、聲級校準(zhǔn)器校準(zhǔn)法、靜電激振器校準(zhǔn)法、高聲強校準(zhǔn)器校準(zhǔn)法、互易校準(zhǔn)法、置換法。下面僅介紹其中活塞發(fā)聲器校準(zhǔn)法方法。活塞發(fā)聲器校準(zhǔn)法是用一個由電池供電的電動機(jī)通過如圖4.88所示的凸輪使兩個對稱的活塞作正弦移動，造成空腔中氣體體積的變化，最終使氣體壓力隨時間而按正弦規(guī)律變化，其有效值等于給定的聲壓級。圖4.88

活塞發(fā)聲器工作原理圖（a）主要組成部分；（b）截面放大圖1—復(fù)位彈簧2—活塞3—凸輪4—耦合腔5—被校準(zhǔn)系統(tǒng)的傳聲器6—電動機(jī)4.5.5工業(yè)噪聲測量工業(yè)噪聲測量，根據(jù)對象的不同，內(nèi)容亦不同。若是為了評價機(jī)器設(shè)備或產(chǎn)品的噪聲，則應(yīng)對機(jī)器設(shè)備或產(chǎn)品進(jìn)行噪聲測量；若是為了了解噪聲對人的干擾和危害，防止噪聲污染，則應(yīng)進(jìn)行環(huán)境噪聲測量。本小節(jié)僅對機(jī)械工程中最常遇到的機(jī)械設(shè)備噪聲測量問題加以介紹，其它方面環(huán)境噪聲的測量，讀者可參閱其它有關(guān)文獻(xiàn)。（1）一般現(xiàn)場測量測量噪聲必須注意到測量環(huán)境對測量的很大影響和相同的聲源在不同的環(huán)境中所形成的聲場是完全不一樣的。

在現(xiàn)場中測量噪聲，由于聲源多，房間大小又有一定程度，周圍有許多反射面，為了減小其他噪聲源發(fā)來的聲波和反射聲波的干擾，傳聲器應(yīng)當(dāng)接近被測產(chǎn)品的聲輻射面，以保證傳聲器接收到的聲波主要是來自被測產(chǎn)品。為此，一般多采用近聲場的測量法，將傳聲器置于距被測產(chǎn)品1m，距地面1.5m的地方來測量。傳聲器過于接近聲源也不好，因為該處的聲場往往是不穩(wěn)定的。

在一般情況下，機(jī)器噪聲是非均勻地向各個方向輻射噪聲，為此，通常圍繞被測產(chǎn)品的表面選取若干點進(jìn)行測量（一般不小于4點），如圖4.89所示。測量時，傳聲器（一般為聲場型）應(yīng)正對機(jī)器的外表面，使聲波正入射，其投影應(yīng)落在測量回線的測點上。測點應(yīng)遠(yuǎn)離其他設(shè)備或墻體等反射面（距離一般不小于2m）。當(dāng)相鄰兩點所測得的噪聲級差大于5dB時，則應(yīng)在其間增加測點。同時，應(yīng)注意聲級計本身和測量者所引起的反射影響，通常建議采用三腳架，或者盡量加長傳聲器和聲級計之間的距離。圖4.89

機(jī)器噪聲測點示意圖

對空氣動力機(jī)械，如通風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等，若要測量它們的進(jìn)、排氣噪聲，則進(jìn)氣噪聲測點應(yīng)在進(jìn)氣口軸向，距管口平面最小距離為1倍管口直徑，通常選在距離管口平面0.5m或1m處。排氣噪聲測點則應(yīng)取在與排氣管軸線成45方向上或管口平面上，距管口中心0.5m、1m或2m處，如圖4.84所示，同時，在傳聲器之前安置風(fēng)罩、防風(fēng)錐等附件。除此之外，在噪聲測量時，應(yīng)注意避免本底噪聲對測量噪聲的影響。一般來說，被測噪聲源的A聲級以及各頻帶的聲壓級分別高于本底噪聲的A聲級和各頻帶的聲壓級10dB，則可略去本底噪聲的影響。若測得噪聲（包括本底噪聲在內(nèi)）與本底噪聲相差3~10dB，則應(yīng)按表4.10的數(shù)據(jù)扣除本底噪聲對測量地影響值。若兩者相差小于3dB，則測量結(jié)果無效。圖4.90

進(jìn)、排氣口噪聲測點的選?。╝）進(jìn)氣口噪聲測點的選?。唬╞）排氣口噪聲測點的選取（2）聲強測量由于聲強是矢量，它在噪聲源定位方面的優(yōu)越性也是聲壓測量不可比的。1）聲強測量的基本原理由聲強的定義可知：聲強是聲壓和質(zhì)點速度的時間平均積，并具有單位面積的聲功率的概念，亦即：（4.97）當(dāng)聲強用矢量表示時，有（4.98）若表示為方向上的聲強，上式則為：（4.99）式中——

方向上某點處的聲強；

——

方向上同一點處的瞬時聲壓；

——同一點處媒質(zhì)質(zhì)點瞬時速度在方向上的分量；上橫線表示對時間取平均。質(zhì)點速度可由下式求得：（4.100）其中：為媒質(zhì)密度。為瞬時聲壓隨距離的變化率，即壓力梯度，它雖是一個連續(xù)函數(shù)，但可用空間兩靠近點的聲壓差除以兩點間距離來近似表示，只要兩點間的距離比聲場中最短波長小得多時，就不會有多大誤差，因此（4.101）

式中——A、B兩點間的距離；

——A、B兩點處的瞬時聲壓；

——聲場中聲波最小波長。由式（4.100）、（4.101）可得：（4.103）

此式表明：質(zhì)點速度可以通過測量聲壓來解決，只需用兩只性能相同的傳感器，按一定方式相距排列，即可同時測出，A、B兩點連線中點的聲壓可