一. 噪聲的定義和物理量度

      通常情況下，我們把那些不希望聽見的聲音稱為噪聲，比如環境噪聲、交通噪聲等。噪聲的大小一般用分貝（dB）這個物理量來衡量。正常人的聽力范圍在20-20000赫茲（Hz）之間，低于20Hz的聲音為次聲，高于20000Hz的聲音為超聲。次聲和超聲人耳都聽不見，但它是客觀存在的，如老鼠可以聽見次聲，蝙蝠能聽到超聲。

1.頻率、波長和聲速

頻率:聲源在1秒鐘內振動的次數，用f表示，單位為：Hz（赫茲);

波長:延聲波傳播方向,振動一個周期所傳播的距離,用λ表示,單位m(米);

聲速：1秒內聲波傳輸的距離，用c表示，單位m/s（米/秒）

它們這間的關系：c=f×λ

2.聲功率、聲強、聲壓

聲功率(W):單位時間內，聲波通過垂直于傳播方向某指定面積的聲能量。

聲強(I):單位時間內，聲波通過垂直于傳播方向單位面積的聲能量。

聲壓(P):單位面積上壓力的變化。

 

二.常見的聲音分貝值

1.烈性炸藥爆炸聲：     170分貝

2.火箭、導彈發射場：  150分貝

3.步槍射擊聲：          130分貝

4.飛機發動機：          120分貝

5.切割機工作：          110分貝

6.燃油發電機：          100分貝

7.卡車：                    90分貝

8.繁華街道：               80分貝

9.正常談話：               50分貝

10.安靜房間：             40分貝

11.輕聲耳語：             30分貝

 

三.人對噪聲的感覺和危害

0-20分貝/很靜、幾乎感覺不到/無危害

20-40分貝/安靜、如輕聲細語/無危害

40-60分貝/一般、普通室內談話/無危害

60-70分貝/吵鬧/有損神經

70-90分貝/很吵/腦神經細胞受到破壞

90-100分貝/劇烈爭吵/聽力受損

100-120分貝/難以忍受/一分鐘即暫時耳聾

120分貝以上/立即逃離/極度耳聾或全聾

 

四.噪聲的頻譜

      任何噪聲都是不止一個頻率的聲音，而是多個頻率聲音的合成。有的噪聲高頻的成分多點，聽起來高亢刺耳，如電鋸等，主要噪聲成分都在1000Hz以上，這種噪聲稱之為高頻噪聲；有的噪聲低頻的成分多點，聽起來低沉有力，如空壓機等，主要噪聲成分都在500Hz以下，這種噪聲稱之為低頻噪聲；而有些高壓風機的噪聲的主要頻率成分多分布在500Hz至1000Hz范圍內，這種噪聲稱之為中頻噪聲；有的噪聲的組成從低頻到高頻比較均勻，如紡織機等，這種噪聲稱之為頻帶噪聲。

 

噪聲的主要特點：

     具備一定強度，用聲壓表示；具有不同的頻率成分，用頻譜表示。“倍頻程和1/3倍頻程”，噪聲的這兩個特點使我們能夠區分它們。為了方便，根據人耳對聲音頻率變化的反應，把可聽到的頻率范圍分成數段，按每段內的聲音強度進行分析。

在噪聲測量中，最常用的是倍頻程和1/3倍頻程分段法。

所謂一個倍頻程,就是上限頻率比下限頻率高一倍,比如707Hz-1414Hz就是一個倍頻程,但是1/3倍頻程并不是上限頻率比下限頻率高1/3倍,而是上限頻率是下限頻率的21/3倍,約等于1.26倍。

     在聲學測量中，使用濾波器把一段一段的頻率成分選出來進行測量，這種濾波器只允許一定范圍的頻率成分通過，其他的頻率成分不能通過。相應的濾波器有倍頻程和1/3倍頻程，濾波器的中心頻率和頻帶寬度要符合GB/T 3241的有關規定。以中心頻率（Hz）為橫坐標，以聲壓級（dB）為縱坐標,作出倍頻帶或1/3倍頻帶的聲壓分布圖，就能直觀的了解噪聲的特性,這個方法稱為噪聲的倍頻帶或1/3倍頻帶分析法。

     在噪聲控制工作中，了解噪聲源的頻譜相當重要，對某些頻段較高的噪聲進行降噪能有效的對噪聲進行控制，針對性的選用控制方法和聲學材料，有效合理的降低噪聲。

 

五.噪聲的主觀評價和評價參數

     各類噪聲不僅具有不同的響度,不同的頻率,也具有不同的時間特性。以下介紹一些常用的評價方法：

1、響度級和響度

     聲壓和聲強度都是客觀物理量，聲壓越高，聲音越強；但是它們不能完全反映人耳對聲音的感覺特性。人耳對聲音的感覺不僅和聲壓有關，也和頻率有關，對高頻的聲音感覺靈敏，對低頻的聲音感覺遲鈍，聲壓級相同但頻率不同的聲音聽起來不一樣響。為了兼顧聲音的物理效應，又考慮人耳聽覺得生理效應，把聲音的強度和頻率用一個物理量統一起來，這個物理量就叫響度級。

1.1等響曲線

     用1000Hz、40dB聲壓級的聲音為基準，用人耳試聽的方法，在別的頻率點上調節各自的聲壓級，使它們聽起來的響度相同，記下各自對應的聲壓級，在坐標紙上連接起來就得到一條1000Hz、40dB聲壓級等響的曲線。這條等響曲線用1000Hz的聲壓級數值來表示它們的響度級值，單位為方（phon），這里就是40方。同樣，用1000Hz其它聲壓級的聲音為基準，可以得到其它的等響度曲線。

1.2響度

     響度級雖然定量地確定了響度感覺和頻率與聲壓的關系，但是不能確定這個聲音比那個聲音響多少，為此，人們引入了響度這個物理量來說明。響度的單位為宋(sone)，以40方為1宋，響度級每增加10方響度增加1倍，50方為2宋，60方為4宋等。以N表示響度，以LN表示響度級，則它們之間的關系用下式表示：

N=2(LN-40)/10  或：LgN=0.03(LN-40)

以上公式只適用于純音和窄帶噪聲，對于一般的寬帶噪聲則要采用響度指數的計算方法。

2、聲級和A聲級

     聲壓級只反映聲音的強度對人響度感覺的影響，不能反映聲音頻率對響度感覺的影響，響度級和響度解決了這個問題，但用它們來反映人們對聲音的主觀感覺過于復雜，于是又提出了聲級，即計權聲壓級的概念。聲級就是用一定計權網絡測量得到的聲壓級。

     在聲學測量儀器中，通常根據等響度曲線，設置一定的頻率計權網絡使接收的聲音進行頻率濾波，以模仿人耳的響度感覺特性。由于這樣的計權網絡太多，代表性的選擇A、B、C三種計權網絡。

     A計權：模擬人耳對40方純音響度的響應，當信號通過時，其低頻段、中頻段有較大衰減。

     B計權：模擬人耳對70方純音響度的響應，當信號通過時，其低頻段有一定的衰減。

     C計權：模擬人耳對100方純音響度的響應，當信號通過時，在整個頻率范圍內有近乎平直的響應。

     利用具有一定頻率計權的聲學測量儀器對聲音進行聲壓級測量，所得到的讀數稱為計權聲壓級，簡稱聲級，單位為dB。用什么計權網絡應在測量值后面注明，如66dB（A）或者A聲級66dB。在實際測量中，利用A聲級能較好的反映噪聲對人的吵鬧感覺和人耳聽力的損傷程度，因此，現在都用A聲級來作為噪聲評價的基本量，如果不另做說明，都是指A聲級。比對A、B、C聲級的讀數，可以判斷噪聲的頻率特性。如果A、B、C聲級的讀數基本相同，該噪聲屬于高頻特性；如果B、C聲級的讀數基本相同，但大于A聲級，該噪聲屬于中頻特性；如果C聲級大于B聲級，B聲級又大于A聲級，該噪聲屬于低頻特性。有的測量儀器中有D計權網絡，主要用于航空噪聲的測量。用D計權網絡測得的D聲級再加7dB，就直接得到飛機噪聲的感覺噪聲。

     還有E計權：根據響度計算方法做出來的，也叫人耳計權；SI計權是用來衡量噪聲對語言干擾的。

3、等效連續聲級Leq

     A聲級能較好地反映人耳對噪聲的強度和頻率的主觀感覺，對于一個連續穩定的噪聲，它是一個較好的評價方法。但是對于起伏的或不連續的噪聲，很難確定A聲級的大小。例如交通噪聲，有車通過或無車通過時的噪聲不一樣，很難說出噪聲的確定值，人們用噪聲能量平均的方法來評價噪聲對人的影響，這就是等效連續聲級，用Leq表示。這里任然使用A計權，故也稱等效連續A聲級。

     等效連續聲級的定義：在聲場的某一位置上，用某一段時間能量平均的方法，將間歇出現或變化的A聲級，以一個A聲級的值來表示該段時間里的噪聲大小，并稱這個聲級為此段時間的等效連續聲級：

Leq=10lg{ 1/T∫0T［PA(t)/P0］2dt}=10lg(1/T∫0T100.1LAdt)

式中PA(t)是瞬時A計權聲壓；P0是參考聲壓（2﹡10-5Pa）；LA是變化A聲級的瞬時值，單位dB；T是某段時間的總量。

對于連續的穩定噪聲，等效連續聲級就等于測得的A聲級。

4、噪聲暴露量E（噪聲劑量DL）

     一個人在噪聲環境下工作，也就是暴露在噪聲環境下，噪聲對人的影響不僅與噪聲的強度有關，而且與噪聲暴露的時間有關。為此，人們提出了噪聲暴露量，并用E表示，單位為Pa2.h(帕2.小時)。

噪聲暴露量E的定義：噪聲的A計權聲壓值平方的時間積分，即：E=∫0T［PA(t)/P0］2dt

式中：PA(t)是瞬時A計權聲壓；T是測量時間（h）。

1Pa2.h相當于84.95dB≈85dB聲級暴露了8h。如果時間縮短一半，聲級增加了3dB，噪聲暴露量不變。

某一時間段內的等效連續聲級Leq與噪聲暴露量E之間的關系如下：Leq=（10lgE/TP02)dB

有的國家將噪聲暴露量用噪聲劑量來表示，并以規定允許的噪聲暴露量作為100%，例如規定的噪聲暴露量為1Pa2.h為100%，0.5Pa2.h為50%，2Pa2.h就為200%。

5、晝夜等效聲級Ldn

     晝夜等效聲級是考慮到噪聲在夜間對人的影響比白天嚴重，而對夜間噪聲進行增加10dB加權處理后的等效連續聲級。晝夜等效聲級是以平均聲級和一天里的作用時間為基礎的公眾反應評價量，用Ldn表示。其表示式如下：

Ldn=10lg{1/24[td×10Ld/10+tn×10(Ln+10)/10］}

其中：Ldn--晝夜等效聲級 Ld—白天的等效聲級 Ln—夜間的等效聲級  單位均為：dB

td—白天的噪聲暴露時間          tn—夜間噪聲暴露時間    單位均為：h

晝間：是指6:00至22:00之間的時間段，為16小時。

夜間：是指22:00至6:00之間的時間段，為8小時。

Ld =10lg(1/N0.1Leqi)

Ln =10lg(1/N0.1Leqi)

6、累計百分數聲級LN

     由于環境噪聲往往呈現不規則且大幅變動的情況，因此需要采用統計的方法，用不同的噪聲值出現的概率或累積概率來表示，這就引入了LN這個概念。

LN:在測量時間內高于此聲級所占的時間(或采樣數)的百分比(N%)。

常用的N取值為：5,10,50,90,95。比如L10=80dB，表示在整個測量時間內噪聲超過80dB的時間(或采樣數)占10%。

L10相當于峰值平均噪聲級；L50相當于平均噪聲級；L90相當于背景噪聲級（自身噪聲)。

7、聲暴露級LAE(國外資料常見SEL)對于單次或離散噪聲事件，如鍋爐超壓放氣，飛機的一次起飛或降落過程，一輛汽車駛過等等，可用聲暴露級來表示這一噪聲事件的大小，用LAE表示。

LAE=10lg{1/T0∫t1t2［PA2(t)/P02］dt}

式中：PA(t)為聲壓；P0為參考聲壓；t1、t2為該噪聲事件對聲能有顯著貢獻的足夠長的時間間隔的起始和終止時間（t2-t1）。T0為參考時間，一般不注明時取1秒。

在確定（t2 - t1）時間間隔時，可去最高聲級以下降低10dB以內的總能量計算。

如果在T時段內有n個單次噪聲事件，其聲暴露級分別為LAEi,則T時段內的等效聲級為：

LAeq,T=10lg(t0/T0.1LAEi)

8、標準偏差SD

   SD主要是對噪聲數據的離散性做個量化。如果數據都是一樣的，SD的值就是0，如果噪聲數據起伏大，SD的值就大。

SD的數值和L10,L50,L90的關系:

L10=Leq+0.4SD+0.9（dB）

L50=Leq-0.8SD+0.4（dB）

L90=Leq-1.15SD-2（dB）

9、噪度Na和感覺噪聲級LPN、有效感覺噪聲級LEPN及計權等效連續感覺噪聲級LWECPN

     隨著航空事業的發展，飛機噪聲對人的危害日趨嚴重，為了評價航空噪聲的影響，人們提出了感覺噪聲級LPN和噪度進行評價。

噪度Na：在中心頻率為1000Hz的倍頻帶上，聲壓級為40dB的噪聲為1吶（noy），將噪度轉換成分貝指標，稱為感覺噪聲級LPN。

由測量所得的倍頻程或1/3倍頻程聲壓級,利用等噪度曲線轉換為各頻帶的噪度（吶）,根據下式算出總噪度N:

N=

其中，Nm是各噪度中最大的一個；是所有頻帶噪度之和；F是系數，對于倍頻程為0.3，對于1/3倍頻程為0.15。

然后，由下式，將總噪度轉化為感覺噪聲級：

LPN=40+33.3lgN

實際運用中，可以用A聲級+13dB或D聲級+7dB來估算，這就大大簡化了測量和計算。

在感覺噪聲級LPN的基礎上，對持續時間和可聽純音及頻率修正后，得到的量，這就是有效感覺噪聲級LEPN：

LEPN=10lg(0.1LTPNi)-13

計權等效連續感覺噪聲級LWECPN=LEPN+10(N1+N2+N3)-39.4,其中:

N1：白天的飛行架次；N2：傍晚的飛行架次；N3：夜間的飛行架

10、峰值聲壓級LPEAK、峰值C聲壓級LCPEAK

     峰值聲壓級指的是峰值聲壓平方與基準聲壓平方的比的以10為底的對數的10倍,峰值聲壓為一定時間間隔內,在標準頻率計權或測量頻帶下的最大瞬時聲壓的絕對值。單位為分貝(dB)。

峰值不等同于最大聲級，沒有時間計權，不經過RMS計算。峰值不能由最大值計算出來。

LPEAK一般用于職業噪聲測量，用于測量持續時間很短的脈沖聲。一般峰值不用于環境測量，尤其是有風的環境，一陣風可以導致很高的LCPEAK讀數。

11、聲級計的時間計權:快(F)、慢(S)、脈沖(I)

     聲級計的時間計權指聲級計對聲壓變化的反應方式，它是波動信號的指數平均值，提供了易于讀取的值。

     慢速的時間常數為1000毫秒，快速的時間常數為125毫秒，脈沖時間常數為35毫秒。

     慢速用于測試穩態信號（純音或持續平穩的聲音）；快速用于測試瞬態信號(如說話聲);脈沖用于測試脈沖信號(如槍聲)。一般默認使用快速(F)測試，當聲級計顯示值變化過大,無法準確讀數時,用慢速(S)。

 

    在具體測試中，須按測試規范的要求選擇時間計權的種類。

 

 

 

(責任編輯：金利儀器d)