关于声学的一些基本概念
一、声学作用
声学问题-满足不同的要求：
声学的重要性：
1、产品能否销售？各国法规要求
2、保修成本，顾客抱怨
3、竞争优势，领先竞争对手的声品质
声学工程在产品开发中的作用：
后期花费成本直线上升
二、声学相关概念
1、声压、声压级
1）声压：弹性介质中传递的压力波动，由于声波存在而引起的大气压力增值。
p=P1-P0
单位：帕（Pa）1Pa=1N/m2，巴（bar）1bar=100kPa
声振动的能量范围极广，可相差十几个数量级，同时人耳对声音的感知接近于与声音强度的对数成正比，基于此，声学上常用对数坐标衡量声压，以声压级表示。
2）声压级：SPL=20log10(pe/pref) dB
=10log10(pe2/pref2) dB
pe:待测声压有效值；pref：参考声压
pref=2×10-5 Pa
2、相同声压级的加法
1）相干单频声源叠加
声源1：100dB（2Pa）1kHz
声源2：100dB（2Pa）1kHz
声源1+声源2：106dB（4Pa）
此时：100dB+100dB=106dB
2）非相干单频声源叠加
声源1：100dB（2Pa）1kHz
声源2：100dB（2Pa）2kHz
声源1+声源2：103dB（2.82Pa）
此时：100dB+100dB=103dB
3）非相干随机声源叠加
声源1：100dB（总值）
声源2：100dB（总值）
声源1+声源2：103dB（总值）
此时：100dB+100dB=103dB
小结：
两个相干单频声源叠加时，声压级增加6dB；
两个非相干声源叠加时，声压级增加3dB；
工程上遇到的问题，一般是增加3dB。
3、不同声压级的加法
方法1：利用加法表（快速）
55dB+51dB=？
ΔL=4dB
对应增量为1.4dB，Lpt=55dB+ 1.4dB=56.4dB
两个声源声压级相差15dB以上，数值小的声压级影响可以忽略。
方法2：直接计算
4、不同声压级的减法
1）查表法
60dB-53dB=？
ΔL=7dB
对应减量为1dB，Lpt=60dB-1dB=59dB
2）计算法
可用于计算机器自身辐射噪声水平
三、几个“场”的概念
近场与远场：
近场：在不足两倍机器尺寸或所发声波最低频率的一个波长距离之内（二者中取大者）；大于此距离，称为远场
自由场：只有直达声，无反射声的声场（理想状态）
半自由场：有一面为反射面的自由场
混响场：声音多次反射后形成的均匀声场
距离增加一倍，点声源声压级降低6dB；线声源声压级降低3dB。
四、人耳对声音的感知
人耳对不同频率的声音敏感度不一致，对3k-6k之间的声音最敏感。
等响曲线：在同一条等响曲线上，人耳感觉到的声音一样响。反映了人耳对不同频率声音感知的敏感程度是不同的。
响度：Sone，响度级：Phon
1000Hz纯音，声压级为40dB时的响度为1Sone。
五、计权声压级
A计权：40Phon等响曲线的翻转，模拟人耳对声音的听觉感知特性，对低中频段有较大衰减，以dB(A)表示。
40Phon等响曲线
40Phon等响曲线的翻转与A计权曲线
A计权：40 Phone等响曲线的翻转；模拟55dB以下低强度噪声特性。
B计权：70 Phone等响曲线的翻转；模拟55dB~85dB中等强度噪声特性。
C计权：100 Phone等响曲线的翻转；模拟高强度噪声特性。
D计权：专用于飞机噪声的测量。
六、倍频程
将频谱分为若干个频段，每个频段为一个频程，以直方图表示。
N=1: 一倍频程，简称倍频程
N=1/3: 三分之一倍频程
N=1/12: 十二分之一倍频程
…
中心频率：
带宽：
连续频段：一个频段的上限频率是下一个频段的下限频率。
七、声强
定义：单位时间内垂直通过单位面积的声能。
声强法测声功率原理：测量完全包围被测声源的测量面上的法向声强分量 。声功率等于包围声源的某一表面的法线方向上的声强平均值乘上这个表面的面积 。
测量声强时稳态背景噪声对被测声源的声功率没有任何影响 ；
而用声压法测声功率时，测试环境对声压测量结果影响较大。
八、声强级
计算公式：
空气介质在室温时，与基准声压
相对应的声强近似等于基准声强，因此在自由声场中，声强级与声压级在数值上近似相等。
九、声功率/声功率级
声功率：声源单位时间内发射出的声能量,单位：W。
声功率级：
确定声功率级的两种方法：通过测量声压级和声强级来确定
由声压级确定声功率级的方法：GB/T 6881系列、GB/T 3767、GB/T 3768、ISO 3745、ISO 3747
声强法确定声功率级的方法：GB/T 16404、GB/T 16404.2、GB/T 16404.3
十、几种声学试验室
1、全消声室
1）六个面全铺设高效吸声材料的房间。
2）模拟近似自由场环境，没有反射声。
3）可用于测量：声源声功率；辐射声源的指向特性等。
4）对高频声的吸收效果明显；对低频声的吸收取决于房间体积及吸声材料的厚度等特性。
2、半消声室
1）五个面铺设吸声材料，地面为光滑反射面的房间。
2）模拟半自由声场空间
3）适用于对大型设备和机器进行声学测试
3、混响室
1）在所有边界上能全部反射声能，并在其中充分扩散，能形成在各处能量密度均匀、在各传播方向作无规分布的扩散场的房间。
2）可用来测量声源声功率、材料吸声系数等。
3）房间表面尽量不规则，以使混响时间尽量长，保证声能充分扩散。
十一、声学材料测试
1、吸声系数：
α＜0.1 坚硬表面，高反射，低吸收(如钢板、花岗岩等)。
α＞0.9 高吸声材料，低反射（如泡沫、玻璃纤维等多孔吸声材料）。
α=1 所有的入射声被全部吸收。
材料的吸声性能取决于多个因素：材料厚度、孔隙率、频率、流阻、表面光洁度等。
吸声原理：声波进入吸声材料内部，与材料发生摩擦作用将声能转化为热能。
吸声特性：随着频率的增高吸声系数逐渐增大。若要改善低频吸声效果，需增加材料厚度。
2、吸声系数测量方法：
1）驻波管（阻抗管）法：
较小试件，测量声音正入射时的吸声系数 ，测试标准：ISO10534-2。
2）混响室法：
较大试件，测量声音无规入射时的吸声系数，测试标准：ISO354。
3、透射系数：
4、传声损失（隔声量）：
5、垂直入射时：
高频声比低频声更容易隔绝，隔声效果遵循“质量定理”，双层隔声结构会显著改善隔声效果。
十二、声品质
1）相同声级的声音，由于频谱结构的差异，会引起人耳听觉感知的大不相同；
2）“声”并非指声波，而是指人耳的听觉感知，“品质”指人耳对声事件进行听觉感知并作出的主观判断；
3）涉及理学+声学=心理声学
4）反映产品品质、影响顾客购买心理的重要指标。
1、声品质的几个指标
2、响度-描述人耳对声音强弱的主观感觉
1）与声压、频率、振幅有关。
2）A计权声压级仅符合响度为1Sone时人的主观感受，对其他大小的声音有较大误差，响度单位：Sone。
3、尖锐度
指描述声音的音色特征，频谱成分中高频成分占主要地位所致。
1）粗糙度、抖晃度-反映声音的幅值调制特性
调制频率低于20Hz时（参考频率为4Hz）表现为抖晃度特性；
调制频率高于20Hz时（参考频率为70Hz）表现为粗糙度特性 ；
2）烦恼度-描述人们对声音的厌烦程度
综合考虑了响度、尖锐度、粗糙度、抖晃度等的影响。
4、掩蔽效应
指一个声音（被掩蔽音）的听阈受到另一声音（掩蔽音）的干扰而提高的现象。
1）纯音对纯音的掩蔽：
频率相近的两个纯音间易发生掩蔽效应，且较强声易易掩蔽较弱声；
低频纯音可有效掩蔽高频纯音，反之作用较小。
2）窄带噪声对纯音的掩蔽：
临界频带的掩蔽作用最明显；
临界频带：当噪声掩蔽纯音时，起作用的是以纯音频率为中心频率的一定频带宽度内的噪声频率。如这频带内的噪声功率等于在噪声中刚能听到的该纯音的功率，这个频带就称为临界频带。
掩蔽效应类型：
1）频域掩蔽
发生在掩蔽声与被掩蔽声同时作用时；强音会掩蔽其频率周围的弱音。
2）时域掩蔽
发生在掩蔽声与被掩蔽声不同时出现时；
前掩蔽：被掩蔽声发生在掩蔽声之前。
后掩蔽：被掩蔽声发生在掩蔽声之后。
