電子設(shè)備振動(dòng)環(huán)境試驗(yàn)(8) —— 噪聲試驗(yàn)

引言

前文介紹了電子設(shè)備振動(dòng)環(huán)境試驗(yàn)概念，以及正弦振動(dòng)、掃頻、隨機(jī)振動(dòng)和沖擊。

電子設(shè)備振動(dòng)環(huán)境試驗(yàn)(1) —— 概述

電子設(shè)備振動(dòng)環(huán)境試驗(yàn)(2) —— 振動(dòng)環(huán)境試驗(yàn)類型

電子設(shè)備振動(dòng)環(huán)境試驗(yàn)(3) ——振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)系統(tǒng)

電子設(shè)備振動(dòng)環(huán)境試驗(yàn)(4) ——數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

電子設(shè)備振動(dòng)環(huán)境試驗(yàn)(5) ——正弦振動(dòng)和掃頻

電子設(shè)備振動(dòng)環(huán)境試驗(yàn)(6) ——隨機(jī)振動(dòng)

電子設(shè)備振動(dòng)環(huán)境試驗(yàn)(7) ——沖擊試驗(yàn)

本文將介紹振動(dòng)環(huán)境試驗(yàn)中的噪聲試驗(yàn)。

噪聲試驗(yàn)

與沖擊試驗(yàn)類似，噪聲試驗(yàn)并不屬于振動(dòng)試驗(yàn)的范疇。然而，噪聲試驗(yàn)廣義上也是對(duì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行考核；特別是航空航天領(lǐng)域，對(duì)于裝備和設(shè)備在強(qiáng)噪聲環(huán)境下的抗噪聲適應(yīng)性有較為嚴(yán)苛的要求。此外，在一些場(chǎng)合下，噪聲試驗(yàn)和隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)是可以相互替代的；因此，將噪聲試驗(yàn)歸類在廣義的振動(dòng)環(huán)境試驗(yàn)中是具備一定合理性的。

需要強(qiáng)調(diào)的是，這里的噪聲試驗(yàn)特指裝備和設(shè)備在強(qiáng)噪聲環(huán)境下的適應(yīng)性，有關(guān)聽力保護(hù)和人員舒適性相關(guān)的內(nèi)容不涉及。

在《軍用裝備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法》的標(biāo)準(zhǔn)中，GJB150.16規(guī)定了振動(dòng)相關(guān)的內(nèi)容，GJB150.18規(guī)定了通用沖擊的內(nèi)容，而噪聲試驗(yàn)則在GJB150.17中規(guī)定；GJB1197《衛(wèi)星聲試驗(yàn)方法》規(guī)定了衛(wèi)星噪聲試驗(yàn)的相關(guān)要求。

系列文章簡(jiǎn)要對(duì)噪聲試驗(yàn)進(jìn)行介紹。

噪聲試驗(yàn)在一些場(chǎng)合和隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)可以相互替代；兩者模擬現(xiàn)實(shí)中的載荷也較為相似，如氣動(dòng)噪聲對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的振動(dòng)、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)和氣動(dòng)噪聲對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的振動(dòng)等。兩者區(qū)別在于，噪聲試驗(yàn)相比隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)，可以模擬更高頻率激勵(lì)對(duì)系統(tǒng)的影響；通常隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)頻率上限在2000Hz，而噪聲試驗(yàn)則可以高一個(gè)量級(jí)。

噪聲試驗(yàn)一般針對(duì)質(zhì)量體積較大，或者對(duì)聲敏感的設(shè)備開展；對(duì)于一些激勵(lì)頻率大于2000Hz的環(huán)境條件，也需要選擇噪聲試驗(yàn)。

噪聲的描述及試驗(yàn)參數(shù)

現(xiàn)實(shí)中的噪聲非常復(fù)雜，實(shí)驗(yàn)室條件下的噪聲試驗(yàn)，一般需要將實(shí)際載荷進(jìn)行處理，通常包括統(tǒng)計(jì)、包絡(luò)、頻譜等方法。

噪聲試驗(yàn)中，我們通常用噪聲譜進(jìn)行描述試驗(yàn)強(qiáng)度；主要包括頻率范圍、頻率帶寬對(duì)應(yīng)的聲壓級(jí)，同時(shí)可以計(jì)算出總聲壓級(jí)；其中聲壓級(jí)和總聲壓級(jí)的單位均為dB。

上圖是一個(gè)典型的噪聲譜，一般的具體輸入形式如下。

這里每個(gè)倍頻程帶寬中心頻率對(duì)應(yīng)一個(gè)聲壓級(jí)，指的是以這個(gè)頻率為中心頻率，一個(gè)帶寬內(nèi)的聲壓級(jí)為 xx dB；在整個(gè)頻帶范圍內(nèi)，有若干個(gè)中心頻率的帶寬，合計(jì)有個(gè)總聲壓級(jí)；并且不同頻率的試驗(yàn)偏差要求不同，一般低頻試驗(yàn)偏差較小，高頻試驗(yàn)偏差允許大些；同時(shí)規(guī)定了試驗(yàn)時(shí)間。

在噪聲試驗(yàn)中，通常用倍頻程或1/3倍頻程。

目前常用的倍頻程的中心頻率為：31.5、63、125、250、500、1000、2000、4000、8000和16000Hz。

1/3倍頻程就是把上述每個(gè)頻程再一分為三，此時(shí)所用的中心頻率為：40、50、63、80、100、125、160、200、250、320、400、500、630、800、1000、1250、1600、2000、2500、3200、4000、5000、6300、8000、10000、12500、16000。

噪聲試驗(yàn)技術(shù)要求

噪聲試驗(yàn)一般有混響試驗(yàn)和行波試驗(yàn)2種；還有一種自由場(chǎng)或半自由場(chǎng)的噪聲試驗(yàn)，由于試驗(yàn)環(huán)境難以控制，通常較少采用。

混響室通常要求容積不小于被測(cè)設(shè)備和裝備體積的10倍；內(nèi)部可不規(guī)則形狀，或者擴(kuò)散特性較好的矩形；聲源功率要足夠，并且控制和測(cè)量滿足試驗(yàn)要求。對(duì)于脈動(dòng)壓力呈現(xiàn)分布狀態(tài)時(shí)，或者對(duì)于局部強(qiáng)聲源閉合空間內(nèi)的設(shè)備，采用混響試驗(yàn)是較為合適的；衛(wèi)星大多采用混響試驗(yàn)。

在混響試驗(yàn)中，設(shè)備各個(gè)表面應(yīng)該暴露在聲場(chǎng)中，不得有任何遮擋；在保證安全的前提下，設(shè)備通過懸掛或者彈性支撐安裝，其安裝系統(tǒng)的剛度盡可能低，系統(tǒng)頻率盡量控制在25Hz以下；安裝面盡量模擬真實(shí)的邊界。

行波管是一種管狀試驗(yàn)裝置，聲波在管內(nèi)以平面波形式傳播；其橫截面積需要滿足減少輻射阻尼和避免出現(xiàn)橫向駐波要求；終端裝置需要吸收95%以上的聲能，并且使氣流自由通過。行波管適合模擬局部強(qiáng)聲源，也適用于直接受到諸如火箭或噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)局部聲源作用的各類飛行器外部設(shè)備。

最后

本文介紹了振動(dòng)環(huán)境試驗(yàn)中的噪聲試驗(yàn)；至此，振動(dòng)環(huán)境試驗(yàn)所有常見的試驗(yàn)類型——正弦振動(dòng)和掃頻、隨機(jī)振動(dòng)、沖擊、噪聲——均已介紹完。

這些振動(dòng)試驗(yàn)有非常多的內(nèi)涵，是現(xiàn)代工業(yè)的重要環(huán)節(jié)，系列文章只點(diǎn)到為止；設(shè)計(jì)師在工作學(xué)習(xí)中碰到的具體問題，還需要通過大量經(jīng)驗(yàn)積累、案例與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)學(xué)習(xí)等來處理和解決。

系列文章并未結(jié)束，仍將繼續(xù)。下文將對(duì)振動(dòng)環(huán)境試驗(yàn)中遇到的那些曲線，尤其是頻域曲線的主要相關(guān)參數(shù)是如何計(jì)算的開展簡(jiǎn)要介紹。