机器设备噪声测试的新方法——振动法测噪声

机器设备噪声测试的新方法——振动法测噪声

一、引言

对机器设备噪声测量最通常的方法是用声级计进行声压级测量，然而在不少场合，这种人们十分熟悉的方法却显得无能为力。例如：在正在运行的多台机器的机房里，需要测定各台机器的噪声时；或者要在生产成品的流水线上逐台检测每台产品的噪声时，都会由于其他声源的影响以及反射声的传入使得声级计无法显示被测产品直接辐射的噪声。随着科技的发展，人们自然想到了声强法。但是目前声强法的测试仪器较贵，而且测试又较复杂，仍处于研究阶段。于是，人们对声波的测试开展了振动法的研究。希望通过测量机器表面振动量的方法来确定机器所辐射的噪声量，通常称为空气噪声的振动测试法。多年理论分析和应用研究的结果表明，这是一种十分简便而有效的方法。在十分恶劣的环境条件下，几乎可以不受环境噪声和反射声的影响，用一种特殊计权的测振仪就可通过测定机器表面的振动量，来确定其噪声辐射值。目前这种方法已成功地用于生产实际。

采用测振法在生产现场测试产品的噪声是在其他方法都无法简便、迅速、经济和准确的解决产品现场噪声检测的情况下而提出的。西德、美国等国家开展此项技术研究已有多年了，德国BBC公司花费了十几马克研究振动法，并成功地将此项技术用于接触器的现场噪声检测上。美国经过多年的研究，已在海军MIL标准中规定用振动法测定微电机的噪声。国际ISO标准化组织已公布了测振法标准技术文件。

我国是在七十年代末期开始探讨测振法的。经过十多年的试验研究，明确了要得到振动法的实际应用，必须解决如下6个方面得到技术问题，即：

（1）必须获得各机电产品的实际辐射效率指数曲线；

（2）必须解决按声源尺寸变化的辐射效率指数曲线制成仪器的计权网络曲线；

（3）必须解决仪器的校准及分贝量的基准值；

（4）必须确定各机器表面振动的关键测点；

（5）必须解决空气动力噪声叠加及修正问题；

（6）对于“流水线”上的检测还必须解决简化测点的问题。

通过对电机、电器、电冰箱的试验研究，解决了上述问题，并研制成了相应仪器。

VIB-4电脑振动噪声测量仪，就是属于此种仪器。

二、基本原理

声音是机械振动的结果，当物体出现声频范围内的机械振动时，就会使周围介质也发生

相应振动，从而以声波的形式向外辐射声音。声波的辐射实质上就是机械振动波能量传递的过程，所以，对振动声辐射研究的前提，首先是波的形式问题。

对于一个无限大平面板振动时所辐射的声波应该是平面波，在理想的平面波声场中声强是均匀的，任何一处的声强有效值与该处的声压有效值、振动速度有效值之间的关系是较为简单的线性关系，即：

式中 I —— 声强W/m 2

V —— 振动速度m m /s

P —— 声压 Pa

PC —— 声阻抗 瑞利（声欧）

如果临近平板介质与平板一起振动，则平面的振动速度可以看成临近介质的声波振动速度，由此可以直接得到近场声强，或声强级，从而算出声功率级。

然而实际机器的振动却很少是平而波，从远场来看，很多尺寸不大的机电产品可以近似地看成是按球面波的形式向外辐射噪声。所以对球面波的理论分析更接近实际。

显然，对一个脉动球所辐射声波的声强，除与振动强度（V ）有关外，还是波数（频率和声速的函数）、声源尺寸的函数，也与脉动球的振动形式m 有关，另外还反映了振动声的辐射效率问题。实际机器的振动情况是比较复杂的，但只要能找到辐射效率曲线。根据公式就可得到声强级（L I ），再按测得声强级所在面的面积可算出声功率级L w 。

三、 实际辐射效率的确定

任何一个机电产品运行后所辐射的噪声都是来自于多个振源并具有较宽的频率特征，绝大多数机电产品都是多个振源在各种频率下振动的综合，整体振型很复杂，所以，使纯理论的推导难以进行。再加之机器表面近场又与远场的噪声会有较大差异，因而使理论上推导实际产品的辐射效率指数更为困难。

然而大量的试验结果也反映了机电产品的振动与声学特性确实有较强的规律性。首先是辐射声场的规律性，在一定远场（测试方法标准所规定的距离）条件下，小尺寸产品都具有球面声波辐射的特征，即使较大尺寸的产品所测结果都能与远场测试结果一致。所以。它们的噪声辐射规律可以归于脉动球的声辐射类型之中。对电机的模态分析结果可很清楚地看到，在单一模态频率下，电机的振动很近于脉动球，只是大多都按二阶和三阶振型振动。 22

PCV PC P I ==

对电机、电器、电冰箱进行大量试验研究，以求取这些产品的实际辐射效率指数，试验研究程序大致这样进行：

（1）按不同尺寸结构选择系列的典型样机，如电机从80到280机座都有，冰箱几种容积结构都有。

（2）在样机（电机、电冰箱、电器）的表面上确定有代表的振动区和相应的典型测点，如电机有6~7个点；电器有4~5个点；冰箱则是29个点，在每个测点

上按1/3倍频程（有33个频段）及A计权测定表面频带振动级及A计权振

动级，同时，按国际和我国标准的消声室精密法的标准测定各样机的1/3频

带声功率级和A计权声功率级，一般称此为消声室的声压级测定方法。

（3）将表面振动测定结果与消声室内远场声压级方法测得的结果进行统计分析（按1/3倍频带及A计权）以求取各种产品的实际辐射效率曲线。

经过对十多万数据的统计分析，我们得到了很有规律的10lgσ曲线，如图1所示。图中辐射效率指数曲线（曲线1、2、3）与大量实测值的相关性很强，相关系数三种产品都在0.9以上，电机为0.998，电器为0.989，电冰箱为0.903，充分显示了机电产品实际辐射效率的规律性。也证明了用测量机电产品表面振动来确定其噪声功率级的可行性。

几种电产品实际辐射效率指数曲线

图中：曲线0、1（实线）分别为脉动球0阶及1阶振动时的辐射效率指数曲线；

曲线2（点划线），为电机的辐射效率指数曲线

曲线3（双划线），为电器的辐射效率指数曲线

曲线4（虚线），为电冰箱辐射效率指数曲线

比较几条曲线可见，电机最接近脉动球的曲线，几乎介于0阶与1阶理论曲线之间，从电机的模态振型分析也可以证实其相似性。