声强法测量机械噪声及对噪声源的识别

    声强测量是20世纪70年代末,随着电子技术和信号分析的深入发展才逐步实用化了的新技术。它用于测量声功率级和声源识别。80～90年代,我国的噪声控制技术处于较快的发展阶段,噪声振动控制技术的研究得到迅速发展,高速运输系统和工具等一些新的噪声源的出现及计算机、数字处理、新材料等其他高新技术的发展使噪声测试控制技术及其设备的研究与发展更具有重要意义。用声强法对有源噪声进行测量分析,已在有源噪声控制上取得了突破性进展,目前,在我国此项技术正处于开发应用阶段[1]。由于测量声强使用的仪器(如声强计等)成本较高,故目前主要应用于某些特殊场合。随着声强测量技术在理论和实践上的进一步发展并且趋于成熟,这些仪器的成本将降低,声强法测量噪声及在噪声源识别上应用将越来越广泛。

    1　声强测量原理

    通常的声学测量仪器都是直接测量声压,测量结果易受环境的影响而要进行数值的修正,声功率的测量也需要在特定的声学环境里直接测量声压,再得出声功率级,但声强测量不受周围环境反射的影响,也不受背景噪声的影响,没有声学环境的要求[2]。声强探头是非接触式测量,可用于测量表面振速法中加速度传感器无法接近的环境,也可用于在近场进行测量,测量省时,并且方便。因而试验周期较短,适于各种实验研究条件下的测量。

    另外,声强测量不仅测得该声场的数值大小,也同时测量出了声场的方向。测得的结果形成的是一个能量场(既有大小,又有方向的矢量场)。因此,可用它的这一特性来判别噪声源的具体位置,求噪声发射功率;并且可以不需要消声室、混响室等特殊声学环境进行声源的声功率、材料的吸声系数和透射系数等测量。声强的声功率测量和测得指标比声压的声功率测量和测得指标要更为切合对声源实际噪声情况的判断与分析[3]。所以近年来,声强测量技术发展非常迅速。

    1.1　声强的概念及原理

    声强是通过垂直于声传播方向单位面积上的平均声能流量,还可以用单位时间内,单位面积的声波对前进方向邻近媒质所作的功来表示。由定义可以看出声强是一矢量,其方向为测点质点的振动速度方向。测量声强的困难在于如何测量质点的振动速度——常采用双传声器来解决。声强测量最初测得值仍是声压,但运算过程是在仪器内部通过模拟或数字电路来完成的,所以通过仪器显示器读取的数值是声强值。

    声强测量的基本原理如下:

    在声场中　　I-r=P-MV-r(1)

    式中:I-r为M点在r方向上的声强(W/m2);P-M为M点的声压(Pa或N/m2);V-r为M点在r方向上的空气质点振动速度(m/s)。