噪聲是判斷電機質量的重要指標，且非常直觀的影響評價者的感受。所以一俊遮百丑，低而不刺耳的噪聲更容易獲得客戶的認可。我們這篇就聊一聊 電機噪聲最基礎的知識。

什么是噪聲

聲音是由物體的振動產生的，振動的物體即聲源。聲源激勵著它周圍的空氣質點振動，從近及遠傳播起來，這就是聲波。聲波會導致聲場內的空氣壓強發(fā)生變化，變化范圍是20μPa~20Pa。可見與大氣壓強10^5Pa相比，這個波動是很小的。

聲音作為一種機械波，它有幅值、頻率和初相位。人耳能聽見的頻率范圍是20~20000Hz，低于20Hz的聲音是次聲波，高于20000Hz的聲音是超聲波。多個不同幅值和不同頻率無規(guī)律的組合在一起的聲音，就是噪聲。這里不討論噪聲和音樂的區(qū)別，畢竟張學友的歌聲也不能為所有人都喜歡；噪聲的評價是客觀的，不管女神一句“你是個好人”是賞給誰的，在我們這里都是噪聲。

雖然聲音在不同介質中的傳播速度不同，但是人耳接收的都是從空氣傳播的聲音。區(qū)別在于，有的聲音是從聲源直接通過空氣傳播的，這是空氣聲；而有的聲音是聲源振動引起其它結構的振動再通過接收者附近的空氣傳播的，這是結構聲。《讓 子 彈飛》的開頭姜文聽車軌判斷火車的到來，我們用螺絲刀支到電機端蓋上耳朵靠近刀把，都是利用了結構聲。本篇主要討論空氣聲，測量噪聲時要避免結構聲的傳播。

噪聲的量度：聲壓級

我們都知道聲音的單位的分貝dB，這其實小有誤會。分貝是量度兩個相同單位之數(shù)量比例的計量單位，可用在很多場合，只是聲學使它更出名而已。

人耳能聽到的最小的聲音（聞閥）是20μPa，能承受的最大的聲音（痛閥）是20Pa：這中間差了一百萬倍，計量很不方便。比如晚上安靜的臥室是630μPa，普通交談是20mPa，拖拉機約0.63Pa，電鋸工作時6.3Pa。

為了方便計量，聲學引入對數(shù)形式。我們把p0定義為基準聲壓，即p0=20μPa；若某處聲音的壓力為p，那么該聲音用聲壓級可表示為

Lp=20lg(p/p0)=10lg(p^2/p0^2)   公式一，

單位dB。

這樣，聞閥是0dB，痛閥是120dB，上述臥室、交談、拖拉機和電鋸分別是30dB、60dB、90dB、110dB。這些數(shù)字看起來“合理”了很多。

兩個或多個聲音的疊加，是能量的疊加。能量與壓強的平方成正比（下節(jié)細說），所以參照公式一的右側，按對數(shù)法則計算，多個聲音疊加后的聲壓級為

聲功率級無法直接測量，聲強級的測量精度較差，電機噪聲的測量通常用聲壓級。

聲音有反射和折射，測量時要避免聲音疊加；同時要防止結構聲的輻射和傳遞：這就是對消聲室和電機放置面的要求。

消聲室的測試條件近似自由場，電機一般應水平放置。需要注意的是，因為地面較大且無結構聲，所以認為所有的聲功率都通過空氣傳播，即測試面面積只計算地面以上部分。

GB/T10069.1標定測試點的數(shù)量為：H90及以下電機測前后左右四個點；H100~225電機測前后左右以及正上方共5個點；H225以上電機也是測前后左右上5個點，只是電機較大，相鄰兩點之間的測量數(shù)值之差可能大于5dB，這時就要增加測點，直到小于5dB為止。

測得的各點數(shù)值要取平均值，作為電機的聲壓級噪聲。簡單的做法是各點數(shù)據直接相加除以點數(shù)，但是如前文所述，這么做是不太科學的，如同3dB+2dB≠5dB。

嚴謹?shù)淖龇ㄊ菂⒄章曇舻寞B加，把各點的聲壓級數(shù)值換算成與基準功率的比較，再相加，取平均值，最后取對數(shù)，得到電機的聲壓級：

        公式八

得到電機的聲壓級數(shù)值后，要把它換算成聲功率級。原理如前節(jié)所述，現(xiàn)根據GB/T10069.1說明具體測試和換算方法：

H90及以下電機，把電機看成一個重心與地面相交的點，測試半徑0.4m，按半球計算測試面面積，參考公式七得電機的聲功率級

Lw=Lp+10lg(2πr^2)=Lp+10lg(2π*0.4^2)=Lp+10lg1=Lp

即電機的聲功率級等于聲壓級。

H100~225電機，測試半徑1m，其余與以上相同，同樣可得聲功率級

Lw=Lp+10lg(2π*1^2)=Lp+10lg6.28=Lp+8

即電機的聲功率級比聲壓級大8dB。

H225及以上電機，采用平行六面體測試面，測點距離電機外表面（不含軸伸、接線盒等）1m，這樣測試面的面積就和電機的長L、寬M和 高 H有關。令a=0.5L+1，b=0.5M+1，c=H+1。那么平行六面體測試面面積計算公式為

S=4*(ab+bc+ca)*(a+b+c)/(a+b+c+2)

（注：這是標準要求的，我不明白為什么要乘上(a+b+c)/(a+b+c+2)這個系數(shù)，歡迎知道的讀者私信告知，謝謝！）

這樣電機的聲功率級

Lw=Lp+10lgS

如前文表格可知，如果環(huán)境噪音較大，會影響電機噪聲的測量結果。通常認為：如果環(huán)境噪聲低于電機噪聲10dB或更多，可不修正；如果環(huán)境噪聲小于電機噪聲4~10dB，應根據前文表格修正；如果電機噪聲與環(huán)境噪聲的差值小于4dB，測量結果無效。

電機噪聲的限值

GB10069.3規(guī)定了電機噪聲限值，這是個強制標準，是必須要執(zhí)行的。另外各種類型的電機還有各自的、更有針對性的要求，這里不再列出。只是有幾點需要說明：

噪聲限值是一般是針對空載噪聲的，電機帶載后的噪聲較難評價。當型號相同的兩臺電機做對拖試驗時，不考慮負載電流的影響，根據噪聲的疊加原理，噪聲應為一臺電機加3dB。

額定頻率50Hz的電機在接入60Hz電源時，因轉速增加，噪聲約增加3~5dB。

變頻器供電時由于電壓諧波較大，電磁噪聲顯著增加，且主要成分為高頻噪聲，較為刺耳。基于這個原因，GB10069.3并未規(guī)定變頻電機的噪聲限值。

雖然前節(jié)提及了噪聲平均值的計算，但是有的標準或客戶要求把各測點噪聲的最高值作為電機的噪聲，這是需要供需雙方溝通確認的。

太多時候，雖然電機的噪聲并未超出標準要求，但是有經驗的專業(yè)人員能識別出“異常”聲音。這需要積累，更需要如頻譜分析儀等專業(yè)測量設備的使用。

結束語

分析電機的噪聲，乃至提出優(yōu)化措施，已超出本文的范圍。電機本體的噪聲可分為三大類：電磁噪聲（除與電磁設計相關外，還與結構件的配合、結構件的裝配精度等有關）、空氣動力噪聲（如內外風扇，鑄鋁轉子的端環(huán)風翼引起）和機械噪聲（軸承、各種摩擦）。每一類都是一門大學問。電機之外，與基礎的連接和共振、負載的裝配和工作狀態(tài)等都是需要考慮的。變頻電機的噪聲更加復雜，不但與變頻器的設計、參數(shù)和布置有關，還要考慮不同轉速時的系統(tǒng)特性，必要時可以設置越程帶跳過系統(tǒng)的共振點。降低電機噪聲，不但需要電機工作者的努力，更需要傳動系統(tǒng)設計者找出最佳方案。讓我們一起奮斗吧！

主要參考文獻：

1、電機設計 第2版 第9章，陳世坤

2、從這里學NVH 噪聲、振動、模態(tài)分析的入門與進階 第2版 第1章，譚祥軍

3、國家標準GB/T 10069.1、GB 10069.3 旋轉電機噪聲測定方法及限值