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1、第六章 声环境一、声音与听觉1声音的基本概念从物理方面来说，物体受振动后，在弹性介质中以波的形式向外传播的机械振动叫 声音。从生理方面来说当传到人耳能引起听觉音响感觉的称为声音。这种能引起音响 感觉的振动波称为声波，该受振的物体称为声源。频率、波长和声速是描述声音的三个 重要物理量。(1)频率物体每秒钟振动的次数称为频率，以f表示，单位为赫兹(Hz)。人耳能感受到的频 率范围为20 一 20000Hz,称为声频。高于20000Hz的声波为超声波，低于20Hz的声波 为次声波。超声和次声，人耳都听不到。(2) 波长声波在一个周期内传播的距离称为波长A，单位为m。(3) 声速声波在媒介中传播的速度
2、称为声速，和频率的关系为：c=K *f声音分为纯音和复合音。纯音是单一频率的声音，纯音只有在严格控制的实验室条 件下才能得到。一般的声音是由一些频率不同的纯音合成的，称为复合音。复合音包括 音乐、语言和噪声等。从社会意义上认为，把人们不需要的声音称为噪声。因此噪声是 一个相对概念，同一个声音在某一场合成为噪声，而在另一场合则可能不是噪声。 2声音的物理度量(1) 声压在没有声波存在时，媒介中的压力称为静压(大气的静压为1.01*105Pa)。声波对 媒介作用，使其质点受挤压而产生压力变化，这时媒介中的压力与静压之差称为声压。 声压是表示声音强弱的物理量，用P表示，单位是Pa。正常人耳所能听到的
3、最低声音的声压为2*10-5Pa，这个声压叫听阈声压。而当声压达到20Pa时，会感到震耳欲聋，使人耳产生痛感，该声压称为痛阈声压。(2) 声压级人耳最低可闻声压与最大承受声压的绝对值相差100万倍。在声学测量和计算上用 绝对值很不方便。另外，据韦伯和范希纳的研究表明，感觉的大小与刺激量的对数成正 比。既考虑使用上的方便，又考虑人的感觉特性，在声音度量中引入声压级。声压级是指声压与基准声压之比的以10为底的对数乘以20,用符号L表尔，单位 p是分贝(dB)。其表达式为PL 20lg -P0式中 P声压，Pa；P0基准声压，Po = 2*10-5Pa,是1000Hz纯音的听阈声压。通过上式就可把由
4、声压绝对值表示的数百万倍的变化范围，转为0160dB的范围;表 61 绘出了声乐级与人耳的主观感觉情况。表6.1典型書压级与人耳感觉声压级允旧对人体25响人耳上观感觉举例0刚能听到自己的心咅1020 |呼吸声微凤吹树叶3040安静很安薛房间(消声室) 轻耳谈话5060全办公室一般收音机声7080吵闹大声讲话城市街道.汽车内90100听觉长期受损很吵闹汽车喇叭纺纵车间110120听觉校快 受损痛苦空压机锅炉车【可声压级的合/ 根据能量合成成法则他生锂原则可知，若在某很痛苦点分别测得几个声大炮源的声压为返P，Pn，贝1在该点测得的总声压境满足生理r.1U j JL. 1rr求总声压级。设在某点测得
5、的n个声压级为Lp, Lp2，Lpn ，由声压级定义可知JJ所以 1化=101g工;E = 1求声源声压级。某一声源的声压级.总是在一定的背景声源下测得。要准确地了解声源的声压级，必须从总声压级中剔除背景声源的影响，根据声压合成法则有例在某背景声源下，测得某声源和背景声源的总声压级为98dB，关闭声源测得背景 的声乐级为80dB，求该声源的声压级为多少分贝？解：LPfl = 101g(1001% - 1O01%)=101g(10 lx9S - 10ojxeo) = 97.93(dB)求声源声压级的另一种方法是采用修正法，背景噪声对所测声源的噪声值的影响按表 6 . 2 进行修正。表氛2排除背景
6、噪声的修正值所测声源噪声与 背景噪声的差值AW34, 56. 7,8,910慘正值-3-2-10(4)频谱分析将声源发出的声音强度(一般指声压级)按频率顺序展开，使其成为频率的函数.并考察变化规律，称为步频谱分析。通常以频率为横坐标，以反映相应频率成分强弱的量为 纵坐标，把频率与强度的对应关系用图形表示，称为频谱。为便于实际测量和分析，人为地把声频率范围划分为几个小的频段，在每一个频段 中,上限频率与下限频率之间的距离称为频程，它以上限频率f1和下限频率f2之比的对 数表示，此对数通常以 2 为底71 = log2 或 = 2式中n为倍频程数。在实际分析中，通常以倍频程或1/3倍频程进行分析。
7、n=l为一个倍频程，n=1/3,为1/3倍频程。1个倍频程表示上限频率为下限频率 的2倍，倍频程通常用它的几何中心频率f0代表，中心频率与上、下限频率之间的关系 为f =0 1 2这里的f0是一个频率，但它代表着一个倍频程的频率范围。通用的倍频程及每个频 带所包括的频率范围如表6. 3所示，其中10个频程已把可闻声(20Hz 20kHz)全部包 括进来，因而使测量分析工作得到简化。想得到更细的频谱，可以使用1/3倍频程。63 125 250 500 1000 20004000 8000 中心频率/Hz图氣】鼓风机噪声频谱3 人对声音的主观感党(1) 响度级与响度响度级。响度级是表示声音响度的相
8、对量，用LN表示，单位为方(phon)。以1000Hz 的纯真作为基准声音、将其他频率的声音与其比较，当人耳感觉比较声音与基准声音一 样响时，该比较声音的响度级在数值上即等于与其等响的基准声音的声压级(dB值)。例 如，67dB100Hz的声音与60dBl000Hz的基准声音同响，则67dB100Hz声音的响度级为60 方。响度级把声压与频率用一个单位统一起来，既考虑了声音的物理效应，又考虑了 声音对人耳的生理效应，是人们对噪声主观评价的基本量之一。利用与基准声音比较的方法可得到整个可听频率范围内的纯音的响度级，频率不 同、声压级不同。把具有相同响度级的声音对应点连成的线称为等响度曲线。图6.
9、 2 为国际标准化组织(ISO)所采用的等响度曲线。mV田K图G2等响度曲线从等响度曲线可以看出，入耳对2000 一 5000Hz的声音最为敏感。例如，同样是80方的响度级，对于1000Hz的声音，其声压级为80dB，而对30004000Hz的声音，其 声压级是70dB，对于20Hz的声音、其声压级要达到113dB时才能同样响。 响度。响度是人耳对声音强度所产生的主观感觉量，它与正常听力者对该声音的主观响度感觉成正比。响度与频率和声强有关，当声压级一定时，频率越高，人耳感觉 越响，频率一定时，声压级越高，人耳感觉越响。响度以N表示，单位为宋(sone),并 定义1宋为40方。响度与响度级的关系
10、式为N 二 201(40) 或 Ln 二 40 + 33.22&N响度级与响度的关系见图6350008050403020108 543 2L 11.00.80,50.40,30,220 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120响度级/方图响度圾和响度的关系例 某声音的响度级为 100 方，经声学处理后，其响度级降为 80 方，求响度降低 百分数。解：消声处理前响度为M = 2 1U4O) = 2 1(10-40) = 64(宋)消声处理后响度为N2 二 201UN-W = 20.1(BO-4O) = 16(宋) 响度降低百分数=X 100% -X 100%对于复合音的总
11、响度，美国科学家史蒂文斯提出了用倍频程声压级计算响度的方法。响度的确定过程如下：对噪声进行倍频程或13 倍频程的分析，记下各倍频带或13 倍频带的声压级；使用各频程的中心频率和相应的各频率的声压级，从表64中查 找响度指数；按下式计算出总响度N, = Nm + F(SNf-N.)式中 Nt总响度；N桝各频带中响度指数最大者；SN,所有频带的响度指数之和；F借频程选择系数。对倍频程，F = (L3;对1/3倍 频程，F = 0.15o算出总响度Nt后，根据响度级计算公式，便可求出相应的响度级。例 根据测量的噪声各倍频程声压级，如表65 所示，求噪声的总响度和响度级 解：查表 64 得相应的响度指
12、数填入表65 的第三行。表6.5某设备噪芦实测值及响度指数中心频率/Fk631252505Q01000200040008000声压级/dB42454753閒63閒73响度指数0.160.6?1.442.684.97.07.018.7叫二叽+ F（ZX-AO= 18.7 + 0.3（42.57- 18.7）=25.86（宋）Ln =40 + 33,221gNf= 40 + 33.221g25.86 = 86.93（方）(2) 计权声级(3) 等效连续声级(4)统计声级(5)语言干扰级二、噪声及其危害1噪声及其分类噪声通常是指一切对人们生活和工作有妨碍的声音，或者说凡是使人烦恼的、讨厌 的、不愉快
13、的、不需要的声音都叫噪声。噪声与人们的心理状态有关，不单独由声音的 物理性质决定。同样的声音有时是需要的，而有时便成为噪声。按不同的标志划分，噪声可分为以下几类：(1) 按噪声源持点分 工业噪声：工业生产产生的噪声；交通噪声：交通产生的噪声；社会噪声：社会活动和家庭生活引起的噪声。其中工业噪声按其产生方式不同可分为：空气动力性噪声：是由于气体压力发 生突变产生振动发出的声音，如鼓风机、汽笛、压气排放声等发出的声音；机械性噪 声：是由于机械的转动、撞击、摩擦等而产生的声音，如风铲、车床、织布机、球磨机 等发出的声音；电磁性噪声：是由于电磁交变力相互作用而产生的，如发电机、变压 器等发出的声音0(
14、2) 按照人们对噪声的主观评价分 过响声：很响的使人烦燥不安的声音，如织布机的声音； 妨碍声：声音不大，但妨碍人们的交谈、学习； 刺激声：刺耳的声音，如汽车刹车音；无形声：日常人们习惯了的低强度噪声。(3) 按噪声随时间变化特性分稳定噪声：声音强弱随时间变化不显著.其被动小于5dB； 周期性噪声：声音强弱呈周期变化； 无规律噪声；声音强弱随时间无规律变化；脉冲噪声：突然爆发又很快消失、其持续时间小于Is,间隔时间大于Is，声级变 化大于 40dB 的噪声。2.噪声对人的影响(1)对听力的影响分类 听觉疲劳。在噪声作用下，人们听觉敏感性降低，而变得迟钝.表现为听阈提高， 当离开噪声环境几分钟后又可恢复，这种现象称为听觉适应。听觉适应有一定的限度， 在强噪声长期作用下，听力减弱，听觉敏感性进一步降低，听阈提高15dB以上，离开 噪声后需要较长时间才能恢复，这种现象叫做听觉疲劳，属于病理前期状态。 噪声性耳聋。长期在噪声环境中工作产生的听觉疲劳不能及时恢复，出现永久性 听阈位移，当听阈位移超过定限度时，将导致噪声性耳聋。国际标准化组织1964 年 规定，500Hz, 1kHz, 2kHz三个频率的平均听力损失超过25dB称为噪声性耳聋。通常、当听阈位移达到2540dB为轻度耳聋；当听阈位移提高到40 一
