噪聲評價與測量

噪聲評價與測量第一頁，共35頁。SchoolofChemistryandEnvironmentalEngineering第三節(jié)噪聲的物理量和主觀聽覺的關系

從噪聲的定義可知，它包括客觀物理現(xiàn)象和主觀感覺兩方面。最后判斷噪聲強弱的是人耳。所以確定噪聲的物理量和主觀聽覺的關系是十分重要的，不過這種關系很復雜，因主觀感覺牽涉到復雜的生理機構(gòu)和心理因素，所以這類工作是用統(tǒng)計方法在實驗基礎上進行研究的。（一）、響度和響度級（二）、計權聲級（三）、等效連續(xù)聲級、噪聲污染級、統(tǒng)計噪聲級和晝夜等效聲級第二頁，共35頁。SchoolofChemistryandEnvironmentalEngineering

人耳的頻率響應人耳對聲音的感覺不僅和聲強度大小有關也與頻率有關。聲級相同而頻率不同的聲音，聽起來會不一樣響：如，90dB高頻噪聲（如水泵噪聲）就比90dB低頻噪聲（如空調(diào)機噪聲）聽起來要響得多?！硕鷮Ω哳l聲敏感而對低頻聲不敏感的特性決定的。人耳對2k～5kHz的聲音最敏感。——這也說明，不同頻率的聲音要使其聽起來一樣響，應具有不同的聲壓級。第三頁，共35頁。SchoolofChemistryandEnvironmentalEngineering

一、響度級和響度1、響度級（LN）考慮到人耳的頻率響應特性，依照聲壓級的概念，引入一個既和聲壓級有關，又與頻率有關的物理量（主觀量）——響度級來衡量聲音響度，它的單位是phon（方）?！皃hon”就是以1kHz純音為基準聲音，任何聲音如果聽起來和某個1kHz純音一樣響，那么這個1kHz純音聲壓級的分貝值就是該聲音的響度級phon值。通過采用響度級概念使人耳對頻率的響應與客觀量聲壓級聯(lián)系起來，并定量的描述這種關系。第四頁，共35頁。SchoolofChemistryandEnvironmentalEngineering等響曲線：人耳聽覺范圍內(nèi)一系列響度相等（聽覺上大小相同）的聲壓級與頻率關系曲線。在聽覺實驗中，如果把某個頻率的純音與一定聲壓級的1kHz的純音很快地交替比較，當聽者感覺兩者一樣響時，把該頻率的聲壓級標出時，便可連出一條曲線。這條曲線即為等響曲線。等響曲線是魯濱遜和達遜提出的，被ISO所推薦采用，所以又稱ISO等響曲線。第五頁，共35頁。SchoolofChemistryandEnvironmentalEngineering第六頁，共35頁。等響曲線是相等響度聲音對應點的連線，相當于聲壓級、頻率不同，但響度級相同的聲音。各曲線上的數(shù)字表示聲音的響度級，即和這個聲音同樣響的1000Hz純音的聲壓級。零方響度級曲線(虛線)是聽閾曲線，虛線上的點表明入耳剛能聽到聲音的頻率和聲壓級，低于虛線的點所表示的一定頻率和聲壓級的聲音都聽不到。120phon曲線是痛閾曲線。任一曲線低頻區(qū)聲壓級高，高頻區(qū)聲壓級低，說明人耳對低頻聲不敏感，對高頻聲敏感。聲壓級高于100dB，等響曲線漸平緩，說明人耳分辨高、低頻聲音的能力變差，此時聲音的響度級與頻率關系已不大，主要決定于聲壓級。第七頁，共35頁。SchoolofChemistryandEnvironmentalEngineering等響曲線提供的信息：①可看出各個頻率的聲音在不同的聲壓級時，人們主觀感覺的聲音強度大小。例如：60dB的1kHz的聲音，響度級為60phon；等響度的4kHz的聲音，其聲壓級是52dB；100Hz等響度的聲壓級為67dB；30Hz等響度的聲壓級是90dB。②不同響度級的等響曲線之間是不平行的，較低響度的等響曲線彎曲得厲害些,較高響度時得等響曲線變化較小，在低頻聲，人耳對低強度聲感覺雖然很遲鈍；但在一定強度以上，則較小的強度變化將感到有較大的響度差別。第八頁，共35頁。SchoolofChemistryandEnvironmentalEngineering③人耳對不同頻率分布的聲音敏感性不同。對低頻聲較為遲鈍，對于頻率越低的聲音，人耳能聽到相同的聲音大小，它的聲壓級就越高，人耳對2K－5KHz聲音敏感——噪聲控制中，首先應降低中高頻噪聲。④高聲壓級時，曲線較為平坦。這說明聲音強度達到一定程度后，聲壓級相同的各頻率聲音幾乎一樣響，與頻率關系不大。也即高聲壓級時，人耳分辨高低頻聲音的能力變差。⑤圖中最下一條曲線是人耳剛能聽到聲音的響度，最上一條曲線為痛覺曲線120方（即1000Hz聲音，聲壓級120dB），高于此響度級人們聽不到聲音，但耳朵發(fā)痛。第九頁，共35頁。SchoolofChemistryandEnvironmentalEngineering2、響度(N)

“phon”仍基于客觀量“dB”，只是反映了不同頻率聲音在不同強度下的等響感覺，并不能表示一個聲音比另一個聲音響多少的那種主觀感覺——響了幾倍或響度增強的百分比不能以該量表示。響度：定量反映聲音響亮程度（一聲音比另一聲音響了多少）的主觀量。是人耳判別聲音由輕到響的強度等級概念。單位為sone“宋”。

1宋是指聲音頻率為1kHz,聲壓級為40dB,且來自聽者正前方的平面波形的強度。響度與頻率、聲壓級、波形都有關。第十頁，共35頁。SchoolofChemistryandEnvironmentalEngineering如果一個聲音聽起來比1sone這個大n倍（聲音的響度增加n倍），則聲音的響度為n宋。如，2sone的聲音是40phon聲音響度的2倍；4sone的聲音是40phon聲音響度的4倍；響度與響度級的關系對許多人平均(大量的聲學試驗)的結(jié)果，大約響度級每改變10phon，響度感覺增加一倍：40phon為1sone；50phon為2sone；60phon為4sone；70phon為8sone…它們的近似關系可用下列數(shù)學式表示（僅適用純音和窄帶噪音）：第十一頁，共35頁。SchoolofChemistryandEnvironmentalEngineering響度級（由于是一相對量）的合成不能直接相加（減），而響度可以相加。兩個聲音作用于同一點，計算該點響度級時，必須把單個響度級還原為響度，合成后再求響度級。例：兩個響度級分別為50方和60方的聲音作用于同一點，求該點總響度級。解：LN1=50方，LN2=60方，N1=2宋，N2=4宋N總=N1+N2=6宋L總=40+33.3lg6（lg6=0.778）=40+33.3×0.778=65.907≈66方第十二頁，共35頁。SchoolofChemistryandEnvironmentalEngineering

寬頻帶的連續(xù)譜噪聲的響度不能直接測量——解決思路，應基于測量所得的聲壓級！有許多不同的方法，如ISO推薦了標準的計算方法（ISO532-1975）：Stevens和Zwicker方法。兩種方法的結(jié)果比較接近，我們介紹Stevens方法。Stevens方法：假定是擴散聲場，以實際測量的倍頻程、1/2倍頻程或1/3倍頻程聲壓級為基礎進行計算。第十三頁，共35頁。SchoolofChemistryandEnvironmentalEngineeringStevens方法步驟：1、測量各頻帶（1/1，1/2,1/3倍頻程）的聲壓級。2、根據(jù)各頻帶中心頻率的聲壓級，利用圖確定各頻帶響度指數(shù)。3、利用下面公式計算總響度。

Nt--總響度；Ni—第i個頻帶的響度指數(shù)；Nm--為各頻帶中響度指數(shù)最大者；k--與所選用的頻帶有關，對于倍頻程，k＝0.3；對于1/2倍頻程，k＝0.2；對于1/3倍頻程，k＝0.15。第十四頁，共35頁。SchoolofChemistryandEnvironmentalEngineering響度指數(shù)（sone）第十五頁，共35頁。SchoolofChemistryandEnvironmentalEngineering例：對某設備進行測量，用倍頻程分析儀測量的結(jié)果與響應的響度指數(shù)如下表所示，求總響度是多少？解：第十六頁，共35頁。SchoolofChemistryandEnvironmentalEngineering二、計權聲級相同聲壓級的聲音，因頻率不同人聽覺感受上響度不同。要用聲學儀器測得的量來表示人耳受到的響度的大小，是個非常復雜的問題。如何實現(xiàn)？解決思路：考慮到人耳聽某一種具有連續(xù)譜的噪聲，對其中的低頻聲和高頻聲感覺不靈敏，可以說，人耳實際上是一個濾波器。這樣，可在測量儀器上附加一個電路來衰減這種頻率的聲音，使儀器對低頻聲也變得像人耳一樣不靈敏，人耳對中高頻聲較靈敏，則這個附加電路可對噪聲的中高頻成分適當加以提升，使得它對中高頻的聲音也變得像人耳一樣的靈敏，這樣的儀器測得的分貝值就和人耳的主觀響度感覺十分接近了。第十七頁，共35頁。SchoolofChemistryandEnvironmentalEngineering也即，為了使儀器測得的分貝值與人們主觀上的響度感覺有一定的相關性，可通過在儀器上安裝一個特定的附加的電路來實現(xiàn)，這附加電路是一種叫做“頻率計權網(wǎng)絡”的特殊濾波器。頻率計權網(wǎng)絡：為了能用儀器直接反映人耳對噪聲的主觀響度感覺，通過在噪聲測量儀器中安裝由電容器和電阻器等電子元件組裝成的一種特殊的濾波器，通過對噪聲不同頻率成分進行一定的衰減和放大（提升），從而使噪聲測量儀器能直接測得和人耳的聽覺相關的響度變化。第十八頁，共35頁。SchoolofChemistryandEnvironmentalEngineering根據(jù)人耳的主觀反應，對不同頻率給以適當增減的方法，常稱為“頻率計權”。通過計權網(wǎng)絡或頻率計權測得的聲壓級，已不再是客觀物理量的聲壓級，而叫“計權聲壓級”（或“計權聲級”），簡稱聲級。單位dB。針對不同的應用場合，常見的有四種不同的“頻率計權網(wǎng)絡”，分別叫A，B，C，D計權網(wǎng)絡，其中A，B，C計權網(wǎng)絡分別模擬人耳對40phon，70phon，100phon等響曲線的響應。它們測得的聲級分別叫做A（計權）聲級，B（計權）聲級，C（計權）聲級，D（計權）聲級，其中D聲級專用于航空噪聲的測量。第十九頁，共35頁。SchoolofChemistryandEnvironmentalEngineering在噪聲測量儀器中的計權網(wǎng)絡一般都有A、B、C三種計權網(wǎng)絡，用何種計權網(wǎng)絡所測聲級應標明，無標明的情況下則認為是A聲級。A計權聲級是模擬人耳對55dB以下低強度噪聲的頻率特性，對低頻率（1000HZ以下）噪聲衰減最多。用LPA或LA表示，B計權聲級是模擬人耳對55dB到85dB的中等強度噪聲的頻率特性，它對低頻率噪聲的衰減較A計權聲級少一些。C計權聲級是模擬人耳對高強度噪聲的頻率特性，對低頻率噪聲衰減最少。第二十頁，共35頁。SchoolofChemistryandEnvironmentalEngineeringABC計權特性曲線第二十一頁，共35頁。SchoolofChemistryandEnvironmentalEngineeringA，B，C計權修正量第二十二頁，共35頁。SchoolofChemistryandEnvironmentalEngineering第二十三頁，共35頁。SchoolofChemistryandEnvironmentalEngineering噪聲級計設計的A、B、C、三種計權網(wǎng)絡AACAB濾波器聲級計傳聲器前置放大器計權網(wǎng)絡輸出放大器檢波器指示器第二十四頁，共35頁。SchoolofChemistryandEnvironmentalEngineering注意：以A聲級作為噪聲的評價量，簡便實用，與人耳聽覺關聯(lián)性也較好，但是因A聲級是對低頻信號有較大衰減的頻率計權測量值（A計權網(wǎng)絡低頻端不靈敏），測量結(jié)果中不提供頻率成分信息，所以存在兩個明顯的缺陷：一是由于缺少頻率成分信息，不可能作出經(jīng)濟合理的科學的噪聲控制設計；二是對于低頻成分占優(yōu)勢的強噪聲環(huán)境，其A聲級符合勞動衛(wèi)生標準，但對長期暴露于該環(huán)境的工作人員可能會有高血壓、心臟病等癥狀。第二十五頁，共35頁。SchoolofChemistryandEnvironmentalEngineering有關噪聲評價的長期實踐表明，時間上連續(xù)，頻譜比較均勻無顯著純音成分的寬頻帶噪聲，若以它們的A聲級值的大小次序排列，則與人們主觀聽感到的響度有較好的相關性，它與噪聲引起聽力損害程度的相關性也很好。另外，對非穩(wěn)態(tài)噪聲的大規(guī)模調(diào)查，已經(jīng)證明等效連續(xù)A聲級與人的主觀反應有很好的相關性。從評價工作來看，人們很希望有一個簡單的單一量來表示，經(jīng)過幾十年噪聲評價工作的實踐，（等效）A聲級幾乎成為一切噪聲評價的基本值。國際、國家標準中凡與人有聯(lián)系的各種噪聲評價量，絕大部分都是以（等效）A聲級為基礎的。第二十六頁，共35頁。SchoolofChemistryandEnvironmentalEngineering三、等效連續(xù)聲級、累計分布聲級、噪聲污染級、統(tǒng)計噪聲級和晝夜等效聲級A計權聲級能夠較好的反映人耳對噪聲的強度與頻率的主觀感覺，因此對一個連續(xù)的穩(wěn)態(tài)聲，它是一種較好的評價方法。但是當評價噪聲對人體的影響時，不僅要考慮噪聲的強度，而且考慮它的作用時間。另外，實際噪聲其強度多是隨時間變化的，連續(xù)穩(wěn)定的噪聲畢竟是少數(shù)。那么，此時A計權聲級就顯得不合適了。例如，一臺機器工作時其聲級是穩(wěn)定的，但由于它是間歇地工作，與另一臺聲級相同但連續(xù)工作的機器對人的影響就不一樣。第二十七頁，共35頁。SchoolofChemistryandEnvironmentalEngineering如何表征非穩(wěn)態(tài)、起伏的、非連續(xù)的等無規(guī)噪聲對人體的作用？——求一段時間間隔內(nèi)A計權聲級的能量平均來實現(xiàn)。用一個相同時間內(nèi)聲能與之相等的連續(xù)穩(wěn)定的A計權聲級來表示該段時間內(nèi)的噪聲的大小——等效連續(xù)聲級。它是反映聲級不穩(wěn)定的情況下，人們實際所接受的噪聲能量的大小，它是用來表示隨時間變化的噪聲的等效量。等效于在相同的時間間隔T內(nèi)，與不穩(wěn)定噪聲能量相等的連續(xù)穩(wěn)定噪聲的A聲級。第二十八頁，共35頁。SchoolofChemistryandEnvironmentalEngineering

等效連續(xù)聲級LAeq,T1、定義：一個用噪聲能量按時間平均方法來評價噪聲對人影響的問題，即等效連續(xù)A聲級，簡稱等效連續(xù)聲級符號LAeq，T。2、計算公式

LPA——某時刻t的瞬時A聲級（dB）;T——噪聲暴露時間(s)。第二十九頁，共35頁。SchoolofChemistryandEnvironmentalEngineering在實際測量時，往往不是連續(xù)采樣，而是非連續(xù)離散采樣，(往往只測定100(200)個數(shù)據(jù))且采樣的時間間隔一定時，上式可表示為：

n:規(guī)定的時間T內(nèi)采樣的總數(shù)。n=T/△t;LAi：第i次測得的A聲級。一般測定100個數(shù)據(jù)，噪聲漲落較大時取200個數(shù)據(jù)。利用“積分式聲級計”可以自動測量某一時間段內(nèi)的等效聲級，無需進行人工的統(tǒng)計和計算。第三十頁，共35頁。統(tǒng)計聲級等效連續(xù)聲級不能表達出噪聲隨機的起伏程度，為了描述噪聲隨時間的變化特性，在噪聲評價中采用累積概率來表示，稱為統(tǒng)計聲級。如果一個非穩(wěn)定的噪聲，其測得聲級的數(shù)據(jù)統(tǒng)計特性符合正態(tài)分布，（其累積分布在正態(tài)概率紙