噪聲源鑑別

噪聲源鑑別在一個車間中，不同的機器發出不同的噪聲，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。

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：

式中ρ0為空氣密度;c為聲速;A為振動面的面積;<堸2>為該振動面振動速度的平方對時間和空間的平均值，可用加速度計對振動面進行測量，並對信號進行積分處理而得到振動速度V；σrad為聲輻射效率，各種形狀的梁和板的聲輻射效率可以計算出來，也可以通過實驗予以確定。
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：

如果已知機器某一部件表面附近的聲強，則可通過面積分求出它所輻射的聲功率。測量近場聲強的方法有兩種：一種是測量表面的法向振動速度 un(t)和表面附近的聲壓p(t)；聲強

另一種是採用兩個互相平行並靠近的傳聲器，從而避免在振動面上固定一個加速度計的麻煩。測量原理見圖1。聲強是通過兩個傳聲器輸出信號的互功率譜來計算。為了消除由於測量系統兩個通道中信號的相對相位的移動而引起的誤差，可將兩個傳聲器及其連線的通道互換位置。設測得交換前兩聲壓信號的互功率譜為G12，交換後兩聲壓信號的互功率譜為G愇，則振動面附近的法向聲強的頻譜函式In(ω)可用下式計算：
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：

如同時存在多個聲源，可用相關分析法確定每一聲源對聲場中某點聲音影響的大小。圖3表示用相關分析法對同時開動多台機器(A、B、C、D、E、F)的車間進行噪聲源鑑別。先將各台機器的近場聲信號分別與車間中某指定點的聲信號送至相關器，求出它們之間的互相關函式；再將各組數據歸一化,然後進行比較。對於指定點H來說，較強的互相關所對應的機器即為主要噪聲源。因為該機器對 H點聲音的影響較大。

頻域分析法　如果各聲源所產生的噪聲是不同頻率區域的窄帶聲，可採用窄帶頻譜分析的方法。用傳聲器測量聲場的聲壓；用加速度計測量各噪聲源的振動。對這些信號作傅立葉變換，並對所得的頻譜進行分析。某個噪聲源的振動信號頻譜的主要部分和聲信號頻譜的主要部分位於相同的頻率區域,或在某些頻率都有峰值,即可認為這一噪聲源為主要噪聲源。如果各個聲源的頻譜特性相近，就要採用多重變數的統計方法，以求出各個聲源相應的頻率回響函式。
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：

式中Gxx=X(f)X*(f),為輸入信號的功率譜;Gyy=Y(f)Y*(f),為輸出信號的功率譜；Gyx=Y(f)X*(f)，為輸入與輸出信號的互功率譜。在聲源鑑別時，將所考慮的某聲源的振動信號作為x(t)，聲場中所指定的測量點的總聲壓信號作為y(t)。如果只有這一個聲源存在：
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：

此式表明 γ嵤正好等於所考慮的聲源在測量點產生的功率譜與測量點的總功率譜之比。相干函式的值越大，說明該聲源對測量點聲音的影響越大。分別求出各個聲源與測量點信號之間的相干函式,通過比較,便可確定主要的噪聲源。相干函式可用快速傅立葉分析系統求得。如果各聲源之間並不相互獨立，即相互間的相干函式不為零，則須要採用多重相干的方法。
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.

配圖

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