聲音與噪聲

       聲音的本質(zhì)是波動。受作用得空氣發(fā)生振動，當震動頻率在20-20000Hz時，作用于人的耳鼓膜而產(chǎn)生的感覺稱為聲音。聲源可以是固體、也可以是流體（液體和氣體）的振動。聲音的傳媒介質(zhì)有空氣。水和固體，它們分別稱為空氣聲、水聲和固體聲等。噪聲監(jiān)測主要討論空氣聲。

            人 類是生活在一個聲音的環(huán)境中，通過聲音進行交談、表達思想感情以及開展各種活動。但有些聲音也會給人類帶來危害。例如，震耳欲聾的機器聲，呼嘯而過的飛機 聲等。這些為人們生活和工作所不需要的聲音叫噪聲，從物理現(xiàn)象判斷，一切無規(guī)律的或隨機的聲信號叫噪聲；噪聲的判斷還與人們的主觀感覺和心理因素有關(guān)，即 一切不希望存在的干擾聲都叫噪聲，例如，在某些時候，某些情緒條件下音樂也可能是噪聲。

環(huán)境噪聲的來源有四種：

一是交通噪聲，包括汽車、火車和飛機等所產(chǎn)生的噪聲；

二是工廠噪聲，如鼓風機、汽輪機，織布機和沖床等所產(chǎn)生的噪聲；

三是建筑施工噪聲，像打樁機、挖土機和混凝土攪拌機等發(fā)出的聲音；

四是社會生活噪聲，例如，高音喇叭，收錄機等發(fā)出的過強聲音。

二、聲音的發(fā)生、頻率、波長和聲速

                頻率：聲源在一秒中內(nèi)振動的次數(shù)，記作f。單位為Hz。

                周期：聲源振動一次所經(jīng)歷的時間，記作T，單位為s。T=1/f。

                波長：沿聲波傳播方向，振動一個周期所傳播的距離，或在波形上相位相同的相鄰兩點間距離，記為λ，單位為m。

            聲速：聲波每秒在介質(zhì)中傳播的距離，記作c，單位為m/s。聲速與傳播聲音的介質(zhì)和溫度有關(guān)。在空氣中，聲速（c）和溫度（t）的關(guān)系可簡寫為：c

            = 331.4+0.607t常溫下，聲速約為345m/s。

     頻率f、波長λ和聲速c三者之間的關(guān)系是: c =λf當物體在空氣中振動，使周圍空氣發(fā)生疏、密交替變化并向外傳遞，且這種振動頻率在20-20000Hz之間，人耳可以感覺，稱為可聽聲，簡稱聲音，噪聲監(jiān)測的就是這個范圍內(nèi)的聲波。頻率低于20Hz的叫次聲，高于20000Hz的叫超聲，它們作用到人的聽覺器官時不引起聲音的感覺，所以不能聽到

 三、聲功率、聲強和聲壓

（一） 聲功率（W）

     聲功率是指單位時間內(nèi)，聲波通過垂直于傳播方向某面積的聲能量。在噪聲監(jiān)測中，聲功率是指聲源總聲功率。單位為W。

（二） 聲強（I）

     聲強是指單位時間內(nèi)，聲波通過垂直于傳播方向單位面積的聲能量。單位為 W / s2。

（三） 聲壓（P）           

     聲壓是由于聲波的存在而引起的壓力增值。單位為Pa。聲波在空氣中傳播時形成壓縮和稀疏交替變化，所以壓力增值是正負交替的。但通常講的聲壓是取均方根值，叫有效聲壓，故實際上總是正值，對于球面波和平面波，聲壓與聲強的關(guān)系是：

            I= P2 / ρc式中：ρ-空氣密度，如以標準大氣壓與20℃的空氣密度和聲速代入，得到ρ•c =408

      單位值,也叫瑞利。稱為空氣對聲波的特性阻抗.

四、分貝、聲功率級、聲強級和聲壓

（一） 分貝   

            人們?nèi)粘Ｉ钪杏龅降穆曇簦粢月晧褐当硎?，由于變化范圍非常大，可以達六個數(shù)量級以上，同時由于人體聽覺對聲信號強弱刺激反應(yīng)不是線形的，而是成對數(shù)比例關(guān)系。所以采用分貝來表達聲學(xué)量值。所謂分貝是指兩個相同的物理量（例A1和A0）之比取以10為底的對數(shù)并乘以10（或20）。

N = 10lg(A1/A0)

     分貝符號為"dB"，它是無量綱的。式中A0是基準量（或參考量），A是被量度量。被量度量和基準量之比取對數(shù)，這對數(shù)值稱為被量度量的"級"。亦即用對數(shù)標度時，所得到的是比值,它代表被量度量比基準量高出多少"級"。

            （二） 聲功率級

                  Lw =10lg(W/W0)

            式中：Lw——聲功率級（dB）；

                  W—— 聲功率（W）；

                  W0—— 基準聲功率，為10-12 W。

            （三） 聲強級

                  LI = 10lg(I/I0)式中：LI —— 聲壓級(dB)；

                  I —— 聲強（W/m2）；

                  I0 —— 基準聲強，為10-12 W/m2。

            （四） 聲壓級

                    LP = 20lg(P/P0)

            式中： LP—— 聲壓級（dB）；

                    P ——聲壓（Pa）；

                    P0—— 基準聲壓，為2×10-5Pa，該值是對1000HZ聲音人耳剛能聽到的zui低聲壓。

五、噪聲疊加和相減

     （一）噪聲的疊加兩個以上獨立聲源作用于某一點，產(chǎn)生噪聲的疊加。聲能量是可以代數(shù)相加的，設(shè)兩個聲源的聲功率分別為W1和W2，那么總聲功率W總 = W1+ W2。而兩個聲源在某點的聲強為I1 和I2 時，疊加后的總聲強

     總 = I + I2 。但聲壓不能直接相加。由于 I1 =P12/ρc I2 = P22/ρc故 P總2 = P12 +

            P22又 （P1/ P0）2= 10(Lp1/10)

                (P2 / P0)2 = 10(Lp2/10)故總聲壓級：

                LP =10 lg[（P12 + P22）/ P02]

                    =10 lg[10(Lp1/10)+10(Lp2/10)]

            如LP1=LP2，即兩個聲源的聲壓級相等，則總聲壓級：

                        LP = LP1+ 10lg2

                          ≈ LP1 + 3(dB)

            也就是說，作用于某一點的兩個聲源聲壓級相等，其合成的總聲壓級比一個聲源的聲壓級增加3dB。當聲壓級不相等時，按上式計算較麻煩。可以利用書上圖7-1查曲線值來計算。方法是：設(shè)LP1 > LP2 ,以 LP1 - LP2值按圖查得ΔLP ，則總聲壓級 LP總 = LP1 + ΔLP 。

（二） 噪聲的相減

     噪聲測量中經(jīng)常碰到如何扣除背景噪聲問題，這就是噪聲相減問題。通常是指噪聲源的聲級比背景噪聲高，但由于后者的存在使測量讀數(shù)增高，需要減去背景噪聲。圖7-2為背景噪聲修正曲線，。

     例：為測定某車間中一臺機器的噪聲大小，從聲級計上測得聲級為104dB,當機器停止工作，測得背景噪聲為100dB，求該機器噪聲的實際大小。解：

     設(shè)有背景噪聲時測得的噪聲為LP ，背景噪聲為LP1，機器實際噪聲級為LP2由題意可知

                LP - LP1 =4dB

   從圖7-2中可查得ΔLP = 2.2dB,因此該機器的實際噪聲聲級為：

                LP2 = LP -ΔLP

                    = 104dB-2.2dB

                    = 101.8dB

六、 響度和響度級

 1 .響度（N）

    響度是人耳判別聲音由輕到響的強度等級概念，它不僅取決于聲音的強度(如聲壓級)，還與它的頻率及波形有關(guān)。響度的單位為"宋",1宋的定義為聲壓級為40dB,頻率為1000Hz,且來自聽者正前方的平面波形的強度。如果另一個聲音聽起來比1宋的聲音大n倍，即該聲音的響度為n宋。

 2 .響度級(LN)

    響度級是建立在兩個聲音主觀比較的基礎(chǔ)上，選擇1000Hz的純音作基準音，若某一噪聲聽起來與該純音一樣響，則該噪聲的響度級在數(shù)值上就等于這個純音的聲壓級（dB）。響度級用LN表示，單位是"方"。如果某噪聲聽起來與聲壓級為80dB，頻率為1000Hz的純音一樣響，則該噪聲的響度級就是80方。

3 .響度與響度級的關(guān)系

     根據(jù)大量的實驗得到，響度級每改變10方，響度加倍或減半。它們的關(guān)系可用下列數(shù)學(xué)式表示：N = 2[(LN-40)/10] 或

            LN = 40+33lgN注意，響度級的合成不能直接相加，而響度可以相加。應(yīng)先將各響度級換算成響度進行合成，然后再換算成響度級。

七、計權(quán)聲級

         為了能用儀器直接反映人的主觀響度感覺的評價量，有關(guān)人員在噪聲測量儀器——聲級計中設(shè)計了一種特殊濾波器，叫計權(quán)網(wǎng)絡(luò)。通過計權(quán)網(wǎng)絡(luò)測得的聲壓級，已不再是客觀物理量的聲壓級，而叫計權(quán)聲壓級或計權(quán)聲級，簡稱聲級。通用的有A、B、C和D計權(quán)聲級。A計權(quán)聲級是模擬人耳對55dB以下低強度噪聲的頻率特性；B計權(quán)聲級是模擬55dB到85dB的中等強度噪聲的頻率特性；C計權(quán)聲級是模擬高強度噪聲的頻率特性；D計權(quán)聲級是對噪聲參量的模擬，于飛機噪聲的測量。計權(quán)網(wǎng)絡(luò)是一種特殊濾波器，當含有各種頻率通過時，它對不同頻率成分的衰減是不一樣的。A、B、C計權(quán)網(wǎng)絡(luò)的主要差別是在于對低頻成分衰減程度，A衰減zui多，B其次，Czui少。A、B、C、D計權(quán)的特性曲線見

八、等效連續(xù)聲級、噪聲污染級和晝夜等效聲級

（一）等效連續(xù)聲級

            A計權(quán)聲級能夠較好地反映人耳對噪聲的強度與頻率的主觀感覺，因此對一個連續(xù)的穩(wěn)態(tài)噪聲，它是一種較好的評價方法，但對一個起伏的或不連續(xù)的噪聲，A計權(quán)聲級就顯得不合適了。例如，交通噪聲隨車流量和種類而變化；又如，一臺機器工作時其聲級是穩(wěn)定的，但由于它是間歇地工作，與另一臺聲級相同但連續(xù)工作的機器對人的影響就不一樣。因此提出了一個用噪聲能量按時間平均方法來評價噪聲對人影響的問題，即等效連續(xù)聲級，符號“Leq”或“LAeq.T”。它是用一個相同時間內(nèi)聲能與之相等的連續(xù)穩(wěn)定的A聲級來表示該段時間內(nèi)的噪聲的大小。例如，有兩臺聲級為85dB的機器，*臺連續(xù)工作8小時，第二臺間歇工作，其有效工作時間之和為4小時。顯然作用于操作工人的平均能量是前者比后者大一倍，即大3dB。因此，等效連續(xù)聲級反映在聲級不穩(wěn)定的情況下，人實際所接受的噪聲能量的大小，它是一個用來表達隨時間變化的噪聲的等效量。

                LAeq.T =10lg[1/T∫T0100.1LPAdt]式中：LPA—— 某時刻t的瞬時A聲級（dB）;

   T —— 規(guī)定的測量時間（s）如果數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布，其累積分布在正態(tài)概率紙上為一直線，則可用下面近似公式計算：

                LAeq.T ≈ L50+d2/60, d = L10 - L90其中L10， L50， L90為累積百分聲級，其定義是：

                L10—— 測量時間內(nèi)，10%的時間超過的噪聲級，相當于噪聲的平均峰值。

                L50—— 測量時間內(nèi)，50%的時間超過的噪聲級，相當于噪聲的平均值。

                L90—— 測量時間內(nèi)，90%的時間超過的噪聲級，相當于噪聲的背景值。

累積百分聲級L10、L50、和L90的計算方法有兩種：其一是在正態(tài)概率紙上畫出累積分布曲線，然后從圖中求得；另一種簡便方法是將測定的一組數(shù)據(jù)（例如100個），從大到小排列，第10個數(shù)據(jù)即為L10，第50個數(shù)據(jù)即為L50，第90個數(shù)據(jù)即為L90。

（二） 噪聲污染級

           許 多非穩(wěn)態(tài)噪聲的實踐表明，漲落的噪聲所引起人的煩惱程度比等能量的穩(wěn)態(tài)噪聲要大，并且與噪聲暴露的變化率和平均強度有關(guān)。經(jīng)實驗證明，在等效連續(xù)聲級的基 礎(chǔ)上加上一項表示噪聲變化幅度的量，更能反映實際污染程度。用這種噪聲污染級評價航空或道路的交通噪聲比較恰當。故噪聲污染級（LNP）公式為：

                LNP = Leq + Kσ

      式中：K —— 常數(shù)，對交通和飛機噪聲取值2.56；

                σ —— 測定過程中瞬時聲級的標準偏差。

（三）晝夜等效聲級

也稱日夜平均聲級，符號“Ldn”。用來表達社會噪聲晝夜間的變化情況，表達式為：

      Ldn = 10lg{[16×100.1Ld + 8×100.1(Ln+10)]/24}

        式中：Ld——白天的等效聲級，時間從6∶00－22∶00，共16個小時；

      Ln——夜間的等效聲級，時間從22∶00－第二天的6∶00，共8個小時。為表明夜間噪聲對人的煩擾更大，故計算夜間等效聲級這一項時應(yīng)加上10dB的計權(quán)。