拖拉機噪聲控制測試方法研究

秦永輝

摘要：噪聲測量是控制噪聲和評價噪聲控制效果的基礎。介紹噪聲控制聲壓級測試和聲強測試的主要內容及技術方法，以期為拖拉機噪聲控制測試提供技術支持，解決目前拖拉機產品普遍存在的噪聲過大的問題。

關鍵詞：拖拉機；噪聲控制；聲壓；聲強；測試

中圖分類號：S219 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2016）08-0068-04

噪聲測量是拖拉機控制噪聲和評價噪聲控制效果的基礎。噪聲源測量是拖拉機噪聲測量的重要內容，主要包括噪聲強度及其特性測量、聲源參數與特性測量。噪聲強度是指噪聲級與聲功率，其特性主要是時間分布和空間分布；聲源參數與特性測量是指聲源識別和定位，它是噪聲控制的關鍵。對噪聲的描述主要有聲壓、聲強、聲功率和聲品質等物理量，噪聲源的判定方法主要有分部運轉測試法、聲強測試法和聲品質測試法等。分部運轉測試法是在測試聲壓的基礎上進行的，這種方法簡單易行，但對聲學環境依賴性強，要求在半消聲室中進行測試；聲強測試法可以在普通實驗室進行，試驗精度和效率比較高。

1 拖拉機聲壓級測試

1.1 聲壓和聲壓級的定義

空氣中無聲音傳播時有一靜壓強。當有聲波傳播時，在傳播途徑上的各處空氣質點產生振動，使各個局部空間交替地出現壓縮和膨脹，即使在同一地點，這種壓縮或膨脹的狀態亦隨時間而交替地變化著；受壓縮時局部壓強增加，膨脹時局部壓強減小。也就是說，由于聲音的傳播，使傳播途徑上各處的壓強是在原有靜壓強的基礎上迭加了一個交變的壓強，由聲波引起的交變附加壓強就是聲壓。由于聲壓是個變化量，故常用有效值來表示，記做p，單位Pa。聲音的強度大小可以采用聲壓度量，聲壓越大則聲音越響。一般人耳能識別到的最小聲壓是2×10-5 Pa（指聲音頻率為1 kHz時的情況），稱為聽閾聲壓；當聲壓達到20 Pa能使人耳旁產生疼痛，稱為痛閾聲壓。

1.2 聲壓測試儀器

拖拉機聲壓檢測使用的主要儀器包括傳聲器、聲級計、頻譜分析儀等，后兩種設備主要用來分析噪聲頻率的特征構成。

1.2.1 傳聲器 傳聲器的主要功能是把聲能轉換成電能，其原理是將聲壓信號轉換成電壓信號，可用來直接測試聲場的聲壓。傳聲器包括兩部分：一部分是聲接收器，具有力學振動系統，通過振膜將聲能轉換成機械能，振膜在聲場中受到聲壓作用產生振動；另外一部分是機電轉換器，可以將機械能轉換成電能信號。通過傳聲器，可將聲壓動能輸入轉換成電能輸出信號。日常檢測使用的傳聲器主要有電容和壓電陶瓷兩種類型。

1.2.2 聲級計 聲級計主要用來測試總聲壓級、各種A，B，C計權聲級以及各頻帶聲級。其可以連接頻譜分析儀或振動分析儀器進行頻譜分析或振動測試。日常檢測使用的聲級計主要由傳聲器、放大器、衰減器、頻率計權網絡、檢波器和二次處理儀表構成，其結構原理簡圖如圖1所示。

其主要工作原理是：通過傳聲器采集噪聲，將聲音轉換成電信號，由前置放大器變換阻抗放大信號電壓，使傳聲器匹配衰減器。衰減器將輸入信號按每檔10 dB（A）精確衰減，確保信號過載；由放大器將輸出信號增至計權網絡進行頻率計權，再經衰減器及放大器放大信號到相應幅值，最后由二次儀表顯示噪聲聲級數值。

聲級計中的頻率計權網絡是根據人耳對聲音的響應特性分為A，B，C 3種，其顯示讀數通常稱為聲壓級。其中，A網絡是模擬人耳對等響曲線中40 dB（A）純音的響應，它使電信號的中、低頻段有較大的衰減；B網絡是模擬人耳對70 dB（A）純音的響應，它使電信號的低頻段有一定的衰減；C網絡是模擬人耳對100 dB（A）純音的響應，在整個聲頻范圍內有近乎平直的響應。 測試時可以根據不同的目的和噪聲特性，選取其中的1個或幾個進行噪聲測試。

聲級計指示表頭可以分為普通聲級計表頭和脈沖精密聲級計表頭兩類。普通聲級計表頭具有“快”和“慢”兩種特性，快檔用于測試隨時間起伏小的噪聲，慢檔用于測試起伏大于4 dB（A）的噪聲。脈沖精密聲級計表頭除了有“快”和“慢”兩檔外，還有“脈沖”“脈沖保持”和“峰值保持”檔。測有效聲壓值（均方根值）使用快、慢檔測試；測聲壓最大有效值使用脈沖和脈沖保持檔；峰值保持檔測得的是聲壓的峰值，即聲壓最大值。

1.2.3 頻譜分析儀 頻譜分析儀主要用于拖拉機噪聲頻譜測試，包括測試放大器和濾波器。濾波器按頻帶寬度可分為恒定帶寬式頻譜分析儀、恒定百分比帶寬式頻率分析儀、等對數頻寬式頻率分析儀、動態信號分析儀4種。1） 恒定帶寬式頻譜分析儀可以連續改變中心頻率，保持通過的帶寬不變，經常采用5，20，50和200 Hz這4種帶寬。其優點是對高頻頻率選擇性強，能提供非常細致的頻率信息，適用于產品脈沖噪聲檢測和識別噪聲源。2） 恒定百分比帶寬式頻率分析儀的通過頻帶寬度始終等于中心頻率的某一百分數，如當百分數為3、中心頻率為100 Hz時，其帶寬為3 Hz。隨中心頻率增大，其通過的頻帶寬度也增大。適用于不穩定噪聲檢測，能分析各諧波成分的相對大小。3） 等對數頻寬式頻率分析儀也稱為倍頻程或1/3倍頻程分析儀，可以測試噪聲頻譜的大概分部，對噪聲頻譜做粗略分析。4） 動態信號分析儀對一定頻率范圍的頻譜分析可及時完成，且能分析頻譜隨時間而急劇變化的噪聲和瞬時噪聲。

1.3 拖拉機噪聲分部運轉測試

判斷拖拉機主要噪聲源，可以采取依次測試與傳聲計恒定距離被測表面各點的數值，分析輻射面上最大的噪聲輻射區和其量值的方法，通常稱為分部運轉測試法。

首先測試拖拉機整機在某一環境條件下的噪聲，然后將可能發出最大噪聲的工作部件暫停工作，或者采用鉛板等消音隔音物覆蓋，隔離控制其噪聲輻射，然后再測試拖拉機整機噪聲。根據聲壓級疊加原理，由兩次噪聲測試結果中計算出被隔離的部分的輻射噪聲大小，從而找出主要噪聲源。根據日常檢測經驗判斷，拖拉機可能的主要噪聲源為風扇、排氣、液壓泵、傳動系等部分，可以將這幾部分按照上述方法進行測試。拖拉機聲壓測試的儀器簡單、使用方便，測試結果可以代表人耳實際受聲情況。但采用聲壓測試時，本底噪聲必須低于被測噪聲10 dB（A），且測試需要在專門的消聲室、半消聲室內進行。

2 拖拉機聲強級測試

2.1 聲參量定義

聲波作為一種機械振動的傳播，具有一定的能量。用聲波能量大小來表征聲輻射的強弱，聲波能量大小通常用聲強和聲功率來表示，聲強、聲功率越大，則聲音越響。

聲源輸出聲能大小的基本量主要由聲功率來衡量。聲功率相比于聲壓，因不受接收距離、方向、聲源周圍的聲場條件等很多外在因素的影響，而廣泛應用于鑒定和比較各種聲源。

2.2 聲強、聲功率測試儀器

對于拖拉機聲源定位、聲源貢獻量排序和確定輻射聲功率來說，聲強測試技術是一個高效工具。聲強測試方法的原理是使用兩個距離很近的傳聲器同時測試聲壓和質點振速（如圖2所示）。為盡量減小對聲場的影響，需要精確定義聲強探頭的兩個傳聲器之間的聲學距離。

拖拉機聲強、聲功率測試的主要儀器為聲強計和實時聲強分析儀。前者由傳聲器、前置放大器、濾波器和微機組成；后者是聲強測試中將聲強映射成像時對噪聲源進行定位的技術。聲強映射成像是將一個假象網格放置在被測設備表面并進行聲強成像繪圖。

2.4 聲強測試的主要特點

聲強有能量和矢量的特點，圍繞聲源整個封閉表面上的聲強矢量積分可以決定聲源的聲功率。由于封閉表面距聲源很近，所以不易受環境和反射物的影響，拖拉機噪聲測試可以現場進行。聲強測試的另外一個特點是可以通過測試在機器表面附近布置測試網格的聲強，分析聲場的等聲強線圖和三維聲強分布圖，判斷拖拉機各部位輻射噪聲的能力，識別噪聲源。

參考文獻

[1] 鄭棟梁，李中付，華宏星.內燃機燃燒噪聲與機械噪聲的測試方法[J].噪聲與振動控制，2002（3）：44-48.

[2] 劉彥森，盛美萍，王敏慶，等.結構隔聲測試方法實驗研究[J].機械科學與技術，2007（11）：1 403-1 407.

[3] 戴維君.用頻譜儀測量相位噪聲的方法[J].國外電子測量技術，2001（3）：11-12.

Abstract： Noise measurement is the basis of noise control and evaluating the effect of noise control. This paper introduced the main content and technical method of noise control SPL test and sound intensity measuring， so as to provide technical support for tractor noise control test and solve the problems that at present oversize noise commonly exists in the tractor products.

Key words： tractor； noise control； sound pressure； sound intensity； test