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时间:2020-06-16
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1、声学测试分析技术方案一、声压声波传播过程中,空气质点也随之振动,产生压力波动。一般把没有声波存在时媒质的压力称为静压力,用表示。有声波存在时,空气压力就在大气压附近起伏变化,出现压强增量,这个压强增量就是声压,用表示。声压的单位就是压强的单位,在SI单位制中,面积S的单位是,力F的单位是牛(顿),其声压的单位是,记为,或称为帕(斯卡),记为Pa,其辅助单位为微巴,记为(,)。换算关系为:(1—3)与大气压相比,声压是相当小的。在1000赫时的可听声压范围大约在0.0002~200微巴之间。声压随时间起伏变化,每秒钟内变化的次数很大,传到人耳时,由于耳膜的惯性作用,辨别不出声压的起
2、伏,即不是声压的最大值起作用,而是一个稳定的有效声压起作用。有效声压是一段时间内瞬时声压的均方根值,这段时间应是周期的整数倍。有效声压用数学表示为(1—4)式中——周期;——瞬时声压;——时间。对于正弦声波,为声压幅值,即最大声压。在实际使用中,若不另加说明,声压就是有效声压的简称。二、声压级一个声音的声压级是这个声音的声压与基准声压之比的以10为底的对数的20倍,即(1-11)式中----声压级,分贝;-----声压,帕;----基准声压,取=20微帕。有了声压级的概念,就可把由声压值表示的数百万倍变化,改变为0~120分贝的变化范围。一、声学频谱声频范围很广,从低频到高频变化
3、高达1000倍,一般不可能,也没有必要对每个频率逐一测量,为方便和实用上的需要,通常把声频的变化范围划分为若干个较小的段落,称为频程,或频段、频带,一般它是两个声或其信号频率间的距离。频程有上限截止频率值、下限截止频率值、中心频率值和上下限截止频率之差。上、下限截止频率之差即是中间区域,称为频带宽度,简称带宽。一般频程以高频与低频的频率比的对数来表示,此对数通常以2为底,其单位称倍频程。即或(1-15)式中、----成倍频程关系的低频和高频频率,即下、上限截止频率;---------两个频率相比的倍数。可以是任意正实数,越小,分的越细,频程越短,测量所需时间就越多,当=1时,即两
4、个频率相距1倍时,称倍频程,简称倍频程;当时,称倍频程,依此类推。在倍频程中,频程间的中心频率之比都是2:1,其中心频率是上、下限的几何平均值,即一、计权声级声波的性质主要由声强大小、频率高低和波形特点决定。人们的听觉也是由于对声音强、弱、调子高低和音色产生微妙的差异才能分辨出各种不同的声音。所以确定物理量数值与主观感觉的关系是必要的。设置计权网络,通过对人耳敏感的频率加以强调,对人耳不敏感的频率加以衰减,就可以直接读出反映人耳对噪声感觉的数值,使主客观量趋于统一。常用的计权网络A、B、C三种。目前还出现、E和SI几种计权,一般采用A计权网络。A计权网络是效仿倍频程等响曲线中的4
5、0方曲线的反曲线而设计的。它较好地模仿了人耳对低频(500赫以下)不敏感,对1000~5000赫声敏感的特点。用A计权测量的声级来代表噪声的大小,称为A声级,记为分贝(A),或dBA。二、信号处理过程的加窗与平均l常用窗函数在对信号进行频域处理时,先要对数据加窗选取,以减小谱的泄露。常用的几种窗函数如下:(l)矩形窗 矩形窗属于时间变量的零次幂窗,函数形式为(1-28)相应的窗谱为:(1-29)矩形窗使用最多,习惯上不加窗就是使信号通过了矩形窗.这种窗的优点是主瓣比较集中,缺点是旁瓣较高。(2)汉宁(Hanning)窗 汉宁窗又称升余弦窗,其时域表达式为:(1-30)相应
6、的窗谱为:(1-31)汉宁窗可以看作是3个矩形时间窗的频谱之和,或者说是3个sine(t)型函数之和,而括号中的两项相对于第一个谱窗向左、右各移动了π/T,从而使旁瓣互相抵消,消去高频干扰和漏能。 (3)海明(Hamming)窗 海明窗也是余弦窗的一种,又称改进的升余弦窗,其时间函数表达式为:(1-32)其窗谱为:(1-33) 海明窗与汉宁窗都是余弦窗,只是加权系数不同。海明窗加权的系数能使旁瓣达到更小。分析表明,海明窗的第一旁瓣衰减为一42dB.海明窗的频谱也是由3个矩形时窗的频谱合成,但其旁瓣衰减速度为20dB/(10oct),这比汉宁窗衰减速度慢。海明窗与汉宁窗都是
7、很有用的窗函数.除了以上几种常用窗函数以外,尚有多种窗函数,如平顶窗、帕仁(Parzen)窗、布拉克曼(Blackman)窗、凯塞(kaiser)窗等。 窗函数的选择应考虑被分析信号的性质与处理要求.如果仅要求精确读出主瓣频率,而不考虑幅值精度,则可选用主瓣宽度比较窄而便于分辨的矩形窗;如果分析窄带信号,且有较强的干扰噪声,则应选用旁瓣幅度小的窗函数,如汉宁窗、三角窗等;对于随时间按指数衰减的函数,可采用指数窗来提高信噪比.l平均方式数字信号处理中,根据研究目的和被分析信号的特
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