第12章　機械噪聲測量

12.1　噪聲測量概述

12.1.1　測量目的

噪聲測量是噪聲控制的重要步驟，通過測量各種機械設備的輻射噪聲，可以評價其本身的質量，還可以評估機械設備在運行狀態下對個人、對環境的影響。只有充分了解機械設備在不同運行工況下的噪聲情況，通過分析聲壓級大小、聲功率大小、頻譜特性等，辨識主要噪聲源，才能提出控制噪聲的有效方法。

噪聲測試的第一步就是根據測試對象和目的，選擇合適的噪聲測量儀器。傳聲器是噪聲測量中的重要傳感器，通過它可以測得噪聲聲壓，進而計算出聲壓級、聲功率級等。兩個傳聲器可以組成聲強探頭，通過它可以測量聲強。聲級計是噪聲測量的基本儀器，它是將傳聲器、放大器、處理器、顯示器集成在一起的設備，體積小便于攜帶，適合環境監測、車輛噪聲測試等現場噪聲測試。

根據測試目的，需要選擇合適的評價噪聲的指標。比較常用的有噪聲A計權聲壓級、A計權聲壓級1/3頻譜。當需要對各種機械設備的噪聲情況做對比時，需要測試聲功率級。當需要評價噪聲對人的影響時，可以測試心理聲學指標，如響度、粗糙度、抖動度、尖銳度等。根據測試的實時性，可以選擇現場實時分析或現場數據采集和事后分析。

12.1.2　測量注意事項

12.1.2.1　測點的選擇

在現場進行機械設備噪聲測量時，由于機械設備所在的環境不是消聲室、混響室等聲學環境，機械設備輻射的噪聲隨著離機械設備的距離而變化。靠近機械設備附近是近場區，當測量距離小于機械設備所發射噪聲的最低頻率的波長時，或者小于機械設備最大尺寸的兩倍時，認為是近場區。近場區的聲場不太穩定，測量時應避免在這一區域。近場區以外是自由場區，在這一區域內隨著離開聲源的距離增加一倍，聲壓降低6dB，現場測量應選擇在這個區域進行。當測點離聲源太遠且距離墻壁或其他物體太近時，反射很強，這個區域稱為混響區，也要避免在這一區域內進行測量。

12.1.2.2　背景噪聲的修正

噪聲測量時，被測聲源停止發聲后，還有其他噪聲存在，這種噪聲叫背景噪聲。背景噪聲會影響到測量的準確性，但可以修正，修正值見表27-12-1。當總噪聲與背景噪聲之差大于10dB時，背景噪聲的影響可以忽略；但如果兩者之差小于3dB，最好采取措施降低背景噪聲，或者移到背景噪聲較小的場所進行測量，否則測量誤差較大。

12.1.2.3　環境的影響

當環境溫度、濕度和大氣壓力變化時，傳聲器的靈敏度可能會受到影響。一般要求，當大氣壓力變化10%時，對1型聲級計，整機靈敏度變化不大于0.7dB，對2型聲級計不大于1.0dB。在規定的溫度范圍內，相對20℃，1型聲級計靈敏度變化不大于±0.8dB，2型聲級計靈敏度變化不大于±1.3dB。另外，在規定的濕度范圍內，以65%相對濕度為參考，對1型聲級計，靈敏度變化不大于±0.8dB，對2型聲級計靈敏度變化不大于±1.3dB。

強的電磁場可能會對聲級計有干擾，影響測量的準確性。當現場有磁場干擾時，應當變換聲級計的位置或在遠離磁場的地方進行測量。

振動也會影響測量的準確性，當振動方向與傳聲器膜片垂直時，影響尤其嚴重，也要盡量避免。

12.1.2.4　測量儀器的校準

為了保證測量的準確性，測試前和測試后都要對儀器進行校準。可以用活塞發生器、聲級校準器或其他聲壓校準儀器進行聲學校準，這樣能對從傳聲器、前置放大器、電纜、放大器到采集系統等整個噪聲測量儀器進行校準。

12.2　噪聲測量儀器

12.2.1　噪聲測量基本系統

最基本的噪聲測試系統由三部分組成，如圖27-12-1所示。

傳聲器把聲信號轉變成電信號，測試用的傳聲器大多為電容傳聲器。由于電容傳聲器輸出阻抗高，對信號放大用的放大器有一些特殊要求。通常放大器由兩部分組成：前面部分緊接傳聲器的稱作前置放大器，主要是起阻抗變換作用，其輸出是低阻抗的電壓信號，可以接較長的電纜；其后才是一般電壓放大器，經放大后的信號，可以用磁帶機記錄或由數據采集卡采集到計算機內，最終由計算機進行處理運算并顯示在屏幕上。

12.2.2　傳聲器

噪聲測量的主要傳感器是傳聲器，也叫話筒或者麥克風（microphone），它將聲信號轉換為電信號。傳聲器的種類很多，它的構造、外形尺寸、測量范圍、適用場合等都不盡相同，為了獲得準確的噪聲信號，需要根據測量要求選擇合適的傳聲器。

12.2.2.1　傳聲器的性能指標

（1）頻率響應特性

傳聲器將聲壓信號轉換成電信號，輸出電信號對頻率的響應，叫做頻率響應特性。理想的狀況，傳聲器的頻率響應曲線在聲頻范圍內平直，但實際很難做到這一點。如圖27-12-2所示，低頻低一些，高頻高一點。這種隨頻率波動的響應特性，叫做頻率不均勻度。通常以1000Hz時的頻率為基準，相差多少dB進行比較。

（2）靈敏度

傳聲器的靈敏度是指傳聲器的輸出端開路電壓與聲壓之比，也稱開路靈敏度。聲壓的單位為帕（Pa=N/m²），輸出電壓為mV，則靈敏度的單位用mV/Pa表示。也可以用dB表示傳聲器的靈敏度，以1000mV/Pa為參考靈敏度，即0dB，則1mV/Pa對應-60dB。

（3）動態范圍

傳聲器的動態范圍是指傳聲器所能測到的由最低聲壓和最高聲壓確定的聲壓范圍。傳聲器的動態范圍很大程度上與靈敏度相關。一般來說，高靈敏度傳聲器可以測較低聲壓，但不能測很高的聲壓；低靈敏度傳聲器可以測較高聲壓，但不能測很低的聲壓。

（4）固有噪聲

在一個絕對安靜的環境下，沒有聲波作用在傳聲器上時，由于周圍空氣壓力的起伏和傳聲器電路的熱噪聲，在傳聲器前置放大器輸出端引起一定的噪聲聲壓，稱為固有噪聲，通常用等效A聲級來表示。固有噪聲也決定傳聲器所能測到的最低聲壓級。

（5）指向性

傳聲器的響應隨著聲波入射的到傳聲器的角度不同而變化，稱為傳聲器的指向性。傳聲器響應隨聲波入射的角度而變化的圖，通常以極坐標圖表示。如圖27-12-3所示。

（6）非線性失真

聲壓很高時，傳聲器的輸出不呈線性，稱為非線性失真。使傳聲器的失真度達到3%的聲壓級，一般定義為傳聲器能測到的最高聲壓級。

（7）輸出阻抗

不同類型的傳聲器有不同的輸出阻抗。例如動圈式傳聲器的輸出阻抗只有幾十歐姆到幾百歐姆，可以直接與一般放大器連接；而電容傳聲器的輸出阻抗高達幾兆歐姆，不能直接與放大器連接，所以需要使用高輸入阻抗的前置放大器來配合。

（8）穩定性

溫度、濕度、氣壓、振動、沖擊等環境因素對傳聲器的工作穩定性有較大的影響。通常電容傳聲器可以在-30～150℃的環境下使用，溫度變化系數大約是0.008dB/℃；大氣靜壓的影響大約是0.1dB/kPa。

（9）幾何尺寸

傳聲器的外形尺寸對聲場有干擾。特別當傳聲器的直徑與入射聲波的波長相當時，被傳聲器散射的聲波與入射聲波會產生干涉，影響測量的準確。

12.2.2.2　傳聲器種類及特點

按照換能原理和結構的不同，傳聲器大致可以分為：電容式傳聲器、電動式傳聲器和壓電式傳聲器。見表27-12-2。

12.2.2.3　電容傳聲器

（1）電容傳聲器的結構和原理

電容傳聲器主要由張緊的振膜和與它靠得很近的背極組成，見圖27-12-4。振膜是一層很薄的膜片，一般是不銹鋼鎳片。振膜和背極在電氣上互相絕緣，從而構成一個以空氣為介質的電容器兩個極板，一個直流電壓加在兩個極板上，電容器就充電，所加電壓稱為極化電壓。當有聲壓入射到膜片上時，張緊的膜片將產生與外界信號一致的振動，使膜片與背極之間的距離改變，引起電容量變化，在負載電阻R上將有一個交變電壓輸出。對于同一傳聲器，在極化電壓、負載等不變的情況下，所產生的交變電壓大小和波形由作用在膜片上的聲壓來決定。輸出電壓ΔE與電容膜片和背極之間的距離變量ΔX成正比。

傳聲器是很精密的傳感器，膜片很薄，膜片與后極板的距離只有幾十微米。使用時要小心謹慎，一般不要擰開前面的保護罩。安裝的時候確保傳聲器不要從高處摔落地上，以免損壞傳聲器。同時傳聲器的靈敏度受溫度、濕度變化影響，為避免傳聲器受潮，可以使用干燥瓶存放傳聲器。

（2）電容傳聲器的性能指標（表27-12-3）

（3）傳聲器的靈敏度

電容傳聲器的靈敏度有自由場靈敏度S_m、聲壓靈敏度S_R和混響場靈敏度S_d三種。

靈敏度隨頻率改變的關系曲線稱為頻率響應曲線。如圖27-12-5所示。

每種電容傳聲器都有三種靈敏度。根據頻率特性，如果自由場靈敏度曲線是平的，稱為自由場傳聲器；如果聲壓靈敏度曲線是平的，稱為聲壓型傳聲器；如果混響場靈敏度曲線是平的，稱為擴散場傳聲器。

12.2.2.4　傳聲器的使用

按測試環境、測試要求、測試目的來選擇不同型號的傳聲器。

（1）按聲場條件

①自由場　噪聲主要來自一個方向，反射聲不大，近似自由聲場，所用的傳聲器要求是平直的自由場傳聲器，且需使聲波0°入射。若用聲壓型傳聲器，必須90°入射，才可使聲壓型傳聲器的自由場響應曲線在高頻接近平直。

②混響場　在混響室或具備混響條件的場合，需使用擴散場傳聲器。

③一般室內的近似擴散聲場　如果室內有多個反射面，而且噪聲來自各個方向，近似一個擴散聲場，可選用擴散場傳聲器。若用自由場傳聲器，可加入一個無規入射矯正器，起到無規入射修正。上述三種情況可歸納為圖27-12-6。

（2）按聲級高低

傳聲器的靈敏度與外形尺寸有關，1in傳聲器靈敏度最高，可以測量較低的聲壓。相反，1/4in和1/8in傳聲器靈敏度低很多，可以測量很高的聲級。

（3）按測量目的

①做量級評定或噪聲源辨識　評定某一設備的噪聲量級大小，要避免其他噪聲源的影響，需選用指向性好的自由場傳聲器，正對聲源。聲源辨識時，也可以選用自由場傳聲器。

②環境噪聲測定　要求把來自各個方向的聲源產生的聲波都能接收到，且有平直的響應，可選用方向性不強的聲壓型傳聲器。

12.2.2.5　特殊傳聲器

12.2.2.6　前置放大器

電容傳聲器輸出的是高阻抗信號，需要一個輸入高阻抗和輸出低阻抗的變換器，這個變換器稱為前置放大器。

有兩種前置放大器，一種是與外極化傳聲器配套的傳統型前置放大器，連接的電纜是7芯電纜；需要電壓驅動，電纜上負載的電壓信號最高可以達到50Vpeak。另一種是與預極化傳聲器配套的恒流源前置放大器，需要2～20mA的電流（通常是4mA）供給。取代復雜的7芯電纜，恒流源前置放大器可以使用簡單的同軸電纜。電纜上負載的電壓信號最高可以達到8Vpeak。

12.2.3　聲級計

聲級計（sound level meter）是噪聲測量中常用的儀器，它將傳聲器、前置放大器、分析顯示集成在一臺設備上，便于攜帶，非常適合環境噪聲評估和監測、車輛噪聲測量、建筑聲學監測和機械設備噪聲測量等應用。

12.2.3.1　聲級計的原理及分類

傳統模擬聲級計主要由傳聲器、放大器、衰減器、頻率計權網絡以及有效值指示表頭組成。隨著數字信號處理技術的發展，數字聲級計精度更高、運算速度更快、結果顯示更加清晰直觀，有漸漸取代模擬聲級計之勢。數字式聲級計主要由下列單元組成，見圖27-12-7。

按照測量精度要求和實際測量目的等要求，需要選擇合適的聲級計進行聲學測量。聲級計按精度高低分類見表27-12-5，聲級計按用途分類見表27-12-6。

12.2.3.2　聲級計的主要性能

（1）頻率計權

聲級計中的計權濾波器根據國際標準IEC 61672《聲級計》中規定的頻率計權特性（A、C、Z）的要求而設計。A計權應用最廣泛，一般聲級計中都有A計權功能，有的也有C計權。如果聲級計具有“線性”頻率響應，這時的聲級計在頻率范圍內的頻率響應是平直的，不隨頻率變化，即Z計權。為了測量航空噪聲，有的聲級計具有D計權功能，在IEC537《用于航空噪聲測量的頻率計權（D計權）》標準中規定了D計權的要求。A、C、Z、D四種頻率計權特性的頻率響應見表27-12-7。

聲級計的頻率計權特性是聲級計在自由聲場中在參考入射方向上的相對響應，不僅與計權濾波器的頻率特性有關，也與傳聲器的頻率響應、放大器和檢波指示器的頻率響應有關。由于傳聲器的頻率響應基本是平直的，所以可以用電信號測量聲級計的電響應來代替自由場響應。在高頻測量時，可根據傳聲器頻率響應對測量進行修正。

（2）時間計權

聲級計還需要有時間計權特性，才能使測量結果反映人的主觀感受。所謂時間計權，就是時間平均特性。聲級計一般包括三種時間計權：“快”（F），“慢”（S）及“脈沖”（I）。

快、慢時間計權主要用于對連續穩定聲波的測試，“快”擋時間常數為125ms，“慢”擋時間常數為1000ms。測量穩定的連續聲時，使用“快”、“慢”一般沒有差別。但如果測量的聲波有較大的起伏，則用“慢”擋平均起伏比較小，峰值測量會有誤差。如果需要準確的了解聲波的波峰和波谷，用“快”擋平均比較好。

因為人耳對短促的脈沖聲的響度感覺與對穩態聲的響度感覺不一樣。脈沖聲持續時間很短，重復出現的間隔時間可能很長，甚至在一段時間內只出現一次，脈沖聲具有很高的峰值因數。脈沖聲對人耳和聽力損傷的危險性也與穩態聲不一樣。脈沖時間計權是一種快上升慢下降的特性，能指示短時間有效值的最大值。對于連續的穩態聲，脈沖計權特性與“快”、“慢”計權特性的測量結果一致。但對于脈沖聲，“脈沖”計權的測量結果通常比“快”、“慢”計權的結果大，最大時可能達到20dB。因此，對于脈沖聲，不能用一般聲級計進行測量，否則會有較大的誤差。

（3）指向特性

聲級計最好是全方向性，這是理想狀態。首先傳聲器有方向性，其次其本身尺寸比傳聲器大很多，對聲場的干擾也嚴重很多。只有當聲波的波長比聲級計的尺寸大很多時，才可以認為是全方向性的。因此，測量低頻噪聲時，聲級計的方向性不成問題；但對于高頻噪聲，如3000Hz以上，必須考慮方向性。

對于單一聲源，測量時一般總是把聲級計正對聲源，指向性不成問題。但對于多聲源或聲源在不定的移動狀態，且高頻成分比較明顯時，必須注意指向性。

改善聲級計指向性的方法有：

①使用延伸桿或延長電纜，把傳聲器與聲級計本體分離開；

②用無規入射矯正器，改善傳聲器的指向性性能；

③選用比較小的傳聲器。

12.2.3.3　積分聲級計

實際應用中，尤其對非穩定噪聲，需要測量噪聲的等效連續聲級L_eq，其公式如下：

　　（27-12-1）

一般聲級計不能直接測量等效連續聲級，只能通過測量不同聲級的暴露時間，然后計算等效連續聲級。使用積分聲級計就能夠直接測量并顯示某一測量時間內被測噪聲等效連續聲級。

積分聲級計又稱積分平均聲級計或平均聲級計。積分聲級計和一般聲級計都是對頻率計權聲壓進行平均，但平均過程不一樣。第一，一般聲級計的平均是對相對較短的時間段內進行指數平均，如前面所講到的“快”（125ms）擋、“慢”（1000ms）擋。積分聲級計是對相對較長的時間段內進行線性平均，時間可達幾分鐘或幾小時。第二，積分聲級計對發生在指定時間內的所有聲音同樣重視，而一般聲級計則對最新發生的聲音比先前發生的聲音要重視。積分聲級計采用的是線性平均，一般聲級計采用的是指數衰減平均。

積分聲級計主要用在以下幾個應用中：

①能引起聽力損傷或煩惱的工業噪聲測量；

②公共噪聲（交通、居民住宅區、工業區及機場）測量；

③測量機械設備聲源的平均聲壓級。

12.2.3.4　噪聲暴露計

噪聲的危害不僅與噪聲的強度有關，還與噪聲的暴露時間有關。為了衡量噪聲對人耳聽覺損傷危害程度，一些國家按照噪聲的強度和暴露時間制定了有關噪聲標準。我國的《工業企業噪聲衛生標準》，也按此原則規定了每個工作日八小時噪聲暴露量不得超過85dB（A）。

噪聲A計權噪聲聲壓平方的時間積分稱為噪聲暴露量：

　　（27-12-2）

如果聲壓P在測試時間內保持不變，則：

　　（27-12-3）

式中　P——A計權聲壓，Pa；

T——測試時間，h；

E——噪聲暴露值，Pa²·h。

1Pa²·h的暴露值，相當于85dB（A）暴露八小時，恒定聲級積分時間加倍（或減半），噪聲暴露量加倍（或減半）；同樣的，對恒定積分時間聲級增加（或減小）3dB（A），噪聲暴露量加倍（或減半）。

對于某一時間內的等效連續聲級L_eq與噪聲暴露值之間的關系如下式：

　　（27-12-4）

式中　T——積分時間，h；

P₀——基準聲壓，2×10^-5Pa。

噪聲暴露值與噪聲暴露級L_AX的關系為：

　　（27-12-5）

佩戴在人身上的噪聲暴露計叫個人噪聲暴露計。個人噪聲暴露計主要是測量人頭部附近的噪聲暴露，并由此可按國際標準ISO 1999來評估可能的聽力損失。

另一種測量噪聲暴露的儀器叫噪聲劑量計，用來指示法定噪聲暴露限定的百分比的噪聲劑量（DL）。例如規定每天工作8小時的工人，容許噪聲標準為90dB，也就是聲暴露為3.2Pa²·h，此時的噪聲劑量為100%，其他不同的聲暴露都與其比較并用百分數表示。對于1.6 Pa²·h，噪聲劑量計上的度數為50%，對于6.4 Pa²·h，噪聲劑量計上的度數為200%。

12.2.3.5　統計聲級計

當需要測量噪聲的變化情況，需要用到統計的方法。例如在道路交通噪聲或室外環境噪聲檢測時，噪聲都是在不斷變化中，需要用到統計聲級計。

統計聲級計是用來測量噪聲聲級的統計分布，并指示L_n（L₅、L₁₀、L₅₀、L₉₀、L₉₅等）的一種聲級計。例如在某段時間內讀得的聲級共n=200個，以聲級大小依次排序，從高聲級數起，累積數到達20的這個聲級，稱為百分之10的聲級，即L₁₀，如果第20個聲級是90dB，則L₁₀=90dB，表示有10%個數超過90dB。同樣的，累積數數到100個的聲級值為累積百分聲值L₅₀，數到180個的聲級值為累積百分聲級L₉₀。比較常用的是L₁₀、L₅₀、L₉₀，分別代表高峰、中值和“環境”聲級。

12.2.3.6　頻譜聲級計

隨著硬件和軟件的發展，聲級計功能越來越很強大，如頻譜聲級計可以顯示噪聲倍頻程頻譜、1/3倍頻程頻譜等，并可以進行數據存儲數據、數據輸出、事后分析、數據打印等多項功能。

12.2.4　附件的使用

除了傳聲器和前置放大器外，還需要選擇合適的附件才能確保噪聲測量的準確，附件的使用如表27-12-8所示。

12.2.5　記錄及分析儀

12.2.5.1　數據記錄與采集

傳聲器將聲壓信號轉變成電壓信號，該電壓信號經放大后，首先要記錄下來。磁帶記錄儀是聲學測量中常用的記錄儀器，它具有如下特點：

①記錄的信號能長期保存；

②能通過改變時間基準的方法（即快速記錄慢速回放或相反）改變信號的頻率；

③使用方便，磁帶可以循環重放；

④工作頻率很寬，可以記錄低至直流高至1MHz的信號；

⑤可以記錄不同通道信號，并保證不同通道之間的同步；

⑥記錄質量高。

但磁帶記錄儀在信號實時分析處理方面不具有優勢，特別在測試現場要求所有通道都能實時監測的情況下，所以磁帶記錄儀比較適合實時分析要求不高的測試中使用，先記錄數據再事后分析。

隨著信號采集硬件的發展、計算機的普及和軟件功能的支持，越來越多的測試可以實現數據采集和數據分析同時完成，如數字式分析儀。

12.2.5.2　數字式分析儀

數字信號處理技術的發展速度快，應用廣泛，可以通過軟件在計算機上進行，與模擬信號分析相比具有精度高、靈活性大、可靠性高、可同時處理多個通道等優點。所以數字式分析儀在聲學測試中被廣泛地應用。在聲學測試中，常用的數字式分析儀有兩種：以FFT硬件為中心的頻譜分析儀和將軟件和硬件集成在一起的動態信號分析儀。

（1）頻譜分析儀

頻譜分析儀大多有兩個輸入通道。數據采集系統的每個通道由放大器、抗混疊濾波器、采樣/保持器和模數轉換器組成。頻譜分析儀核心運算時FFT和加窗處理，大多由數字信號處理器（DSP）實現。功率譜估計和各種平均運算等，則由浮點運算處理器（FPP）完成。

頻譜分析儀的主要功能是對噪聲信號進行時域和頻域分析。時域分析包括瞬態時間波形、平均時間波形、自相關函數、互相關函數、脈沖響應函數等；頻域分析包括線性譜、1/3倍頻程譜、功率譜、互功率譜密度、頻率響應函數、相干函數等。

如圖27-12-8所示，只要配有聲強探頭（p—p形式），就可以利用頻率分析儀來計算聲強值。

（2）動態信號分析儀

動態信號分析儀除了數據采集和信號分析外，還具有多功能信號發生器，見圖27-12-9。動態分析儀與頻譜分析儀相比，有以下優點。

①可實現多通道測試。頻譜分析儀一般只有兩個輸入通道，而動態信號分析儀的輸入可以達到16～48通道，甚至更多，信號輸出可以有1～4個通道。

②硬件配置靈活。板卡式、機箱式的硬件，使得可以任意選擇不同類型輸入信號的通道配置方案。

③分析功能易于擴展。基于計算機軟件的動態分析系統的功能可以進一步開發，隨著測試技術的發展和要求的變化，可以增加新的軟件模塊，甚至用戶自己開發。

噪聲測試中測點通常較多，特別是在聲陣列測試中要求多個甚至是幾十個傳聲器，而且實時分析的要求也越來越高，需要分析的函數功能也越來越多，所以動態信號分析儀在噪聲測試中應用得越來越廣泛。

12.2.6　聲校準器

電容傳聲器的校準，按照精度要求，大致可以分為兩類：第一類是精確校準方法，也是絕對校準方法，采用互易校準技術，只在個別高級精密實驗室才能完成這類校準；第二類是工程實用校準方法，采用校準器產生的聲壓做參考標準，雖精度沒有第一類高，但足以滿足工程測量精度，因此廣泛被一般實驗室和工程試驗實際采用。校準器有活塞發生器和聲級校準器兩種，見表27-12-9。

12.3　噪聲測量方法

12.3.1　聲級測量

12.3.1.1　試驗目的

工業噪聲的現場測量往往用便攜式的聲級計來進行，在實驗室測量除了用聲級計外，還可以用傳聲器與動態信號分析儀組成噪聲測量系統，測試噪聲聲級，并可進行頻譜分析，得到噪聲源的各頻率分量。按此找出主要聲源，借以提出改進措施或選用合適的噪聲控制方法。

12.3.1.2　試驗原理

噪聲測量系統見圖27-12-10。用傳聲器接受聲源輻射的聲壓信號，并轉換成電壓信號。經放大、濾波等調理后，可以用示波器直接看聲壓信號的變化，也可以用信號分析儀記錄聲壓信號并進行實時分析。這樣的系統，做成專用的儀器，就是聲級計。

12.3.1.3　測點選擇

現場測量時，按照噪聲源的形狀和大小，決定測量位置和點數，一般要求前后左右上，分別測量五點，或按照有關機械設備的噪聲測試標準進行。若機器尺寸大于1m，傳聲器布置在距離機器表面1m處；若機器尺寸小于1m，則傳聲器布置在距離機器表面0.5m處。可用三腳架固定傳聲器，以避免測量時人體反射的影響。

12.3.1.4　測試內容

（1）穩態噪聲測量

穩態噪聲的聲壓級用聲級計測量。對于起伏小于3dB的噪聲可以測量10s時間內的聲壓級；如果起伏大于3dB但小于10dB，則每5s讀一次聲壓級并求出平均值：

　　（27-12-6）

對于N個分貝數非常接近的聲壓級求平均，可以根據下面的近似公式求平均值：

　　（27-12-7）

A聲級是A計權聲壓級，是噪聲的主觀評價指標之一，可以用A計權網絡直接測量，也可以由測得的倍頻程或1/3倍頻程聲壓級轉換為A聲級，轉換公式如下：

　　（27-12-8）

式中　R_i——測得的1/3倍頻程聲壓級；

Δ_i——校正值，由表27-12-10給出。

（2）非穩態噪聲測量

對于不規則噪聲，可以測量聲壓級的時間-頻率分布特性，具體包括：最大值、最小值、平均值；聲壓級的統計分布；等效連續聲級和噪聲的頻譜分布。

測量聲壓級的時間分布特性時，可每隔5s讀一次聲壓級，獲得100個數值，可以計算出最大值、最小值、平均值以及累計百分聲級，如L₁₀、L₅₀、L₉₀等。

等效連續A聲級的計算公式如下：

　　（27-12-9）

式中　T——測量的總時間（s）；

L_A——瞬時A聲級，dB（A）。

測量聲壓級的頻率特性，可以用倍頻程或1/3倍頻程聲壓級譜來表示。

（3）脈沖噪聲測量

脈沖噪聲是指大部分能量集中在持續時間短于1s而間隔時間長于1s的猝發噪聲。脈沖噪聲對人的影響通常是能量而不是峰值、持續時間和脈沖數量。因此，對連續的猝發聲應該測量聲壓級和功率，對于有限數目的猝發聲則測量暴露聲級。

12.3.2　聲功率測量

12.3.2.1　試驗目的

聲壓或聲壓級可以衡量噪聲能量的大小，但聲壓或聲壓級與測量距離有關，因此不利于相互比較。為此，國際和國內都用聲功率來衡量機器噪聲量級的大小。所以，掌握聲功率的測量方法是噪聲測試重要的內容。

12.3.2.2　試驗原理

機器輻射的聲功率在穩定工況下是恒定的，用聲功率來表示機械設備的噪聲大小比較合理，而且也便于對不同機器進行比較。

ISO 3741～ISO 3746和國家標準詳細規定了機器噪聲聲功率的測試方法。有在消聲室測定的方法，也有在混響室測定的方法，還有在現場用的工程法和簡易法。對于某一種產品，各個國家相關工業部門也制定了各種產品的聲功率測定標準，如冰箱、空調、電動工具等。因此，聲功率測量方法已經形成規范，但歸納起來為標準聲源法和包絡面法兩種方法。

（1）標準聲源法

標準聲功率源是一種專用的聲源，它能在一定的頻帶內輻射比較均勻的聲功率譜。

首先，把標準聲源放在消聲室中進行標定，由于消聲室內的聲場為自由聲場，聲壓級與聲功率級有如下關系：

　　（27-12-10）

式中　L_p——聲壓級，dB；

L_w——聲功率級，dB；

r——離開聲源的距離，m。

只要測得離標準聲源一定距離r處的平均聲壓級L_p，就可獲得標準聲源的聲功率級。一般標準聲功率源在產品出廠時已經經過了測試，L_w已知，所以這一步可以省略。

然后，在現場，測出離被測機器一定距離r處的平均聲壓級L'_p；再搬走被測機器（若被測機器不能移動，允許將標準聲源放在被測機器上面）；把標準聲源放在被測機器同一位置上，使標準聲源代替機器發聲。測得離標準聲源r距離處的平均聲壓級L_p，由于環境條件相同，被測機器的聲功率級：

　　（27-12-11）

式中　L'_p——距被測機器r處平均聲壓級，dB；

L_p——距標準聲源r處平均聲壓級，dB；

L_w——標準聲源聲功率級，dB。

（2）包絡面法

包絡面法已納入國家標準，包括精密法、工程法和簡易法三種。其中精密法適用于半消聲室和消聲室內測試，而工程法和簡易法適用于現場測試。現把三種標準列表如表27-12-11所示。

包絡面是一種假想的包圍聲源的表面，由于聲源大小和形狀不同，可以分為兩種包絡面：半球面和矩形六面體。對于小型機器設備，優先選用半球面。測量點布置在包絡面上。

12.3.2.3　測點布置

1）當包絡面選擇半球面時，測點的布置見圖27-12-11，半球面半徑R為2～5倍被測聲源尺寸，通常不應小于1m。

測出各點的A聲級，然后按公式計算聲功率級，計算公式如下：

　　（27-12-12）

　　（27-12-13）

式中　——各測點A聲級，dB（A）；

K₁——背景噪聲修正值；

K₂——環境噪聲修正值；

S——測量表面面積，m²；

S₀——基準面積，取S₀=1m²。

其中，背景噪聲修正值K₁，可根據表27-12-1計算；環境噪聲修正值K₂，可根據公式K₂=10lg（1+4/AS^-1）計算， A=0.161V/T₆₀，V為房間體積，S為房間吸聲面積，為混響時間。

2）當測量表面選擇矩形六面體時，測點布置見圖27-12-12。圖中參考箱是恰好罩住待測聲源的假想矩形體，其長、寬、高分別是2a、2b、c，并且2a=l₁+2d，2b=l₂+2d，c=l₃+d。距離d通常取1m，l₁、l₂、l₃分別是參考箱的長、寬、高，基本測點是如圖27-12-12所示的9點，如相鄰測點之間聲壓級變化較大時，應增加測點。

12.3.3　聲強測量

12.3.3.1　試驗目的

聲強測量具有受環境影響小的優點，不像聲壓測量受環境的影響（背景噪聲、反射聲）較大，因此聲強測量能夠有效地解決許多現場聲學測量問題，成為噪聲研究的一種有力工具。

聲強測量的主要應用有以下幾個方面。

①用分布測點法現場測試聲源的聲功率。

②用掃描法現場測試聲源的聲功率。

③辨識聲源。

④測試材料的聲阻抗率和吸聲系數。

⑤測試聲能傳遞損失。

⑥測試振動表面聲輻射效率。

12.3.3.2　試驗原理

聲能流密度w，定義為

　　（27-12-14）

式中　p——聲場中該質點聲壓，Pa；

u——聲場中該質點振速，m/s²。

聲場中任意一點的聲波強度稱為聲強，等于通過與能流方向垂直的單位面積的聲能量的時間平均值，通常用符號I表示，其單位為W/m²。

　　（27-12-15）

聲能流密度實際上是聲強的瞬時值，即w=I（x，t）。

聲強級L_I，定義為

　　（27-12-16）

式中　I——待測聲強；

I₀——基準聲強，I₀=10^-12 W/m²。

瞬時聲強是瞬時聲壓和瞬時質點振度的乘積，聲壓可以用傳聲器測量，而質點速度只能間接測量近似估算。根據質點振度的測量方法，聲強測量技術可以分為兩大類：一類是將傳聲器和直接測量質點振速的傳感器相結合，簡稱p-u法；另一類是雙傳聲器法，簡稱p-p法。

（1）p-u法

這種聲強探頭有兩對超聲波發射器S，可同時發射兩個方向平行但方向相反的超聲波波束，并在等距離處有各自的接收器R，探頭中心裝有傳聲器M，如圖27-12-13所示。當在同向上存在聲波時，兩個接收器所收到的信號存在相位差，可以測出質點振速，傳聲器測聲壓，兩者相乘后可以得到瞬時聲強，在求時間的平均值可以得到有功聲強。

設超聲波發射器和接收器之間的距離為d，沒有聲波時超聲波由發射到接收所經歷的時間為t₀=d/c₀。若存在聲波，其質點速度為u_x，則兩個超聲波束所經歷的時間各自變成

　　（27-12-17）

　　（27-12-18）

兩超聲波束到達接收器時的相位差為：

　　（27-12-19）

式中　ω_n為超聲波角頻率，當u_x?c，式（27-12-19）可簡化為：

　　（27-12-20）

由此可以計算出質點振速：

　　（27-12-21）

目前市場上已經開發出體積較小的p-u探頭，能夠滿足實際測量的需求。

（2）p—p法

聲場中某點的質點速度可以通過兩個傳聲器組成的探頭來測量。圖27-12-14所示就是典型的面對面式雙傳聲器探頭。

兩傳聲器A和B之間有一小段距離d，兩傳聲器測出的聲壓分別是p_A（t）和p_B（t）。聲波傳播方向上，質點速度與聲壓梯度的積分成正比，即

　　（27-12-22）

則

　　（27-12-23）

式中　ρ₀——空氣密度。

當d遠小于波長λ時，可以近似地改寫成，于是上式可改寫成

（27-12-24）

兩傳聲器之間中點的聲壓可以認為是p_A（t）和p_B（t）的平均值

　　（27-12-25）

則x方向上測量點的瞬時聲強為

　　（27-12-26）

取其時間平均就可以得到x方向上的有功聲強：

　　（27-12-27）

當?_A-?_B很小時，

　　（27-12-28）

對于噪聲控制，平均聲強在頻域上的譜分析也非常重要，所以聲強測量儀器需要將時域信號變換成頻域信號。聲壓p和質點振速u之間的互相關函數是：

（27-12-29）

平均聲強：

（27-12-30）

S_pu（ω）簡稱互譜，它表示平均聲強的頻率分布。S_pu（ω）是個復數，其實部是偶函數，代表有功聲強；虛部是奇函數，代表無功聲強，其積分為零。G_pu（ω）是S_pu（ω）的單邊譜，則有：

　　（27-12-31）

當使用p-u探頭進行測量時，根據式（27-12-30），只需要將測得的p（t）及u（t）信號，輸入雙通道FFT分析儀，就可直接得到所測方向的I（ω）。設p（t）和u（t）的傅里葉變換分別是P（ω）和U（ω）， 由式（27-12-24），有

　　（27-12-32）

由式（27-12-34），有

　　（27-12-33）

（27-12-34）

也就是說，用p-p探頭進行測量時，只要得到兩個聲壓互譜的虛部，就得到有功聲強的頻率分布I（ω）。總的平均聲強為：

　　（27-12-35）

12.3.3.3　雙傳聲器探頭

在p—p法中由兩個傳聲器組成的聲強探頭是聲強測量系統的重要組成部分，通常有四種形式：并列式、順置式、背靠背式和面對面式。如表27-12-12所示。

兩個傳聲器應具有相同相位響應以及平直的頻率響應曲線。正確選擇兩傳聲器之間的間距d對測量精度有很大影響。表27-12-13 給出了不同間距的聲強探頭的頻率響應。從表中可以看出，間隔越小，上限頻率越高，下限頻率也越高。

一種特制的“在位”校準的雙靜電激發器結構，可以在整個頻率和靈敏度范圍內同時校準兩個傳聲器，也可以利用活塞發生器或其他聲源在專門耦合腔內進行校準。

12.3.3.4　聲強信號處理方法

雙傳聲器聲強測量儀的信號處理方法可以分為用模擬電路的直接法和用FFT計算的間接法兩種，見表27-12-14。

12.3.4　聲品質評價

12.3.4.1　評價目的

數十年來，在機電設備噪聲的聲學測量工作中，過去主要考慮對人耳聽力的影響，A聲級是最主要的評價量，所以降低A聲壓級是主要的噪聲控制指標。但是，由于聲音物理特性和人體主觀感知的差異性，具有相同A聲級的噪聲由于頻譜結構的差異，引起人耳聽覺感受也不同。例如傳統的車內噪聲評價主要是A聲級，但是人們發現，相同聲壓級的噪聲經常給人不同的聽覺體驗，單用A聲級不能客觀地反映車內噪聲給人的聽覺感受，還需要考慮頻譜特性、時域特性、人耳對聲音的各種反應等。所以聲學工程師提出了車內聲品質的概念，成為評價聲音適宜性的主要指標。

聲品質是一種主觀判斷的結果。當聲音產生了一種令人不悅的、煩惱的聽覺感受時，我們就說聲品質不好，或者說聲品質和產品不協調。相反，如果聲音產生了令人愉悅的聽覺感受，或者與產品有積極的聯系，我們就說起聲品質好。聲品質反映了人對噪聲的主觀感受，對產品使用者的購買心理起到了越來越關鍵的作用，尤其在汽車領域，研究車內聲品質，改善車內聲品質，提高汽車乘坐舒適性和市場競爭力，日益受到汽車界的高度重視。聲品質的研究，實際上提出了現代噪聲控制的全新概念，即噪聲控制不僅要降低噪聲的聲壓級，還要能夠調節產品的聲音特性，消除總體噪聲中令人煩躁的成分，保留令人愉悅的成分，使得產品符合消費者主觀感受的要求。聲品質的準確評價是聲品質改進和設計的前提基礎。

評價聲品質的方法有兩種：客觀評價和主觀評價。客觀評價通過試驗測量并分析車品質評價指標：響度、尖銳度、抖動度、粗糙度等；主觀評價試驗組織多名評價人員在實驗室內通過監聽噪聲樣本，利用打分或對比的方法評價噪聲樣本，運用統計的數學方法獲得主觀評價結果。

12.3.4.2　客觀評價

（1）響度

人耳對聲波響度的感受，不僅和聲壓相關，也和頻率相關，聲壓級相同而頻率不同的聲音聽起來可能不一樣響。為了既考慮到聲音的物理量能量，又考慮到人耳對聲音的生理感受，提出了響度級的概念，單位為方（phon）。使用等響度實驗方法，以1000Hz某一聲壓級的聲壓為基準，進行不同頻率的響度對比，可以提出不同頻率、不同聲壓級的等響度曲線，見圖27-12-15。

響度級雖然定量地確定了響度感受與聲壓級、頻率的關系，但是卻未能確定這個聲音比那個聲音響多少。為此，1947年國際標準化組織采用了一個與主觀感受成正比的參量：響度（loudness），單位宋（sone），符號為N，并規定響度級40方為1宋。經實驗得到，響度與響度級的關系為：

　　（27-12-36）

式中，N是響度（宋）；L_N是響度級（方）。

考慮了時域特性的響度計算目前還沒有統一的國際標準。關于穩態噪聲的響度計算，國際標準ISO 532規定了A、B兩種計算方法，均考慮了不同頻率噪聲之間的掩蔽效應。A方法：由斯蒂文斯（Stevens）提出，詳細內容參見標準ISO 532-A-1975和ANSIS 3.4-1980。它以倍頻程帶或1/3倍頻程聲壓級數據為基準，適用于具有光滑、寬頻帶頻譜的擴散聲場。此方法根據實驗得出等響度指數曲線，見圖27-12-16。

對帶寬掩蔽效應考慮了計權因素，認為響度指數最大的頻帶貢獻最大，而其他頻帶由于最大響度指數頻帶聲音的掩蔽，它們對總響度的貢獻應乘上一個小于1的修正因子，這個修正因子和頻帶寬度的關系見表27-12-15。

具體的計算方法為：①測出頻帶聲壓級（被頻帶或1/3被頻帶）；②從圖27-12-16上查出各頻帶聲壓級對應的響度指數；③找出響度指數中的最大值S_m，將各頻帶響度指數總和中扣除最大值S_m，再乘以相應帶寬修正因子F，最后與S_m相加即可計算響度，用數學表達式可表示為：

　　（27-12-37）

B方法：由茨威格（Zwicker）提出，詳細內容參見ISO 543B。使用1/3倍頻程作為基礎數據，引入特征頻帶對人耳的掩蔽效應修正，適用于自由聲場或擴散聲場。由于臨界頻帶對響度計算有很大影響，因此在構造響度模型時，把激勵聲壓級對臨界頻帶率（critical band ratio）模式作為基礎，將總響度看作是特征響度臨界頻帶率的積分。可將B方法的計算過程歸納為以下四個步驟。

①求各臨界頻帶的總聲壓級　人耳的頻率選擇特性是通過臨界頻帶濾波器來模擬的，由于300Hz以上1/3倍頻程與臨界頻帶比較接近，常用其代替臨界頻帶濾波器，對于300Hz以下的低頻兩者差別較大，解決的辦法就是把中心頻率25～80Hz、100～160Hz和200～250Hz分別合并為一個臨界頻帶，如表27-12-16所示。

除進行頻帶修正外，對中心頻率f_T小于250Hz的1/3倍頻帶聲壓級L_T還需要依據等響曲線表27-12-17進行修正，ΔL為修正值。在以上修正的基礎上，得到各臨界頻帶的總聲壓級。

②求各個臨界頻帶的修正聲壓級　將第一步計算得到的各頻帶聲壓級加上外耳和中耳的傳輸因子α₀（表27-12-18），即可得到各臨界頻帶的修正聲壓級L_E。

③求各臨界頻帶的特征響度　根據ISO 532.1975推薦的計算特征響度的計算公式：

　　（27-12-38）

式中，指數e₁為0.25；常數K₁的計算結果為0.0635；L_E為上一步求得的修正聲壓級；L_HS為靜閾值，可根據下式求得：

　　（27-12-39）

④求整個頻帶的總響度　在Bark域上積分特征響度N'可得到噪聲的總響度，即

　　（27-12-40）

另外，在完成第一步工作后，也可以將各臨界頻帶的總聲壓級等效畫在Zwick響度計算曲線（圖27-12-17）上，連接各數據點并求出數據點和橫軸圍成的面積的平均高度，用此高度對照右側的列線圖即可求出噪聲的響度和響度級。

（2）尖銳度

尖銳度（Sharpness）是描述高頻成分在聲音頻譜中所占比例的物理量，反映了人們對高頻聲音的主觀感受。影響尖銳度的因素有窄帶噪聲的中心頻率、帶寬、聲壓級和頻率包絡。

尖銳度的符號是Sh，單位是acum，規定中心頻率為1kHz、寬帶為160Hz的60dB窄帶噪聲的尖銳度為1acum。目前，尖銳度計算還沒有統一的國際標準，常用的尖銳度計算模型有以下幾種。

Zwicker提出的尖銳度模型：

　　（27-12-41）

式中，N為總響度；N'為臨界頻帶z上的特征響度；g（z）為Zwicher依據不同臨界頻帶設置的響度計權函數，其值為：

當z<16時，g（z）=1；

當z≥16時，g（z）=0.066e^（0.171z）。

Aures提出的尖銳度模型：

　　（27-12-42）

Bismarck提出的尖銳度模型：

　　 （27-12-43）

當z<14時，g（z）=1；

當z≥14時，。

（3）抖動度

聲音的時域變化可以使人類聽覺系統形成兩種不同的感覺，即粗糙度和抖動度，這取決于調制頻率。當調制頻率在20Hz以下時抖動占主導地位，其最大值出現在調制頻率為4Hz的時候，調制頻率繼續升高，波動強度下降。影響抖動度的主要因素有調制頻率、調制幅度和聲壓級等。

用4Hz的純音對60dB、1kHz的純音進行100%的幅值調整，此時的抖動度為1vacil。

（4）粗糙度

當調制頻率從15Hz上升到300Hz時，人對抖動度的感覺就變成了對粗糙度的印象，調制頻率為70Hz時人對粗糙度的感覺達到最大值，隨后隨調制頻率的升高而下降。聲音的粗糙特性通常會給人一種不愉快的聽覺感受，影響粗糙度的主要因素有調制頻率、調制幅度和聲壓級等。

用70Hz的純音對60dB、1kHz的純音進行100%的幅值調整，粗糙度為1asper。

12.3.4.3　主觀評價

（1）樣本

傳統的單通道聲信號記錄方式不適合聲品質評價。為了在主觀評價中獲得與實際情況相一致的聲事件感覺，一般會選擇人工頭記錄數據，再使用專業的回放系統播放。人工頭可以對聲音事件進行雙耳記錄，這種記錄基本保持了人耳聽覺感知的所有特性，尤其是空間聽覺特性，這也是在回放中獲得正確聽覺印象的條件。

（2）評價主體

主觀評價實驗中的測聽者稱為評價主體。聲品質主觀評價結果的優劣和評價主體對評價內容和評價方法的理解程度及主體的綜合表現密切相關。因此，主體的選擇和培訓是主觀評價實驗結果可靠性、有效性的保證。

評價主體的數量取決于是否需要進行主體的培訓及評價實驗的難度。理論上主體個數可由測試結果的分布狀況及測量精度確定。具體測量時的主體個數只能根據主觀評價的經驗來確定。研究表明，對于大多數心理聲學評價測試，20名主體就已經足夠了。

對評價主體的構成考慮三個方面的因素。一是在噪聲主觀評價方面的經驗；二是評價主體對評價產品的熟悉程度；三是主體的結構要符合相應的人口統計學規律（如年齡、性別、文化背景、職業、經濟狀況等）。

（3）評價方法

主觀評價的方法很多，主要有排序法、等級打分法、成對比較法、語義細分法等。

①排序法（Rank order）是最簡單的主觀評價方法之一。實驗要求評價主體針對某個或者幾個評價指標（如偏好性、煩惱度等）根據聽到的所有聲音樣本進行排序。聲音樣本是連續播放的。評價過程中，評價者可以根據自身需要對某個聲音樣本進行多次重放。然而，由于排序工作的復雜性是隨著評價樣本數量的增加而增加的，所以樣本數量通常比較少（6個或者更少）。該方法的主要缺點是無法給出具體的比例尺度信息，只能得出聲音A比聲音B更好，但是具體好多少就無從得知了。因此，只有在人們想快速得到某些聲音的簡單比較結果時才用到排序法。

②等級打分法（Rating scales）是評價者在規定的評分范圍內對聽到的聲音進行打分，常用的是1～10級打分。評價中聲音樣本順序播放，且不能重放。因此，該方法簡便快捷，可以直接得到評分結果。但是對于沒有聲學經驗的評價者操作起來比較困難。

③成對比較法（Paired comparison methods）又稱A/B比較法，它是將聲音樣本成對播放，評價者據此做出相關評判。由于評判是相對的，而不是絕對的，評價者可以不用顧忌地做出評價，因此成對比較法很適合無經驗者使用。但該法的一個缺點就是比較對的數量相當大，因為它是按照樣本數量的平方增長的。這就意味著假如有大量的樣本，那么評價勢必會相當冗長，容易引起評價者的疲勞。

④語義細分法（Semantic differential）是讓評價者運用意義相反的形容詞對所聽到的聲音進行等級描述，可以是屬性方面的形容詞（安靜的/響的、平滑的/粗糙的），也可以是主觀印象方面的形容詞（便宜的/昂貴的、有力的/弱的）。把這些形容詞安置在等級的兩端，中間使用一些量度性的副詞，評價者可以根據對聲音的主觀感受做出評判。評價等級可以分為5級、7級或者9級。成對比較法關注聲音的一個屬性（偏好性、煩惱度、相似性等），而語義細分法則可以進行多種屬性的評價。

⑤幅值估計（Magnitude estimation）就是主觀評價實驗中評價主體就聲音的某一特性（例如聲音的喧鬧或者是愉悅程度）給出一個具體的數值。通常情況下對主體所使用的數值范圍沒有限制。與打分法或語義細分法相比，這種方法的優點是主體不需要考慮評分越界的問題。 而其主要的缺點則是不同的主體可能會給出差異巨大的估計結果。解決這一問題的關鍵是對評價主體進行良好的培訓。起初，主體完成幅值估計這一任務會比較困難，在正式評價之前必須讓他們經過一段時期的試驗和練習，因此這種方法更適合于那些專家級的評價者。

12.3.5　聲成像測試

聲成像測試技術可以對設備聲輻射進行照相，用圖像的方式直觀地顯示聲源的位置和強度，是近年來噪聲源辨識領域的研究熱點。目前，聲成像測試技術已經日趨成熟，工程應用也日益增多。聲成像測試技術是基于傳聲器陣列的測試方法，根據成像原理劃分，有近場聲全息（near-field acoustic holography，NAH）、波束成型陣列測量（beam forming）等技術。

12.3.5.1　波束成型陣列測試技術

Beamforming是基于傳聲器陣列的指向性原理的一種聲成像技術。該技術假設所需辨識的聲源由位于某個已知平面上的一系列非相干的分布點源組成，各傳聲器的輸出乘以相應的時延與權重函數后相加（稱為延遲求和算法），從而獲得某個特定方向傳來的聲音。

軌道交通噪聲常用的測量傳聲器陣列形式包括線型陣列，X形陣列，環形陣列， L形陣列，星形陣列，平面陣列，球面陣列等。根據分辨率的要求，所需的傳聲器數量從十幾到幾十不等。Beamforming技術重建的分辨率受到最高分析頻率對應的聲波波長的限制，無法分辨半波長內的聲源。Beamforming在測量過程中無需移動傳聲器陣列，通過適當的數據處理算法可以使傳聲器陣列聚焦在固定的聲源位置，并對需要的聲源范圍進行掃描獲得聲源的分布，實現聲源輻射成像，適合于分析中高頻噪聲源的定位問題，尤其適合研究高速運動的噪聲源定位，如飛機起飛降落噪聲、汽車及軌道列車的通過噪聲等。常用Beamforming陣列及其工程應用如圖27-12-18所示。

12.3.5.2　近場聲全息測試技術

NAH利用傳聲器陣列在包圍源的全息測量面上測量復聲壓信息，然后借助源表面和全息面之間的空間場變換關系，由全息面聲壓重建源面或其他重建面處的聲場信息，如聲壓、法向振速及聲強等。常見的重建算法有空間傅里葉變換、邊界元法、波疊加法及HELS方法等。由于NAH在緊靠聲源的測量面上（距離小于半波長）記錄全息數據，因而它不僅能接收到傳播波，還能接收到隨垂直于源面方向上的距離很快衰減的“倏逝波”成分，因此，其重建的分辨率不受輻射聲波波長的限制。

NAH采用的傳聲器陣列有平面、柱面及任意形曲面等面陣列。NAH具有很高的辨識精度，遠高于Beamforming技術，但是存在以下缺陷：

①需要很多的測量通道。該技術要求傳聲器間距小于最高分析頻率對應的半波長，同時，要求全息面必須完整的包圍源面，當聲源尺寸很大，或輻射噪聲頻率較高時，所需測量通道通常多達數百個。為了減少測量通道的數目，可以采用陣列掃描技術，即采用少數傳聲器組成子陣列在測量面上逐步移動以完成聲壓測量，但是，需要尋找合適的參考聲源。

②難以分析運動聲源。因此，NAH適合于中低頻（100Hz～2kHz）的小型或中型非運動聲源的精細聲學成像，如發動機、壓縮機、輪胎、小型飛機機艙等。常用NAH陣列及其工程應用如圖27-12-19所示。