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原创丨汽车NVH试验信号处理_2声学介绍

本系列以NVH试验信号处理为主线,逐步介绍NVH试验中经常用到的信号处理知识,希望能为广大的NVH试验工程师提供有用的参考,本篇我们介绍一些声学知识。

声音是由于物体振动产生的,大家初中物理就学习过,只有振动的物体才能产生声音。发出声音的物体我们称之为声源,为了准确的表达声音的传播,这里就必须要引入声波的概念,物体振动带动周边粒子振动,周边粒子振动带动远处粒子振动,这样会使声音传播到很远的地方,这个过程跟我们把石头块投入到湖面产生一圈圈波纹基本类似。

图1 纵波与横波

从上图中我们可以看到两种经典的波传播方式,横波是质点的振动方向与波的传播方向垂直,看起来跟正余弦曲线类似,我们可以看到明显的波峰波谷以及波长和周期。但是声波的传播方式在这里属于纵波,因为声波中质点的振动方向与传播方向平行。在纵波中,我们会看到不同的区域质点较密,不同的区域质点较疏,这样我们也能明显的看到指相邻两个密部或疏部之间代表的波长和周期。经典的例子是敲锣时,锣的振动方向与波的传播方向就是平行的。

图2 纵波

上图我们可以看到声音的周期及波长,声音的频率等于周期的倒数。

声速是疏密部分在介质中传播的速度,单位是m/s。我们不能按照风速去理解声速,因为风速是空气分子往某个方向迁移的速度,而声速是空气分子在某个方向上的往复振动的传播速度,是传播的往复振动,空气中的声速为340m/s。质点振动速度是和声速不一样的。质点在平衡位置附近振动,这种振动按照340m/s的速度传播出去,而质点在物理空间中同一个平衡位置附近往复振动。

声波传播的空间就称为声场。人耳可以听到的声波的频率一般在20Hz至20000Hz之间。频率范围超过20000Hz以上的声波,我们用超声波命名,耳朵给过滤掉了,我们是听不到的;频率范围低于20Hz的声波,我们用次声波命名,耳朵也给过滤掉了,我们是听不到的。

我们知道没有声波传播时质点处于平衡状态,压力为p0。声在气体介质中以纵波的形式进行传播。声场中每一点的压力都在平衡压力p0上叠加一个瞬息变化的微小压力,叫做声压,单位是帕(Pa)。声压瞬时值记作p(t)。有了声压,人耳才能听到声音。

图3 时域声压

声压平均值为

声音的强弱是由声压的有效值决定的,

我们平时提到的声压就默认指的是声压有效值。

单位时间内在某一点通过与某一方向垂直的单位面积的声能量的平均值叫声强,根据声腔的定义我们就能体会到声强是有方向的。声功率是声音源头以空气声的形式辐射的功率。声功率可以根据声压级数值经过标准上一定公式得到。

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