第一章噪声 一、噪声 物体的振动产生声音，振动发声的物体被称为声源。声音可以通过介质（空气、固体 或液体)进行传播，形成声波。 噪声是一种声音，声音是由物体的机械振动而产生的。噪声的主要来源有交通噪声、 工业噪声、 建筑施工 社会生活噪声等 噪声污染是一种物理性污染，同水体污染、大气 污染和固体废物污染不同，它的特点是局部性和没有后效的。 声音有强弱之分，并用声压p来表示其大小，单位是Pa(帕)，1Pa=1Nm2(牛顿/米2)， 个大压笔干1013×105P2。出压可可以用锋值、平均值和有效值表示 声压的有效值是瞬时声压平方在一段时间平均数的平方根，又称均方根值(RMS), 被测声压的有效值P与瞬时声压p(t)具有下述关系式： P-(M (1.1) 它直接与声波的能量有关，所以用得最多，以下除非另外说明，所论声压均指有效值。 由于声压变化的范围很大，例如人耳刚能听到的最小声压为2×105Pa,而喷气式飞机 时分盟 两者相差数百万倍：同时考虑人耳对声音强弱反应的（对数）特 声压级的定义是：声压与参考声压之比的常用对数乘以20，单位是B(分贝)，即： L,=20g号 (1.2) 式中：P为声压(Pa.),P=2×105Pa是参考声压，它是人耳刚刚可以听到声音的声压。 表11各种环境的声压和声压级 压 声压 N/m 环境举例 声压 声压级 环境举例 /dB N/m2 /dB 980 18 火箭发射 0.063 繁华大街上 喷气式飞机附近 普通说话 0010000 开坯锻锤，铆钉枪 微型电机工作时 大型 机 安1 房间内 002 对 .000 林安静夜晚 公共汽车上 刚刚能听到的声音 衡量声音强度的还有声强和声功率。声强是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，以I表示，单位是W/m(瓦/米2)。 声强与声压的平方成正比，对于平面 波声场，声强I和声压P的关系用下式表示： (1.3)
1 第一章 噪声 一、噪声 物体的振动产生声音，振动发声的物体被称为声源。声音可以通过介质（空气、固体 或液体）进行传播，形成声波。 噪声是一种声音，声音是由物体的机械振动而产生的。噪声的主要来源有交通噪声、 工业噪声、建筑施工、社会生活噪声等。噪声污染是一种物理性污染，同水体污染、大气 污染和固体废物污染不同，它的特点是局部性和没有后效的。 声音有强弱之分，并用声压p来表示其大小，单位是 Pa (帕)，1 Pa=1N/m2（牛顿/米2）， 一个大气压等于1.013×105 Pa 。声压可以用峰值、平均值和有效值表示。 声压的有效值是瞬时声压平方在一段时间平均数的平方根，又称均方根值（RMS）， 被测声压的有效值P与瞬时声压p（t）具有下述关系式： T 2 0 1 P p t dt T = ( ) （1.1） 它直接与声波的能量有关，所以用得最多，以下除非另外说明，所论声压均指有效值。 由于声压变化的范围很大，例如人耳刚能听到的最小声压为2×10-5 Pa，而喷气式飞机 附近的声压可达数百帕，两者相差数百万倍；同时考虑人耳对声音强弱反应的（对数）特 性，用对数方法将声压分为百十个级，称为声压级。 声压级的定义是：声压与参考声压之比的常用对数乘以20，单位是dB（分贝），即： 0 P L 20 P p = lg （1.2） 式中：P为声压（Pa.），P0=2×10-5Pa是参考声压，它是人耳刚刚可以听到声音的声压。 衡量声音强度的还有声强和声功率。声强是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，以I表示，单位是W/m2 (瓦/米2 )。声强与声压的平方成正比，对于平面 波声场，声强I和声压P的关系用下式表示： P I c = （1.3） 表1-1 各种环境的声压和声压级 声压 N/m2 声压 级 /dB 环境举例 声压 N/m2 声压级 /dB 环境举例 630 200 63 20 6.3 2.0 0.63 0.20 150 140 130 120 110 100 90 80 火箭发射 喷气式飞机附近 开坯锻锤，铆钉枪 大型球磨机 大型鼓风机附近 纺织车间 汽车喇叭声 公共汽车上 0.063 0.020 0.0063 0.0020 0.00063 0.00020 0.000063 0.000020 70 60 50 40 30 20 10 0 繁华大街上 普通说话 微型电机工作时 安静房间内 轻声谈话 树叶落下的沙沙声 乡村安静夜晚 刚刚能听到的声音
式中：p是介质密度，c是声速，pc称之为介质的特性阻抗 声源在单位时间内辐射的总声能，称之为声源的声功率，用P表示，单位是W(瓦)， 它等于包围声源的一个封闭面上的声强总和： P=$JInds (1.4) 式中：积分号表示在封闭面s上进行求和积分：In是声强在面积元ds法线方向的分量。 在自由声场中，声波无反射地自由传播，点声源向四周辐射球面波，其声功率为： P=I.4nr2 (1.5) 式中：I是距点声源为r处的声强。 如果声源在开阔空间的地面上，声波只向半球面辐射，此时 (1.6) 这里1是在半径等于的半球面上的平均声强。 声波振动的快慢用频率来表示，单位是Hz(赫)，它表示物体在1秒内振动的次数。 频率的倒数为振动周期T,单位是s(秒)。人类只能听到20Hz~20000Hz的声音，低于20H2 的声音为次声，高于20000Hz的声音为超声 声波的幅值随时间的变化图称为声波的波形。如果波形是正弦波，则称为纯音，纯音 的声波可以用下述函数描述： p=Psin(t+0) (1.7) 式中：P幅值：o-角频率，o=2πf,f频率；0-初始相位。 如1000Hz声音就是指频率为1000Hz的纯音。如果波形是不规则的， 或随机的，则称为 噪声。如果噪声的幅值对时间的分布满足正态（高斯）分布曲线，则称为无规噪声”。如 果在某个频率范围内单位频带宽度噪声成分的强度与频率无关，也就是具有均匀而连续的 频谱，则此噪声称为“白噪声”。如果每单位频带宽度噪声的强度以每升高一倍频程下降3B 而变化，则此噪声称为“粉红噪声”，粉红噪声是在等比带宽内能量分布相等的连续谱噪声。 在诵常情况下，我门往往把那些不希望听见的声音称为操声，如环境噪声、交通操声 等。钢琴声是乐声，但对于正在学习或睡觉的人就成了扰人的噪声 按照声源的不同，噪声可以分为机械噪声 空气动力性噪声和电磁性噪声。 按照噪声的时间变化特性，可分为四种：噪 声的强度随时间变化不显著，称为稳定噪声（图 1.la),如电机、织布机的噪声 ，噪声的强度随 时间有规律地起状，周期性地时大时小的出现， 称为周期性变化噪声（图1.1b),如蒸汽机车的 噪声 噪声随时间起伏变化无 “定的规律，称 b 为无规噪声（图1.1c),如街道交通噪声。如果 噪声突然爆发又很快消失，持续时间不超过1s 并且两个连续爆发声之间间隔大于15，则称为 脉冲声（图1.1d),如冲床噪声、枪炮噪声等。 d 图11噪声的时间特性 二、噪声的频谱 实际上，任何噪声都不只是一个频率的声音，是从低频到高频无数频率成分的声音的 大合奏。有的机器高频率的声音多一些，听起来高亢刺耳，如电锯、铆钉枪，它们辐射的 主要噪声成分在1000Hz以上，这种噪声我们称之为高频噪声。有的机器低频率的声音多
2 式中：ρ是介质密度，c是声速，ρc称之为介质的特性阻抗。 声源在单位时间内辐射的总声能，称之为声源的声功率，用P表示，单位是W（瓦）， 它等于包围声源的一个封闭面上的声强总和： P=∮sInds （1.4） 式中：积分号表示在封闭面s上进行求和积分；In是声强在面积元ds法线方向的分量。 在自由声场中，声波无反射地自由传播，点声源向四周辐射球面波，其声功率为： P=Ir 4πr2 （1.5） 式中：Ir是距点声源为r处的声强。 如果声源在开阔空间的地面上，声波只向半球面辐射，此时 P=Ir 2πr2 （1.6） 这里Ir是在半径等于r的半球面上的平均声强。 声波振动的快慢用频率f来表示，单位是Hz（赫），它表示物体在1秒内振动的次数。 频率的倒数为振动周期T，单位是s（秒）。人类只能听到20Hz～20000Hz的声音，低于20Hz 的声音为次声，高于20000Hz的声音为超声。 声波的幅值随时间的变化图称为声波的波形。如果波形是正弦波，则称为纯音，纯音 的声波可以用下述函数描述： p=Psin( t+ ) （1.7） 式中：P-幅值；ω-角频率，ω=2πf，f-频率；θ-初始相位。 如1000Hz声音就是指频率为1000Hz的纯音。如果波形是不规则的，或随机的，则称为 噪声。如果噪声的幅值对时间的分布满足正态（高斯）分布曲线，则称为“无规噪声”。如 果在某个频率范围内单位频带宽度噪声成分的强度与频率无关，也就是具有均匀而连续的 频谱，则此噪声称为“白噪声”。如果每单位频带宽度噪声的强度以每升高一倍频程下降3dB 而变化，则此噪声称为“粉红噪声”，粉红噪声是在等比带宽内能量分布相等的连续谱噪声。 在通常情况下，我们往往把那些不希望听见的声音称为噪声，如环境噪声、交通噪声 等。钢琴声是乐声，但对于正在学习或睡觉的人就成了扰人的噪声。 按照声源的不同，噪声可以分为机械噪声、空气动力性噪声和电磁性噪声。 按照噪声的时间变化特性，可分为四种：噪 声的强度随时间变化不显著，称为稳定噪声（图 1.1a），如电机、织布机的噪声。噪声的强度随 时间有规律地起伏，周期性地时大时小的出现， 称为周期性变化噪声（图1.1b），如蒸汽机车的 噪声。噪声随时间起伏变化无一定的规律，称 为无规噪声（图1.1c），如街道交通噪声。如果 噪声突然爆发又很快消失，持续时间不超过1s， 并且两个连续爆发声之间间隔大于1s，则称为 脉冲声（图1.1d），如冲床噪声、枪炮噪声等。 图1.1 噪声的时间特性 二、噪声的频谱 实际上，任何噪声都不只是一个频率的声音，是从低频到高频无数频率成分的声音的 大合奏。有的机器高频率的声音多一些，听起来高亢刺耳，如电锯、铆钉枪，它们辐射的 主要噪声成分在1000Hz以上，这种噪声我们称之为高频噪声。有的机器低频率的声音多一
些，如空压机、汽车，辐射的噪声低沉有力，其主要噪声频率多在500Hz以下，我们称之 为低频噪声。而8-18型，9-27型高压风机的噪声主要频率成分在500-1000Hz范围内，我们 称这种噪声为中频噪声。有的机器较为均匀地辐射从低频到高频的噪声，如纺织机噪声， 我们称之为宽频带噪声。 噪声的主要特点是：具备一定强度，用声压表示：具有不同频率成分，用频谱表示。 机器噪声之所以可以区分就是因为它们具备这两个特点。但是把每一部机器的所有频率成 分的声音的声压 分析出来，虽然技术上可以办得到，但并没有太大必要。为了方便， 并根据人耳对声音频率变化的反应，把可听到的频率范围分成数段，按每段内的声音强度 讲行分析。可以使用滤波器把一段一段的烦率成分洗出来讲行训量，这种滤波器只能允许 定范围的频率成分通过，其它频率成分被衰减掉。 在声学测量中常常使用的是带通滤波器，带通滤波器 只允许一定频率节雨（通带）内的信号通过，高千成低干 频率范围的信号不能通过。 图2-10中虚线画出了理想 带通滤波器的幅度特性，在f至频率范围（通带）内信 号不衰减，以下及，以上频率节用（阳带）信号全部被 衰减到为0.6和6分别称为滤波器的下限截止频率和上限 截止频率。但是，实际滤波器在通带内不可能没有衰减， 在阻带内亦不可能衰成到0。图12画出了实际滤波器的福 频特性（实线）》 般认为实际滤波器的幅频特性降低到 0.707(-3dB)处为其通带范围，即在截止频率f,和f2处幅 度衰减到0.707，即所谓半功率点。 图12滤波器的幅度频率特性 带通滤波器又分为恒带宽滤波器和恒百分比带宽滤波器。恒带宽滤波器是每一个滤波 器的带宽是恒定的，例如6Hz、10Hz:而恒百分比带宽滤波器是每一个滤波器的带宽是恒 定的百分比，例如3%、10% 倍频程和13倍频程滤波器是常用的恒百分比带宽滤波器。所谓一个倍频程，就是上限 频率f2比下限频率f高一倍，例如从707Hz1414Hz就是一个倍频程。在音乐乐谱中1与但是 13倍频程并不是上限频率比下限频率高1B倍，而是上限频率为下限频率的 2=拒=126倍。一般说来，5，=2”，式中n可以是整数，也可以是分数：既可以是 ∫。=√ff (1.8) 知道f就可求出f和6。对于倍频程来说，f=√2f。=1.414。,=/√2)=Q.707f。 对于13倍频程，=2=1.123f0,∫1/2)/。=0.890。 为了统一起见，国际标准化组织(1SO)规定了倍频程的中心频率，倍频程的中心频 率及频率范围见表12。由表可以看出十个倍频程包括了声频的整个频率范围。 影13 倍频程频率范围 1 2 9 18 35+ 07 100 200 4000 00 600 频率范围(H) 707-1414 1414-2828 2828-5656 5656-11212 11212-22424
3 些，如空压机、汽车，辐射的噪声低沉有力，其主要噪声频率多在500Hz以下，我们称之 为低频噪声。而8-18型，9-27型高压风机的噪声主要频率成分在500-1000Hz范围内，我们 称这种噪声为中频噪声。有的机器较为均匀地辐射从低频到高频的噪声，如纺织机噪声， 我们称之为宽频带噪声。 噪声的主要特点是：具备一定强度，用声压表示；具有不同频率成分，用频谱表示。 机器噪声之所以可以区分就是因为它们具备这两个特点。但是把每一部机器的所有频率成 分的声音的声压一一分析出来，虽然技术上可以办得到，但并没有太大必要。为了方便， 并根据人耳对声音频率变化的反应，把可听到的频率范围分成数段，按每段内的声音强度 进行分析。可以使用滤波器把一段一段的频率成分选出来进行测量，这种滤波器只能允许 一定范围的频率成分通过，其它频率成分被衰减掉。 在声学测量中常常使用的是带通滤波器, 带通滤波器 只允许一定频率范围（通带）内的信号通过，高于或低于 这一频率范围的信号不能通过。图2-10中虚线画出了理想 带通滤波器的幅度特性，在f1至f2频率范围（通带）内信 号不衰减，f1以下及f2以上频率范围（阻带）信号全部被 衰减到为0。f1和f2分别称为滤波器的下限截止频率和上限 截止频率。但是，实际滤波器在通带内不可能没有衰减， 在阻带内亦不可能衰减到0。图1.2画出了实际滤波器的幅 频特性（实线），一般认为实际滤波器的幅频特性降低到 0.707（-3dB）处为其通带范围，即在截止频率f1和f2处幅 度衰减到0.707，即所谓半功率点。 图1.2 滤波器的幅度频率特性 带通滤波器又分为恒带宽滤波器和恒百分比带宽滤波器。恒带宽滤波器是每一个滤波 器的带宽是恒定的，例如6Hz、10Hz；而恒百分比带宽滤波器是每一个滤波器的带宽是恒 定的百分比，例如3%、10%。 倍频程和1/3倍频程滤波器是常用的恒百分比带宽滤波器。所谓一个倍频程，就是上限 频率f2比下限频率f1高一倍，例如从707Hz~1414Hz就是一个倍频程。在音乐乐谱中1与但是 1/3 倍 频 程 并 不 是 上 限 频 率 比 下 限 频 率 高 1/3 倍 ， 而 是 上 限 频 率 为 下 限 频 率 的 1/ 3 3 2 = 2 = 1.26 倍。一般说来， n 2 1 f /f =2 ，式中n可以是整数，也可以是分数；既可以是 正数也可以是负数。当n是正数时表示f2比f1高，当n是负数时表示f2比f1低。n=1即为1倍频 程，n=1/3即为1/3倍频程。知道了f2和f1就可以知道其中心频率f0： 0 2 1 f = f f （1.8） 知道f0就可求出f1和f2。对于倍频程来说， 1 414 2 0 0 f = 2 f . f = ， 0 707 1 0 0 f =(1/ 2 f ) . f = 。 对于1/3倍频程， 1 123 6 2 0 0 f = 2 f . f = ， 0 89 6 1 0 0 f =(1/ 2 ) f . f = 。 为了统一起见，国际标准化组织（ISO）规定了倍频程的中心频率，倍频程的中心频 率及频率范围见表1.2。由表可以看出十个倍频程包括了声频的整个频率范围。 表1.2 倍频程频率范围 中心频率（Hz） 31.5 63 125 250 500 频率范围（Hz） 22.5-45 45-90 90-180 180-354 354-707 中心频率（Hz） 1000 2000 4000 8000 16000 频率范围（Hz） 707-1414 1414-2828 2828-5656 5656-11212 11212-22424
在有些更为精细的要求下，将频率更细地划分，形成13倍频程，也就是把每个倍频 程再划分成三个频带，中心频率是20、31.5、40、50、63、80、100、125、160、200、250、 315、400、500、630、800、1K、1.25K、1.6K、2K、2.5K、3.15K、4K、5K、6.3K、8K、 10K、12.5K 16K、20KHz等三十个频率，后一个频率均为前 个频率的2B倍 以中心频率(Hz)为横坐标，以声压级(B)为纵坐标，作出噪声按倍频带或1/3倍频带 的声压分布图，就一目了然地通观噪声的特性。这个方法称为噪声的倍频带或13倍频带频 谱分析。 图1.3和图1.4分别画出两种机器的倍频带和1/3倍频带噪声频谱。 图13空气压缩机噪声频谱（倍颜程） 国1.4离心敢风机噪声颜谱(1/3倍频程) 在噪声控制工作中，了解噪声源的频谱很重要，降低不同频率成分的噪声，采用的控 制方法及选用的声学材料也不一样。对症下药，才能有效合理地降低噪声。 第二章噪声的评价 一、响度级和响度 声压和声强都是客观物理量，声压越高，声音越强：声压越低，声音越弱，但是它们 不能完全反映人耳对声音的感觉特性。 人耳付出音的成尚。不仅和声压右关.也和桥率右关。一船村高领出音成微灵敏，村 低频声音感觉迟钝， 声压级相同而频率不同的声音听起来可能不一样响。为了既考虑到 音的物理量效应，又考虑到声音对人耳听觉的生理效应，把声音的强度和频率用一个量统 一起来，人门仿昭声压级引出了一个响度级的概今 使用等响实验方法，可以得到 一族不同频率、不同声 压级的等响度曲线。实验时用1000Hz的某一强度（例 加40B)的声音为基准，用人耳试听的动九法与其它 频率（例如100H2)声音进行比较，调节此声音的声 压级，使它与1000Hz声音听起来响度相同，记下此 频率的声压级（例如50B)。再用其它频率试验并 记下它们与1000Hz声音响度相等的声压级，将这些 数据画在坐标上，就得到一条与1000Hz、40dB声压 级等响的曲线。这条曲线用1000Hz时的声压级数值 来表示它们的响度级值，单位为方， 议里成县40方 同样以1000Hz其它声压级的声音为基准，进行不同 颊率的响度比较，可以得出其它的等响度曲线。 图21等响度曲线
4 在有些更为精细的要求下，将频率更细地划分，形成 1/3 倍频程，也就是把每个倍频 程再划分成三个频带，中心频率是 20、31.5、40、50、63、80、100、125、160、200、250、 315、400、500、630、800、1K、1.25K、1.6K、2K、2.5K、3.15K、4K、5K、6.3K、8K、 10K、12.5K、16K、20KHz 等三十个频率，后一个频率均为前一个频率的 2 1/3倍。 以中心频率（Hz）为横坐标，以声压级(dB)为纵坐标，作出噪声按倍频带或1/3倍频带 的声压分布图，就一目了然地通观噪声的特性。这个方法称为噪声的倍频带或1/3倍频带频 谱分析。 图1.3和图1.4分别画出两种机器的倍频带和1/3倍频带噪声频谱。 图1.3 空气压缩机噪声频谱（倍频程） 图1.4 离心鼓风机噪声频谱（1/3倍频程） 在噪声控制工作中，了解噪声源的频谱很重要，降低不同频率成分的噪声，采用的控 制方法及选用的声学材料也不一样。对症下药，才能有效合理地降低噪声。 第二章 噪声的评价 一、响度级和响度 声压和声强都是客观物理量，声压越高，声音越强；声压越低，声音越弱，但是它们 不能完全反映人耳对声音的感觉特性。 人耳对声音的感觉，不仅和声压有关，也和频率有关。一般对高频声音感觉灵敏，对 低频声音感觉迟钝，声压级相同而频率不同的声音听起来可能不一样响。为了既考虑到声 音的物理量效应，又考虑到声音对人耳听觉的生理效应，把声音的强度和频率用一个量统 一起来，人们仿照声压级引出了一个响度级的概念。 使用等响实验方法，可以得到一族不同频率、不同声 压级的等响度曲线。实验时用1000Hz的某一强度（例 如40dB）的声音为基准，用人耳试听的办法与其它 频率（例如100Hz）声音进行比较，调节此声音的声 压级，使它与1000Hz声音听起来响度相同，记下此 频率的声压级（例如50dB）。再用其它频率试验并 记下它们与1000Hz声音响度相等的声压级，将这些 数据画在坐标上，就得到一条与1000Hz、40dB声压 级等响的曲线。这条曲线用1000Hz时的声压级数值 来表示它们的响度级值，单位为方，这里就是40方。 同样以1000Hz其它声压级的声音为基准，进行不同 频率的响度比较，可以得出其它的等响度曲线。 图2.1 等响度曲线
经过大量试验得到的并由国际标准化组织(I$0)推荐为标准的等响度曲线示于图2.1。 从等响度曲线可以看出： (1)当响度级比较低时，低频段等响度曲线弯曲较大，也就是不同频率的响度级（方值 与声压级(dB值)相关很大，例如同样40方响度级，对1000Hz声音来说声压级是40dB, 对100Hz声音是50dB,对40Hz声音是70dB,对20Hz声音是90dB. (2)当响度级高于100方时，等响度曲线变得比较平坦，也就是声音的响度级主要决定于 声压级，与频率关系不大。 (3)人耳对高频声音，特别是3000-4000Hz的声音最敏感，而对低频声音则频率越低越不 敏感 响度级虽然定量地确定了响度感觉与频率和声压级的关系，但是却未能确定这个声音 比那个声音响多少。例如一个80方的声音比另一个50方的声音究竟响几倍？为此人们引出 了响度的概念。1947年国际标准化组织采用了一个新的主观评价量 宋.并以40方为1 宋。响度级每增加10方，响度增加 倍，如50方为2宋，60方为4宋等。其表示式为： S=2Lx-40 (2.1) 10 gS=0.03LN-40) (2.2) 式中：S是响度（宋），LN是响度级（方） 用响度表示声音的大小可以直接计算出声音响度增加或降低的百分数。如果声源经过隔声 处理后响度级降低了10方，相当于响度降低了50%：响度级降低20方，相当于响度降低了 75%等笔 等式(21)和(2-2)只适用于纯音和窄带噪声，对于一般的宽带噪声则要采用响度指数 的计算方法，或者利用史蒂文斯响度指数表来查找倍频带或13倍频带声压级对应的响度指 数 二、声级和A声级 声压级只反应声音强度对人响度感觉的影响，不能反映声音频率对响度感觉的影响。 响度级和响度解决了这个问题，但是用它们来反映人们对声音的主观感觉过于复杂，于是 又提出了计权声压级的概念。计权声压级就是用一定频率计权网络测量得到的声压级，计 权声压级简称声级。 在声学测量仪器中，通常根据等响度曲线，设置一定的频率计权电网络，使接收的声音按 不同程度进行频率滤波，以模拟人耳的响度感觉特性。当然我们不可能做无穷多个电网络 来模拟无穷多根等响度曲线，一般设置A,B和C三种计权网络，其中A计权网络是模拟人 耳对40方纯音的响度，当信号通过时，其低、中频段(1000Hz以下)有较大的衰减。B计 权网络是模拟人耳对70方纯音的响度，它对信号的低频段有一定衰减。而C计权网络是模 拟人耳对100方纯音的响度，在整个频率范围内有近乎平直的响应。A、B、C计权的频率 响应曲线（计权曲线）已由国际电工委员会(IEC)定为标准，并示于图2.2
5 经过大量试验得到的并由国际标准化组织（ISO）推荐为标准的等响度曲线示于图2.1。 从等响度曲线可以看出： （1）当响度级比较低时，低频段等响度曲线弯曲较大，也就是不同频率的响度级（方值） 与声压级（dB值）相关很大，例如同样40方响度级，对1000Hz声音来说声压级是40dB， 对100Hz声音是50dB，对40Hz声音是70dB，对20Hz声音是90dB。 （2）当响度级高于100方时，等响度曲线变得比较平坦，也就是声音的响度级主要决定于 声压级，与频率关系不大。 （3）人耳对高频声音，特别是3000~4000Hz的声音最敏感，而对低频声音则频率越低越不 敏感。 响度级虽然定量地确定了响度感觉与频率和声压级的关系，但是却未能确定这个声音 比那个声音响多少。例如一个80方的声音比另一个50方的声音究竟响几倍？为此人们引出 了响度的概念。1947年国际标准化组织采用了一个新的主观评价量——宋，并以40方为1 宋。响度级每增加10方，响度增加一倍，如50方为2宋，60方为4宋等。其表示式为： L 40 N S 2 10 − = （2.1） S 0 03 L 40 = − N lg . ( ) （2.2） 式中：S是响度（宋），LN是响度级（方）。 用响度表示声音的大小可以直接计算出声音响度增加或降低的百分数。如果声源经过隔声 处理后响度级降低了10方，相当于响度降低了50%；响度级降低20方，相当于响度降低了 75%等等。 等式（2-1）和（2-2）只适用于纯音和窄带噪声，对于一般的宽带噪声则要采用响度指数 的计算方法，或者利用史蒂文斯响度指数表来查找倍频带或1/3倍频带声压级对应的响度指 数。 二、声级和A声级 声压级只反应声音强度对人响度感觉的影响，不能反映声音频率对响度感觉的影响。 响度级和响度解决了这个问题，但是用它们来反映人们对声音的主观感觉过于复杂，于是 又提出了计权声压级的概念。计权声压级就是用一定频率计权网络测量得到的声压级，计 权声压级简称声级。 在声学测量仪器中，通常根据等响度曲线，设置一定的频率计权电网络，使接收的声音按 不同程度进行频率滤波，以模拟人耳的响度感觉特性。当然我们不可能做无穷多个电网络 来模拟无穷多根等响度曲线，一般设置A，B和C三种计权网络，其中A计权网络是模拟人 耳对40方纯音的响度，当信号通过时，其低、中频段（1000Hz以下）有较大的衰减。B计 权网络是模拟人耳对70方纯音的响度，它对信号的低频段有一定衰减。而C计权网络是模 拟人耳对100方纯音的响度，在整个频率范围内有近乎平直的响应。A、B、C计权的频率 响应曲线（计权曲线）已由国际电工委员会（IEC）定为标准，并示于图2.2
颜率(H 图22频率计权相对响应曲线 利用具有一定频率计权网络和时间计权的声学测量仪器对声音进行声压级测量，所得 到的读数称计权声压，简称声级，单位为B。使用什么计权网络应在测量值后面注明，如 7OdB(C)或C声级70dB。如果没有注明，通常就是指A声级。 某时间t的A计权和时间计权声级LAr(t)用下式表示： L.(t)=20I1g[(1/t)p2(5)e ,0-%d5]1po3(2.3) 式中：T一一时间计权F或S的指数时间常数，S: ￡一一从过去的某时刻，例如积分下限©，到观测时刻t的时间积分的变量： PA(5) A计权瞬时声压： Po一一基准声压。 在公式(23)中，取对数运算的函数式的分子是在观察时间t上对频率计权声压取指 数时间计权的方均根值。 公式(23)的表达过程可用图2.3的示意图说明。 ,平方 在-1/r上具有 个实数极点的 ,方根，对数 低通滤波器 频率计权输入 分贝表示的结果，基准P 图2.3形成指数时间计权声级的主要步漆 表2.2列了几种常见声源的A声级 表2.2几种常见声源的A声级（测点距高声源1-1.5m A声 dB(A)] 400 普通室 60-70 普通交谈声，小空调机 大声交谈，收音机，较吵的街道 空压机站。复房。曹杂的街道 100-110 织布机，电锯，砂轮机，大鼓风机 110- 凿岩机，球磨机，柴油发动机 130.130 风柳，高射机枪，螺旋桨飞机 130.150 高压大流量放风，风洞，喷气式飞机，高射炮 160以上 宇宙火箭 在实际测量时到底用哪一种计权网络呢？以前曾有规定，声级小于70B时用A网络测
6 图2.2 频率计权相对响应曲线 利用具有一定频率计权网络和时间计权的声学测量仪器对声音进行声压级测量，所得 到的读数称计权声压，简称声级，单位为dB。使用什么计权网络应在测量值后面注明，如 70dB（C）或C声级70dB。如果没有注明，通常就是指A声级。 某时间t的A计权和时间计权声级LAΤ（t）用下式表示： （2.3） 式中：τ——时间计权F 或S 的指数时间常数，s； ξ——从过去的某时刻，例如积分下限-∞，到观测时刻t 的时间积分的变量； PA (ξ)——A计权瞬时声压； P0——基准声压。 在公式（2-3）中，取对数运算的函数式的分子是在观察时间t 上对频率计权声压取指 数时间计权的方均根值。 公式（2-3）的表达过程可用图2.3 的示意图说明。 图2.3 形成指数时间计权声级的主要步骤 表2.2列了几种常见声源的A声级。 表2 . 2 几种常见声源的A声级 （测点距离声源1-1.5m） A声级[dB(A)] 声源 20~30 40~60 60~70 80 90 100~110 110~120 120~130 130~150 160以上 轻声耳语 普通室内 普通交谈声，小空调机 大声交谈，收音机，较吵的街道 空压机站，泵房，嘈杂的街道 织布机，电锯，砂轮机，大鼓风机 凿岩机，球磨机，柴油发动机 风铆，高射机枪，螺旋桨飞机 高压大流量放风，风洞，喷气式飞机，高射炮 宇宙火箭 在实际测量时到底用哪一种计权网络呢？以前曾有规定，声级小于70dB时用A网络测
量，声级大于70dB但小于90dB时用B网络测量，声级大于90B时用C网络测量。近年来研 究表明，不论噪声强度多少，利用A声级都能较好地反应噪声对人吵闹的主观感觉和人耳 听力损伤的影响。因此，现在基本上都用A声级来作为噪声评价的基本量，而且如果不另 作说明，都是指的A声级。C声级只作为可听声范围的总声压级的读数来使用，B声级基本 上不用了。有时只是为了判断噪声的频率特性，才附带测量C声级。因为如果A、C两种声 级基本相同，该噪声特性是高频特性：如果C声级小于A声级，该噪声为中频特性：如果C 声级大于A声级，则该噪声为低频特性。 三、时间平均声级或等效连续声级Lq A声级能够较好地反映人耳对噪声的强度和频率的主观感觉，对于一个连续的稳定噪 声，它是一种较好的评价方法。但是对于起伏的或不连续的噪声，很难确定A声级的大小 例如我们测量交通噪声，当有汽车通过时噪声可能是75dB,但当没有汽车通过时可能只有 50dB,这时就很难说交通噪声是75dB还是50dB。又如一个人在噪声环境下工作，间歇接 触噪声与一直接触噪声对人的影响也不一样，因为人所接触的噪声能量不一样。 为此是出 了用噪声能量平均的方法来评价噪声对人的影响，这就是时间平均声级或等效连续声级， 用Leq表示。这里仍用A计权，故亦称等效连续A声级LA。 等效连续A声级定义为：在声场中某一定位置上，用某一段时间能量平均的方法，将 间歇出现的变化的A声级以一个A声级来表示该段时间内的噪声大小，并称这个A声级为此 时间段的等效连续A声级，即： L=101gf26)72 .dt TLR」 =101g1f1o0d T。 2.4) 式中：PA(t)是瞬时A计权声压；Po是参考声压(2XI0-5Pa);LA是变化A声级的瞬 时值，单位dB;T是某段时间的总量。 实际测量噪声是通过不连续的采样进行测量，假如采样时间间隔相等，则： L.=10g5之o)es 式中：N是测量的声级总个数，LA,是采样到的第个A声级 对于连续的稳定噪声，等效连续声级就等于测得的A声级 四、昼夜等效声级 通常噪声在晚上比白天更显得吵，尤其对睡眠的干扰是如此。评价结果表明，晚上噪 声的千扰通常比白天高10B。为了把不同时间噪声对人的干扰不同的因素考虑进去，在计 算一天24h的等效声级时，要对夜间的噪声加上10B的计权，这样得到的等效声级为昼夜 等效声级，以符号Ldn表示： Ln =10lgl 2406x100L+8x100um1(260 >
7 量，声级大于70dB但小于90dB时用B网络测量，声级大于90dB时用C网络测量。近年来研 究表明，不论噪声强度多少，利用A声级都能较好地反应噪声对人吵闹的主观感觉和人耳 听力损伤的影响。因此，现在基本上都用A声级来作为噪声评价的基本量，而且如果不另 作说明，都是指的A声级。C声级只作为可听声范围的总声压级的读数来使用，B声级基本 上不用了。有时只是为了判断噪声的频率特性，才附带测量C声级。因为如果A、C两种声 级基本相同，该噪声特性是高频特性；如果C声级小于A声级，该噪声为中频特性；如果C 声级大于A声级，则该噪声为低频特性。 三、时间平均声级或等效连续声级Leq A声级能够较好地反映人耳对噪声的强度和频率的主观感觉，对于一个连续的稳定噪 声，它是一种较好的评价方法。但是对于起伏的或不连续的噪声，很难确定A声级的大小。 例如我们测量交通噪声，当有汽车通过时噪声可能是75dB，但当没有汽车通过时可能只有 50dB，这时就很难说交通噪声是75dB还是50dB。又如一个人在噪声环境下工作，间歇接 触噪声与一直接触噪声对人的影响也不一样，因为人所接触的噪声能量不一样。为此提出 了用噪声能量平均的方法来评价噪声对人的影响，这就是时间平均声级或等效连续声级， 用Leq表示。这里仍用A计权，故亦称等效连续A声级LAeq。 等效连续A声级定义为：在声场中某一定位置上，用某一段时间能量平均的方法，将 间歇出现的变化的A声级以一个A声级来表示该段时间内的噪声大小，并称这个A声级为此 时间段的等效连续A声级，即： (2-4) 式中：PA（t）是瞬时A计权声压；P0是参考声压（2×10-5 Pa）；LA是变化A声级的瞬 时值，单位dB；T是某段时间的总量。 实际测量噪声是通过不连续的采样进行测量，假如采样时间间隔相等，则： Ai n 0 1L eq i 1 1 L 10 10 N . lg( ) = = (2-5) 式中：N是测量的声级总个数，LAi是采样到的第i个A声级。 对于连续的稳定噪声，等效连续声级就等于测得的A声级 四、昼夜等效声级 通常噪声在晚上比白天更显得吵，尤其对睡眠的干扰是如此。评价结果表明，晚上噪 声的干扰通常比白天高10dB。为了把不同时间噪声对人的干扰不同的因素考虑进去，在计 算一天24h的等效声级时，要对夜间的噪声加上10dB的计权，这样得到的等效声级为昼夜 等效声级，以符号Ldn表示： d 0 1L 0 1 Ln 10 dn 1 L 10 16 10 8 10 24 . . ( ) lg[ ( )] + = + （2-6）
式中：Ld 一白天的等效声级：Ln 一夜间的等效声级。 白天与夜间的时间定义可依地区的不同而异。16为白天小时数(6：00-22：00)，8为夜 间小时数(22：00-第二天6：00)。 五、声暴露级LAE 对于单次或离散噪声事件，如锅炉超压放气，飞机的一次起飞或降落过程，一辆汽车 驶过等等，可用“声暴露级”LAE来表示这一噪声事件的大小： LE =101glP(Odtl (2-7) to J po 式中P(t)为声压、Po为参考声压级，(t2-)为该噪声事件对声能有显著贡献的足 够长的时间间隔。to为参考时间，一般不注明时取to为1秒。 如一单次现声事件的时间时程如图2.4所示，则在确定(b-和) 的时间间隔时， 可取最高声级以下降低10B以内的总能量计算 就不会引起不可忽略的误差了。如果用积分式声级计进行声暴露 级的自动测量，就可按此原则讲行设计。声暴强级本身是单次噪 声事件的评价量，此外，知道了单次噪声事件的声暴露级， 也可 从它计算T时段内的等效声级。如果在T时段内有个单次噪声 件，其声暴露级分别为LAE,则T时段内的等效声级为： 图2.4单次噪声事件 Lmr=10lg(F210L）(2.8) 六、噪声暴露量（噪声剂量） 人在 定的噪声环境下工作，也就是暴露在噪声环境下时，噪声对人的影响不仅 与噪声的强度有关，而且与噪声暴露的时间有关。为此，提出了噪声暴露量，并用E表示， 单位是Da2.h(的2，小时) 噪声暴露量E定义为噪声的A计权声压值平方的时间积分，即： E=∫p(tt (2.9) 式中：T是测量时间(h),PA(t)是瞬时A计权声压。 假如PA(t)在试验期保持恒定不变，则： E=PAT 2-10) 1Pa2h相当于84.95≈85dB声级暴露了8h,我国《工业企业噪声卫生标准》（试行草案） 中，规定工人每天工作8h,噪声声级不得超过85dB,相应的噪声暴露量为1Pah。如果工 人每天工作4h,允许噪声声级增加3B,噪声暴露量仍保持不变。 某一时间内的等效连续声级(Lq)与噪声暴露量(E)之间的关系为： Leg =101g 5dB2-11) 有的国家将噪声暴露量用噪声剂量来表示，并以规定的允许噪声暴露量作为100%，例 如以1Pa2h作为100%，则0.5Pa2h噪声剂量为50%，2Pa2h为200%等等。 8
8 式中：Ld——白天的等效声级；Ln——夜间的等效声级。 白天与夜间的时间定义可依地区的不同而异。16为白天小时数（6:00~22:00），8为夜 间小时数（22:00~第二天6:00）。 五、声暴露级LAE 对于单次或离散噪声事件，如锅炉超压放气，飞机的一次起飞或降落过程，一辆汽车 驶过等等，可用“声暴露级”LAE来表示这一噪声事件的大小： 2 1 2 t A AE 2 t 0 0 1 p t L 10 dt t p ( ) = lg[ ] （2-7） 式中PA（t）为声压、P0为参考声压级，（t2-t1）为该噪声事件对声能有显著贡献的足 够长的时间间隔。t0为参考时间，一般不注明时取t0为1秒。 如一单次噪声事件的时间过程如图2.4所示，则在确定（t2-t1） 的时间间隔时，可取最高声级以下降低10dB以内的总能量计算， 就不会引起不可忽略的误差了。如果用积分式声级计进行声暴露 级的自动测量，就可按此原则进行设计。声暴露级本身是单次噪 声事件的评价量，此外，知道了单次噪声事件的声暴露级，也可 从它计算T时段内的等效声级。如果在T时段内有n个单次噪声事 件，其声暴露级分别为LAEi，则T时段内的等效声级为： 图2.4 单次噪声事件 AHi n 0 1L Aeq T 0 i 1 t L 10 10 T . , lg( ) = = （2-8） 六、噪声暴露量（噪声剂量） 一个人在一定的噪声环境下工作，也就是暴露在噪声环境下时，噪声对人的影响不仅 与噪声的强度有关，而且与噪声暴露的时间有关。为此，提出了噪声暴露量，并用E表示， 单位是Pa2 •h（帕2 •小时）。 噪声暴露量E定义为噪声的A计权声压值平方的时间积分，即： T 2 A 0 E p t dt = ( ) （2-9） 式中：T是测量时间（h），PA（t）是瞬时A计权声压。 假如PA（t）在试验期保持恒定不变，则： 2 E p T = A (2-10) 1Pa2 •h相当于84.95≈85dB声级暴露了8h，我国《工业企业噪声卫生标准》（试行草案） 中，规定工人每天工作8h，噪声声级不得超过85dB，相应的噪声暴露量为1Pa2h。如果工 人每天工作4h，允许噪声声级增加3dB，噪声暴露量仍保持不变。 某一时间内的等效连续声级（Leq）与噪声暴露量（E）之间的关系为： eq 2 0 E L 10 dB Tp = lg (2-11) 有的国家将噪声暴露量用噪声剂量来表示，并以规定的允许噪声暴露量作为100%，例 如以1Pa2 •h作为100%，则0.5Pa2 •h噪声剂量为50%，2Pa2 •h为200%等等
七、累计百分声级（统计声级）LN 由于环境噪声，如街道、住宅区的噪声，往往呈现不规则且大幅度变动的情况，因此 需要用统计的方法，用不同的噪声级出现的概率或累积概率来表示。定义为：累计百分声 级LN表示某一A声级，且大于此声级的出现概率为N%。如L5=7OB表示整个测量期间噪声 超过70dB的概率占5%。L1o,L9s的意义依此类推。 L5相当于峰值平均噪声级，L50相当于平均噪声级，又称中央值，L95相当于背景噪声 级（或叫本底噪声级）。如果测量是按一定时间间隔（例如每5s一次）读取指示值，那么 L10表示有10%的数据比它高，L50表示有50%的数据比它高，L90表示有90%的数据比它高。 如果噪声级的统计特性符合正态分布，那么： d2 Leg Lso+ 60 (2-12) 式中：d=L10-L90。如果噪声级的统计特性符合对称正态分布，则L10-L0与Ls0-L9o应该 相同。如不对称则差值不同，差值越大说明分布越不集中。 八、交通噪声指数 通常，起伏的噪声比稳态的噪声对人的干扰更大，交通噪声指数就是考虑到了噪声起 伏的影响，加以计权而得到的，通常记为TNI。因为噪声级的测量是用A计权网络，所以它 的单位为dB(A),其数学表达式为： TNI=Lso +4d-30 d=L10-Lg0(2-13) d反映了交通噪声起伏的程度，d越大，表示噪声起伏越大，则TNI也越大，也就是说， 对人的干扰越大。噪声干扰亦同噪声的本底有关，L0越高，即本底越大，对人的干扰也越 大 九、标准偏差和噪声污染级 标准偏差SD(或σ)也可表示噪声起伏大小： 2正-L SD=Vn- (2-14) 式中：A为整个采样时间内所有A声级的算术平均值，LA为第个瞬时A声级，N为总 的采样次数。 声污染级NPL也是用以评价噪声对人影响的一种方法，它是用噪声能量平均值和标 准偏差来表示的： NPL=La+2.56o(dB)(2-15 在正态分布条件下，噪声污染级可用累积百分声级来表示： NPL=Lso+d+d 60 (dB)2-16 十、噪声评价数NR 噪声评价数NR是国际标准化组织1961年推荐的方法，它由图2.5的一簇噪声评价数曲 9
9 七、累计百分声级（统计声级）LN 由于环境噪声，如街道、住宅区的噪声，往往呈现不规则且大幅度变动的情况，因此 需要用统计的方法，用不同的噪声级出现的概率或累积概率来表示。定义为：累计百分声 级LN表示某一A声级，且大于此声级的出现概率为N%。如L5=70dB表示整个测量期间噪声 超过70dB的概率占5%。L10，L95的意义依此类推。 L5相当于峰值平均噪声级，L50相当于平均噪声级，又称中央值，L95相当于背景噪声 级（或叫本底噪声级）。如果测量是按一定时间间隔（例如每5s一次）读取指示值，那么 L10表示有10%的数据比它高，L50表示有50%的数据比它高，L90表示有90%的数据比它高。 如果噪声级的统计特性符合正态分布，那么： 2 eq 50 d L L 60 = + (2-12) 式中：d=L10-L90。如果噪声级的统计特性符合对称正态分布，则L10-L50与L50-L90应该 相同。如不对称则差值不同，差值越大说明分布越不集中。 八、交通噪声指数 通常，起伏的噪声比稳态的噪声对人的干扰更大，交通噪声指数就是考虑到了噪声起 伏的影响，加以计权而得到的，通常记为TNI。因为噪声级的测量是用A计权网络，所以它 的单位为dB(A)，其数学表达式为： TNI L 4d 30 = + − 90 10 90 d L L = − (2-13) d反映了交通噪声起伏的程度，d越大，表示噪声起伏越大，则TNI也越大，也就是说， 对人的干扰越大。噪声干扰亦同噪声的本底有关，L90越高，即本底越大，对人的干扰也越 大。 九、标准偏差和噪声污染级 标准偏差SD（或σ）也可表示噪声起伏大小： n 2 A Ai i 1 1 SD L L n 1 ( ) = = − − (2-14) 式中： AL —— 为整个采样时间内所有A声级的算术平均值，LAi为第i个瞬时A声级，N为总 的采样次数。 噪声污染级NPL也是用以评价噪声对人影响的一种方法，它是用噪声能量平均值和标 准偏差来表示的： NPL L 2 56 eq = + . (dB) (2-15) 在正态分布条件下，噪声污染级可用累积百分声级来表示： 2 50 d NPL L d 60 = + + (dB) (2-16) 十、噪声评价数NR 噪声评价数NR是国际标准化组织1961年推荐的方法，它由图2.5的一簇噪声评价数曲
线（即NR曲线）所组成，并推荐了作为听力损伤、会话干扰、烦恼的噪声评价数N。近年 来各国规定的噪声标准，都是以A声级（或等效连续A声级）作为评价标准，参考N曲线 对于大多数噪声（航空噪声例外），NR=LA-5。 如保护听力标准为85dB,即相当于N-80,由N-80曲线即可知各倍频带声压级的允许标 准。求噪声评价数的方法是把各倍频带声压级画在图上，超过这些值的最低曲线的NR值即 所求的值。对听力保护和语言可懂度，只用500,1000,2000Hz三个倍频带。 120 PNd 3 100 63 115 20049 009 0 图2.5噪声评价曲线 图2.6等噪度曲线和感觉噪声级的换算 十一、感觉噪声级(PNdB)和噪度（呐） 随着航空事业的发展， 飞机噪声对人的危害日趋严重，为了评价航空噪声的影响，人 们提出用感觉噪声级Lw和噪度来进行评价。感觉噪声级的单位是PNB,噪度的单位是呐， 它们与响度级及响度相对应，但它们是以复合声音作为基础的，而响度级和响度则是以纯 音或窄带声为基础的。图2.6画出了等噪度曲线及噪度和感觉噪声级的换算图表，噪度为1 呐的声音同一个40dB、中心频率为1000Hz的倍频带（或1/3倍频带）的无规噪声听起来有 相等的吵闹感觉。 感觉噪声级可通过以下方法进行测量和计算：首先测出某航空噪声的倍频带或13倍频 带声压级，在图2.6等噪度曲线上查得各频带的噪度（呐），再根据下式算出总噪度NT: NT=Nm+F(∑N,-Nm)呐)2-17) 1 10
10 线（即NR曲线）所组成，并推荐了作为听力损伤、会话干扰、烦恼的噪声评价数N。近年 来各国规定的噪声标准，都是以A声级（或等效连续A声级）作为评价标准，参考NR曲线。 对于大多数噪声（航空噪声例外），NR=LA-5。 如保护听力标准为85dB，即相当于N-80，由N-80曲线即可知各倍频带声压级的允许标 准。求噪声评价数的方法是把各倍频带声压级画在图上，超过这些值的最低曲线的NR值即 所求的值。对听力保护和语言可懂度，只用500，1000，2000Hz三个倍频带。 图2.5 噪声评价曲线 图2.6 等噪度曲线和感觉噪声级的换算 十一、感觉噪声级（PNdB）和噪度（呐） 随着航空事业的发展，飞机噪声对人的危害日趋严重，为了评价航空噪声的影响，人 们提出用感觉噪声级LPN和噪度来进行评价。感觉噪声级的单位是PNdB，噪度的单位是呐， 它们与响度级及响度相对应，但它们是以复合声音作为基础的，而响度级和响度则是以纯 音或窄带声为基础的。图2.6画出了等噪度曲线及噪度和感觉噪声级的换算图表，噪度为1 呐的声音同一个40dB、中心频率为1000Hz的倍频带（或1/3倍频带）的无规噪声听起来有 相等的吵闹感觉。 感觉噪声级可通过以下方法进行测量和计算：首先测出某航空噪声的倍频带或1/3倍频 带声压级，在图2.6等噪度曲线上查得各频带的噪度（呐），再根据下式算出总噪度NT： n m i m i 1 NT N F N N ( ) = = + − (呐) (2-17)