一.引言
　　對(duì)機(jī)器設(shè)備噪聲測(cè)量最通常的方法是用聲級(jí)計(jì)進(jìn)行聲壓級(jí)測(cè)量然而在不少場(chǎng)合這種人們十分熟悉的方法卻顯得無(wú)能為力。例如：在正在運(yùn)行的多臺(tái)機(jī)器的機(jī)房里需要測(cè)定各臺(tái)機(jī)器的噪聲時(shí)；或者要在生產(chǎn)成品的流水線上逐臺(tái)檢測(cè)每臺(tái)產(chǎn)品的噪聲時(shí)都會(huì)由于其他聲源的影響以及反射聲的傳入使得聲級(jí)計(jì)無(wú)法顯示被測(cè)產(chǎn)品直接輻射的噪聲。隨著科技的發(fā)展人們自然想到了聲強(qiáng)法。但是目前聲強(qiáng)法的測(cè)試儀器較貴而且測(cè)試又較復(fù)雜仍處于研究階段。于是人們對(duì)聲波的測(cè)試開(kāi)展了振動(dòng)法的研究。希望通過(guò)測(cè)量機(jī)器表面振動(dòng)量的方法來(lái)確定機(jī)器所輻射的噪聲量通常稱為空氣噪聲的振動(dòng)測(cè)試法。多年理論分析和應(yīng)用研究的結(jié)果表明這是一種十分簡(jiǎn)便而有效的方法。在十分惡劣的環(huán)境條件下幾乎可以不受環(huán)境噪聲和反射聲的影響用一種特殊計(jì)權(quán)的測(cè)振儀就可通過(guò)測(cè)定機(jī)器表面的振動(dòng)量來(lái)確定其噪聲輻射值。目前這種方法已成功地用于生產(chǎn)實(shí)際。
　　采用測(cè)振法在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試產(chǎn)品的噪聲是在其他方法都無(wú)法簡(jiǎn)便、迅速、經(jīng)濟(jì)和準(zhǔn)確的解決產(chǎn)品現(xiàn)場(chǎng)噪聲檢測(cè)的情況下而提出的。西德、美國(guó)等國(guó)家開(kāi)展此項(xiàng)技術(shù)研究已有多年了德國(guó)BBC公司花費(fèi)了十幾馬克研究振動(dòng)法并成功地將此項(xiàng)技術(shù)用于接觸器的現(xiàn)場(chǎng)噪聲檢測(cè)上。美國(guó)經(jīng)過(guò)多年的研究已在海軍MIL標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定用振動(dòng)法測(cè)定微電機(jī)的噪聲。國(guó)際ISO標(biāo)準(zhǔn)化組織已公布了測(cè)振法標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)文件。
　　我國(guó)是在七十年代末期開(kāi)始探討測(cè)振法的。經(jīng)過(guò)十多年的試驗(yàn)研究明確了要得到振動(dòng)法的實(shí)際應(yīng)用必須解決如下6個(gè)方面得到技術(shù)問(wèn)題即：
（1） 必須獲得各機(jī)電產(chǎn)品的實(shí)際輻射效率指數(shù)曲線；
（2） 必須解決按聲源尺寸變化的輻射效率指數(shù)曲線制成儀器的計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)曲線；
（3） 必須解決儀器的校準(zhǔn)及分貝量的基準(zhǔn)值；
（4） 必須確定各機(jī)器表面振動(dòng)的關(guān)鍵測(cè)點(diǎn)；
（5） 必須解決空氣動(dòng)力噪聲疊加及修正問(wèn)題；
（6） 對(duì)于"流水線"上的檢測(cè)還必須解決簡(jiǎn)化測(cè)點(diǎn)的問(wèn)題。
　　通過(guò)對(duì)電機(jī)、電器、電冰箱的試驗(yàn)研究解決了上述問(wèn)題并研制成了相應(yīng)儀器。
　　VIB-4電腦振動(dòng)噪聲測(cè)量?jī)x就是屬于此種儀器。
二.基本原理
　　聲音是機(jī)械振動(dòng)的結(jié)果當(dāng)物體出現(xiàn)聲頻范圍內(nèi)的機(jī)械振動(dòng)時(shí)就會(huì)使周圍介質(zhì)也發(fā)生相應(yīng)振動(dòng)從而以聲波的形式向外輻射聲音。聲波的輻射實(shí)質(zhì)上就是機(jī)械振動(dòng)波能量傳遞的過(guò)程所以對(duì)振動(dòng)聲輻射研究的前提首先是波的形式問(wèn)題。
　　對(duì)于一個(gè)無(wú)限大平面板振動(dòng)時(shí)所輻射的聲波應(yīng)該是平面波在理想的平面波聲場(chǎng)中聲強(qiáng)是均勻的任何一處的聲強(qiáng)有效值與該處的聲壓有效值、振動(dòng)速度有效值之間的關(guān)系是較為簡(jiǎn)單的線性關(guān)系即：
式中 I -- 聲強(qiáng)W/m2
　　 V -- 振動(dòng)速度m m/s 
　　 P -- 聲壓 Pa
　　 PC -- 聲阻抗 瑞利（聲歐） 
　　如果臨近平板介質(zhì)與平板一起振動(dòng)則平面的振動(dòng)速度可以看成臨近介質(zhì)的聲波振動(dòng)速度由此可以直接得到近場(chǎng)聲強(qiáng)或聲強(qiáng)級(jí)從而算出聲功率級(jí)。
　　然而實(shí)際機(jī)器的振動(dòng)卻很少是平而波從遠(yuǎn)場(chǎng)來(lái)看很多尺寸不大的機(jī)電產(chǎn)品可以近似地看成是按球面波的形式向外輻射噪聲。所以對(duì)球面波的理論分析更接近實(shí)際。
　　顯然對(duì)一個(gè)脈動(dòng)球所輻射聲波的聲強(qiáng)除與振動(dòng)強(qiáng)度（V）有關(guān)外還是波數(shù)（頻率和聲速的函數(shù)）、聲源尺寸的函數(shù)也與脈動(dòng)球的振動(dòng)形式m有關(guān)另外還反映了振動(dòng)聲的輻射效率問(wèn)題。實(shí)際機(jī)器的振動(dòng)情況是比較復(fù)雜的但只要能找到輻射效率曲線。根據(jù)公式就可得到聲強(qiáng)級(jí)（LI）再按測(cè)得聲強(qiáng)級(jí)所在面的面積可算出聲功率級(jí)Lw。
三.實(shí)際輻射效率的確定
　　任何一個(gè)機(jī)電產(chǎn)品運(yùn)行后所輻射的噪聲都是來(lái)自于多個(gè)振源并具有較寬的頻率特征絕大多數(shù)機(jī)電產(chǎn)品都是多個(gè)振源在各種頻率下振動(dòng)的綜合整體振型很復(fù)雜所以，使純理論的推導(dǎo)難以進(jìn)行。再加之機(jī)器表面近場(chǎng)又與遠(yuǎn)場(chǎng)的噪聲會(huì)有較大差異因而使理論上推導(dǎo)實(shí)際產(chǎn)品的輻射效率指數(shù)更為困難。
　　然而大量的試驗(yàn)結(jié)果也反映了機(jī)電產(chǎn)品的振動(dòng)與聲學(xué)特性確實(shí)有較強(qiáng)的規(guī)律性。首先是輻射聲場(chǎng)的規(guī)律性在一定遠(yuǎn)場(chǎng)（測(cè)試方法標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的距離）條件下小尺寸產(chǎn)品都具有球面聲波輻射的特征即使較大尺寸的產(chǎn)品所測(cè)結(jié)果都能與遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果一致。所以。它們的噪聲輻射規(guī)律可以歸于脈動(dòng)球的聲輻射類型之中。對(duì)電機(jī)的模態(tài)分析結(jié)果可很清楚地看到在單一模態(tài)頻率下電機(jī)的振動(dòng)很近于脈動(dòng)球只是大多都按二階和三階振型振動(dòng)。 
　　對(duì)電機(jī)、電器、電冰箱進(jìn)行大量試驗(yàn)研究以求取這些產(chǎn)品的實(shí)際輻射效率指數(shù)試驗(yàn)研究程序大致這樣進(jìn)行：
（1） 按不同尺寸結(jié)構(gòu)選擇系列的典型樣機(jī)，超聲波探傷儀如電機(jī)從80到280機(jī)座都有冰箱幾種容積結(jié)構(gòu)　　　都有。
（2） 在樣機(jī)（電機(jī)、電冰箱、電器）的表面上確定有代表的振動(dòng)區(qū)和相應(yīng)的典型測(cè)點(diǎn)如電　　　機(jī)有6~7個(gè)點(diǎn)；電器有4~5個(gè)點(diǎn)；冰箱則是29個(gè)點(diǎn)在每個(gè)測(cè)點(diǎn)上按1/3倍頻程（有33個(gè)　　　頻段）及A計(jì)權(quán)測(cè)定表面頻帶振動(dòng)級(jí)及A計(jì)權(quán)振動(dòng)級(jí)同時(shí)按國(guó)際和我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的消聲室　　　精密法的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定各樣機(jī)的1/3頻帶聲功率級(jí)和A計(jì)權(quán)聲功率級(jí)一般稱此為消聲室的聲　　　壓級(jí)測(cè)定方法。
（3） 將表面振動(dòng)測(cè)定結(jié)果與消聲室內(nèi)遠(yuǎn)場(chǎng)聲壓級(jí)方法測(cè)得的結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析（按1/3倍頻　　　帶及A計(jì)權(quán)）以求取各種產(chǎn)品的實(shí)際輻射效率曲線。
　　經(jīng)過(guò)對(duì)十多萬(wàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析我們得到了很有規(guī)律的10lgσ曲線如圖1所示。圖中輻射效率指數(shù)曲線（曲線1、2、3）與大量實(shí)測(cè)值的相關(guān)性很強(qiáng)相關(guān)系數(shù)三種產(chǎn)品都在0.9以上電機(jī)為0.998電器為0.989電冰箱為0.903充分顯示了機(jī)電產(chǎn)品實(shí)際輻射效率的規(guī)律性。也證明了用測(cè)量機(jī)電產(chǎn)品表面振動(dòng)來(lái)確定其噪聲功率級(jí)的可行性。 幾種電產(chǎn)品實(shí)際輻射效率指數(shù)曲線
圖中：曲線0、1（實(shí)線）分別為脈動(dòng)球0階及1階振動(dòng)時(shí)的輻射效率指數(shù)曲線；
　　　曲線2（點(diǎn)劃線）為電機(jī)的輻射效率指數(shù)曲線
　　　曲線3（雙劃線）為電器的輻射效率指數(shù)曲線
　　　曲線4（虛線）為電冰箱輻射效率指數(shù)曲線
　　比較幾條曲線可見(jiàn)電機(jī)最接近脈動(dòng)球的曲線幾乎介于0階與1階理論曲線之間從電機(jī)的模態(tài)振型分析也可以證實(shí)其相似性。
四.實(shí)際應(yīng)用結(jié)果
　　按照?qǐng)D1的實(shí)際輻射效率指數(shù)曲線制成計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)加入測(cè)振儀的放大線路中再增加聲級(jí)計(jì)中規(guī)定的A計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)。這樣測(cè)振儀就可以直接測(cè)得各產(chǎn)品的噪聲級(jí)了。由于在求取曲線時(shí)是表面振動(dòng)級(jí)與遠(yuǎn)場(chǎng)求得的噪聲功率級(jí)之間關(guān)系得到的所以曲線中已引入了對(duì)近場(chǎng)測(cè)試的修正。所以，由于這種加入計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)的測(cè)振儀測(cè)得的表面振動(dòng)速度平均值,加上表面積對(duì)數(shù)的十倍就可以作為該產(chǎn)品遠(yuǎn)場(chǎng)噪聲功率級(jí)對(duì)應(yīng)不同尺寸的聲源輻射效率指數(shù)計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)是可按尺寸大小調(diào)節(jié)的。這樣振動(dòng)噪聲檢測(cè)儀的應(yīng)用范圍更廣了。
　　應(yīng)用這種儀器對(duì)幾種產(chǎn)品驗(yàn)證測(cè)試：
　　對(duì)比測(cè)試基礎(chǔ)是以在精密級(jí)半消聲室內(nèi)用相應(yīng)產(chǎn)品的國(guó)標(biāo)或國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行聲功率級(jí)測(cè)定計(jì)算結(jié)果為準(zhǔn)。用振動(dòng)法測(cè)定機(jī)器聲功率級(jí)可以有兩種狀態(tài)一種是在消聲室內(nèi)相同運(yùn)行狀態(tài)下對(duì)比測(cè)試另一種則是生產(chǎn)線上現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)法測(cè)定結(jié)果與消聲室聲壓法測(cè)定結(jié)果比較。
　　實(shí)際驗(yàn)證結(jié)果的統(tǒng)計(jì)分析計(jì)算表明測(cè)振法測(cè)定機(jī)器聲功率級(jí)與在消聲室內(nèi)用聲壓法的測(cè)定結(jié)果有很強(qiáng)的相關(guān)性和較高的精度。幾種產(chǎn)品驗(yàn)證測(cè)試的統(tǒng)計(jì)分析計(jì)算結(jié)果列入表1
　　表1振動(dòng)法與消聲室聲壓法測(cè)定結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析計(jì)算表
產(chǎn)品類別 兩方法相關(guān)系數(shù)r 兩方法平均差   兩方法差的標(biāo)準(zhǔn)偏差σn-1 
電 機(jī)     0.999           0.015dB         0.65dB 
電 器     0.996           -0.53dB         0.9dB 
冰 箱     0.892            0.67dB         0.98dB 
　　實(shí)際驗(yàn)證的結(jié)果足以證明振動(dòng)法的生命力和可推廣性。如果其他各類產(chǎn)品都能得到相應(yīng)的實(shí)際輻射效率指數(shù)曲線那么測(cè)振法的應(yīng)用范圍將會(huì)更加寬廣。
　　從批量隨機(jī)抽樣的驗(yàn)證結(jié)果還證明振動(dòng)法的測(cè)試精度是可以保證的而且還相當(dāng)高。當(dāng)然主要決定于實(shí)際輻射效率曲線的求取規(guī)律性是否很強(qiáng)是否準(zhǔn)確。
　　振動(dòng)法的優(yōu)點(diǎn)在于可以避免空氣噪聲測(cè)試時(shí)由于背景聲和反射聲造成的影響所以對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)噪聲控制時(shí)可以在幾臺(tái)機(jī)器同時(shí)運(yùn)行的情況下分別測(cè)定各臺(tái)機(jī)器的噪聲并進(jìn)行分析。因此也適用于電機(jī)的負(fù)載噪聲測(cè)量。特別是負(fù)載噪聲的測(cè)試方法今后將以差值疊加法為發(fā)展方向使振動(dòng)法的應(yīng)用更為有利。相信進(jìn)一步的應(yīng)用會(huì)更加證明這種方法的優(yōu)越性。