原创 振动噪声信号分析简介

对于振动声学测试而言，一般都是以首先用相应的传感器采集到对应的信号（如常用加速度传感器得到物体表面的加速度振动信号，用传声器得到其所处位置的声压信号）。这些信号一般均转换为一个电压，并由数字采集仪存储。因此这些信号都是一个时域信号。同时，由信号的采集过程可以看到，后期对这些信号进行分析和处理时，所需要用到的三个最主要的参数：灵敏度、采样率和采样时长。

在振动声学测试中，需要根据被测参数的幅值范围选择合适的传感器和系统的灵敏度；根据所需要分析的最大频率设置数字采集仪的采样率，根据所需要分析的频率分辨率设置采集的时间；从而最终得到所需的信号。一般而言，振动和声学信号的处理大体是类似的，但是声学信号相比振动信号而言，更多的使用了频率计权和倍频程分析，本文对一个声信号进行分析，介绍如何将一个原始的时域声压信号进行常用的一些频谱分析。

图1为一个由Gras 传声器通过LMS数字采集仪得到的一个声信号。该信号的采样率为20480Hz，传声器的灵敏度为49.94mV/Pa。

图1 一个时域声信号

将该信号进行傅立叶变换，就可得到该信号的频谱，其纵坐标为声压级，单位为dB。

图2 声信号的频谱

这时如果要对该信号进行频率计权分析时，可由相应的计权曲线和图2计算得到。由A计权特性可知，在10kHz频率内，其A计权修正值主要在低频段较大。由于该信号可分析的最高频率为10000Hz，为了更好的反映该信号A计权和未计权的差别，图3为该信号在1000Hz频率内，A计权和未计权曲线对比。

图3 声信号的A计权和未计权的频谱特性

在得到该信号的未计权频谱和A计权频谱曲线后，就可以计算该信号的各个倍频程或1/3倍频程上各个频段所对应的声压级了。即各个倍频程或1/3倍频程上的能量为该频段内能量总和。表1为该声信号在倍频程内的未计权和A计权的声压级。

表1 声信号倍频程声压级

由表1可以看到，该信号倍频程上A计权和未计权的声压级的差值（表中第四列）与其对应的倍频程中心频率上A计权和未计权的声压级的差值（表中第五列）存在差异。特别是在低频部分，如31.5Hz倍频带，其差值接近6dB。这主要是由于对于中心频率为31.5Hz的倍频程带，其频率范围为22~44Hz，而该信号在该频率范围内在31.5Hz~44Hz区间，其声压级随频率单调递增，而A计权量在该频带单调递减，因此该信号在31.5Hz倍频程内的A计权和未计权的声压级的差值比其中心频率上A计权和未计权的声压级的差值要小。因此在计算倍频程或1/3倍频程声压级时，必须由其对应的线性频谱计算得到，而不能直接用其倍频程上声压级数据按照其中心频率修正。