声学基础参数

20 条

声压

Sound Pressure p / Pa

声波在介质中引起的压强相对于静压的起伏量。人耳可闻的基准声压为 20 μPa。

声压级

Sound Pressure Level (SPL) L_p / dB

声压与基准声压之比的对数量度:L_p = 20·lg(p/p₀),p₀ = 20 μPa。工程中最常用的噪声表征量。

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声功率

Sound Power W / W

声源单位时间向外辐射的总声能,是声源自身固有属性,不随测点位置变化。

声功率级

Sound Power Level L_W / dB

L_W = 10·lg(W/W₀),基准声功率 W₀ = 1 pW(10⁻¹² W)。用于声源之间的横向对比。

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声强

Sound Intensity I / (W/m²)

单位面积上通过的声功率,为矢量,具有方向性。声强法可在非消声环境下测定声功率。

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A 计权

A-weighting dB(A)

模拟人耳对 40 方等响曲线响应的频率计权网络,对低频大幅衰减。环境噪声与厂界噪声评价的默认计权。

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C 计权

C-weighting dB(C)

低频衰减很小的计权网络,用于高声级、峰值声级及低频噪声评价。

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Z 计权

Z-weighting (Zero) dB(Z)

平直频率响应(不计权),用于频谱分析与原始数据记录。

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等效连续 A 声级

Equivalent Continuous A-weighted SPL L_Aeq,T / dB(A)

在规定时间 T 内,与起伏噪声能量相等的稳态声级。中国环境噪声标准的核心评价量。

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昼夜等效声级

Day-Night Sound Level L_dn / dB(A)

将夜间(22:00–06:00)声级加 10 dB 惩罚后与昼间能量平均,用于机场等长期噪声评价。

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最大声级 / 峰值声级

Maximum / Peak Sound Level L_max / L_peak

L_max 为测量时段内的最大有效值声级;L_peak 为瞬时峰值声压级(常用 C 计权),用于冲击噪声评价。

累积百分声级

Percentile Sound Level L10 / L50 / L90

在测量时段内超过该声级的时间占比分别为 10%/50%/90%。L90 常近似作为背景噪声。

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倍频程 / 1/3 倍频程

Octave / One-third Octave Band Hz

倍频程上下限频率比为 2:1,1/3 倍频程为 2^(1/3):1。频谱分析与降噪设计的标准频带划分。

混响时间

Reverberation Time T60 / RT / s

声源停止后,室内声能密度衰减 60 dB 所需的时间,是室内音质与吸声设计的关键指标。

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吸声系数

Sound Absorption Coefficient α

被材料吸收的声能与入射声能之比,取值 0–1。降噪系数 NRC 为 250/500/1000/2000 Hz 的算术平均。

隔声量 / 计权隔声量

Sound Reduction Index R / R_w / dB

构件对空气声的隔绝能力,R = 10·lg(1/τ)。R_w 为按参考曲线计权的单值评价量。

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计权标准化声压级差

Weighted Standardized Level Difference D_nT,w / dB

现场测量的房间之间隔声性能单值评价量,已对接收室混响时间做标准化修正。

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撞击声隔声

Impact Sound Insulation L_n,w / dB

楼板受标准打击器撞击时,接收室的计权规范化撞击声压级,数值越小隔声越好。

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响度 / 响度级

Loudness / Loudness Level sone / phon

反映人耳主观音量感受的心理声学量。1 sone = 40 phon = 1 kHz 纯音 40 dB。

声品质参数

Sound Quality Metrics acum / asper / vacil

尖锐度(Sharpness)、粗糙度(Roughness)、抖动度(Fluctuation Strength)等,用于评价噪声的主观烦恼度而非单纯响度。

振动参数与分析

16 条

位移 / 速度 / 加速度

Displacement / Velocity / Acceleration μm / (mm/s) / (m/s²)

振动三要素,互为微积分关系。低频关注位移,中频关注速度,高频关注加速度。

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振动烈度

Vibration Severity mm/s (RMS)

10–1000 Hz 频带内振动速度的均方根值,是旋转机械状态评价的标准指标(A/B/C/D 区)。

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均方根值

Root Mean Square (RMS) —

信号能量的有效值度量,与振动能量直接相关,是振动烈度评价的基础统计量。

峰值因数

Crest Factor —

峰值与 RMS 之比。轴承早期点蚀等冲击性故障会使峰值因数显著上升。

固有频率

Natural Frequency f_n / Hz

结构自由振动的频率,由质量与刚度决定:f_n = (1/2π)·√(k/m)。

阻尼比

Damping Ratio ζ

实际阻尼与临界阻尼之比,决定共振峰高度与衰减速度。半功率带宽法:ζ = Δf/(2f_n)。

共振

Resonance —

激励频率接近固有频率时响应急剧放大的现象,是振动故障与结构噪声的首要成因。

模态分析

Modal Analysis —

识别结构固有频率、阻尼比与振型的方法,分为试验模态(EMA)与计算模态(FEA)。

频响函数

Frequency Response Function (FRF) H(f)

输出响应与输入激励的复数比值,是模态参数识别的基础数据。

传递率

Transmissibility T

隔振系统输出与输入的幅值比。仅当频率比 f/f_n > √2 时才有隔振效果(T < 1)。

隔振效率

Isolation Efficiency η / %

η = (1 − T) × 100%,工程隔振设计的直接目标量。

动刚度

Dynamic Stiffness N/m

结构在动态激励下的刚度特性,随频率变化,是隔振元件与车身 NVH 设计的关键参数。

振动加速度级

Vibration Acceleration Level VAL / dB

以 10⁻⁶ m/s² 为基准的加速度对数量度,用于环境振动评价。

阶次分析

Order Analysis 阶次

以转速的倍数(阶次)而非绝对频率描述频谱,适用于变转速旋转机械的噪声与振动溯源。

坎贝尔图

Campbell Diagram —

转速–频率–幅值三维图,用于识别转速相关阶次成分与共振穿越点。

工作变形分析

Operating Deflection Shape (ODS) —

在实际工况激励下测得的结构变形分布,不分离模态,直观显示振动最剧烈的部位。

信号处理

10 条

快速傅里叶变换

Fast Fourier Transform (FFT) —

将时域信号转换为频谱的高效算法,是噪声振动频域分析的基础工具。

频率分辨率

Frequency Resolution Δf / Hz

Δf = 1/T = f_s/N。采样时长越长,分辨率越高;与实时性存在取舍。

窗函数

Window Function —

Hanning(通用)、Hamming、Flattop(幅值精度高)、矩形窗(瞬态信号)。用于抑制截断带来的频谱泄漏。

频谱泄漏

Spectral Leakage —

信号非整周期截断导致能量向邻近谱线扩散的现象,通过加窗抑制。

混叠 / 奈奎斯特频率

Aliasing / Nyquist Frequency f_s/2

采样率不足时高频成分伪装为低频。必须配抗混叠低通滤波器,工程上取 f_s ≥ 2.56 f_max。

平均处理

Averaging —

线性平均(降随机噪声)、指数平均(跟踪时变)、峰值保持(捕捉极值)三种常用模式。

相干函数

Coherence Function γ² (0–1)

衡量输出与输入的线性因果程度。γ² < 0.8 时 FRF 数据可信度低,提示存在噪声或非线性。

功率谱密度

Power Spectral Density (PSD) (单位)²/Hz

单位带宽内的信号功率,用于随机振动描述,其值不随分析带宽变化。

包络解调

Envelope Analysis / Demodulation —

提取高频共振带的调制包络后再做 FFT,是滚动轴承早期故障诊断的标准方法。

倒频谱

Cepstrum —

对对数功率谱再做傅里叶变换,用于识别谐波族与边频带间隔,常用于齿轮箱诊断。

噪声与振动控制技术

10 条

吸声

Sound Absorption —

利用多孔材料、共振结构将声能转化为热能,主要降低混响声,对直达声无效。

隔声

Sound Insulation —

利用质量定律阻挡声波透射。单层墙面密度每增加一倍,隔声量约提高 6 dB。

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消声器

Silencer / Muffler —

阻性(吸声材料,宽频中高频)、抗性(膨胀腔/共振腔,低频窄带)、复合型三类,用于管道气流噪声。

隔声罩

Acoustic Enclosure —

将声源整体封闭的降噪措施,需同步解决散热、观察与检修开口的声桥问题。

声屏障

Noise Barrier —

阻断声传播路径的构筑物,降噪量取决于菲涅尔数(绕射路程差与波长之比)。

阻尼处理

Damping Treatment —

自由阻尼层(FLD)与约束阻尼层(CLD),抑制薄板结构的弯曲振动与声辐射。

动力吸振器

Tuned Mass Damper (TMD/DVA) —

附加质量–弹簧–阻尼子系统,调谐至目标频率以吸收主结构共振能量。

主动噪声控制

Active Noise Control (ANC) —

产生反相声波抵消原噪声,对低频(<500 Hz)效果显著,广泛用于车载与耳机。

声学超材料

Acoustic Metamaterial —

通过亚波长人工微结构实现负等效模量/密度,可在薄结构上实现低频强吸收或隔离。

插入损失 / 传递损失 / 降噪量

Insertion Loss / Transmission Loss / Noise Reduction IL / TL / NR / dB

IL:加装降噪措施前后同一点声级差;TL:构件入射与透射声功率级差;NR:声源室与接收室声压级差。三者定义不同,不可混用。

标准与测量术语

9 条

声环境功能区

Acoustic Environment Functional Zone 0–4 类

按区域用途划分的噪声限值分区:0 类(康复疗养)最严,4 类(交通干线两侧)最宽。

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厂界环境噪声

Industrial Enterprise Boundary Noise dB(A)

工业企业厂界处的噪声排放限值,按所在功能区分类考核,并对偶发/周期噪声设最大声级限值。

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社会生活噪声

Social Life Noise dB(A)

营业性文化娱乐、商业经营等场所边界噪声排放限值,含结构传播固定设备室内限值。

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昼间 / 夜间

Daytime / Nighttime —

中国标准通常取昼间 06:00–22:00、夜间 22:00–06:00,地方可依法另行规定。

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声级计等级

Sound Level Meter Class Class 1 / Class 2

1 级用于精密测量(实验室与仲裁),2 级用于常规现场测量,二者允差不同。

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声校准器

Acoustic Calibrator 94 / 114 dB

测量前后对声级计施加已知声压的校准设备,前后偏差通常应 ≤ 0.5 dB,否则测量无效。

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背景噪声修正

Background Noise Correction dB

当被测声级与背景噪声差值为 3–10 dB 时需按规定修正;差值 < 3 dB 时测量结果无效。

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测点布置

Measurement Position —

厂界测点一般距边界 1 m、高度 ≥ 1.2 m;室内测点距墙面与窗户不小于 1 m,避开驻波区。

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测量不确定度

Measurement Uncertainty dB

由仪器、环境、气象、操作等因素引入的分散性。等级法(Grade 1/2/3)对应不同不确定度要求。

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消声器与管道噪声控制

12 条

本栏目术语依据 GB/T 20431—2006《声学 消声器噪声控制指南》(等同采用 ISO 14163:1999)的词汇与性能指标整理;其中「消声器」「插入损失/传递损失」已在其他栏目收录,此处不再重复,仅补充标准明确定义的消声器类型与专属性能指标。

阻性消声器

Dissipative Silencer —

利用多孔/纤维吸声材料将声能经黏滞摩擦与热传导转化为热能而耗散,对宽频中高频噪声消声效果好;高流速下纤维易被吹失、堵塞而失效。

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抗性消声器

Reactive Silencer —

依靠管道截面突变、扩张腔或共振腔使声波发生反射、干涉而衰减;频带选择性强、对低频有效,不依赖吸声材料,耐温、耐腐蚀,但流阻较大。

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共振式消声器

Resonator Silencer —

由旁接密闭腔(赫姆霍兹共振器)或 1/4 波长管构成,对某一中心频率附近的声波强吸收,频带窄,常用于针对性地消除低频峰值噪声。

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阻抗复合式消声器

Impedance Composite Silencer —

串联或并联阻性段与抗性段,兼顾中高频与低频,宽频带消声、消声量大;但结构复杂、压力损失较大、内部清洗与更换吸声材料较困难。

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吹放消声器

Blow-off Silencer —

用于高压气体放空/排气释放,通过小孔喷注、多孔扩散或节流降压降低出口流速,从而减少辐射噪声;也称排气放空消声器。

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微穿孔板消声器

Microperforated-plate Silencer —

以孔径小于 1 mm 的金属薄板(穿孔率约 1%–3%)+ 背腔构成全金属无纤维结构,中频有效,耐高温、耐腐蚀、可水洗,适用于洁净度要求高的场合。

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插入声压级差

Insertion Sound Pressure Level Difference (Dip) D_ip / dB

在指定受声点处安装消声器前后的声压级之差;与插入损失(IL)的区别在于它明确指定了具体的受声位置,更贴近现场评价。

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传播损失(轴向衰减)

Propagation Loss (dB/m) dB/m

声波在管道系统内单位长度(每米)的声衰减,描述管道本身的轴向衰减率,与端部插入损失概念不同,常用于管道声学设计。

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出口反射损失(末端反射损失)

Outlet / Termination Reflection Loss —

管道末端(出口)对声波的反射特性;会干扰传声损失的准确测量,需要在数据处理时加以修正。

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再生噪声(气流再生噪声)

Regenerated Sound / Flow Noise L_w / dB

气流流经消声器内部因湍流、涡旋等产生的附加噪声,用倍频带声功率级表示;高流速下再生噪声可能抵消消声量,甚至使出口噪声高于进口。

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压力损失

Pressure Loss (Δp_t) Δp_t / Pa

气流通过消声器的全压降:Δp_t = (ζ+Δζ)·ρv²/2(ζ 为阻力系数、ρ 为气体密度、v 为流速);选型时须与供应商约定上限以免增加系统背压。

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截止频率

Cut-on Frequency f_c / Hz

管道中平面波假设失效、高阶模态出现的最低频率:圆管 f_c ≈ 0.57·c/D,矩形管 f_c ≈ 0.5·c/H(c 为声速、D/H 为截面尺寸);高于此频率消声器性能下降。

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