虚拟式声强分析仪

    传统的噪声测量中,声压测量是测量噪声声级的常用手段,但是因为声压是一个标量,不能确定声源的方向和位置,而且对测试条件要求严格,需要在造价昂贵的消声室或混响室进行[1]。而声强是一个矢量,测量不受环境的影响;同时,它属于非接触测量,不受噪声类型的限制。通过声强测量,不仅能够测得声级大小,而且能知道声源的位置、声功率的大小,同时也能测定材料声阻抗率及其振动物体表面的声辐射效率[2]。在现场测量和许多机电设备的噪声测量中,声强测量越来越发挥出了重要作用。因此,声强测量已经成为噪声测量的一个重要手段。

    传统的声强计,在进行倍频程分析时,一般使用滤波网络,通过切换中心频率进行测量,这种办法完全不能满足环境监测和机电产品的自动实时监测需要。

    对于数字式声强分析系统,采用常规的频谱分析方法和频谱分析仪很难一次完成一个标准的1/3倍频程的实时测量。为此,有必要开发出一种快速、易用的实时噪声声强分析仪。

    虚拟仪器是虚拟技术在仪器仪表领域中的一个重要应用。它以计算机作为仪器统一的硬件平台,充分利用计算机独具的运算、存储、回放、调用、显示以及文件管理等智能化功能,同时把传统仪器的专业化功能和面板控件软件化,使之与计算机结合起来融为一体,这样便构成了一台从外观到功能都完全与传统仪器相同,同时又充分享用计算机智能资源的全新仪器系统[3]。虚拟仪器以其可靠性、低成本和易用性的优势正不断冲击常规测试领域。作者旨在将虚拟仪器技术引入到噪声声强分析仪的设计和制造中。

    1 噪声声强及其测量原理

    1 .1 噪声声强级

    声强是指在声场中的某一点上,单位时间内通过一个与指定方向垂直的单位面积的平均声能。正常人双耳刚刚能听到的频率为1 000 Hz的纯音的声压为20LP±,称之为听阈声压。使人耳开始产生疼痛感觉的声压则称为痛域声压,为20 P±。在自由场中,相应于听阈声压的声强为10-12W/m2,相应于痛域声压的声强为1 W/m2。

    声强既有大小又有方向,是一个矢量。噪声测量中一般采用测量值与基准值之比的对数来表示噪声的强弱。即声压级、声强级、声功率级。级是相对量,单位是分贝(d?)。

    声强级是声强与基准声强之比的常用对数的10倍,记为LI

    其中,I0为基准声强,在空气中取10-12W/m2。

    在环境监测和机电产品自动检测中,经常需要了解噪声的频谱结构。由于声频范围为20 ~ 20 000?z,有1 000倍的变化范围。为了噪声测量和分析的方便快捷,也为了测试分析仪器设计和制造的可能性,把这一频率范围分为若干连续频段,每一频段称为频带,每一频带都有自己的上限频率和下限频率,它们遵循倍频程关系式: