噪声测量

学习目标,1.了解评价噪声的主要技术参数 ；2. 了解常用的噪声测量及分析仪器，重点掌握声级计的原理及使用方法； 3. 了解常用的噪声测量方法。难点：噪声评价的主观因素，包括频率集权网络、等效连续声级等。,13.1.1 声音和噪声,1.声音,声音是声波以纵波形式在介质中的传播。当产生振动的振源频率在2020000Hz(赫兹)之间时，人耳可以感觉，称为可听声，简称声音。振源频率低于20Hz或高于20000Hz时，人无法听到。低于20Hz的波动称为次声波，高于20000Hz的波动称为超声波。,声波在一秒时间内传播的距离叫声速，记作c，单位为m/s。声速与介质密度、温度、形状等因素有关。 声源在一秒钟内振动的次数叫频率，记作f，单位为Hz。沿声波传播方向，振动一个周期所传播的距离，或在波形上相位相同的相邻两点间的距离称为波长，用表示，单位为m。 频率、波长和声速三者的关系：c = f ·,13.1 概述,13.1.1 声音和噪声,2.噪声,人们生活和工作所不需要、引起反感的、刺耳的声音统称为噪声。从物理现象判断，一切无规律的或随机的声信号叫噪声。噪声是相对和谐悦耳、旋律优美的音乐声而言的。,3. 噪声的来源,环境噪声的来源有四种： 一是交通噪声，二是工厂噪声， 三是建筑施工噪声，四是社会生活噪声。,1对听力的影响在高噪声环境下长期工作可能造成耳聋。90dB(A)-20%的人可能耳聋85dB(A)-10%的人可能耳聋低于80dB(A)才能保证长期工作而不造成耳聋。 2对人的精神和身体的影响如失眠、注意力不集中、破坏色觉等。3对工作的影响降低工作效率计算、书写易出错。4对建筑物的影响大的低频噪声可能造成建筑物薄壁件的损坏。,4. 噪声的危害,13.1.2 噪声的物理量度,在进行噪声测量时，常用声压级、声强级和声功率级表示其强弱，用频率或频谱表示其成分，也可以用人的主观感觉进行量度，如响度级等。,霍尔效应与霍尔元件,1,声强和声强级,2,声功率和声功率级,3,4,声压和声压级,多声源噪声级合成,6,1 . 声压与声压级,声压: 指某点上各瞬间的压力与大气压力之差值，单位为 Pa（帕）。,听阈声压: 指正常人刚能听到的 1000 Hz 声音的声压为 2× 10-5 Pa，并规定为基准参考声压，记为 p0 。,声压级: 是一个相对比较的量。相对于声压 p 的声压级 L p 定义为,dB,p0 为基准参考声压,7,2 .声强与声强级,声强: 在传播方向上单位时间内通过单位面积的声能量，以 I 表示，单位为W/m2 。,声强级 LI: 声强与参考声强 I0 (取 I0= 10-12 W/m2 ）的比值常用对数的 10 倍来表示，称为声强级 LI （单位为dB），定义为,dB,对于球形声源,传播过程中没受到任何阻碍，也不存在能量损失,当声压Pa为常数时，两个任意距离r1和r2处的声强为I1和I2，则有：,声强随着声源的距离的平方而减小,W,8,3. 声功率及声功率级,声功率(W): 声源在单位时间内发射出的总能量，单位为W;,声功率级(Lw):声功率(W)与参考基准声功率W0(取W0=10-12 W)的比值常用对数的10倍来表示，声功率级LW（单位为dB）,9,表 13.1 通用语言与若干乐器输出功率值的近似值,下表是一些具有实际价值的声源输出功率的峰值，可作为实测的参考。,10,Wi 表示第 i 个声源的声功率。,第 i 个声源的声强,两个以上相互独立的声源，同时发出来的声功率和声强可以代数相加，即,W = W1+ W2 + W3 +···+ Wi +···+ WnI = I1+ I2 + I3 +···+ Ii +···+ In,总声功率级:,总声强级:,4.多声源的噪声级合成,11,从声压及声压级出发，当两个以上的噪声同时存在时，,如果从 n 个声源发出的噪声（或是由同一声源发出的噪声频谱中的各频率成分），且互不相干，则,合成噪声的总声压 p 为,由此得:,12,n 个噪声级相同的声源，在离声源距离相同的一点所产生的总声压级为,当有两个不同噪声级 L1 和 L2的声源同时作用，且 L1 < L2时，则从噪声级 L1 到总噪声级 L 的增加值 L 可由下式求得：,而,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级,13,即,故,或,噪声测量的主要参数(9/9),如果两个噪声中的一个噪声级超出另一个噪声级的68dB，则较弱声源的噪声可以不计，因为此时总噪声级附加值小于1dB。,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级,14,13.2 噪声的分析方法与评价 (Analysis Methods and Evaluation of Noise),1. 噪声的频谱分析,(1)倍频程分析,目的:了解其频率组成及相应能量的大小，从中找出噪声源，进而控制噪声。,原理:是按一定宽度的频带来进行的，即分析各个频带对应的声压级。,噪声的频谱分析在噪声研究中，常采用倍频程分析。,相差 n 个倍频程时两个中心频率之间的关系为,n 是正数，其值越小，频程分得越细。,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级,15,(2)频谱分析,声源作简谐振动所产生的声波为简谐波，其声压和时间关系为一正弦曲线。,这种只有单频率的声音称为纯音。,由强度不同的许多频率纯音所组成的声音称为复音，,组成复音的强度与频率的关系图称为声频谱，简称频谱。,低频噪声指噪声频谱中最高声级分布在 350 Hz 以下；,中频噪声指最高声级分布在 3501 000 Hz 中间；,高频噪声（1 000 Hz 以上）。,噪声频谱表示一定频带范围内声压级的分布情况，,频谱中各峰值所对应的频率（带）就是某种声源产生的，,找到了主要峰值声源就为噪声控制提供了依据。,16,2. 噪声的响度分析及评价,可听声对人产生的总的效果除了声压、声频率之外，还有声音持续时间、听音人的主观情况等，人的耳朵对高频声波敏感，对低频声波迟钝。为了把客观存在的物理量与人耳的感觉统一起来，引入一个综合的声音强度的量度响度、响度级。,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级,17,2. 噪声的响度分析及评价,(1)纯音的等响曲线、响度及响度级,在各种频率条件下对人的听力进行试验测得纯音的等响度曲线如图 13.1所示。,10,20,30,40,50,60,70,80,130,120,110,100,90,MAF,方,方,频率/Hz,图13.1 等响曲线,声压级/dB,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级,18,响度级是一个相对量，有时需用绝对值来表示，故引出响度单位宋(sone)的概念。,1 宋为 40 方的响度级，即 1 宋是声压 40 dB 、频率为 1 000 Hz 的纯音所产生的响度。,响度(宋),响度级(方),单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级,19,响度由 40 方开始，每增加 10 方，响度增加一倍，即 40 方为 1 宋，50 方为 2 宋，60 方为 4 宋，70 方为 8 宋。,响度可以叠加计算,响度级不可以叠加,例:频率为 3 000 Hz 和2 000 Hz 、声压均为 70 dB 的两纯音合成，由图 13.1 曲线查得响度级均为 70 方，对应响度均为 8 宋，总响度为 8 + 8=16 宋，查图 13.2 得总响度级为 80 方，响度级不可以叠加。,4,2,20,40,60,80,100,0.2,0.4,0.8,8,响度级/方,图13.2 响度-响度级关系,20,40,80,响度/,宋,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级,20,(2). 宽带噪声的响度,对纯音可以通过测量它的声压级和频率，按等响曲线来确定它的响度级，然后根据方-宋关系确定它的响度。但是，绝大多数的噪声是宽带声音，评价它的响度比较复杂，或者计算求得，或者通过计权网络由仪器直接测定。,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级,21,(2). 宽带噪声的响度,总响度，宋,频带中最大的响度指数,所有频带的响度指数之和,常数，对倍频带、1/2倍频带和 1/3倍频带分析仪分别为 0.3、0.2 和 0.15,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级,22,图 13.3 响度指数曲线,10,20,30,40,50,60,70,80,90,100,110,120,50,100,200,1 000,5 000,500,2 000,10 000,0.1,0.2,0.3,0.5,0.7,1.0,1.5,2,2.5,3,4,5,150,100,80,6,8,10,12,15,20,25,30,40,50,60,频率/HZ,频带声压级/dB,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级,23,声级计的频率计权网络,从等响度曲线出发，在测量仪器上通过采用某些滤波器网络，对不同频率的声音信号实行不同程度的衰减，使得仪器的读数能近似地表达人对声音的响应，这种网络称为频率计权网络。,就声级计而言，设立了 A、B、C 三种计权网络，它们的频率特性如图 13.4 所示。,24,C 计权网络是效仿 100 方等响曲线，在整个可听频率范围内近于平直的特点，它让所用频率的声音近于一样程度的通过，基本上不衰减，因此 C 计权网络表示总声压级。,A 计权网络是效仿倍频程等响曲线中的 40 方曲线而设计的，它较好地模仿了人耳读低频段（500 Hz以下）不敏感，而对于 1 0005 000 Hz声音频率的敏感的特点；,B 计权网络是效仿 70 方等响曲线，对低频有衰减；,图13.4 A B C计权网络的衰减曲线,当LA = LB = LC时，表明噪声的高频成分较突出；,当 LC = LB > LA 时，表明噪声的中频成分较突出；,当 LC >LB > LA时，表明噪声是低频特性。,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级,25,3. 等效连续声级与噪声评价标准,如果考虑噪声对人们的危害程度，则除了要注意噪声的强度和频率之外，还要注意作用的时间。反映这三者作用效果的噪声量度叫做等效连续声级。,我国工业企业噪声检测规范（草案）规定：稳定噪声，测量 A 声级；不稳定噪声，测量等效连续声级，或测量不同 A 声级下的暴露时间,等效连续声级可表示为,瞬时声强,某段统计时间总和,基准声强,某一间歇时间内的 A 声级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级,26,以每个工作日 8 h 为基础，低于 78 dB 的不予考虑，则一天的等效声级可按下式 近似计算：,第 n 段声级Ln 一个工作日的总暴露时间，min,