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λ, 单位为米(m)。

(2)(2)频率记作f，单位为赫兹(Hz)。

(3) (3)声速λ= 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20℃时，空气中声速约为340 m/s，空气的温度每升高1℃，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2．1．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)。

(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，从而使空气密度发生变化。

在（7-2）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。

dt t p T p TT ⎰=02)(1 式中T 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 。

通常所说的声压，若未加说明，即指有效声压，若 p 1，p 2，分别表示两列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2221p p p T +=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ρ存在如下关系vp I ρ2=2．2．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，听阈声压约为为2×lO -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10-12—1W ／m 2，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。

声压级 0lg 20p pL p = (dB)声强级 0lg20I IL I = (dB) 式中：p 0为基准声压（听阈声压），2×10-5Pa 。

I 0为基准声强， 2×10-12 w/m 2。

与上类似，某声源的声功率级定义为（7-4）（7-5）（7-6）（7-8）（7-7）声强级 0lg10W WL w = (dB) 声强级式中 W 0 —基准声功率，为10-12(w)。

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。

2．3．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∑∑⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛==⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛==ni niT T pTp p p pp p p p L 1202012200lg 10lg 10lg 10lg 20 (dB)则有 ⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=∑n L pTpiL 11010lg 10 (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 p1 和L p2，且L p1≥L p2；为计算方便，列出（表7-1）L p1-L p2差值相对应的增值ΔL ，这点的总声压级L pT 为：表7-1 两个声源L p1 -L p2差值与增值ΔL 的对应关系 L p1 -L p2 ΔL L p1 -L p2 ΔL 0 1 2 3 43 2.5 2.1 1.8 1.56 7 8 9 101.0 0.8 0.6 0.5 0.4（7-9）（7-10）5 1.2 11 0.3L L L p pT ∆+=1 (dB)2．4.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。

(2)倍频程由于一般噪声的频率分布宽阔，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频率，f c 来表示：（7-11）d u c f f f ⋅= (Hz)f u 和f d ，分别为该频程的上限和下限频率。

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：l 。

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 1／3倍频程也用其中心频率来表示。

按照1／3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1／3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)（7-12）2．5.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。

图7-2 D800-21型离心鼓风机频谱图。

图7-3等响曲线图。

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L N，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⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡=⎰dt T L TL eqTt A 010)(101lg 10 (dB) 式中，T —规定的测量时间；L A(t) —某时刻t 的瞬时A 声级，dB(A)； L eqT —规定测量时间 T 内的等效 A 声级。

各国所制定的环境噪声标准，一般都指的是等效 A 声级值。

它也是对我国各类区域环境噪声进行评价的主要评价量。

某测点在规定的测量时间 T 内，有 N ％时间的声级超过某一声级值 L A 时，这个声级值L A 称做累积百分声级L N 单位为dB (A)。

例如 L 10为70dB(A)，即表示在整个测量时间内，有10％时间的噪声都超过70dB(A) 。

常用的累积百分声级有L 10、L 50、L 90。

L 10表示监测时间内的噪声平均峰值、L 50表示监测时间内噪声的中值、L 90表示监测时间内的噪声噪声的背景值。

（7-13）对于稳态噪声（如工业噪声），一般以 A声级为评价量；对于声级起伏较大（非稳态噪声）或间歇性噪声（如公路噪声、铁路噪声、港口噪声、建筑施工噪声）以等效连续 A声级（L eq,dB(A)）为评价量。

累积百分声级用以表示随时间起伏的无规则噪声的声级分布特性，在城市各类环境噪声评价中常用作分析的依据。

[back to top]3 噪声的测量3．1 噪声测量仪器噪声测量常用的仪器：有声级计、频谱分析仪、声级记录仪与磁带记录仪等。

根据不同的测量目的与要求，可选择不同的测量仪器和不同的测量方法。

声级计是噪声现场测量的一种基本测试仪器，主要用来测试噪声的声级，若和相应的仪器配套，还可进行频谱分析和振动的测量。