噪聲源鑑別
正文
在同時有多個噪聲源或包含許多振動發聲部件的複雜聲源的情況下,為了確定各個聲源或振動部件的聲輻射性能(如輻射功率、頻譜等)所進行的聲源分析,並根據它們對總聲場所起的作用加以分等。在一個車間中,不同的機器發出不同的噪聲。一部複雜的機器,例如織布機、衝壓機、發動機,其中每一個部件都在振動而發出噪聲。必須首先找出產生噪聲最嚴重的機器或部件,確定輻射噪聲的特性,才能有針對性地加以控制。因此噪聲源鑑別是噪聲控制的第一步。
噪聲源鑑別的方法很多。常用的有以下幾種。
分部開動法 在某一段時間內,只開動一台機器或只讓機器中的某一個部件工作。用聲級計測量相應的聲級。較強聲級所對應的機器或部件就是主要的噪聲源。在能夠分別開動機器的情況下,這是一種簡易有效的方法。
選擇機套法 用一個與機器表面各部分很貼近的機套將機器完全罩住。然後去掉套子的某一部分,讓機器某一局部表面露出來。測量其輻射的聲功率。對機器不同的局部表面重複這種試驗並進行比較,便可以找出輻射噪聲較強的部分。在頻率低於200~300赫時,一般隔聲機套的隔聲量不夠大。因此這種方法只適用於鑑別發出中頻和高頻噪聲的那些機器。
表面振速法 大部分機器的噪聲,來自機器中各個部件表面的振動。各振動面輻射的聲功率W 可用下式計算:
近場聲強法 通過某一個面S的聲功率W,可對聲強I進行面積分而得到:
In(ω)=Im{【G12·G愇】1/2}2ρω△r|H1||H2|式中Im表示取虛部;|H1|和|H2|分別為兩個傳聲器系統的增益因數有效值;ω為角頻率;ρ為空氣密度;△r為兩個傳聲器在振動面法線方向的距離。要求K△r<<1,K=ω/c為波數。從而△r的大小限制了聲強測量的最高頻率。求出In(ω)的傅立葉反變換,便可得到法向聲強In(t)。在機器部件表面附近的許多點進行這樣的測量,並通過上述求W 式的積分,即可得到該部件輻射的總聲功率。用近場聲強法進行噪聲源鑑別,不必在特殊聲學環境中(如消聲室或混響室)進行。 時域分析法 主要用於鑑別撞擊噪聲源。許多機器的噪聲是由不同部件在不同時間裡相互撞擊產生的。這些不同的撞擊聲使得聲壓或聲強隨時間變化的曲線出現一系列峰值。時域分析就是通過一定的方法確定曲線上各個峰值與各部件間的撞擊的對應關係。圖2為一織布機的聲強隨時間變化的曲線。其中α、b、c、d相應於四個不同部位的撞擊。聲強曲線各個峰相應的一段曲線下的面積與該撞擊的輻射聲能存在比例關係,因而可以確定哪些是主要的撞擊聲源。 相關分析法 鑑別無規噪聲源的一種重要方法,實質上也是一種時域分析。互相關函式表征兩個時間函式的相似性,可以定量地描述它們之間相互依賴程度,從而揭示它們之間的因果關係。對於兩個有限功率的時間函式f1(t)及 f2(t),其互相關函式φ21(τ)可用下式表示:
相干分析法 在聲源鑑別中,用時間域的互相關函式方法得到的信息,也可用頻率域的相干函式方法得到。假設一線性系統,其輸入信號為x(t),輸出信號為y(t);X(f)和Y(f)分別為其傅立葉變換,則相干函式的定義為:
Y(f)=H(f)·X(f)式中H(f)為頻率回響函式。當聲源不止一個時:
Y(f)=H(f)·X(f)+Z(f)式中Z(f)為其他聲源對測量點聲壓譜的影響。假設各聲源之間是互不相干的,即Gxz=Gzx=0,則可推算得:
聲望遠鏡法 聲望遠鏡是由許多傳聲器按一定排列方式組成的一個陣。有的在後面裝有橢球面反射鏡,共同組成一個具有方向性的傳聲器系統。各傳聲器的輸出信號經放大後記錄下來,由計算機分析處理,可求得被測物體的聲源強度分布。圖4為用聲望遠鏡對一高速行進中的電力機車進行聲源鑑別的示意圖。機車上相距0.75米的七個不同高度所發出的聲音,由反射鏡分別聚焦於由下至上的七個傳聲器上。 參考書目
M. J. Crocker, Manfred Zockel, Techniques for Noise Source Identification in Complex Machines,10th International Congress on Acoustics,B1~B10,1980.