拖拉機(jī)噪聲控制測(cè)試方法研究

秦永輝

摘要：噪聲測(cè)量是控制噪聲和評(píng)價(jià)噪聲控制效果的基礎(chǔ)。介紹噪聲控制聲壓級(jí)測(cè)試和聲強(qiáng)測(cè)試的主要內(nèi)容及技術(shù)方法，以期為拖拉機(jī)噪聲控制測(cè)試提供技術(shù)支持，解決目前拖拉機(jī)產(chǎn)品普遍存在的噪聲過(guò)大的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：拖拉機(jī)；噪聲控制；聲壓；聲強(qiáng)；測(cè)試

中圖分類號(hào)：S219 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1161（2016）08-0068-04

噪聲測(cè)量是拖拉機(jī)控制噪聲和評(píng)價(jià)噪聲控制效果的基礎(chǔ)。噪聲源測(cè)量是拖拉機(jī)噪聲測(cè)量的重要內(nèi)容，主要包括噪聲強(qiáng)度及其特性測(cè)量、聲源參數(shù)與特性測(cè)量。噪聲強(qiáng)度是指噪聲級(jí)與聲功率，其特性主要是時(shí)間分布和空間分布；聲源參數(shù)與特性測(cè)量是指聲源識(shí)別和定位，它是噪聲控制的關(guān)鍵。對(duì)噪聲的描述主要有聲壓、聲強(qiáng)、聲功率和聲品質(zhì)等物理量，噪聲源的判定方法主要有分部運(yùn)轉(zhuǎn)測(cè)試法、聲強(qiáng)測(cè)試法和聲品質(zhì)測(cè)試法等。分部運(yùn)轉(zhuǎn)測(cè)試法是在測(cè)試聲壓的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，這種方法簡(jiǎn)單易行，但對(duì)聲學(xué)環(huán)境依賴性強(qiáng)，要求在半消聲室中進(jìn)行測(cè)試；聲強(qiáng)測(cè)試法可以在普通實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，試驗(yàn)精度和效率比較高。

1 拖拉機(jī)聲壓級(jí)測(cè)試

1.1 聲壓和聲壓級(jí)的定義

空氣中無(wú)聲音傳播時(shí)有一靜壓強(qiáng)。當(dāng)有聲波傳播時(shí)，在傳播途徑上的各處空氣質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生振動(dòng)，使各個(gè)局部空間交替地出現(xiàn)壓縮和膨脹，即使在同一地點(diǎn)，這種壓縮或膨脹的狀態(tài)亦隨時(shí)間而交替地變化著；受壓縮時(shí)局部壓強(qiáng)增加，膨脹時(shí)局部壓強(qiáng)減小。也就是說(shuō)，由于聲音的傳播，使傳播途徑上各處的壓強(qiáng)是在原有靜壓強(qiáng)的基礎(chǔ)上迭加了一個(gè)交變的壓強(qiáng)，由聲波引起的交變附加壓強(qiáng)就是聲壓。由于聲壓是個(gè)變化量，故常用有效值來(lái)表示，記做p，單位Pa。聲音的強(qiáng)度大小可以采用聲壓度量，聲壓越大則聲音越響。一般人耳能識(shí)別到的最小聲壓是2×10-5 Pa（指聲音頻率為1 kHz時(shí)的情況），稱為聽閾聲壓；當(dāng)聲壓達(dá)到20 Pa能使人耳旁產(chǎn)生疼痛，稱為痛閾聲壓。

1.2 聲壓測(cè)試儀器

拖拉機(jī)聲壓檢測(cè)使用的主要儀器包括傳聲器、聲級(jí)計(jì)、頻譜分析儀等，后兩種設(shè)備主要用來(lái)分析噪聲頻率的特征構(gòu)成。

1.2.1 傳聲器 傳聲器的主要功能是把聲能轉(zhuǎn)換成電能，其原理是將聲壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，可用來(lái)直接測(cè)試聲場(chǎng)的聲壓。傳聲器包括兩部分：一部分是聲接收器，具有力學(xué)振動(dòng)系統(tǒng)，通過(guò)振膜將聲能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，振膜在聲場(chǎng)中受到聲壓作用產(chǎn)生振動(dòng)；另外一部分是機(jī)電轉(zhuǎn)換器，可以將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能信號(hào)。通過(guò)傳聲器，可將聲壓動(dòng)能輸入轉(zhuǎn)換成電能輸出信號(hào)。日常檢測(cè)使用的傳聲器主要有電容和壓電陶瓷兩種類型。

1.2.2 聲級(jí)計(jì) 聲級(jí)計(jì)主要用來(lái)測(cè)試總聲壓級(jí)、各種A，B，C計(jì)權(quán)聲級(jí)以及各頻帶聲級(jí)。其可以連接頻譜分析儀或振動(dòng)分析儀器進(jìn)行頻譜分析或振動(dòng)測(cè)試。日常檢測(cè)使用的聲級(jí)計(jì)主要由傳聲器、放大器、衰減器、頻率計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)、檢波器和二次處理儀表構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)原理簡(jiǎn)圖如圖1所示。

其主要工作原理是：通過(guò)傳聲器采集噪聲，將聲音轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，由前置放大器變換阻抗放大信號(hào)電壓，使傳聲器匹配衰減器。衰減器將輸入信號(hào)按每檔10 dB（A）精確衰減，確保信號(hào)過(guò)載；由放大器將輸出信號(hào)增至計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行頻率計(jì)權(quán)，再經(jīng)衰減器及放大器放大信號(hào)到相應(yīng)幅值，最后由二次儀表顯示噪聲聲級(jí)數(shù)值。

聲級(jí)計(jì)中的頻率計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)是根據(jù)人耳對(duì)聲音的響應(yīng)特性分為A，B，C 3種，其顯示讀數(shù)通常稱為聲壓級(jí)。其中，A網(wǎng)絡(luò)是模擬人耳對(duì)等響曲線中40 dB（A）純音的響應(yīng)，它使電信號(hào)的中、低頻段有較大的衰減；B網(wǎng)絡(luò)是模擬人耳對(duì)70 dB（A）純音的響應(yīng)，它使電信號(hào)的低頻段有一定的衰減；C網(wǎng)絡(luò)是模擬人耳對(duì)100 dB（A）純音的響應(yīng)，在整個(gè)聲頻范圍內(nèi)有近乎平直的響應(yīng)。 測(cè)試時(shí)可以根據(jù)不同的目的和噪聲特性，選取其中的1個(gè)或幾個(gè)進(jìn)行噪聲測(cè)試。

聲級(jí)計(jì)指示表頭可以分為普通聲級(jí)計(jì)表頭和脈沖精密聲級(jí)計(jì)表頭兩類。普通聲級(jí)計(jì)表頭具有“快”和“慢”兩種特性，快檔用于測(cè)試隨時(shí)間起伏小的噪聲，慢檔用于測(cè)試起伏大于4 dB（A）的噪聲。脈沖精密聲級(jí)計(jì)表頭除了有“快”和“慢”兩檔外，還有“脈沖”“脈沖保持”和“峰值保持”檔。測(cè)有效聲壓值（均方根值）使用快、慢檔測(cè)試；測(cè)聲壓最大有效值使用脈沖和脈沖保持檔；峰值保持檔測(cè)得的是聲壓的峰值，即聲壓最大值。

1.2.3 頻譜分析儀 頻譜分析儀主要用于拖拉機(jī)噪聲頻譜測(cè)試，包括測(cè)試放大器和濾波器。濾波器按頻帶寬度可分為恒定帶寬式頻譜分析儀、恒定百分比帶寬式頻率分析儀、等對(duì)數(shù)頻寬式頻率分析儀、動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀4種。1） 恒定帶寬式頻譜分析儀可以連續(xù)改變中心頻率，保持通過(guò)的帶寬不變，經(jīng)常采用5，20，50和200 Hz這4種帶寬。其優(yōu)點(diǎn)是對(duì)高頻頻率選擇性強(qiáng)，能提供非常細(xì)致的頻率信息，適用于產(chǎn)品脈沖噪聲檢測(cè)和識(shí)別噪聲源。2） 恒定百分比帶寬式頻率分析儀的通過(guò)頻帶寬度始終等于中心頻率的某一百分?jǐn)?shù)，如當(dāng)百分?jǐn)?shù)為3、中心頻率為100 Hz時(shí)，其帶寬為3 Hz。隨中心頻率增大，其通過(guò)的頻帶寬度也增大。適用于不穩(wěn)定噪聲檢測(cè)，能分析各諧波成分的相對(duì)大小。3） 等對(duì)數(shù)頻寬式頻率分析儀也稱為倍頻程或1/3倍頻程分析儀，可以測(cè)試噪聲頻譜的大概分部，對(duì)噪聲頻譜做粗略分析。4） 動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀對(duì)一定頻率范圍的頻譜分析可及時(shí)完成，且能分析頻譜隨時(shí)間而急劇變化的噪聲和瞬時(shí)噪聲。

1.3 拖拉機(jī)噪聲分部運(yùn)轉(zhuǎn)測(cè)試

判斷拖拉機(jī)主要噪聲源，可以采取依次測(cè)試與傳聲計(jì)恒定距離被測(cè)表面各點(diǎn)的數(shù)值，分析輻射面上最大的噪聲輻射區(qū)和其量值的方法，通常稱為分部運(yùn)轉(zhuǎn)測(cè)試法。

首先測(cè)試拖拉機(jī)整機(jī)在某一環(huán)境條件下的噪聲，然后將可能發(fā)出最大噪聲的工作部件暫停工作，或者采用鉛板等消音隔音物覆蓋，隔離控制其噪聲輻射，然后再測(cè)試拖拉機(jī)整機(jī)噪聲。根據(jù)聲壓級(jí)疊加原理，由兩次噪聲測(cè)試結(jié)果中計(jì)算出被隔離的部分的輻射噪聲大小，從而找出主要噪聲源。根據(jù)日常檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)判斷，拖拉機(jī)可能的主要噪聲源為風(fēng)扇、排氣、液壓泵、傳動(dòng)系等部分，可以將這幾部分按照上述方法進(jìn)行測(cè)試。拖拉機(jī)聲壓測(cè)試的儀器簡(jiǎn)單、使用方便，測(cè)試結(jié)果可以代表人耳實(shí)際受聲情況。但采用聲壓測(cè)試時(shí)，本底噪聲必須低于被測(cè)噪聲10 dB（A），且測(cè)試需要在專門的消聲室、半消聲室內(nèi)進(jìn)行。

2 拖拉機(jī)聲強(qiáng)級(jí)測(cè)試

2.1 聲參量定義

聲波作為一種機(jī)械振動(dòng)的傳播，具有一定的能量。用聲波能量大小來(lái)表征聲輻射的強(qiáng)弱，聲波能量大小通常用聲強(qiáng)和聲功率來(lái)表示，聲強(qiáng)、聲功率越大，則聲音越響。

聲源輸出聲能大小的基本量主要由聲功率來(lái)衡量。聲功率相比于聲壓，因不受接收距離、方向、聲源周圍的聲場(chǎng)條件等很多外在因素的影響，而廣泛應(yīng)用于鑒定和比較各種聲源。

2.2 聲強(qiáng)、聲功率測(cè)試儀器

對(duì)于拖拉機(jī)聲源定位、聲源貢獻(xiàn)量排序和確定輻射聲功率來(lái)說(shuō)，聲強(qiáng)測(cè)試技術(shù)是一個(gè)高效工具。聲強(qiáng)測(cè)試方法的原理是使用兩個(gè)距離很近的傳聲器同時(shí)測(cè)試聲壓和質(zhì)點(diǎn)振速（如圖2所示）。為盡量減小對(duì)聲場(chǎng)的影響，需要精確定義聲強(qiáng)探頭的兩個(gè)傳聲器之間的聲學(xué)距離。

拖拉機(jī)聲強(qiáng)、聲功率測(cè)試的主要儀器為聲強(qiáng)計(jì)和實(shí)時(shí)聲強(qiáng)分析儀。前者由傳聲器、前置放大器、濾波器和微機(jī)組成；后者是聲強(qiáng)測(cè)試中將聲強(qiáng)映射成像時(shí)對(duì)噪聲源進(jìn)行定位的技術(shù)。聲強(qiáng)映射成像是將一個(gè)假象網(wǎng)格放置在被測(cè)設(shè)備表面并進(jìn)行聲強(qiáng)成像繪圖。

2.4 聲強(qiáng)測(cè)試的主要特點(diǎn)

聲強(qiáng)有能量和矢量的特點(diǎn)，圍繞聲源整個(gè)封閉表面上的聲強(qiáng)矢量積分可以決定聲源的聲功率。由于封閉表面距聲源很近，所以不易受環(huán)境和反射物的影響，拖拉機(jī)噪聲測(cè)試可以現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行。聲強(qiáng)測(cè)試的另外一個(gè)特點(diǎn)是可以通過(guò)測(cè)試在機(jī)器表面附近布置測(cè)試網(wǎng)格的聲強(qiáng)，分析聲場(chǎng)的等聲強(qiáng)線圖和三維聲強(qiáng)分布圖，判斷拖拉機(jī)各部位輻射噪聲的能力，識(shí)別噪聲源。

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Abstract： Noise measurement is the basis of noise control and evaluating the effect of noise control. This paper introduced the main content and technical method of noise control SPL test and sound intensity measuring， so as to provide technical support for tractor noise control test and solve the problems that at present oversize noise commonly exists in the tractor products.

Key words： tractor； noise control； sound pressure； sound intensity； test