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1、环境噪声相关基础1. 描述声波的基本物理量与概念(1) (1) 波长记作入，单位为米(m)。(2) (2) 频率记作f,单位为赫兹(Hz)。(3)声速入二 v/f声速的大小主要与介质的性质和温度的高低有关。同一温度下,不同介质中 声速不同。在20C时，空气中声速约为340 m/s,空气的温度每升高1C,声速约 增加0.607 m/s。(4) 声场(5) 波前(波阵面)2、环境噪声评价量及其计算 21计量声音的物理量(1) 声功率声源在单位时间内辐射的总声能量称为声功率。常用W表示，单位为瓦(w)。 声功率是表示声源特性的一个物理量。声功率越大,表示声源单位时间内发射的 声能量越大，引起的噪声越
2、强。声功率的大小，只与声源本身有关。(2) 声强 声强是衡量声音强弱的一个物理量。声场中，在垂直于声波传播方向上，单位时 间内通过单位面积的声能称做声强。声强常以I表示，单位为(w / m2) o(3) 声压目前，在声学测量中，直接测量声强较为困难，故常用声压来衡量声音的强 弱。声波在大气中传播时，引起空气质点的振动，(从7-而2)使空气密度发生变化。在 声波所达到的各点上，气压时而比无声时的压强高，时而比无声时的压强低，某 一瞬间介质中的压强相对于无声波时压强的改变量称为声压，记为P(t),单位 是 Pa。声音在振动过程中,声压是随时间迅速起伏变化的,入耳感受到的实际只是 一个平均效应,因为
3、瞬时声压有正负值之分,所以有效声压取瞬时声压的均方根值。 (7-4)pT:T f p2(t)dtV 0式中p是T时间内的有效声压，Pa； p(t)为某一时刻的瞬时声压，Pa。T通常所说的声压，若未加说明，即指有效声压，若 p ， p ，分别表示两列 12声波在某一点所引起的有效声压，该点迭加后的有效声压可由波动方程导出，为7-5)PJ* Pi2 +p 22声压是声场中某点声波压力的量度，影响它的因素与声强相同。并且，在自 由声场中多声波传播方向上某点声强与声压、介质密度P存在如下关系7-6)22声压级，声强级与声功率级正常人耳刚刚能听到的最低声压称听阈声压。对于频率为1000Hz的声音，听阈声
4、压约为为2XlO-5Pa。刚刚使人耳产生疼痛感觉的声压称痛阈声压。对于频 率为1000Hz的声音，正常人耳的痛阈声压为20Pa。从听阈到痛阈，声压的绝对 值之比为1： 106，即相差一百万倍，而从听阈到痛阈，相应声强的变化为0-12W /m2，其绝对值之比为1： 1012，即相差一万亿倍。因此用声压或用声强的绝对值 表示声音的强弱都很不方便。加之人耳对声音大小的感觉，近似地与声压、声强 呈对数关系，所以通常用对数值来度量声音，分别称为声压级与声强级。( 7-7) 声压级 L 二 201gZ (dB)pp 0( 7-8) 声强级 L 二 201g* (dB)0式中：p为基准声压(听阈声压)，2X
5、10-5Pa。I为基准声强，2X10-12 w/m2。00 与上类似，某声源的声功率级定义为（7-9）声强级 L 二 101gW （dB） wW0声强级式中W 基准声功率，为10-i2（w）。0声压级、声强级和声功率级的单位都是分贝。分贝是“级”的单位，是无量纲的量。由声压与声强的关系可以得出，以空气为介质的自由声场中，常温常压下某一点的声压级与声强级近似相等。23分贝的运算 由声压级、声强级、声功率级的定义式可知，级的分贝数的运算不能按算术 法则进行，而应按对数运算的法则进行。几个不同的噪声源同时作用在声场中同一点上，这点的总声压级如何计算 呢？从声压级的定义出发，则有L = 20lg 倖=
6、10lg pTp0c 、pT(po丿2 = 10lg 土 = 10lg 区 f 鼻(dB)p027-10)则有 L = 10lg10护pT_ 1 丿_(dB)当两个不同的噪声源同时作用在声场中同一点上，如果两个声源单独作用产 生的声压级分别为L和L，且L三L ；为计算方便，列出（表7-1） L -L差值p1 p2 p1 p2 p1 p2相对应的增值AL,这点的总声压级L为：pT表7-1两个声源L -L差值与增值AL的对应关系p1 p2L -LPlP2ALL -LPlP2AL0361.012.570.822.180.631.890.541.5100.45 1.2 11 0.3（7-11）L 二
7、L +AL（dB）pTp124.频谱图及倍频程（1）频谱图 除音叉等之外，各种声源发出的声音很少是单一频率的纯音，大多是由许多 不同强度，不同频率的声音复合而成，统称复音。在复音中，不同频率（或频段） 的成分的声波具有不同的能量，这种频率成分与能量分布的关系称为声的频谱。描述一个复音中，各频率成分与能量分布关系的图形称为频谱图。通常是先 测定出该噪声的各频率成分与相应的声压级或声功率级，然后以频率为横坐标， 以声压级（声功率级）为纵坐标进行绘图，如图7-1所示。压声程频倍90801101007060图7-16也1300-11坤汽轮鼓风机濒谱图。40008000频率(Hz)（2）倍频程由于一般噪
8、声的频率分布宽阔，在实际的频谱分析中，不需要也不可能对每 个频率成分进行具体分析。为了方便，人们把20-20000Hz的声频范围分为几个 段落，划分的每一个具有一定频率范围的段落称做频带或频程。频程的划分方法通常有两种。一种是恒定带宽，即每个频程的上、下限频率 之差为常数。另一种是恒定相对带宽的划分方法，即保持频带的上、下限之比为 一常数。实验证明，当声音的声压级不变而频率提高一倍时，听起来音调也提高 一倍（音乐上称提高八度音程）；为此，将声频范围划分为这样的频带：使每一频 带的上限频率比下限频率高一倍，即频率之比为2，这样划分的每一个频程称1 倍频程，简称倍频程。为了简明，每个倍频程用其中心
9、频率，f来表示：C(7-12)f =(Hz)cu df和f,分别为该频程的上限和下限频率。 ud我国规定的倍频程频率范围及中心频率见表7-2。由该表可见,相邻两个倍 频程的中心频率之比也是2： 1。如果在一个倍频程的上、下限频率之间再插入两个频率,使 4个频率之间的 比值由小到大,依次排列。这样将一个倍频程划分为3个频程,称这种频程为1 3倍频程,每一个 13倍频程也用其中心频率来表示。按照13倍频程的方法, 可将声频范围分为更多的频带,便于较仔细地研究。图7-2是按照13倍频程的 方法绘制的频谱图。表7-2倍频程及中心频率频率范围 (Hz)倍频程1/3倍频程下限频率上限频率中心频率下限频率上
10、限频率中心频率45906356.270.86370.889.18089.111210090180125112141125141178160178224200180355250224282250282355315355447400355710500447562500562708630708891800710140010008911122100011221413125014131778160014002800200017782239200022392818250028183548315028005600400035484467400044675623500056237079630056001120
11、080007079891380008913112201000011220141301250025.噪声的主观评价噪声危害的大小，不仅与声音的强度、频率成分有关，而且与噪声的作用时 间、起伏变化的程度以及人们工作或者生活的状态、情绪有关。为此，需要根据 人们对噪声的感受程度，即人对噪声的心理效应，对噪声作出主观评价。现在介绍几种常用的噪声主观评价量。(1) 等响曲线与响度级通常，声音愈响，对人的干扰愈大。实践证明，人耳对高频声较低频声敏感， 同样声压级的声音，中、高频声显得比低频声更响一些，这是人耳的听觉特性所 决定的。为此人们提出响度级这一概念，用以定量地描述声音在人主观上引起的 “响”的感觉
12、。60S3o o O0 9 87063125250500100020004000图7-2 D800-21型离心鼓风机频谱图。频率皿800020 3l.fi 6350 5OQ IQQO 2000 4000 6000164QOO频率(Mi)图7-3等响曲线图。60所谓响度级，就是以1000Hz的纯音作标准，使其和某个声音听起来一样响， 那么此1000Hz纯音的声压级就定义为该声音的响度级。记作Ln，单位为方 (Phone)。用实验的方法可以得到整个声频范围内纯音的响度级。将频率不同，响度级 却相同的点连成曲线，便可得到一簇曲线，如图7-3所示，因为每一条曲线上各 点的声音都一样响，因此这种曲线称做
13、等响曲线。每条曲线上的数字表示声音的 响度级(方值)，即与此声音同样响的1000Hz纯音的声压级。(1)(2) A、B、C计权声级用响度级反映人们对声音的主观感觉过于复杂，若能通过一种仪器使直接测 得的噪声强度值与人耳的主观感受近似取得一致，则将大为简便，这种仪器称为声级计。国际电工委员会标准规定，一般声级计，可分别模拟40方、70方、100方三条等响曲线设置三套网络，分别称做A、B、C网络，用以分别测定低、中、 高三种强度的声音。声压级低于55dB的声音用A网络；55- 85dB之间的声音用B 网络；85dB以上的声音用C网络。由等响曲线可知，同样声压级的声音，不同频率时并不等响。因此，声音
14、讯 号输入A、B、C网络后，输出讯号并不与输入信号相对等，而是有一定的修正。 通常，高频声显得更响些，信号输出时得到增强，修正量为正，低频声显得不那 么响，信号输出时被衰减，修正量为负。衰减与增强的量称做响应。响应因频率 而异，故称做频率响应。(2)(3) 噪声评价量噪声源评价量可用声压级或倍频带声压级、声功率级、A声级、A计权声功率 级。噪声的影响还同其持续的时间有关，即和人们接收的噪声能量有关。在更多 情况下，环境噪声往往是起伏的，因此又提出了等效A声级的评价量，以弥补A 声级的不足。声场中某点在一段时间内A计权能量的平均值即该点在这段时间的等效A声 级。表达式为7-13)L 二 101geqTT1 ：10賈dt(dB)式中，T 规定的测量时间；L 某时刻t的瞬时A声级，dB(A)；A(t)L -规定测量时间T内的等效A声级。eqT各国所制定的环境噪声标准，一般都指的是等效
