2022年声学基础知识.docx

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1、精品学习资源空气动力噪声噪声产生缘由欢迎下载精品学习资源由气体振动而产生；气体的压力产生突变，会产生涡流扰动，从而引起噪声；如空气压缩机、电风扇的噪声；机械噪声由固体振动产生；金属板、齿轮、轴承等，在设备运行时受到撞击、摩擦及各种突变机械力的作用，会产生振动，再通过空气传播，形成噪声；液体流淌噪声液体流淌过程中，由于液体内部的摩擦、液体与管壁的摩擦、或者流体的冲击，会引起流体和管壁的振动，并引起噪声；电磁噪声各种电器设备，由于交变电磁力的作用，引起铁芯和绕组线圈的振动，引起的噪声通常叫做沟通声；燃烧噪声燃料燃烧时，向四周的空气介质传递了热量，使它的温度和压力产生变化，形成湍流和振动，产生噪声；

2、欢迎下载精品学习资源声波和声速声波质点或物体在弹性媒质中振动，产生气械波向四周传播，就形成声波声波是纵波 ；可听声波的频率为20 20000Hz,高于 20KHz的属超声波，低于 20Hz 的属次声波；点声源邻近的声波为球面波，离声源足够远处的声波视为平面波，特别情形线声源可形成柱面波；声频f 声速c 和波长= c / f声速与媒质材料和环境有关：欢迎下载精品学习资源空气中， c +t 或 c20.05 273tm / s欢迎下载精品学习资源在水中声速约为 1500 m/ st摄氏温度传播方向上单位长度的波长数，等于波长的倒数，即1/ ；有时也规定 2/ 为波数，用符号 K 表示；质点速度质点

3、因声音通过而引起的相对于整个媒质的振动速度；声波传播不是把质点传走而是把它的振动能量传走；欢迎下载精品学习资源声场有声波存在的区域称为声场；声场大致可以分为自由场、扩散场混响场 、半扩散场半自由场 ；自由场在匀称各向同性的媒质中，边界影响可忽视不计的声场称为自由场；在自由场中任何一点，只有直达声，没有反射声；消声室是人为的自由场，是由吸声材料和吸声结构做成的密闭空间，宁静无风的高空或旷野可近似为自由场；扩散场声能量匀称分布，并在各个传播方向作无规章传播的声场， 称为扩散场，或混响场；声波在扩散场内呈全反射；人为设计的混响室是典型的扩散场；无论声源处于混响室内任何位置，室内各处声压接近相等，声能

4、密度到处匀称；自由场扩散场混响场欢迎下载精品学习资源半扩散场假如试验房间很大，以至边界墙面和天花板的反射可以忽视，只剩下地面的反射，这种空间称为半扩散场，或半自由场；精密的声学测量和分析要求在自由场或者扩散场进行，一些工程要求的测试可以在半自由场进行；近场和远场在不足两倍机械尺寸或所发声波频率最低的一个波长距离之内两者取大者 ，为近声场，大于此距离为远声场；近场的质点速度与瞬时声压不同相，远场的质点速度与瞬时声压同相；距离增加一倍，点声源声压级降6dB, 线声源声压级降 3dB；欢迎下载精品学习资源声压与声压级声压由于声波存在而引起的大气压力增值，用符号p 表示；单位是 Pa 或 N/ m2；

5、-5听阈声压也称为基准声压p0=2 10 Pa 1000Hz ，即标准化额定听阈，表示有正常听力的人，平均能听到的1000Hz 的最低声音；在水中 p0=1Pa；通常 p 和 p0 指有效值而非瞬时值；dB 标尺由于可检测到的声压幅值范畴很大，而人耳对声压刺激的反应与对数规律有关，习惯上在表示声学参数时，都是取测量值和参考值的比率的对数值，即采纳 dB 标尺；声压级 SPL 或 Lp欢迎下载精品学习资源pp2 Lp10 lg2020lg pp0dB欢迎下载精品学习资源p实际声压痛阈声压和声压级分别为p=20Pa, Lp=120dB 1000Hz相同声压级加法两个同声压级相干单频声源叠加，声压级

6、增加6dB；两个同声压级非相干声源叠加，声压级增加3dB； 工程上遇到问题一般是加3dB；欢迎下载精品学习资源不同声压级加减法查表：例： L1=55dB ， L2=51dBL=4dB，对应增量 L+=dB所以： 55dB+51dB =dB =56.4dB L 1=60dB ， L2=53dBL=7dB，对应减量 L- =1dB所以： 60dB-53dB =60-1dB =59dB欢迎下载精品学习资源运算：Lptnp210 lgii1p010 lgn10L pii1/ 10dB欢迎下载精品学习资源例： 55dB+55dB=10lg 10 55/10 +1055/10 =58dB 55dB+40d

7、B=10lg 10 55/10 +1040/10 =55dB60dB-53dB=10lg 10 60/10 -10 53/10 =59dB两个声源声压级相差15dB 以上，就小的声压级影响可忽视；欢迎下载精品学习资源声强和声强级声强单位时间内，声波通过垂直于声波传播方向单位面积上的2声能量；用符号 I 表示，单位为W/ m ；声压变化引起媒质质点的移动，声强即是声压与质点速度的积；对于球面波和平面波，声强与声压的关系：欢迎下载精品学习资源Ipvp p cp2W c4 r 2W /m2 欢迎下载精品学习资源p声压介质密度c声速 W声功率r 测量点到点声源的距离2c声阻抗 20 时 c=408瑞利

8、， Kg / m sv质点速度， v=p/ c声强级 SIL 或 LI欢迎下载精品学习资源ILI10lgI 0P210 lg P /cp220 /cP欢迎下载精品学习资源p10 lg2020 lgLP p0dB欢迎下载精品学习资源基准声强 I0=10-12 W/ m21000Hz空气在室温时，与基准声压相对应的声强近似等于基准声强， 因此自由场中， 声强级与声压级数值近似相等；扩散场混响场中声强到处为零；欢迎下载精品学习资源声功率声功率和声功率级欢迎下载精品学习资源单位时间内，声波通过垂直与声波传播方向某指定面积的声能量；一般指的是所谓声源声功率，即声源辐射的总声功率，-5单位为 W；人正常讲

9、话声功率约为10 W；距离点声源距离为 r 的球面各点声强 I 与声功率 W 的关系：W4 r 2I W W声功率级 SWL 或 LW欢迎下载精品学习资源WLW10 lg W010 lg II 010 lg 4r 2 W dB W0欢迎下载精品学习资源基准声功率 W0=10-12 W对球面波： LW =LP+20lg r +11 dB对半球面波： LW =LP+20lg r +8 dB在混响室： LW =LS -10 lg T +10lg V-14 dB？LS 混响场中平均声压级V房间容积T混响时间 ， 一般指 T60 ，声源停止后声压级下降60dB 所需时间；欢迎下载精品学习资源噪声的频谱倍

10、频程 Octave将频谱分为假设干个连续的频段每个频段的上限频率等 于下一个频段的下限频率 ，每个频段为一个频带，以直方图表示；欢迎下载精品学习资源令fu / fl2fcfu fl wfufl2N / 22 N欢迎下载精品学习资源NN=1 ：一倍频程，简称倍频程；N=1/3：三分之一倍频程；N=1/12：十二分之一倍频程lucf /中f心频率2N ff ful欢迎下载精品学习资源c2N f带fu宽fl wfuf2N / 22 N / 2 f欢迎下载精品学习资源lc常见的有 1/ 1、1/ 2、1/ 3、1/ 12、1/ 24 倍频程分析，其中1/ 3 倍频程分析最常用； 1/ 3 倍频程可由

11、FFT线状谱通过肯定综合运算得出；欢迎下载精品学习资源声谱频率为横坐标，声音的强弱声压级、声强级或声功率级为纵坐标，绘制出声音强弱随频率分布的线图称为声音的频谱， 简称声谱；由 FFT 分析得到的频谱，具有等带宽性质，其频率辨论率等于谱线间隔 f,这种方法谱线较多， f 较小，可称为 窄带谱 ；声音的频率范畴很宽，一般不行能，也没有必要对每个频率逐一测量，一般都用1/ 1 倍频程或 1/ 3 倍频程进行分析；用声谱进行分析时，可得到线谱和连续谱等；线谱多是由转动引起的谐波，可用于改良机械结构；连续谱反应整体结构的噪声状况，可用于整体降噪改良减振、隔振等；倍频程滤波器滤波器按带宽类型可以分为恒百

12、分比比例带宽滤波器和恒值带宽滤波器；FFT分析大多用恒值带宽滤波器， 声学测量需要用恒百分比比例带宽滤波器；欢迎下载精品学习资源响度级和等响曲线计权声级欢迎下载精品学习资源人耳对声音强弱的主管感受，不仅与声压级有关，而且与频率和波形有关；工程上，用响度级P单位： Phon来度量这种主观感觉；对于频率为1000Hz 的纯音，响度级和声压级的数值是相等的，只是单位不同；其它频率的纯音，响度级和声压级的关系由等响曲线给出；作为声品质分析依据的等响曲线， 是由大量心理学试验得出的结果；纯音的等响曲线欢迎下载精品学习资源计权声级考虑到人耳对不同频率的声音敏锐度不同对3K 6KHz 的声音最敏锐，在一般噪

13、声测量仪器中，常配置一些特定的滤波电路，叫 计权网络 ；通过计权网络得到的声压级，叫做计权声级 ，简称 声级 ；A、B、C 三种计权网络特性，分别对应于倒置的40、70、100Phon 等响曲线 1000Hz 归一化到 0dB，其作用是分别反应人耳对低、 中、高声压级的响度感觉； A 计权被证明是人耳对声压级主观反应的极好校正； 对由 A 计权测量的声级称为A 声级， 记作 L PA 或 dB A ；近来 B 计权、 C 计权已很少采纳；A 计权： 40Phon等响曲线的翻转，模拟55dB以下低强度噪声特性； B 计权： 70Phon等响曲线的翻转，模拟55 85dB中等强度噪声特性；C 计权

14、： 100Phon等响曲线的翻转，模拟高强度噪声特性；D 计权：专用于飞机噪声的测量；标准计权曲线欢迎下载精品学习资源等效连续声级在评定间断的、脉冲的或随时间变化的不稳固噪声时，用一段时间内能量平均的方法表示噪声大小，称为等效连续声级；用符号 Leq 表示，等效连续 A 计权声压级用LAeqT 或 LAT 表示：欢迎下载精品学习资源LAeqT20 lg1/ Tt 2Ap2 tdtt11/ 2/ p0W dB W0欢迎下载精品学习资源T总测量时间 , T=t2- t1 PA t A 计权瞬时声压可用同样公式运算非A 计权声压级信号 P t ，得到 Leq；声暴露和声暴露级在规定时间间隔或过程内，

15、随时间变化的频率计权声压平方的时间积分； A 计权声暴露，用符号EA 表示；欢迎下载精品学习资源22t2t 2E2 2LA0e.q1TL/A1e0qT 2欢迎下载精品学习资源EAAt1t1PPAAttddttpp0T0T1100Pa s欢迎下载精品学习资源对于工作场所的噪声暴露测量，用帕平方小时为单位会更便利；与 EA 对应的 A 计权声暴露级用 LAE 表示：欢迎下载精品学习资源L10 lgt 2p2 tdt/ p2T 欢迎下载精品学习资源AEt 1A00欢迎下载精品学习资源10 lg EA /E0LAeqT10 lg T/ T0 dB欢迎下载精品学习资源2T0基准时间间隔， 1s欢迎下载精

16、品学习资源E0基准声暴露， E0 =p0T0 =400 10-12Pa 2s欢迎下载精品学习资源电容传声器传声器欢迎下载精品学习资源金属膜片感受声压变化发生振动，与背极板之间的电容随之变化；在 极化电压 e0 的作用下，负载 R 上产生与声压成比例 的交变电压；现在膜片厚度可做到5m，两极距离可做到 20m；驻极体传声器用驻极体材料做成的电容传声器，有两种结构：a、用驻极体高分子薄膜材料做振膜b、用驻极体材料做背极板市售 ICP 传声器是内置前置放大IC 电路的驻极体传声器， 可以与 ICP 加速度传感器用同一个电源如DC 24V 供电；传声器的保养连接传声器时，确保全部设备处于关闭状态，绝不

17、在电源打开的状态连接传声器；当心操作，使膜片远离灰尘和其它物体，绝不触摸膜片；在干燥的地方储存，举荐使用自带储存盒，不要将传声器暴露在过湿、过冷和过热的环境中；欢迎下载精品学习资源声级计声级计是最基本的噪声测量仪器，是集成设备，有标准的时间计权和测量参数；主要构成如图：一般声级计型频率范畴：31.5 8000Hz 精确度 1dB 精密声级计型频率范畴：20 12500Hz 精确度 dB 积分声级计答应测量等效连续声级；每个系列测量前后都需要标定，并记录标定结果；一般用声级校准器或活塞发声器作为标定工具；假如测试是在一个相当长的时间内进行，就每天至少需要标定两次；检定的声学内容主要包括：指示声级

18、调整校准 、指向性相应、频率计权和频率响应、级线性、时间计权 F 和 S、猝发音响应、重复猝发音响应、统计运算功能等；欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源时域分析声强测量的基本原理欢迎下载精品学习资源对于某 r 方向，瞬时声强运算方法：欢迎下载精品学习资源I rp . vr1 p2 dApB pApB dt欢迎下载精品学习资源频域分析由两个传声器信号的互功率谱的虚部可求出声强；欢迎下载精品学习资源IImGABd欢迎下载精品学习资源总的平均声强为欢迎下载精品学习资源IIdIm GAB d0d欢迎下载精品学习资源GAB两个传声器信号的单边互谱Im 表示取虚部影响声强测量的主要因素pp1、有限差

19、分误差，即rr2、传声器相位适配误差3、背景噪声影响欢迎下载精品学习资源双传声器声强探声强探头是由两个相靠近的特性特别一样传声器组成；声强运算结果有正有负，正负表示的是声强的方向；传声器间距与波长的比值要足够小；需要测量的频率越高， 两个传声器探头距离就要越近, 抱负的声强探头两个传声器应具有相同的相位响；欢迎下载精品学习资源声压法测量声功率级半球包络面矩形包络面欢迎下载精品学习资源平均声压级运算传声器在测量外表上匀称分布时，欢迎下载精品学习资源N1 1N0.1L 0pi.1L pi 欢迎下载精品学习资源L pLp101lg0lg1010dB欢迎下载精品学习资源N Ni1 i1欢迎下载精品学习

20、资源欢迎下载精品学习资源L ppL ppKK11K 22dB欢迎下载精品学习资源N 测点总数L pi 第 i 个传声器测得的声压级L p 测量外表平均声压级欢迎下载精品学习资源L p _ L p _L p被测声源工作期间测量外表的平均声压级欢迎下载精品学习资源声功率级运算S欢迎下载精品学习资源LW LpL pL p10 Klg1K 2S0dB欢迎下载精品学习资源2S测量总外表积S0基准外表积， 1m；2只有一个反射面时， 传声器所在的半球外表面积S=2r ；被22测声源位于一面墙前时，S=r ；假如位于一个墙角上，r ；欢迎下载精品学习资源声强法测量声功率原理声强法测量声功率原理：测量完全包围

21、被测声源测量面上的法向声强重量，声功率等于包围声源的某一外表的法线方向的声强的平均值乘以这个外表的外表积；声压法测量声功率对环境要求较高，必需在消声室、半消声室或混响室进行；声强法对环境要求不高，受背景噪声影响小，可在半自由场甚至现场进行；运算方法NWI i SiWi12i 测量包络面的分块序号， N测点总数 , 不少于 10 个；包络面离被测声源距离不小于m,每个 Si 不大于 1m；欢迎下载精品学习资源声学材料测试声波入射到吸声材料外表时，以 i, r , t 分别表示入射、反射、透射；欢迎下载精品学习资源垂直入射时， 吸声系数：piprpt1ErEi欢迎下载精品学习资源高吸声材料，低反射

22、；如泡沫、玻璃纤维等；=1 全部入射声全部被吸取；吸声原理：声波进入吸声材料内部，与材料发生摩擦作用， 将声能转化为热能；吸声性能取决于多个因素：材料厚度、孔隙率、频率、流阻、外表光滑度等；随着频率增高吸声系数逐步增大，要改善低频吸声成效需增加材料厚度；欢迎下载精品学习资源透射系数EtE传声缺失隔声量iTL10 lg 1 欢迎下载精品学习资源高频声音比低频声音更简单隔绝，双层隔声结构显著改善隔声成效；欢迎下载精品学习资源全消声室几种声学试验室欢迎下载精品学习资源六个面全部铺设成高效吸声材料的房间，模拟近似自由场， 没有反射声；对于高频声的吸取成效明显，对低频声音的吸取 取决于房间的体积和吸声材

23、料厚度等特性；可用于测量声源声 功率、辐射声源指向特性等；半消声室五个面铺设吸声材料，地板为光滑反射面的房间，模拟半自由场空间，适用于大型机械和设备的声学测试；混响室在全部边界上能全部反射声能，并充分扩散，能形成扩散场的房间；可用来测量声源声功率、材料吸声系数等；房间外表尽量不规章，使混响时间尽量长，保证声能充分扩散；欢迎下载精品学习资源声品质评判评判声品质的最正确方法是组织听众进行评判，现已有多种度量方法，都是对声压信号作分析运算，得到与感觉相关的定量度量；除了 声压级 ，现在常用的仍有 响度 、尖锐度 、粗糙度、抖动强度 、音高 、清楚度指数 、语言干扰级 、冲击量 等；掩蔽效应 Mask

24、ing effect一个声音被掩蔽音的听阈受到另一声音掩蔽音的干扰而提高的现象；两个声音频率差异到达肯定程度，这种影响会减小；即强声易掩蔽弱声，低频纯音可有效掩蔽高频纯音；窄带噪声掩蔽纯音时临界频带掩蔽作用最明显；临界频带：噪声掩蔽纯音时，起作用的是以纯音频率为中心频率的肯定频带内的噪声；假如这频带内的噪声功率等于在噪声中刚能听到的该纯音的功率，这个频带就称为临界频带；频域掩蔽：掩蔽声与被掩蔽声同时作用时，强音会掩蔽其四周的弱音；时域掩蔽：被掩蔽声发生在掩蔽声之前叫前掩蔽，被掩蔽声发生在掩蔽声之后叫后掩蔽；中心频率和声强弱相同时，窄带噪声掩蔽效应强于纯音；欢迎下载精品学习资源响度 Loudne

25、ss响度级的对数标尺导出为线性标尺，得到响度，用S 表示；单位： Sone ；1000Hz 的纯音声压级为 40dB 时响度为 1Sone ；欢迎下载精品学习资源响度与响度级关系： S2 P40 / 10P4010 log 2 S欢迎下载精品学习资源对于稳态声音响度的运算，现在得到 ISO 认可的分别是由斯蒂文司 Stevers 和兹维克尔 Zwicker 提出的算法；两种方法都是用图形表示出倍频程带声压级和倍频程带局部响度间的关系，且都涉及掩蔽效应；尖锐度 Sharpness尖锐度是声音是否使人愉悦的一种感觉，评判声音是尖锐 仍是沉闷 Sharp or Dull；尖锐度感觉主要与窄带声的谱成

26、分及中心频率有关， 越是高频尖锐度越高； 单位： acumacumer 的缩写 ,1acum 的参考声为 1000Hz, 声压级 60dB，带宽等于一个临界带的窄带噪声；欢迎下载精品学习资源某一临界带的尖锐度用重量 锐度 S，总尖锐度 S 由尖锐度重量粗糙度 RoughnessS z 表示，以 acums 表示总尖S z 的积分求出；欢迎下载精品学习资源粗糙度是声音受幅值调制时的声品质评判指数，反应声音幅值调制特性，与调制频率和调制深度有关；调制频率高于20Hz 时表现为粗糙度，用符号R 表示；单位： asperasperity的缩写 ；规定 1KHz,60 dB 的纯音被 70Hz，100%

27、幅值调制时为 1asper ；欢迎下载精品学习资源抖动强度 Fluctuation strength抖动强度也反应声音幅值调制特性，调制频率低于 20Hz 时， 可直接感觉到音量随时间的变化；与相同有效值的平稳信号相比，抖动信号的感觉更响；在这种情形下感觉到的强度，称为“抖动强度” ，用 F 表示，单位： vacil vacillate的缩写； 规定 1KHz,60dB 的纯音被 4Hz，100%幅值调制时为1vacil；音高 Pitch 音高是声音的一种属性，它以由低至高的标尺对音作分类；纯音的音高主要依靠于频率，但也受声压级影响；多个谱重量 组成的复合音，可感觉到一个或多个音高，很大程度上

28、依靠于 各重量的频率，但也可能发生掩蔽效应，使得某些音高比其它 音高更为突出；纯音或复合音的音高可由信号的谱分布求出， 称为谱音高 spectral pitches；运算音高时，假如计及声压级对音高的影响，得到的音高称为真实音高；假如忽视声压级影响，就称为标称音高；清楚度指数 Articulation index或 AI清楚度指数是以保证交谈的私密性观点提出的参数；交谈的私密性指背景声或噪声侵扰正常交谈的程度，供应私密性的正面评判；噪声对语言的掩蔽造成的干扰作用，可通过对噪声的 1/ 3倍频程频谱按其对语言的可懂度影响的重要程度适当加权，经由加权谱求出清楚度指数；欢迎下载精品学习资源语言干扰级

29、Speech InterferenceLevel ,SIL 或 PSILSIL 定义为 600 1200Hz、1200 2400Hz 和 2400 4800Hz三个频带声压级的算术平均值；后由于新规定了所谓优先倍频程带的设限， SIL 被改称为 优先 Preferred语言干扰级 ，用 PSIL 表示；规定取中心频率500Hz、1000Hz 和 2000Hz 的三个倍频程带声压级的算术平均值；对话距离 m可正常对话需提高嗓门需很响需高喊7480869268748086626874805662687452566470465256641977 年美国国标加入了 4000 倍频程带，与 ISO 的建议一样；语言干扰级 dB与通话状态及举例的关系如下：冲击量 Impulsiveness冲击量用于量化信号的冲击性质，基于信号的包络分析， 结果用多个输出值表示，包括平均脉冲峰值电平，平均脉冲上升斜率和平均脉冲作用时间；另外仍要运算平均脉冲发生率；欢迎下载