L7声信号的测试与分析

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1、7 声信号的测试与分析 n传统声学测量仪器 n虚拟声学测量仪器n声学测量环境n声学测量标准7.1 传统声学测量仪器 7.1.1 声级计声级计1.1.声级计的功能与结构声级计的功能与结构 声级计是一种按照一定的频率计权和时间计声级计是一种按照一定的频率计权和时间计权测量声音声压级和声级的仪器。权测量声音声压级和声级的仪器。包括一个全指向性传声器、衰减器、计权网包括一个全指向性传声器、衰减器、计权网络、放大器、检波网络、指示电表。配上滤波器络、放大器、检波网络、指示电表。配上滤波器就是携带式声谱仪。声级计读数直接给出声压级，就是携带式声谱仪。声级计读数直接给出声压级，测量范围约为测量范围约为202

2、0130dB130dB。声级计是声学测量中最常用的基本仪器，可声级计是声学测量中最常用的基本仪器，可广泛用于环境噪声、机器噪声、车辆噪声以及其广泛用于环境噪声、机器噪声、车辆噪声以及其他各种噪声的测量，也可用于电声学、建筑学等他各种噪声的测量，也可用于电声学、建筑学等领域的测量。领域的测量。2.声级计的种类声级计的种类l 按用途分为一般声级计、积分声级计、脉冲声级按用途分为一般声级计、积分声级计、脉冲声级计、噪声暴露计、统计声级计、频谱声级计计、噪声暴露计、统计声级计、频谱声级计l 按电路组成方式分为模拟声级计和数字声级计按电路组成方式分为模拟声级计和数字声级计l 按体积大小分为台式声级计、便

3、携式声级计和袖按体积大小分为台式声级计、便携式声级计和袖珍声级计珍声级计l 按精度分为按精度分为4种类型：种类型：0型、型、1型、型、2型、型、3型。型。0型为标准声级计，型为标准声级计，1型为实验室用精密声级计，型为实验室用精密声级计，2型为一型为一般用途普通声级计，般用途普通声级计，3型为噪声监测普查声级计。调查用的声型为噪声监测普查声级计。调查用的声级计级计(3级）只有级）只有A计权网络；普通声级汁计权网络；普通声级汁(2级级)具有具有A、B、C计权网络；精密声级计计权网络；精密声级计(1级级)，除了，除了A、B、C计权网络外还具计权网络外还具有外接滤波器插口，可以进行倍频程和三分之一倍

4、频程滤波有外接滤波器插口，可以进行倍频程和三分之一倍频程滤波分析。分析。7.1.2 声信号产生装置声信号产生装置 信号发生器是指产生所需参数的电测试信号的仪信号发生器是指产生所需参数的电测试信号的仪器。按信号波形分为正弦信号、函数信号、脉冲信号器。按信号波形分为正弦信号、函数信号、脉冲信号和随机信号发生器等四大类。和随机信号发生器等四大类。函数信号发生器能够产生多种波形，如三角波、函数信号发生器能够产生多种波形，如三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波。锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波。随机信号发生器能够产生白噪声信号、粉红噪声随机信号发生器能够产生白噪声信号、粉红噪声信号等宽带信号。信号等

5、宽带信号。1.信号发生器信号发生器2.功率放大器功率放大器3.扬声器扬声器4.校准信号源校准信号源 产生产生1KHz、94dB标准声信号。标准声信号。7.1.3 数据记录仪数据记录仪 数据记录仪是一种从传感器获取测量结果，数据记录仪是一种从传感器获取测量结果，并将这些结果存储起来备用的电子仪器。记录仪的并将这些结果存储起来备用的电子仪器。记录仪的最大特点是能自动记录周期性或非周期性多路信号最大特点是能自动记录周期性或非周期性多路信号的慢变化过程和瞬态电平变化过程。的慢变化过程和瞬态电平变化过程。1.数据记录仪的特点数据记录仪的特点2.数据记录仪的原理数据记录仪的原理 数据记录仪和传感器一起配合

6、工作，将待测数据记录仪和传感器一起配合工作，将待测的物理量转换成电信号，再转换或数字化为二进的物理量转换成电信号，再转换或数字化为二进制数据，存储到硬盘、磁带、存储卡等介质中。制数据，存储到硬盘、磁带、存储卡等介质中。l输入信号动态范围输入信号动态范围l输入信号频率范围输入信号频率范围l采样频率采样频率l分辨率分辨率l失真度失真度l响应时间响应时间l记录时间记录时间3.数据记录仪的主要技术指标数据记录仪的主要技术指标7.1.4 频谱分析仪频谱分析仪 频谱分析仪是研究信号频谱结构的仪器，用频谱分析仪是研究信号频谱结构的仪器，用于信号失真度、调制度、谱纯度、频率稳定度和于信号失真度、调制度、谱纯度

7、、频率稳定度和交调失真等信号参数的测量，可用以测量放大器交调失真等信号参数的测量，可用以测量放大器和滤波器等电路系统的某些参数，是一种多用途和滤波器等电路系统的某些参数，是一种多用途的电子测量仪器。的电子测量仪器。现代频谱分析仪内部采用数字电路和微处理现代频谱分析仪内部采用数字电路和微处理器，具有存储和运算功能；配置标准接口，就容器，具有存储和运算功能；配置标准接口，就容易构成自动测试系统。易构成自动测试系统。7.2 虚拟声学测量仪器 7.2.1 引言引言 主要介绍自主研制的虚拟音频信号分析仪。主要介绍自主研制的虚拟音频信号分析仪。l该仪器获得该仪器获得2010年全国高等学校电子技术研究年全国

8、高等学校电子技术研究会实验教学成果二等奖。会实验教学成果二等奖。l该仪器的主要特点：该仪器的主要特点：u高性能高性能u低成本低成本u拥有独立知识产权拥有独立知识产权 7.2.2 仪器组成仪器组成 l仪器组成：仪器组成：PC机机+虚拟仪器卡虚拟仪器卡l虚拟仪器卡虚拟仪器卡lPC机软件机软件u 采用采用C#语言自行开发语言自行开发 u 也可采用其它音频信号处理软件，如也可采用其它音频信号处理软件，如SpectraLab、CoolEdit.7.2.3 仪器的主要功能仪器的主要功能 l示波器功能示波器功能l记录仪功能记录仪功能2路不同频率正弦信号的时域波形 l频谱分析仪功能频谱分析仪功能l时频分析功能

9、时频分析功能2路不同频率正弦信号的幅频特性1路信号的时频分布l 信号源功能信号源功能 能够产生两路多种类型的信号，除了普能够产生两路多种类型的信号，除了普通的函数信号外，还可产生白噪声信号、粉通的函数信号外，还可产生白噪声信号、粉红噪声信号、扫频信号等。红噪声信号、扫频信号等。2路频率相同、相位 相反的正弦信号2路不同频率的正弦信号 7.2.4 仪器的主要技术参数仪器的主要技术参数 l具有具有USB2.0接口接口l有有2路模拟输入和路模拟输入和2路模拟输出路模拟输出lADC、DAC的分辨率均可达的分辨率均可达16位，采样率可位，采样率可达达192KHzl信号频率范围：信号频率范围：20Hz20

10、KHz 7.3 声学测量环境7.3.1 消声室消声室 1.1.自由声场自由声场 声场中只有直达声而没有反射声。声场中只有直达声而没有反射声。2.2.消声室消声室l人造自由声场人造自由声场l室内六个表面都敷设吸声系数特别大的结构，室内六个表面都敷设吸声系数特别大的结构，在使用频率范围内的吸声系数大于在使用频率范围内的吸声系数大于0.99l 一般消声室内的吸声结构使用渐变吸声层，比一般消声室内的吸声结构使用渐变吸声层，比较常用的则使用尖劈。在地面尖劈的上方应该装较常用的则使用尖劈。在地面尖劈的上方应该装设水平的钢绳网，以便放置试件并能在房间内走设水平的钢绳网，以便放置试件并能在房间内走动。动。2.

11、2.半消声室和卦限消声室半消声室和卦限消声室l半消声室：以地面作镜面，其他各面部敷设吸声尖劈半消声室：以地面作镜面，其他各面部敷设吸声尖劈的房间。的房间。l卦限消声室：只在天花板和两个相邻壁面做尖劈处理，卦限消声室：只在天花板和两个相邻壁面做尖劈处理，另外两壁和地面则分别用瓷砖或水磨石铺面。另外两壁和地面则分别用瓷砖或水磨石铺面。消声室 半消声室7.3.2 混响室混响室 1.1.混响声场混响声场空间各点的声能密度均匀，从各方向到达某一点空间各点的声能密度均匀，从各方向到达某一点声能流的概率相同，并且各方向到达的声波相位声能流的概率相同，并且各方向到达的声波相位是无规的。是无规的。2.2.混响室

12、混响室l具有扩散声场的实验室就是混响室。具有扩散声场的实验室就是混响室。l混响室由坚硬的墙、天花板与地板构成，常用混响室由坚硬的墙、天花板与地板构成，常用的有瓷砖铺面，水磨石等，混响室的容积一般为的有瓷砖铺面，水磨石等，混响室的容积一般为100-500，其混响时间的上限在高频率决定于空，其混响时间的上限在高频率决定于空气的声吸收，在低频率决定于壁面的声吸收。气的声吸收，在低频率决定于壁面的声吸收。l混响室的体型常采用不规则形状房间或边长成混响室的体型常采用不规则形状房间或边长成调和级数比的矩形房间。调和级数比的矩形房间。混响室照片混响室照片 7.3.3 隔声室隔声室 1.1.用途用途隔声室的用

13、途是测定楼板、墙壁、门窗等对结构隔声室的用途是测定楼板、墙壁、门窗等对结构声和空气声的隔声特性。声和空气声的隔声特性。2.2.结构结构l隔声室包括声源室隔声室包括声源室1，接收室，接收室2、3和控制室和控制室4，容，容积都接近于积都接近于100。l在声源室的地板上和侧墙上各有的试件孔一个，在声源室的地板上和侧墙上各有的试件孔一个，可以装设待测的构件。可以装设待测的构件。7.3.4 驻波管驻波管 1.1.驻波驻波驻波由两列频率相同、以相反方向传播的波叠加而成。驻驻波由两列频率相同、以相反方向传播的波叠加而成。驻波的波形是强弱相间的、不随时间而变化。波的波形是强弱相间的、不随时间而变化。2.2.驻

14、波管（又称阻抗管）驻波管（又称阻抗管）l 主体是一个具有刚性壁的矩形或圆形截面的管子，截面主体是一个具有刚性壁的矩形或圆形截面的管子，截面的线度应远小于的线度应远小于/2；对圆形管，其直径应小于；对圆形管，其直径应小于0.586。l在管子的一端装有声源和可移动的探管传声器，另一端在管子的一端装有声源和可移动的探管传声器，另一端则留作安装材料样品。声源在管内产生一个平面波，在样则留作安装材料样品。声源在管内产生一个平面波，在样品处产生部分反射，在其前方形成驻波。品处产生部分反射，在其前方形成驻波。l使用传声器测出最靠近样品的波腹与波节的驻波比即可使用传声器测出最靠近样品的波腹与波节的驻波比即可得

15、到吸声系数得到吸声系数a。如果再测出试件与第一波节之间的距离，。如果再测出试件与第一波节之间的距离，还可以计算出材料的声阻抗。还可以计算出材料的声阻抗。驻波管照片驻波管照片7.4 声学测量标准7.4.1 什么是声学测量标准什么是声学测量标准国内外各种机构已经公布了许多有关声学测量的国内外各种机构已经公布了许多有关声学测量的标准在这些标准中叙述了测量方法，测量设备标准在这些标准中叙述了测量方法，测量设备和明确的测量程序。和明确的测量程序。u中国国家标准中国国家标准GBu国际电工委员会标准国际电工委员会标准IECu国际标准组织国际标准组织ISOu美国的美国的ANSIu英国的英国的RS7.4.2 主

16、要声学测量标准类别主要声学测量标准类别u苏联的苏联的TOCTu法国法国NFSu德国德国DINu日本日本JLSu丹麦丹麦DS7.4.3 中华人民共和国国家标准中华人民共和国国家标准(GB)GB 3100-82，国际单位制反其应用，国际单位制反其应用 GB 3101-82，有关量、单位和符号的，有关量、单位和符号的般原则般原则 GB 3102-82，声学的量和单位，声学的量和单位 GB 3238-82，声学量的级和基准值，声学量的级和基准值 GB 3239-82，空气中声和噪声强弱的主观和客观表示法，空气中声和噪声强弱的主观和客观表示法 GB 3240-82，声学测量中常用频率，声学测量中常用频率

17、 GB 3241-82，声和振动分析用，声和振动分析用1/1和和1/3倍频程滤波器倍频程滤波器 GB 30 96-82，城市区域环境的噪声标准，城市区域环境的噪声标准GB 3222-82，城市环境噪声测量方法，城市环境噪声测量方法GB 3449-82，机车车辆内部噪声的测量，机车车辆内部噪声的测量司机室噪声测量司机室噪声测量GB 3450-82，机车司机室允许噪声标准，机车司机室允许噪声标准GBJ 47-83，混响室法吸声材料测量规范，混响室法吸声材料测量规范GB3767-83，噪声源声功率级的测定，噪声源声功率级的测定工程法及准工程法工程法及准工程法7.4.4 国际电工委员会国际电工委员会(

18、IEC)IEC-R118 助听器电声特性测量方法助听器电声特性测量方法 IEC-R200 扬声器测量方法扬声器测量方法 IEC-34-9 旋转电机噪声限制旋转电机噪声限制 IEC-225 倍领程与倍领程与1/3倍频程滤波器倍频程滤波器 IEC-263 绘制频率曲线标准绘制频率曲线标准 IEC-268-4 传声器测量方法传声器测量方法 IEC-268-5 直接辐射式电动场声器测量量标准直接辐射式电动场声器测量量标准 IEC-R327 1标准电容传声器耦合腔互易法精密校准标准电容传声器耦合腔互易法精密校准IEC-R402 1电容传声器耦合腔互易法简化校准电容传声器耦合腔互易法简化校准IEC-R48

19、6 1校准电容传声器自由场互易法精密校准校准电容传声器自由场互易法精密校准IEC-537 测量飞机噪声的频率计权测量飞机噪声的频率计权IEC-651 声级计声级计7.4.5 国际标准组织国际标准组织(ISO)ISO 31/0-74，关于量、单位和符号的基本原则，关于量、单位和符号的基本原则 ISO 31/v11-78，声学量与单位，声学量与单位ISO 1000-73 SI单位及其倍数单位和其他单位的应用介绍单位及其倍数单位和其他单位的应用介绍 ISO R131-79，空气中声或噪声的物理量和主观量的表示方法，空气中声或噪声的物理量和主观量的表示方法ISO R140-78，建筑物中及建筑构件的隔

20、声测量，建筑物中及建筑构件的隔声测量ISO R226-75，由场测听条件下纯音标准等响曲线和标准听阀，由场测听条件下纯音标准等响曲线和标准听阀ISO R226-61，声学测量优先使用的频率，声学测量优先使用的频率ISO R354-63，混响室内吸声系数的测量，混响室内吸声系数的测量ISO R357-63，声或噪声声功率级和声强级的表示，声或噪声声功率级和声强级的表示ISO 362-64，车辆噪声的测量，车辆噪声的测量ISO 389-75，用于标准纯音听力计的标准零级，用于标准纯音听力计的标准零级ISO 495-66，机器噪声测量的一般要求，机器噪声测量的一般要求ISO507-70，飞机场附近噪声的表示方法，飞机场附近噪声的表示方法ISO 12-74，公路车辆鸣笛装置的声学标准及技术规格，公路车辆鸣笛装置的声学标准及技术规格ISO R717-68，住宅的隔声评价，住宅的隔声评价ISO R532-75，响度级的表示方法，响度级的表示方法ISO R1680-70，旋转电机空气噪声测量规范，旋转电机空气噪声测量规范ISO R1761-71，飞机场附近飞机噪声的监测，飞机场附近飞机噪声的监测ISO 2923-75，远洋船舶噪声测量，远洋船舶噪声测量ISO 2922-75，内河航道及港口船舶噪声测量，内河航道及港口船舶噪声测量