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(cè)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(guò)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(lái)危害,。例如,，震耳欲聾的機(jī)器聲，呼嘯而過(guò)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(wú)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(lè)也可能是噪聲,。

環(huán)境噪聲的來(lái)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(guò)強(qiáng)聲音,。

二,、聲音的發(fā)生、頻率,、波長(zhǎng)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(zhǎng)：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(jiǎn)寫為：c

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

     頻率f、波長(zhǎng)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(jiǎn)稱聲音，噪聲監(jiān)測(cè)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(guò)垂直于傳播方向某面積的聲能量,。在噪聲監(jiān)測(cè)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(guò)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钪杏龅降穆曇簦粢月晧褐当硎?，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(lái)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(wú)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(shuō)，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(lái)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(cè)量中經(jīng)常碰到如何扣除背景噪聲問(wèn)題,，這就是噪聲相減問(wèn)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(cè)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(cè)定某車間中一臺(tái)機(jī)器的噪聲大小，從聲級(jí)計(jì)上測(cè)得聲級(jí)為104dB,當(dāng)機(jī)器停止工作,，測(cè)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(cè)得的噪聲為L(zhǎng)P ,，背景噪聲為L(zhǎng)P1,，機(jī)器實(shí)際噪聲級(jí)為L(zhǎng)P2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(lái)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(lái)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(lái)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(lái)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(cè)量?jī)x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(guò)計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)測(cè)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(jiǎn)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(cè)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(guò)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(lái)評(píng)價(jià)噪聲對(duì)人影響的問(wèn)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(lái)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(lái)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(cè)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(cè)量時(shí)間內(nèi)，10%的時(shí)間超過(guò)的噪聲級(jí),，相當(dāng)于噪聲的平均峰值,。

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

                L90—— 測(cè)量時(shí)間內(nèi)，90%的時(shí)間超過(guò)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(jiǎn)便方法是將測(cè)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(cè)定過(guò)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(lái)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)。