電子設(shè)備振動環(huán)境試驗(8) —— 噪聲試驗

引言

前文介紹了電子設(shè)備振動環(huán)境試驗概念，以及正弦振動、掃頻、隨機振動和沖擊。

電子設(shè)備振動環(huán)境試驗(1) —— 概述

電子設(shè)備振動環(huán)境試驗(2) —— 振動環(huán)境試驗類型

電子設(shè)備振動環(huán)境試驗(3) ——振動臺試驗系統(tǒng)

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

電子設(shè)備振動環(huán)境試驗(5) ——正弦振動和掃頻

電子設(shè)備振動環(huán)境試驗(6) ——隨機振動

電子設(shè)備振動環(huán)境試驗(7) ——沖擊試驗

本文將介紹振動環(huán)境試驗中的噪聲試驗。

噪聲試驗

與沖擊試驗類似，噪聲試驗并不屬于振動試驗的范疇。然而，噪聲試驗廣義上也是對系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)動力學(xué)特性進行考核；特別是航空航天領(lǐng)域，對于裝備和設(shè)備在強噪聲環(huán)境下的抗噪聲適應(yīng)性有較為嚴(yán)苛的要求。此外，在一些場合下，噪聲試驗和隨機振動試驗是可以相互替代的；因此，將噪聲試驗歸類在廣義的振動環(huán)境試驗中是具備一定合理性的。

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

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

系列文章簡要對噪聲試驗進行介紹。

噪聲試驗在一些場合和隨機振動試驗可以相互替代；兩者模擬現(xiàn)實中的載荷也較為相似，如氣動噪聲對飛機結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的振動、火箭發(fā)動機和氣動噪聲對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的振動等。兩者區(qū)別在于，噪聲試驗相比隨機振動試驗，可以模擬更高頻率激勵對系統(tǒng)的影響；通常隨機振動試驗頻率上限在2000Hz，而噪聲試驗則可以高一個量級。

噪聲試驗一般針對質(zhì)量體積較大，或者對聲敏感的設(shè)備開展；對于一些激勵頻率大于2000Hz的環(huán)境條件，也需要選擇噪聲試驗。

噪聲的描述及試驗參數(shù)

現(xiàn)實中的噪聲非常復(fù)雜，實驗室條件下的噪聲試驗，一般需要將實際載荷進行處理，通常包括統(tǒng)計、包絡(luò)、頻譜等方法。

噪聲試驗中，我們通常用噪聲譜進行描述試驗強度；主要包括頻率范圍、頻率帶寬對應(yīng)的聲壓級，同時可以計算出總聲壓級；其中聲壓級和總聲壓級的單位均為dB。

上圖是一個典型的噪聲譜，一般的具體輸入形式如下。

這里每個倍頻程帶寬中心頻率對應(yīng)一個聲壓級，指的是以這個頻率為中心頻率，一個帶寬內(nèi)的聲壓級為 xx dB；在整個頻帶范圍內(nèi)，有若干個中心頻率的帶寬，合計有個總聲壓級；并且不同頻率的試驗偏差要求不同，一般低頻試驗偏差較小，高頻試驗偏差允許大些；同時規(guī)定了試驗時間。

在噪聲試驗中，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頻程再一分為三，此時所用的中心頻率為：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。

噪聲試驗技術(shù)要求

噪聲試驗一般有混響試驗和行波試驗2種；還有一種自由場或半自由場的噪聲試驗，由于試驗環(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設(shè)備和裝備體積的10倍；內(nèi)部可不規(guī)則形狀，或者擴散特性較好的矩形；聲源功率要足夠，并且控制和測量滿足試驗要求。對于脈動壓力呈現(xiàn)分布狀態(tài)時，或者對于局部強聲源閉合空間內(nèi)的設(shè)備，采用混響試驗是較為合適的；衛(wèi)星大多采用混響試驗。

在混響試驗中，設(shè)備各個表面應(yīng)該暴露在聲場中，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的邊界。

行波管是一種管狀試驗裝置，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聲源，也適用于直接受到諸如火箭或噴氣發(fā)動機局部聲源作用的各類飛行器外部設(shè)備。

最后

本文介紹了振動環(huán)境試驗中的噪聲試驗；至此，振動環(huán)境試驗所有常見的試驗類型——正弦振動和掃頻、隨機振動、沖擊、噪聲——均已介紹完。

這些振動試驗有非常多的內(nèi)涵，是現(xiàn)代工業(yè)的重要環(huán)節(jié)，系列文章只點到為止；設(shè)計師在工作學(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)。下文將對振動環(huán)境試驗中遇到的那些曲線，尤其是頻域曲線的主要相關(guān)參數(shù)是如何計算的開展簡要介紹。