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原创 声源识别方法综述

发表时间:2021-02-20 10:05作者:南京宁韵

噪声测量的一项重要内容就是估计和寻找产生噪声的声源,确定噪声源位置是实施控制噪声措施的先决条件。从声源上控制噪声可以大大减轻噪声控制的工作量,而且对促进生产低噪声产品研制,提高产品质量和寿命有直接效果,同时噪声源识别技术是声学测量技术的综合运用,具有很强的技术性。因此,噪声源识别有很大的现实意义。

噪声源识别的本质在于正确地判断作为主要噪声源的具体发声零部件,主要辐射部分.有时还要求对噪声源的特点及其变化规律有所了解。噪声源识别的要求有以下两个主要方面:①确定噪声源的特性,包括声源类别,频率特性,变化规律和传播通道等。在复杂的机械中,用一种测量方法要明确区分声源的主次及其特性实际上往往是比较困难的。因此经常需要综合应用多种测量方法和信号处理技术,以便最终达到明确识别的目的。②确定噪声产生的部位、主要的发声部件等以及各噪声源在总声级中的比重。对多声源噪声,控制噪声的主要方法之一是找到发声部件中占噪声总声级中比重最大的声源噪声,采取措施进行降噪,可达到事半功倍的效果。

噪声源识别方法很多,从复杂程度、精度高低以及费用大小等方面均有不少的差别,实际使用时可根据研究对象的具体要求,结合人力物力的可能条件综合考虑后予以确定。具体说来,噪声源识别方法大体上可分为两类:第一类是常规的声学测量与分析方法,包括分别运行法、分别覆盖法、近场测量法、表面速度测量法等。第二类是声信号处理方法,它是基于近代信号分析理论而发展起来的,象声强法、表面强度法、谱分析、倒频谱分析、互相关与互谱分析、相干分析等都属于这一类方法。在不同研究阶段可以根据声源的复杂程度与研究工作的要求选用不同的识别方法或将几种方法配合使用。本小节基于本节介绍的几种测试设备,介绍目前常用噪声源识别方法和特点。

1. 声压法

声压法又分为近场测量法、选择运行法和选择覆盖法。

其中近场测量法是用声级计在紧靠机器的表面扫描,并从声级计的指示值大小来确定噪声源的部位。但是根据声学原理,近场测量法的正确性是有条件的。传声器测得的声级主要应是靠近的某个噪声源引起的,而其他噪声源对测量值没有影响或影响很小。但是某一点的声场总会受到附近其他声源的混杂,尤其是在车间现场。所以近场测量法不能提供精确的测量值,因此这种方法通常用于机器噪声源的粗略定位。特别是当机器设备较为复杂和较大时,近场测量本身由于近场问题,不能有效的识别出噪声源的位置。

选择运行法就是设法将机器中的运转零部件按测量要求逐级连接或逐级分离进行运行,分别测得部分零件的声级及其在机器整体运行时总声级中所占的份额,从而确定主要噪声源的方法。这种方法对复杂的机器,尤其是多级齿轮传动机器的噪声源识别相当有用。当然这种方法只有当机器的各部分可以分别脱开运行的情况下才能使用。例如,要估计风机的电机和风扇产生的噪声,可以断开风扇,只开动电机,测量电机的噪声。由电机的噪声级和频谱与风机总噪声级和频谱,根据声级叠加原理可估计出风扇噪声的声级和频谱。风机噪声与电机噪声的差别越大,风扇噪声的估计准确度越高。

对于不能改变运行状态的情况,通常采用选择覆盖法识别噪声源。这种方法用隔声材料(如铅板)把机器各部分分别覆盖起来以测定未覆盖部分的噪声以确定噪声源。覆盖层(隔声罩)要专门设计,特别是要求密封良好,以保证覆盖后的噪声比覆盖前小10dB。测某一部位的噪声时要将其他部位覆盖起来,这样就相当于分别测取了各个独立的噪声源,将各部位测得的噪声大小进行比较即可找出主要噪声源。这种方法适用于识别中频和高频噪声,因为隔声罩的低频隔声能力很差,也可以根据噪声特性来区分,例如,测量发动机的机械噪声和排气噪声时可以把排气管引到墙外,并对缝隙密封.在室内可以测得发动机的机械噪声,在墙外可以测量排气噪声。

2. 声强法

利用声强法可以较为容易的识别稳态噪声源的分布。声强法主要可分为连续扫描法和声强云图法。下面分别介绍。

由于声强探头具有敏感的指向性和方向性。因此当入射声波与探头轴线正好垂直时,这时有效声强为零。而在该位置两侧,声强产生正负号变化。因此可利用这个特性采用连续扫描的方式对声源进行定位。测试时将声强探头轴线平行于被测表面连续扫描,同时注视声强信号,当信号改变符号时,探头中点的垂线上对应于声源。此方法对于检测隔板或隔墙的漏声十分有效。

声强扫描

声强云图则是在距离被测表面一定距离(一般在10cm左右)设置一带有网格的测量面。每个网格中心为其测点,将探头垂直于被测表面,依次测量出每个测点法向方向的声强,从而得到被测表面的等声强图和声强云图,从图中就可以方便的找出主要声源的位置。

下为对一个8英寸音响发出粉红噪声的声强测试结果云图。测试时首先一个平面网格(5×3)平行置于测试音响前面,以保证声强测试时横向等间隔(间隔10cm)和每个测点与音响等距。测试时逐点测试该5×3网格内的法向声强,从而可以得到声强云图。之后采用绘图软件,将声强云图和音响等比例合成在一张图中,就可以得到该音响的声源分布。从图中可以看到音响在高频段,如2.5~3.15kHz时,主要是位于音响的上部高频单元辐射声音;而在低频段,如250~500Hz其声源主要集中在下部发声单元。

声强云图

音响声强三维云图

下图为某种家用电器某侧面声强云图,可以清楚的看到其噪声主要来自于底部的散热风扇。

声强云图

某家用电器声强云图

1   几种声源识别方法的比较

参数

声压法

声强法

阵列法

自由场要求

一般

较低

较高

背景噪声容忍度

一般

较低

较高

声源要求

无特定要求,但声源不能移动

稳态

无特定要求,可为移动声源

最适合环境

各个声源距离较远,大型设备

声源较为集中

汽车、各种电机

移动瞬态声源

高速列车,风电叶片

成本

较低

一般

较高


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