第六章 噪声及振动环境

第一节 声音及其度量

一、声音的基本概念

物体的振动产生声音，振动发声的物体被称为声源。

声音的形成是由振动的发生与传播这两个环节组成。

三个重要的物理量

声音的频率

声音的波长

声音传播的速度

频     率

声源每秒钟振动的次数称为频率，以f表示，单位为赫兹（Hz）。

在声频范围内，声波的频率愈高，声音显得愈尖锐；反之，显得低沉。

波长和声速

声波在一个波动的周期内传播的距离称为波长，记作λ, 单位为m。 

声波在媒介中传播的速度称为声速，用c表示，单位为m/s。 

频率、波长和声速之间的关系

式中 ，λ为波长（m）；c 为声速（m／s）；f 为频率（HZ）。

（一）声压、声压级

声波在空气传播过程中，引起空气质点振动导致空气压强变化叫声压。

声压声   压   级

通常用对数值来度量声压，称为声压级。

声压级是声压与基准声压之比的以10为底的对数乘以20，用符号 表示，单位是分贝（dB）。是表示声音强弱的物理量，用P表示，单位是帕（Pa）。

表6-1  各种环境的声压和声压级

（二）声压级表达式

式中，为声压级（dB）；P 为声压（Pa）； P0为基准声压（P0=2×105 Pa）。

声压级合成法则

在实际噪声环境中，往往有多个声源同时存在，几个不同的声源同时作用在声场中同一点上，它们产生的总声压可以通过能量合成的原则进行计算。

若在某点分别测得几个声源的声压为P1，P2，…，Pn，该点总声压Pt 满足

（i= 1,2,…,n）

总声压级

i= 1,2,…,n）

求总声压级的公式推导

根据声压合成法则有

背景声压级计算如下

（三）频谱分析

什么是频谱？

各种声源发出的声音大多是由许多不同强度，不同频率的声音复合而成。具有不同频率(或频段)成分的声波具有不同的能量，这种频率成分与能量分布的关系称为声的频谱。

什么是频谱分析？

将声源发出的声音强度按频率顺序展开，使其成为频率的函数，并考察变化规律，称为频谱分析。

什么是频程？

为了便于实际测量和分析，人为地把声频范围划分为几个小的频段，在每一个频段中，上限频率与下限频率之间的距离称为频程，它以上限频率和下限频率之比的对数表示，此对数通常以2为底。

倍频程

表6-3   倍频程的频率范围

（三）频谱分析

或 

式中   为倍频程数。

   为上限频率，   为下限频率

频谱图

各频率成分与能量分布关系的图形称为频谱图

以频率为横坐标，以声压级(或声功率级)为纵坐标进行绘图，如图所示。

三、人耳对声音的主观感觉

声音的响度级与响度

 

计权声级

等效连续声级

统计声级

（一）声音的响度级与响度

响度级是人们对噪声进行主观评价的一个基本量，用LN表示，单位为方(phon) 

响度级(方值)就等于该纯音的声压级数，即与该声音同样响度的1000赫兹纯音的声压级。

等响度曲线

声音的响度

声音的响度是人耳对声音强度所产生的主观感觉量，它与人对声音响亮程度的主观感觉成正比 .

响度与响度级的关系式为

总  响  度

式中，为总响度指数（宋）；为各频带中响度指数最大者；为所有频带的响度指数之和；    为倍频程选择系数。对倍频程，=0.3；对1/3倍频程，=0.15。

（二）计 权 声 级

声级

通过计权网络测得的声压级称为计权声级，简称声级。

为使噪声测量结果与人对噪声的主观感觉量一致，通常在声学测量仪器中，引入一种模拟人耳听觉在不同频率上的不同感受特性的计权网络，对被测噪声进行测量。通过计权网络测得的声压级称为计权声级，简称声级。它是在人耳可听范围内按特定频率计权而合成的声压级。

频率计权电网络

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。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 方纯音的响应，当信号通过时，其低频段（500Hz 以下）的声音有较大的衰减；

 B 计权网络是模拟人耳对70 方纯音的响应，它使接收、通过的低频声音有一定的衰减；

 C 计权网络是模拟人耳对100 方纯音的响应，在整个可听频率范围内有近乎平直的特性。使所有频率的声音近乎平直通过。 

A、B、C声级

不同计权网络测量的结果，分别标以dB（A）、dB（B）或dB（C），称为A 声级、B声级声级。

原来规定70dB以下用A声级计，70～90 dB用B声级计，90 dB以上用C声级计。后来研究表明，无论声强多大，A声级都能较好地反映人耳的响应特征，所以，如无特殊说明，基本都用A声级表示噪声评价指标。表6-4 为几种常见声源的A 声级。 

表6-4   几种常见声源的A 声级

（三）等效连续声级

等效连续声级是指某一段时间内的A声级能量平均值，简称等效声级或平均声级，用符号Leq表示，单位是dB(A) 

式中，LPA(t)为瞬间A声级（dB(A)）；

           T为总测量时间（s）。

（四）统计声级

统计声级的物理定义为达到或大于某一声级的概率，用符号Ls表示 

噪声的统计特征符合正态分布，则