聲音與噪聲

       聲音的本質(zhì)是波動(dòng)。受作用得空氣發(fā)生振動(dòng)，當(dāng)震動(dòng)頻率在20-20000Hz時(shí)，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(dòng)。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(gè)聲音的環(huán)境中，通過聲音進(jìn)行交談、表達(dá)思想感情以及開展各種活動(dòng)。但有些聲音也會(huì)給人類帶來危害。例如，震耳欲聾的機(jī)器聲，呼嘯而過的飛機(jī) 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(jī)的聲信號(hào)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(shí)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(jī)等所產(chǎn)生的噪聲；

二是工廠噪聲，如鼓風(fēng)機(jī)、汽輪機(jī)，織布機(jī)和沖床等所產(chǎn)生的噪聲；

三是建筑施工噪聲，像打樁機(jī)、挖土機(jī)和混凝土攪拌機(jī)等發(fā)出的聲音；

四是社會(huì)生活噪聲，例如，高音喇叭，收錄機(jī)等發(fā)出的過強(qiáng)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(dòng)的次數(shù)，記作f。單位為Hz。

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

                波長：沿聲波傳播方向，振動(dòng)一個(gè)周期所傳播的距離，或在波形上相位相同的相鄰兩點(diǎn)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(dāng)物體在空氣中振動(dòng)，使周圍空氣發(fā)生疏、密交替變化并向外傳遞，且這種振動(dòng)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(gè)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(shí)不引起聲音的感覺，所以不能聽到

 三、聲功率、聲強(qiáng)和聲壓

（一） 聲功率（W）

     聲功率是指單位時(shí)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(qiáng)（I）

     聲強(qiáng)是指單位時(shí)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(shí)形成壓縮和稀疏交替變化，所以壓力增值是正負(fù)交替的。但通常講的聲壓是取均方根值，叫有效聲壓，故實(shí)際上總是正值，對(duì)于球面波和平面波，聲壓與聲強(qiáng)的關(guān)系是：

            I= P2 / ρc式中：ρ-空氣密度，如以標(biāo)準(zhǔn)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(duì)聲波的特性阻抗.

四、分貝、聲功率級(jí)、聲強(qiáng)級(jí)和聲壓

（一） 分貝   

            人們?nèi)粘Ｉ钪杏龅降穆曇?，若以聲壓值表示，由于變化范圍非常大，可以達(dá)六個(gè)數(shù)量級(jí)以上，同時(shí)由于人體聽覺對(duì)聲信號(hào)強(qiáng)弱刺激反應(yīng)不是線形的，而是成對(duì)數(shù)比例關(guān)系。所以采用分貝來表達(dá)聲學(xué)量值。所謂分貝是指兩個(gè)相同的物理量（例A1和A0）之比取以10為底的對(duì)數(shù)并乘以10（或20）。

N = 10lg(A1/A0)

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

            （二） 聲功率級(jí)

                  Lw =10lg(W/W0)

            式中：Lw——聲功率級(jí)（dB）；

                  W—— 聲功率（W）；

                  W0—— 基準(zhǔn)聲功率，為10-12 W。

            （三） 聲強(qiáng)級(jí)

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

                  I —— 聲強(qiáng)（W/m2）；

                  I0 —— 基準(zhǔn)聲強(qiáng)，為10-12 W/m2。

            （四） 聲壓級(jí)

                    LP = 20lg(P/P0)

            式中： LP—— 聲壓級(jí)（dB）；

                    P ——聲壓（Pa）；

                    P0—— 基準(zhǔn)聲壓，為2×10-5Pa，該值是對(duì)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(gè)以上獨(dú)立聲源作用于某一點(diǎn)，產(chǎn)生噪聲的疊加。聲能量是可以代數(shù)相加的，設(shè)兩個(gè)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(gè)聲源在某點(diǎn)的聲強(qiáng)為I1 和I2 時(shí)，疊加后的總聲強(qiáng)

     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(jí)：

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

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

            如LP1=LP2，即兩個(gè)聲源的聲壓級(jí)相等，則總聲壓級(jí)：

                        LP = LP1+ 10lg2

                          ≈ LP1 + 3(dB)

            也就是說，作用于某一點(diǎn)的兩個(gè)聲源聲壓級(jí)相等，其合成的總聲壓級(jí)比一個(gè)聲源的聲壓級(jí)增加3dB。當(dāng)聲壓級(jí)不相等時(shí)，按上式計(jì)算較麻煩?？梢岳脮蠄D7-1查曲線值來計(jì)算。方法是：設(shè)LP1 > LP2 ,以 LP1 - LP2值按圖查得ΔLP ，則總聲壓級(jí) 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(jí)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(tái)機(jī)器的噪聲大小，從聲級(jí)計(jì)上測得聲級(jí)為104dB,當(dāng)機(jī)器停止工作，測得背景噪聲為100dB，求該機(jī)器噪聲的實(shí)際大小。解：

     設(shè)有背景噪聲時(shí)測得的噪聲為LP ，背景噪聲為LP1，機(jī)器實(shí)際噪聲級(jí)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(jī)器的實(shí)際噪聲聲級(jí)為：

                LP2 = LP -ΔLP

                    = 104dB-2.2dB

                    = 101.8dB

六、 響度和響度級(jí)

 1 .響度（N）

    響度是人耳判別聲音由輕到響的強(qiáng)度等級(jí)概念，它不僅取決于聲音的強(qiáng)度(如聲壓級(jí))，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(jí)為40dB,頻率為1000Hz,且來自聽者正前方的平面波形的強(qiáng)度。如果另一個(gè)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(jí)(LN)

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

3 .響度與響度級(jí)的關(guān)系

     根據(jù)大量的實(shí)驗(yàn)得到，響度級(jí)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(jí)的合成不能直接相加，而響度可以相加。應(yīng)先將各響度級(jí)換算成響度進(jìn)行合成，然后再換算成響度級(jí)。

七、計(jì)權(quán)聲級(jí)

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

八、等效連續(xù)聲級(jí)、噪聲污染級(jí)和晝夜等效聲級(jí)

（一）等效連續(xù)聲級(jí)

            A計(jì)權(quán)聲級(jí)能夠較好地反映人耳對(duì)噪聲的強(qiáng)度與頻率的主觀感覺，因此對(duì)一個(gè)連續(xù)的穩(wěn)態(tài)噪聲，它是一種較好的評(píng)價(jià)方法，但對(duì)一個(gè)起伏的或不連續(xù)的噪聲，A計(jì)權(quán)聲級(jí)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(tái)機(jī)器工作時(shí)其聲級(jí)是穩(wěn)定的，但由于它是間歇地工作，與另一臺(tái)聲級(jí)相同但連續(xù)工作的機(jī)器對(duì)人的影響就不一樣。因此提出了一個(gè)用噪聲能量按時(shí)間平均方法來評(píng)價(jià)噪聲對(duì)人影響的問題，即等效連續(xù)聲級(jí)，符號(hào)“Leq"或“LAeq.T"。它是用一個(gè)相同時(shí)間內(nèi)聲能與之相等的連續(xù)穩(wěn)定的A聲級(jí)來表示該段時(shí)間內(nèi)的噪聲的大小。例如，有兩臺(tái)聲級(jí)為85dB的機(jī)器，*臺(tái)連續(xù)工作8小時(shí)，第二臺(tái)間歇工作，其有效工作時(shí)間之和為4小時(shí)。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(jí)反映在聲級(jí)不穩(wěn)定的情況下，人實(shí)際所接受的噪聲能量的大小，它是一個(gè)用來表達(dá)隨時(shí)間變化的噪聲的等效量。

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

   T —— 規(guī)定的測量時(shí)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(jì)算：

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

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

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

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

累積百分聲級(jí)L10、L50、和L90的計(jì)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(gè)），從大到小排列，第10個(gè)數(shù)據(jù)即為L10，第50個(gè)數(shù)據(jù)即為L50，第90個(gè)數(shù)據(jù)即為L90。

（二） 噪聲污染級(jí)

           許 多非穩(wěn)態(tài)噪聲的實(shí)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(qiáng)度有關(guān)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，在等效連續(xù)聲級(jí)的基 礎(chǔ)上加上一項(xiàng)表示噪聲變化幅度的量，更能反映實(shí)際污染程度。用這種噪聲污染級(jí)評(píng)價(jià)航空或道路的交通噪聲比較恰當(dāng)。故噪聲污染級(jí)（LNP）公式為：

                LNP = Leq + Kσ

      式中：K —— 常數(shù)，對(duì)交通和飛機(jī)噪聲取值2.56；

                σ —— 測定過程中瞬時(shí)聲級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)偏差。

（三）晝夜等效聲級(jí)

也稱日夜平均聲級(jí)，符號(hào)“Ldn"。用來表達(dá)社會(huì)噪聲晝夜間的變化情況，表達(dá)式為：

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

        式中：Ld——白天的等效聲級(jí)，時(shí)間從6∶00－22∶00，共16個(gè)小時(shí)；

      Ln——夜間的等效聲級(jí)，時(shí)間從22∶00－第二天的6∶00，共8個(gè)小時(shí)。為表明夜間噪聲對(duì)人的煩擾更大，故計(jì)算夜間等效聲級(jí)這一項(xiàng)時(shí)應(yīng)加上10dB的計(jì)權(quán)。