lms聲學(xué)培訓(xùn)

1、LMS聲學(xué)培訓(xùn)-關(guān)于聲學(xué)的一些基本概念,加速噪聲法規(guī)-ECE R51方法B介紹,主要內(nèi)容,聲學(xué)工程及重要性基本的聲學(xué)參量聲壓、聲壓級(jí)聲強(qiáng)、聲強(qiáng)級(jí)聲功率、聲功率級(jí)吸聲、隔聲、吸聲材料測(cè)試聲品質(zhì)基本概念加速噪聲測(cè)試及現(xiàn)行法規(guī)的修改情況,一、LMS聲學(xué)培訓(xùn)-關(guān)于聲學(xué)的一些基本概念,聲學(xué)問題-滿足不同的要求,聲壓、聲功率,聲品質(zhì),聲源識(shí)別,排序,解決,,,,,,不滿足功能或法規(guī)要求？,滿足法規(guī)要求提升產(chǎn)品品質(zhì)？,聲學(xué)的重

2、要性,產(chǎn)品能否銷售？各國(guó)法規(guī)要求保修成本顧客抱怨競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)領(lǐng)先競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的聲品質(zhì),聲學(xué)工程在產(chǎn)品開發(fā)中的作用,后期花費(fèi)成本直線上升,聲壓、聲壓級(jí),聲壓：彈性介質(zhì)中傳遞的壓力波動(dòng)，由于聲波存在而引起的大氣壓力增值。p=P1-P0單位：帕（Pa）1Pa=1N/m2 巴（bar）1bar=100kPa聲振動(dòng)的能量范圍極廣，可相差十幾個(gè)數(shù)量級(jí)，同時(shí)人耳對(duì)聲音的感知接近于與聲音強(qiáng)度的對(duì)數(shù)成正比

3、，基于此，聲學(xué)上常用對(duì)數(shù)坐標(biāo)衡量聲壓，以聲壓級(jí)表示。,聲壓、聲壓級(jí),聲壓級(jí)：SPL=20log10(pe/pref) dB =10log10(pe2/pref2) dB pe:待測(cè)聲壓有效值；pref：參考聲壓 pref=2×10-5 Pa,相同聲壓級(jí)的加法,一個(gè)有趣的問題：聲源1100dB（2Pa）聲源

4、2100dB（2Pa）聲源1+聲源2=？,？,相同聲壓級(jí)的加法,相干單頻聲源疊加,聲源1：100dB（2Pa）1kHz聲源2：100dB（2Pa） 1kHz聲源1+聲源2： 106dB（4Pa）此時(shí)：100dB+100dB=106dB,相同聲壓級(jí)的加法,非相干單頻聲源疊加,聲源1：100dB（2Pa）1kHz聲源2：100dB（2Pa） 2kHz聲源1+聲源2：

5、 103dB（2.82Pa）此時(shí)：100dB+100dB=103dB,相同聲壓級(jí)的加法,非相干隨機(jī)聲源疊加,聲源1：100dB（總值）聲源2：100dB（總值）聲源1+聲源2： 103dB（總值）此時(shí)：100dB+100dB=103dB,相同聲壓級(jí)的加法,結(jié)論：兩個(gè)相干單頻聲源疊加時(shí)，聲壓級(jí)增加6dB；兩個(gè)非相干聲源疊加時(shí)，聲壓級(jí)增加3dB；工程上遇到

6、的問題，一般是增加3dB,不同聲壓級(jí)的加法,55dB+51dB=？ΔL=4dB 對(duì)應(yīng)增量為1.4dB Lpt=55dB+ 1.4dB =56.4dB兩個(gè)聲源聲壓級(jí)相差15dB以上，數(shù)值小的聲壓級(jí)影響可以忽略。,方法1：利用加法表（快速）,不同聲壓級(jí)的加法,方法2：直接計(jì)算,相同聲壓級(jí)加法,相差15dB以上,不同聲壓級(jí)的減法,1、查表法,2、計(jì)算法,60dB-53dB=？ ΔL=7dB

7、對(duì)應(yīng)減量為1dB Lpt=60dB-1dB=59dB,可用于計(jì)算機(jī)器自身輻射噪聲水平,幾個(gè)“場(chǎng)”的概念,近場(chǎng)與遠(yuǎn)場(chǎng)近場(chǎng):在不足兩倍機(jī)器尺寸或所發(fā)聲波最低頻率的一個(gè)波長(zhǎng)距離之內(nèi)（二者中取大者）；大于此距離，稱為遠(yuǎn)場(chǎng)自由場(chǎng)只有直達(dá)聲，無反射聲的聲場(chǎng)（理想狀態(tài)）半自由場(chǎng)有一面為反射面的自由場(chǎng)混響場(chǎng)聲音多次反射后形成的均勻聲場(chǎng),幾個(gè)“場(chǎng)”的概念,距離增加一倍，點(diǎn)聲源聲壓級(jí)降低6dB；線聲源聲壓級(jí)降低3dB。,人耳對(duì)聲音的

8、感知,人耳對(duì)不同頻率的聲音敏感度不一致，對(duì)3k-6k之間的聲音最敏感。,在同一條等響曲線上，人耳感覺到的聲音一樣響。反映了人耳對(duì)不同頻率聲音感知的敏感程度是不同的。,等響曲線,響度：Sone響度級(jí)：Phon,1000Hz純音，聲壓級(jí)為40dB時(shí)的響度為1Sone,計(jì)權(quán)聲壓級(jí),A計(jì)權(quán)：40Phon等響曲線的翻轉(zhuǎn)，模擬人耳對(duì)聲音的聽覺感知特性，對(duì)低中頻段有較大衰減，以dB(A)表示。,40Phon等響曲線,40Phon等響曲線的翻轉(zhuǎn)與A

9、計(jì)權(quán)曲線,計(jì)權(quán)聲壓級(jí),A計(jì)權(quán)：40 Phone等響曲線的翻轉(zhuǎn)；模擬55dB以下低強(qiáng)度噪聲特性。B計(jì)權(quán)：70 Phone等響曲線的翻轉(zhuǎn)；模擬55dB~85dB中等強(qiáng)度噪聲特性。C計(jì)權(quán)：100 Phone等響曲線的翻轉(zhuǎn)；模擬高強(qiáng)度噪聲特性。D計(jì)權(quán)：專用于飛機(jī)噪聲的測(cè)量。,倍頻程,將頻譜分為若干個(gè)頻段，每個(gè)頻段為一個(gè)頻程，以直方圖表示。,N=1: 一倍頻程，簡(jiǎn)稱倍頻程N(yùn)=1/3: 三分之一倍頻程N(yùn)=1/12: 十二分之一倍頻程…,

10、中心頻率：,帶寬：,倍頻程,連續(xù)頻段：一個(gè)頻段的上限頻率是下一個(gè)頻段的下限頻率,e.g.,聲強(qiáng),定義：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)垂直通過單位面積的聲能,p：聲壓（Pa）；v：質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度（m/s）；θ：兩者之間的相位差,自由場(chǎng)、點(diǎn)聲源條件下，聲壓與質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度同相，在傳播方向上的聲強(qiáng)為：,p：聲壓（Pa）；ρ：介質(zhì)密度（kg/m^3）；c:聲速P：聲功率；r：點(diǎn)聲源到測(cè)量點(diǎn)的距離,矢量,聲強(qiáng),測(cè)量聲強(qiáng)時(shí)穩(wěn)態(tài)背景噪聲對(duì)被測(cè)聲源的聲功率沒有任何影響 ；

11、而用聲壓法測(cè)聲功率時(shí)，測(cè)試環(huán)境對(duì)聲壓測(cè)量結(jié)果影響較大。,聲強(qiáng)法測(cè)聲功率原理：測(cè)量完全包圍被測(cè)聲源的測(cè)量面上的法向聲強(qiáng)分量 。聲功率等于包圍聲源的某一表面的法線方向上的聲強(qiáng)平均值乘上這個(gè)表面的面積 。,聲強(qiáng)級(jí),計(jì)算公式：空氣介質(zhì)在室溫時(shí)，與基準(zhǔn)聲壓 相對(duì)應(yīng)的聲強(qiáng)近似等于基準(zhǔn)聲強(qiáng) ，因此，在自由聲場(chǎng)中，聲強(qiáng)級(jí)與聲壓級(jí)在數(shù)值上近似相等。,聲功率/聲功率級(jí),聲功率：聲源單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射出的聲能量,單位：W。

12、聲功率級(jí)：確定聲功率級(jí)的兩種方法：通過測(cè)量聲壓級(jí)和聲強(qiáng)級(jí)來確定由聲壓級(jí)確定聲功率級(jí)的方法： GB/T 6881系列、GB/T 3767、GB/T 3768、ISO 3745、ISO 3747聲強(qiáng)法確定聲功率級(jí)的方法： GB/T 16404、GB/T 16404.2、GB/T 16404.3,幾種聲學(xué)試驗(yàn)室,全消聲室六個(gè)面全鋪設(shè)高效吸聲材料的房間模擬近似自由場(chǎng)環(huán)境，沒有反射聲可用于測(cè)量：聲源聲功率；輻射聲源的指

13、向特性等對(duì)高頻聲的吸收效果明顯；對(duì)低頻聲的吸收取決于房間體積及吸聲材料的厚度等特性,幾種聲學(xué)試驗(yàn)室,半消聲室五個(gè)面鋪設(shè)吸聲材料，地面為光滑反射面的房間模擬半自由聲場(chǎng)空間適用于對(duì)大型設(shè)備和機(jī)器進(jìn)行聲學(xué)測(cè)試,幾種聲學(xué)試驗(yàn)室,混響室在所有邊界上能全部反射聲能，并在其中充分?jǐn)U散，能形成在各處能量密度均勻、在各傳播方向作無規(guī)分布的擴(kuò)散場(chǎng)的房間 可用來測(cè)量聲源聲功率、材料吸聲系數(shù)等房間表面盡量不規(guī)則，以使混響時(shí)間盡量長(zhǎng)，保證聲能充分?jǐn)U

14、散,聲學(xué)材料測(cè)試,聲波入射到吸聲材料表面時(shí),入射,反射,吸收,透射,聲學(xué)材料測(cè)試,吸聲系數(shù)：α＜0.1 堅(jiān)硬表面，高反射，低吸收(如鋼板、花崗巖等)α＞0.9 高吸聲材料，低反射（如泡沫、玻璃纖維等多孔吸聲材料）α=1 所有的入射聲被全部吸收,聲學(xué)材料測(cè)試,材料的吸聲性能取決于多個(gè)因素：材料厚度、孔隙率、頻率、流阻、表面光潔度等吸聲原理：聲波進(jìn)入吸聲材料內(nèi)部，與材料發(fā)生摩擦作用將聲能轉(zhuǎn)化為熱能。,吸聲特性：隨著頻率的增高吸聲

15、系數(shù)逐漸增大-若要改善低頻吸聲效果，需增加材料厚度。,聲學(xué)材料測(cè)試,吸聲系數(shù)測(cè)量方法：1、駐波管（阻抗管）法：較小試件測(cè)量聲音正入射時(shí)的吸聲系數(shù) 測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)：ISO10534-22、混響室法：較大試件測(cè)量聲音無規(guī)入射時(shí)的吸聲系數(shù)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)：ISO354,聲學(xué)材料測(cè)試,透射系數(shù)：傳聲損失（隔聲量）：垂直入射時(shí)：,高頻聲比低頻聲更容易隔絕隔聲效果遵循“質(zhì)量定理”雙層隔聲結(jié)構(gòu)會(huì)顯著改善隔聲效果,聲品質(zhì),相同聲級(jí)的聲音

16、，由于頻譜結(jié)構(gòu)的差異，會(huì)引起人耳聽覺感知的大不相同；“聲”并非指聲波，而是指人耳的聽覺感知，“品質(zhì)”指人耳對(duì)聲事件進(jìn)行聽覺感知并作出的主觀判斷；涉及 心理學(xué)+聲學(xué)=心理聲學(xué)反映產(chǎn)品品質(zhì)、影響顧客購(gòu)買心理的重要指標(biāo)。,聲品質(zhì)的幾個(gè)指標(biāo),,,,：臨界帶響度；,：臨界帶值；,：修正因子（1～4）。,：掩蔽量；,：調(diào)制頻率。,聲品質(zhì)的幾個(gè)指標(biāo),響度-描述人耳對(duì)聲音強(qiáng)弱的主觀感覺與聲壓、頻率、振幅有關(guān)A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)僅符合響度為1Son

17、e時(shí)人的主觀感受，對(duì)其他大小的聲音有較大誤差響度單位：Sone,聲品質(zhì)的幾個(gè)指標(biāo),尖銳度-描述聲音的音色特征頻譜成分中高頻成分占主要地位所致粗糙度、抖晃度-反映聲音的幅值調(diào)制特性調(diào)制頻率低于20Hz時(shí)（參考頻率為4Hz）表現(xiàn)為抖晃度特性調(diào)制頻率高于20Hz時(shí)（參考頻率為70Hz）表現(xiàn)為粗糙度特性 煩惱度-描述人們對(duì)聲音的厭煩程度綜合考慮了響度、尖銳度、粗糙度、抖晃度等的影響,掩蔽效應(yīng),定義：一個(gè)聲音（被掩蔽音）的聽閾受到另

18、一聲音（掩蔽音）的干擾而提高的現(xiàn)象純音對(duì)純音的掩蔽：頻率相近的兩個(gè)純音間易發(fā)生掩蔽效應(yīng)，且較強(qiáng)聲易易掩蔽較弱聲；低頻純音可有效掩蔽高頻純音，反之作用較小。窄帶噪聲對(duì)純音的掩蔽：臨界頻帶的掩蔽作用最明顯；臨界頻帶：當(dāng)噪聲掩蔽純音時(shí)，起作用的是以純音頻率為中心頻率的一定頻帶寬度內(nèi)的噪聲頻率。如這頻帶內(nèi)的噪聲功率等于在噪聲中剛能聽到的該純音的功率，這個(gè)頻帶就稱為臨界頻帶。,掩蔽效應(yīng)類型,頻域掩蔽發(fā)生在掩蔽聲與被掩蔽聲同時(shí)作用時(shí)

19、強(qiáng)音會(huì)掩蔽其頻率周圍的弱音 時(shí)域掩蔽發(fā)生在掩蔽聲與被掩蔽聲不同時(shí)出現(xiàn)時(shí)前掩蔽：被掩蔽聲發(fā)生在掩蔽聲之前后掩蔽：被掩蔽聲發(fā)生在掩蔽聲之后,聲品質(zhì)工程,二、加速噪聲法規(guī)-ECE R51方法B介紹,GB 1495-2002修訂工作,2009年9月成立汽車標(biāo)委會(huì)噪聲工作組跟蹤ISO/ECE相關(guān)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)修訂完善我國(guó)汽車噪聲標(biāo)準(zhǔn)體系目前已起草了《汽車加速行駛車外噪聲限值及測(cè)量方法》、《汽車定置噪聲限值及測(cè)量方法》草案，但尚有相當(dāng)多的

20、技術(shù)細(xì)節(jié)未最終確定建議先制定測(cè)試方法并驗(yàn)證數(shù)據(jù)，對(duì)加速噪聲限值待時(shí)機(jī)成熟再推出。,車外加速噪聲GB 1495-2002,參考ECE R51附件3（方法A）和ISO 362:1998,噪聲限值：,現(xiàn)行方法的不足,僅考慮了車輛滿負(fù)荷加速工況，不具有車輛在市區(qū)公路上行駛的典型性發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲、進(jìn)排氣噪聲已得到很大改善，輪胎/路面噪聲已成為噪聲的主要組成部分單純降低型式認(rèn)證噪聲限值對(duì)加速噪聲的影響很小-汽車保有量增加,ECE R51 方法B,

21、ECE法規(guī)體系影響最廣泛，能滿足ECE法規(guī)的產(chǎn)品基本都能進(jìn)入各國(guó)現(xiàn)行國(guó)標(biāo)參考ECE R51-2007方法AECE R51-2007增補(bǔ)方法B，要求自2007年7月1日起，除按方法A測(cè)試外，還要按方法B測(cè)試,ECE R51方法A與方法B的差別,測(cè)試方法的形成機(jī)理方面：方法A僅考慮了車輛滿負(fù)荷加速工況，入線速度50Km/h，考慮的主要噪聲源為動(dòng)力總成相關(guān)噪聲源；方法B更接近車輛在市區(qū)運(yùn)行的典型工況，對(duì)M1和N1類車還需測(cè)量勻速噪聲；

22、車輛參考點(diǎn)在經(jīng)過測(cè)點(diǎn)時(shí)速度為50Km/h；考慮了輪胎/路面噪聲的影響。,ECE R51方法A與方法B的差別,方法B新增術(shù)語車輛運(yùn)行質(zhì)量（空載質(zhì)量+駕駛員質(zhì)量）功率質(zhì)量比（PMR）汽車參考點(diǎn)（根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)布置形式選定）目標(biāo)加速度（由統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)獲得的城市典型工況加速度）參考加速度（在測(cè)量路面上加速測(cè)量時(shí)期望的加速度）傳動(dòng)比加權(quán)系數(shù)（用以權(quán)重兩個(gè)不同檔位得出結(jié)果的無量綱系數(shù)）部分功率系數(shù)（用以權(quán)重加速試驗(yàn)和勻速試驗(yàn)得出結(jié)果的無量綱系

23、數(shù)）鎖定傳動(dòng)比（控制傳動(dòng)系，使其在測(cè)試期間傳動(dòng)比不變）,ECE R51方法A與方法B的差別,測(cè)量?jī)x器和測(cè)量條件方面：方法B在以下方面提出了更高更詳細(xì)的要求：測(cè)試設(shè)備及其校準(zhǔn)車速測(cè)量精度氣象參數(shù)精度背景噪聲修正待測(cè)車輛狀況詳細(xì)比較：,ECE R51方法A與方法B的差別,測(cè)試方法及測(cè)量結(jié)果的處理方面：方法B增加了勻速噪聲試驗(yàn)在檔位選擇和入線速度上有較大變動(dòng)定置噪聲對(duì)目標(biāo)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速做了詳細(xì)規(guī)定具體差異：,ECE R51