噪聲源識別與定位的方法簡析_蘇州賽為斯環境科技

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噪聲源識別與定位的方法簡析

文章出處：技術資訊網責任編輯admin 閱讀量：發表時間：2020-09-11 09:54

噪聲測量的一項重要內容就是估計和尋找產生噪聲的聲源。確定噪聲源位置是實施控制噪聲措施的先決條件。從聲源上控制噪聲可以大大減輕噪聲治理的工作量，而且對促進生產低噪聲產品研制，提高產品質量和壽命有直接效果，同時噪聲源識別技術是聲學測量技術的綜合運用，具有很強的技術性。因此，噪聲源識別有很大的現實意義。
噪聲源識別的本質在于正確地判斷作為主要噪聲源的具體發聲零部件，主要輻射部分。有時還要求對噪聲源的特點及其變化規律有所了解。噪聲源識別的要求有以下兩個主要方面：
確定噪聲源的特性，包括聲源類別，頻率特性，變化規律和傳播通道等。在復雜的機械中，用一種測量方法要明確區分聲源的主次及其特性實際上往往是比較困難的。因此經常需要綜合應用多種測量方法和信號處理技術，以便最終達到明確識別的目的。
確定噪聲產生的部位、主要的發聲部件等以及各噪聲源在總聲級中的比重。對多聲源噪聲，控制噪聲的主要方法之一是找到發聲部件中占噪聲總聲級中比重最大的聲源噪聲，采取措施進行降噪，可達到事半功倍的效果。

噪聲源識別方法很多，從復雜程度、精度高低以及費用大小等方面均有不少的差別，實際使用時可根據研究對象的具體要求，結合人力物力的可能條件綜合考慮后予以確定。具體說來，噪聲源識別方法大體上可分為二類：
第一類是常規的聲學測量與分析方法，包括分別運行法、分別覆蓋法、近場測量法、表面速度測量法等。
第二類是聲信號處理方法，它是基于近代信號分析理論而發展起來的，象聲強法、表面強度法、譜分析、倒頻譜分析、互相關與互譜分析、相干分析等都屬于這一類方法。
在不同研究階段可以根據聲源的復雜程度與研究工作的要求，選用不同的識別方法或將幾種方法配合使用。
聲學測量法
人的聽覺系統具有比最復雜的噪聲測量系統更精確的區分不同聲音的能力，經過長期實踐鍛煉的人，有可能主觀判斷噪聲聲源的頻率和位置。有經驗的操作、檢驗人員在生產現場就能從機器運轉的噪聲中判斷是否正常，并能判定造成異常的原因。這種主觀評價法在生產實際中往往是很有用的。為了避免其他干擾因素，還可以借助醫用聽診器等。然而，主觀判斷法并非是人人能達到判斷效果的，因為其帶有主觀因素，同樣的機器噪聲，不同的人鑒別的結果往往不一致。此外，主觀評價法也無法對噪聲源作定量的評價。因此，人們常常采用聲學測量和信號分析等方法。
聲壓法
1. 近場測量法
這種方法簡便易行，通常用于尋找機器的主要噪聲源。具體做法是用聲級計在緊靠機器的表面掃描，并從聲級計的指示值大小來確定噪聲源的部位。
根據聲學原理，近場測量法的正確性是有條件的。傳聲器測得的聲級主要應是靠近的某個噪聲源引起的，而其他噪聲源對測量值沒有影響或影響很小。但是某一點的聲場總會受到附近其他聲源的混雜，尤其是在車間現場。所以近場測量法不能提供精確的測量值。因此這種方法通常用于機器噪聲源的粗略定位。
2. 選擇運行法
選擇運行法就是設法將機器中的運轉零部件按測量要求逐級連接或逐級分離進行運行，分別測得部分零件的聲級及其在機器整體運行時總聲級中所占的份額，從而確定主要噪聲源的方法。這種方法對復雜的機器，尤其是多級齒輪傳動機器的噪聲源識別相當有用。當然這種方法只有當機器的各部分可以分別脫開運行的情況下才能使用。
例如，要估計風機的電機和風扇產生的噪聲，可以斷開風扇，只開動電機，測量電機的噪聲。由電機的噪聲級和頻譜與風機總噪聲級和頻譜，根據聲級疊加原理可估計出風扇噪聲的聲
和頻譜。在測量電機的噪聲時，應該保持電機的負荷不變。風機噪聲與電機噪聲的差別越大，風扇噪聲的估計準確度越高。
3. 選擇覆蓋法
對于不能改變運行狀態的情況，通常采用選擇覆蓋法識別噪聲源。這種方法用隔聲材料（鉛板）把機器各部分分別覆蓋起來以測定未覆蓋部分的噪聲以確定噪聲源。覆蓋層（隔聲罩）要專門設計以保證覆蓋后的噪聲比覆蓋前小10dB。測某一部位的噪聲時要將其他部位覆蓋起來，這樣就相當于分別測取了各個獨立的噪聲源。將各部位測得的噪聲大小進行比較即可找出主要噪聲源。
隔聲罩可用1～1.5mrn厚的鉛板罩住機器的某部分，罩內填礦棉或玻璃纖維。這種覆蓋技術大約可以降低噪聲10～15dBA，故易與未覆蓋的振動面區分開。不過，這種方法適用于識別中頻和高頻噪聲，因為隔聲罩的低頻隔聲能力很差。也可以根據噪聲特性來區分。例如，測量發動機的機械噪聲和排氣噪聲時可以把排氣管引到墻外，并對縫隙密封。在室內可以測得發動機的機械噪聲，在墻外可以測量排氣噪聲。
聲強法
在三維流體聲場中，聲強矢量等于有效聲強矢量與聲強偏差的矢量和。聲強偏差表征聲場中局部區域內聲能流，其矢量流線為環狀。窄頻域中聲強偏差通常是非零有旋矢量，因此，窄頻帶中聲強矢量不一定是沿徑向背離聲源的。各頻率點聲強矢量流線通常是曲線形狀，特別是在近場或反射波較強的區域，聲強流線的曲率半徑較小，有些頻率點聲強矢量甚至指向聲源，這說明由聲場中幾點處單一頻率聲強矢量不能推斷出聲源所在方位。隨著頻率帶寬的增加，聲強偏差的影響減少。當聲強偏差值可以忽略時，聲強矢量等于有效聲強矢量。聲強矢量流線代表聲場中實際功率流線，即由聲源出發到無限遠區域或功率吸收點終止。在這種情況下根據不在一個平面上的幾點聲強矢量可以判斷聲源所在方位。用于聲源定位的分析頻率帶寬一般不應窄于1/3倍頻程帶寬；根據經驗，最好選用包含幾個倍頻程帶寬的頻帶為分析頻率帶寬。某點處聲強矢量由該點處3個正交方向上聲強測量值估算。例如，在笛卡爾坐標空間中，若在3個正交軸向上聲強測量值為Ix、Iy和Iz，則聲強矢量幅值為：
聲強矢量與x、y、z軸向的夾角分別為
通常情況下，用聲強技術定位聲源是非常耗費時間的，除非聲強儀能同時測量聲強矢量的三個正交軸向分量，否則每點處要進行三次測量才能確定其聲強矢量。聲源定位精度主要與流體聲場特性有關，對于阻性聲場，聲源定位精度通常較高。
應用少數幾點處聲強矢量定位聲源時，定位精度與測點位置選擇有關。測點位置最好均勻地分布在聲源周圍，一旦聲源位置初步確定后，與聲源相距較遠的測點處的聲強矢量應當拋棄。如果聲場中聲強矢量空間分布已測定，則聲源和功率吸收點的位置就能容易地確定。聲強技術還能非常有效地用于尋找隔墻或封閉空間的漏聲位置，檢查隔聲室、消聲室和隔聲罩等封閉空間的隔聲質量。在隔聲實驗以前，聲強技術可以用于檢查測試構件的密封情況。當聲場是幾個聲源輻射場的迭加時，聲強技術可以用于尋找主要輻射聲源；按輻射聲功率大小順序排列聲源。對于復雜機器的聲輻射，可以應用掃描式測量方法測量機器的各部分（表面）聲輻射功率，找出主要聲輻射區域或部件。
我們知道，在點聲源或其組合聲源輻射近場中，瞬態聲強無功分量遠大于其有功分量。但反過來就不一定成立，即當某物體表面附近有很強的瞬態聲強無功分量時，并不意味著該物體是聲源。例如，在封閉室內混響聲場中。此外，近場中瞬態聲強無功分量的大小不能反映聲源輻射效率的強弱。因此，瞬態聲強無功分量（復數聲強的虛部）只能是聲源定位的一種輔助手段，用于初步分析。
陣列法
傳聲器陣列是由許多傳聲器按一定方式排列組成的陣列，具有強指向性，可用來測定聲源的空間分布，即求出聲源的位置和強度，因而可識別機車行進時的噪聲源。將數字技術應用于聲望遠鏡，可以實現聲望遠鏡的空間自動掃描。因此，可以對高速運動的聲源（例如火車、飛機）進行分析，并對接收的聲信號進行頻譜分析，從而得出不同頻段內聲源的空間分布。目前使用最廣泛的方法是把傳聲器排列在直線上，此系統稱為線列陣指向性系統。
線列陣利用許多拾聲點上接收信號的干涉效應而產生的指向性。但這種等間距、等強度的線列陣的旁瓣比較大，如果各傳聲器的信號按一定規則修正，則可以抑制旁瓣。常用傳聲器陣按照契比雪夫級數的系數修正。這樣可使主瓣變寬但旁瓣下降30dB。
傳聲器陣可用模擬電路來完成，但目前一般采用數字方法處理。將傳聲器輸出信號采樣，經模數轉換送入計算機，通過計算機自動更換聚焦點位置，在xy線上掃描，得出xy線上聲源強度的分布，同時用快速傅里葉變換計算出各點的頻譜。
用線列陣傳聲器每次只能測定分布在一條線上的聲源，如果要同時分析幾個方向的聲源的分布情況，則必須使用幾個傳聲器陣列或方陣。
傳聲器陣望遠鏡的另一原理是：首先對聲望遠鏡中兩個傳聲器輸出信號做互相關，然后利用時延做快速傅里葉變換求出頻譜。頻譜與兩個傳聲器的距離有關,用兩個傳聲器距離做快速傅里葉變換即可得到從不同方向傳來的不同頻帶聲波的強度關系。
信號分析法
時域分析法
根據各聲源或聲源各部分時間特性的差別來識別，它對有離散譜的信號更為合適。如果機器產生脈沖噪聲，可記錄噪聲的時間歷程。在雙線性示波器上顯示，另用一路顯示標記脈沖，由機器某運動部分觸發以使噪聲和機械動作相聯系。一旦噪聲信號與機械振動聯系起來就可確定噪聲來自振動部分。
平均技術是時域分析法的發展。有時在噪聲和振動時間歷程中，由于背景噪聲太高，難以區分離散重復事件。把背景噪聲按機器工作一周分段，用許多周的信號求平均，無周期性部分信號多次平均后增長較慢，而周期信號增長較快，因此可檢出周期信號。通常取10～100工作周期信號平均，以明顯區別出重復事件。平均過程利用計算機來完成
頻域分析法
如果噪聲源的噪聲在不同頻率區域，可以采用窄帶頻譜分析法。用加速度計測量噪聲源的振動，用傳聲器測量某點的聲壓，求出它們的頻譜進行分析。某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于相同頻率區域，或在某些頻率都有峰值，即可認為這一噪聲源是主要噪聲源。
如果幾部機器或一部機器各部分發聲的頻譜不同并且已知時，測量總噪聲譜可以分析出各部分對總噪聲的貢獻。
相關分析法
如果同時存在許多噪聲源，用相關分析法測量聲源處和觀察點之間聲信號與某波形或濾波包絡的互相關函數，就可識別噪聲源并判斷該噪聲源對觀察點的總噪聲有多大貢獻。較強的互相關性所對應的機器為主要噪聲源。
相干分析法
在聲源識別中，用時域的互相關函數方法得到的信息，也可用頻率域的相干函數得到。相干函數的值越大，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數，通過比較便可確定主要噪聲源。求相干函數可用快速傅里葉變換算法。

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