（环境科学专业论文）低频噪声烦恼度实验室研究.pdf

低频噪声烦恼度实验室研究 a b s t r a c t i no r d e rt of i n do u tt h es u b j e c t i v ef l u e n c ea n da c t i o nd i s t u r b a n c eo ft h ep e o p l e ，t h e c h a r a c t i co fl o wf r e q u e n c yn o i s ew a sa n a l y s i s e di nt h i sp a p e r ，a n dt h em e t h o do f l a b o t a r ys t u d yw a sa d o p t e dt os t u d yt h en o i s ea n n o y a n c eo fs e v e r a lt y p i c a ll o w f r e q u e n c yn o i s ea n dt h ea c t i o nd i s t u r b a n c ec o n d i c t i o no f t h ep e o p l e ，i ti st h eb a s i so f t h e r e s e a r c ho fl o wf r e q u e n c yn o i s ea n n o y a c n ea n di t se v a l u a t i o nc r i t e r i o nc o m p l e t e l yi nt h e f u t u r e s e v e r a ln o i s es t i m u l u sw a sa n a l y s i s e di nt h ep a p e r ，s o m et y p i c a ln o s i es a m p l e sw a s c h o o s e n ，t h es t a t i s t i c a lm e t h o do fc u r v ee s t i m a t i o na n da n o v aw a sa p p l i e dt oa n a l y s i s t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h es u b j e c t i v ef a c t o ra n dt h eo b j e c t i v ef a c t o r ，t h ed i f f e r e n t s i n g l e s ，t h ed i f f e r e n tc h a r a c t i c so fl o wf r e q u e n c yn o i s ea n dt h ed i f f e r n e ts u b j e c t i v e r e p o n s eo ft h ep e o p l e t h er e s u l ti sa sf o l l o w s ：a n n o y a c ea n dc o m f o r tc a l lb ec h o o s e da s t h es u b j e c t i v ef a c t o ri nt h er e s e a r c ho fn o i s ea n n o y a n c e ；f o rt h el o wf r e q u e n c yn o i s e ，t h e r e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h el 1 0a n dt h es u b j e c t i v ef a c t o r ，o t h e r w s i ej tw a sl 9 0f o r t h em i d d l e a n dh i g hn o i s e ；t h ed i f f e r e n c eb e t w e e nt h ed i f f e r e n tp e o p l ei ss i g n i f i c a n t k e y w o r d s ：l o wf r e q u e n c yn o i s e ；a n n o y a n c e ；s u b j e c t i v ef a c t o r ；o b j e c t i v ea c o u s t i cf a c t o r 2 低频噪声烦恼度实验室研究 第1 章立题背景 噪声问题是众多城市环境问题中备受关注的问题之一。随着我国城市化进程的 发展，城市噪声源的种类及其噪声影响范围和方式都发生了新的变化，社会生活噪 声取代了工业噪声和交通噪声成为城市中最主要的噪声污染源。随着大量城市公共 建筑和高层住宅的出现，人群活动噪声在社会生活噪声中所占的比重有所下降，城 市公建和高层住宅中的各类动力设备噪声已成为最重要的社会生活噪声源，这些动 力设备噪声一般以低频噪声为主。 由于空气、地面、障碍物及窗户等对低频噪声的衰减很小，因此低频噪声的影 响范围很大，人们在很远的地方就能听到低频噪声；同时，由于人的听力随着年龄 的增加而衰减，不同频率声音的衰减能力不同，听力对高频声的衰减要大于低频声， 因此，老年人对于低频声音更为敏感。一些国内外的相关资料表明，低频噪声给人 带来较大的烦恼干扰。目前人们受到低频噪声的影响越来越大，人们对低频噪声的 申诉占环保噪声投诉问题中的比重很大。 大量的文献资料表明，在二、三十年噪声评价工作的实践中，许多国际或国内 的标准中凡是与人有联系的各种噪声评价量，绝大部分都是以a 声级为基础的。目 前，我国采用的噪声评价标准主要有两个，其一是城市区域环境噪声标准 ( g b 3 0 9 6 。9 3 ) ，将城市按不同社会功能划分为六类区域，规定了各类区域的环境 噪声标准值，用以评价区域环境噪声质量；其二是工业企业厂界噪声标准 ( g b l 2 3 4 8 9 0 ) ，用于评价工厂和企事业单位边界噪声的达标情况。在这两个标 准中，用于评价噪声的指标也都是连续等效a 声级。但在实际的噪声监测和评价工 作中，对于一些以低频噪声为主的设备噪声和交通噪声而言，虽然其测量得到的连 续等效a 声级是符合噪声标准的，但人们却总感觉到受到噪声的干扰很大，从而向 有关的部门提出了申诉，因此经常发生噪声标准和人们的实际要求相冲突的情况。 在这种背景条件下，我们运用实际的低频噪声样本，结合人的主观感觉，对这 些以低频噪声为主的设备噪声的烦恼度进行研究，此研究为提出合理的适合中国国 情的低频噪声评价指标提供基础，以适应城市噪声变化的新趋势，为环保部门的管 理和执法提供参考依据，从而改善整个城市的声环境质量。 3 低频噪声烦恼度实验室研究 第2 章低频噪声研究进展 最早，低频噪声及其对人的主观影响的研究由a m e r i c a ns p a c ep r o g r a m m e 发 起，主要研究人在高声级低频噪声下短时间暴露的影响f l l f 2 【3 1 。但一般情况下，人 们在环境中遇到的低频噪声的声级都在中低声级范围内，所以低频噪声的研究趋势 开始从高声级的低频噪声影响向中低声级转换。为了研究低频噪声烦恼度及其评价 方法，首先需要对低频噪声的声学特性进行分析。 2 1 低频噪声定义及常见的低频噪声源 目前，针对低频噪声还没有明确的定义。一般来说，低频噪声是指以低频成分 为主的噪声，它是相对于中频和高频噪声而言的，但它们之间并没有明显的界线。 科研工作者可根据自己的研究需要来定义低频噪声的不同频率范围。在一些研究 中，低频噪声被定义为频率范围为1 0h z 1 6 0h z 的噪声【4 】；一些研究者则将低频 的范围定义在8 2 5 0h z 的噪声；在一些研究中，科学家则把2 0 h z 作为低频噪声 的下限，而把低频噪声的上限定义在1 0 0 h z 、1 5 0h z 3 、2 0 0h z 和2 5 0h z 5 】等。 目前，科学家对低频噪声的下限有比较统一的说法，即低频噪声的下限被定义在频 率高于2 0 h z 的声音，即是人的可听频率的下限【6 】。而对于低频噪声上限的定义，科 学研究者目前还没有统一的定论，一般从1 0 0 h z 到2 5 0 h z 不等。通常情况，在讨论 环境低频噪声问题时，科学研究人员一般将低频噪声定义为频率在2 0 2 5 0 h z 之间 的声音【7 1 。 根据一些相关的资料资料表明，典型的低频噪声源主要有：水泵，压缩机，柴 油机，飞机，轮船，燃烧，空气紊乱，风和风机以及由振动产生的结构声 8 】和一些 道路的交通噪声。 2 2 低频噪声的衰减特性 声音在空气中的衰减与声音频率的平方成正比，所以低频声在空气中的衰减量 很少。地面和屏障吸收等其他衰减因素，在低频段也是很小的。例如，2 0 7 0 湿度的空气衰减量为：6 3 h z o 1 d b k m ；1 2 5 h z 一0 3 5 d b k m ；1 2 5 h z 一1 1 d b k m ， 可以看出，空气衰减对低频噪声的贡献很小。因此，相对于中高频噪声，低频声在 空气中传播的距离较远。 2 2 1 低频噪声听阈 。 表2 1 为w a t a n a b e 等研究的低频噪声阈值曲线，从图中可以看出，2 0 h z 1 2 5 h z 的阂值与i s 0 3 8 9 7 f 9 】中的阈值非常接近。在2 0 h z 处，闽值为7 9 d b ，5 0 h z 处阈值为4 6 d b 。在频率接近1 5 h z ( 一般是1 5 h z 2 0 h z ) 左右的地方，存在一个 阈值的转换点，即在高于1 5 h z 处，闽值的变化量为2 0 d b o c t a v e ，在低于1 5 h z 的 各频段，阈值的变化量为1 2 d b o c t a v e 。 4 低频噪声烦恼度实验室研究 图2 1 平均阈值曲线 图2 - 2 个体阈值差异曲线 f r o s t 1 0 1 研究发现不同个体之间存在着阈值的差异，图2 2 为低频范围内不同年 龄的个体阈值的差异曲线。从上图中可以明显的看出，在4 0 h z 处，a 组( 平均年龄 2 1 岁) 受试者要比b 组( 平均年龄3 5 岁) 敏感1 5 d b 。y a m a d a 等的研究泼现男性 和女性的听闽存在差异，女性平均要比男性敏感3 d b 。 2 3 烦恼度研究 低频噪声评价指标和方法的研究一般和烦恼度研究结合起来。在实验室内模拟 r 一定的噪声场景，选取某些特定的噪声刺激，对受试者的反映进行记录。噪声刺激 可以根据试验的不同需要选宽带、窄带或者特定频率的噪声，女1 a d a m ”“， n a k a m u r aa n di n u k a i 1 3 1 和p o u l s e na n dm o r l e n s e n 1 4 1 等的研究；一些试验中采用 实际采样记录的噪声，女1 m a n l e y 1 5 1 ， m i r o w s k a 1 6 和t e s a r z 1 7 等的研究。 5 低频噪声烦恼度实验室研究 2 3 1 低频噪声烦恼度 m 口l l e r 1 8 1 对4 h z 到3 1 5 h z 的纯音进行了烦恼度试验，试验结果见图2 。3 。 图2 3 不同频率的烦恼度曲线 从图中可以看出，低频噪声的听阈要高于1 0 0 0 h z 纯音，但在听阈范围以上， 随着声压级的增加，烦恼度增加的速度较快。例如，4 h z 纯音的范围为1 0 d b ，8 h z 和1 6 h z 纯音的范围为2 0 d b ，3 1 5 h z 纯音的范围为4 0 d b ，而1 0 0 0 h z 纯音的范围为 6 0 d b 。 2 3 2 烦恼度与a 声级 p e r s s o n 1 9 瞎对中心声级为1 0 0 h z 和2 5 0 h z 的噪声进行了烦恼度试验，结果表 明在相同的a 声级下，低频噪声的烦恼度要大于高频噪声。p e s s o n 和b j o r k m a n 【2 0 】 以及p e r s s o n 2 1 垮对峰值在8 0 h z ，、2 5 0 h z 、5 0 0 h z 和1 0 0 0 h z 的噪声进行了研究， 研究结果表明：等效a 声级低估了频率在2 0 0 h z 以下噪声的烦恼度：对于宽带低频 噪声而言，6 5 d b ( 线性声级) 烦恼度与6 2 d b ( 等效a 声级) 相同，7 0 d b ( 线性声级) 烦恼程度- 与6 4 d b ( 等效a 声级) 相同。k j e l l b e r g 【2 2 】等的研究表明：对于相同的等 效a 声级，低频成分占主导的噪声使人感到更烦恼，其程度一般为5 8 d b 。 b r a d l e y 2 3 1 发现低频成分越显著的噪声，当烦恼度相同时，其声级衰减量越大。与 中高频噪声相比，l e v e n t h a l l 2 4 】提出，在评价低频噪声时需要有3 d b 的补偿值。 2 4 低频噪声标准和限值 2 4 1 标准发展 至今为止低频噪声标准的发展经历了2 5 年，国际上常见的低频噪声标准主要有 声级计计权( s o u n dl e v e lm e t e rw e i g h t i n g ) 、低频噪声衄线( l f n rc u r v e s ) 和 低频a 计权( l o wf r e q u e n c ya w e i g h t i n g ) 。 1 声级计计权 i n u k a i 【2 5 1 提出了用声级计计权曲线来评价低频噪声，与a 计权相比，该种计权 6 低频噪声烦恼度实验室研究 方法减少了对低频段噪声的过滤，因此更多的考虑了低频噪声的成分。低频计权 网络见图2 _ 4 。 图2 4 低频计权网络 2 低频噪声曲线 b r o n e r 矛1 l e v e n t h a l l 2 8 研究了中心频率从2 5 h z 至u 8 5 h z 的低频噪声( 以每 l o h z 作为问隔) 主观烦恼度实验室研究。研究表明：在中心频率3 5 h z 和4 5 h z 处有 一烦恼峰值。k r a e m e r 2 1 的研究发现了类似的结论。在此基础上，b r o n e r 和 l e v e n t h a l l 2 6 修改了低频范围内的n r 曲线，形成l f n r 曲线，见图3 3 。l f n r 曲线 还未广泛的被采纳，但一些英国的地方机构采用此种方法。 哇o 一 “l 9 0 ：，i缸 、 8 0 _一- 一 ，h 。 d b k j 一 7 0 一1 。 1 - i i ， 6 56 0 心 ， 1 ， _ ， 、k s o 一、卜k1 啭畸i t 4 0 、 、 1 - * ：4 5 3 0 - - - _ 2 0 2 5 1 0 u 唾o 1 01 0 0 1 0 0 0 图2 4 低频噪声评价曲线( 每一点在1 3 倍频程处) 7 低频噪声烦恼度实验室研究 3 低频a 计权 v e r c a m m e n 2 8 - 2 9 提出了一条参考曲线( 平级阂值减去两个标准偏差) ，采用 g 计权来评价次声，用低频a 计权来评价1 0 h z 至i j l 6 0 h z 的低频噪声，以及用正常的 a 计权来评价频率高于1 6 0 h z 的噪声。典型室内评价标准值见表2 1 。 表2 - 1 典型的室内评价标准 计量单位白天夜间深夜 l a3 53 02 5 d b a l g 8 68 68 6d b g l f a 3 02 5 2 0 d b a 在实际的评价中，由于通过声级计的过滤直接测量l f a 是不可能的，从而，通 过测量1 0 h z 到1 6 0 h z 的1 3 倍频程声级来计算计算他们的低频a 计权声级。 2 4 2 国家标准 1 9 8 4 年丹麦在“工业环境噪声导则” 3 0 f l ，提出了低频噪声评价方法，这一方 法目前还没有得到普遍公认。从那以后，一些国家开始公布一些低频噪声的测量和 评价方法。其中的许多评价方法都利用了噪声频谱( 室内测量得到的1 3 倍频程谱) ， 通过频谱与标准曲线的比较来迸行评价。推荐的方法主要有，丹麦的调查方法，标 准化的德国方法，瑞典方法以及波兰方法等。这些方法以室内噪声级为基础，来评 价不同的状况下的低频噪声引起的烦恼度。 1 丹麦方法 丹麦方法与v e r c a m m e n 2 a - 2 9 推荐的方法相似，对于次声采用g 计权声级，对 于频率在1 0 h z 至l j l 6 0 h z 之间的采用低频a 计权声级，高于1 6 0 h z 以上的用正常的a 计权声级。表2 2 为丹麦推荐的室内噪声标准。 表2 - 2 丹麦推荐标准 次声l p g低频噪声l p a l a正常噪声限值l p a 住所，晚上和深夜8 5 d b2 0 d b3 0 d b 2 5 d b 住所，白天8 5 d b2 5 d 日3 0 d b 一白天和晚上 教师，办公室等 8 5 d b3 0 d b4 0 d b 企业的一些其他房间 9 0 d b3 5 d b5 0 d b 丹麦方法规定了噪声的限值。在住所，夜间和晚上( 晚上1 8 ：0 0 到上午0 7 ： 0 0 ) 的a 计权等效声级( 平均超过1 0 m i n ) 不应该超过2 0 d bl p al f ，白天( 上午0 7 ： 0 0 到晚上1 8 ：0 0 ) 不超过2 5 d b 。在办公室，教室等场所，a 计权声压级不应超过 3 0 d b ，在企业的一些其他房间里限制值为3 5 d b 。如果这个噪声有脉冲特性，则严 于标准5 d b 来评价。 8 低频噪声烦恼度实验室研究 2 德国方法 德国方法【3 1 1 建立在对工业设备区域【3 2 】调查的基础上。一般把d b c - - d b a 2 0 d b 作为是否出现低频噪声的标志。在某一特定时间段内测量噪声的1 3 倍频程并与表9 中的阈值进行比较。主频率范围从1 0 h z 到8 0 h z 。如果噪声在1 0 h z 到8 0 h z 频率范 围内涵盖的频率范围较广，则要使用8 h z 和1 0 0 h z 。然而，在德国的方法中有一假 设，大多数工业噪声源产生的低频噪声是有调噪声，所以8 h z 和1 0 0 h z l l 3 倍频程很 少被采用。区分有音调噪声和无音调噪声的标准是：如果某个特定的1 ，3 频段声级 比其相邻的两个频段高5 分贝或者更多，该噪声就被认为是有调噪声。白天噪声的 评价是在8 h z 一6 3 h z 超过阈值曲线5 d b ，在8 0 h z 超过1 0 d b ，1 0 0 h z 超过1 5 d b 。在 夜间，所有的标准值都降l , 氏5 d b 。德国推荐的标准见表2 3 。 表2 - 3 德国推荐标准 1 ，3 倍频程h z德国标准d bl s 0 2 2 6 闽值d b ( 8 )( 1 0 3 ) 1 09 5 1 2 58 7 1 67 9 2 07 17 4 3 2 56 36 5 o 3 1 55 5 55 6 3 4 0 4 8 4 8 4 5 04 0 54 1 7 6 33 3 53 5 5 8 02 82 9 8 ( 1 0 0 )( 2 3 5 )2 51 3 瑞典方法 瑞典国家卫生局的推荐方法p 3 1 。该曲线包括的频率范豳是3 1 5 h z - 2 0 0 h z ，如 果在任意的一个1 ，3 倍频程处噪声级超过推荐的标准，健康和环境机构就认定该噪 声可能是一种卫生损害。具体的标准值见表2 4 。 9 低频噪声烦恼度实验室研究 表2 _ 4 瑞典低频噪声标准 1 ，3 倍频程 标准d bi s 0 2 2 6 闽值d b 3 1 55 65 6 3 4 04 94 8 4 5 04 34 17 6 34 1 53 55 8 04 02 98 1 0 03 82 51 1 2 5 3 6 2 0 7 1 6 03 41 6 8 2 0 03 21 3 8 4 波兰方法 波兰方法【3 4 适用的频率范围是1 0 h z 2 5 0 h z ，推荐的标准见表2 - 5 。用波兰方 法评价低频噪声时考虑了噪声的声压级和背景噪声声压级之间的差异，评价包括两 个部分：b 一测量声级和l a l o 之间的差异：l z 一噪声的声压级和背景噪声声压级之 间的差异。当满足以下条件时，噪声被认为是烦恼的：l i 0 且l 2 1 0 d b ( 针对有 调噪声) 或l 2 6 d b ( 针对宽带噪声) 。 表2 5 波兰参考声级l a l o 频率h zl a ，o i s 0 2 2 6 d b 1 08 0 4 1 258 3 4 1 66 67 2 0 6 0 57 4 3 2 55 4 76 50 3 154 9 3 5 6 3 4 04 4 6 4 8 4 5 0， 4 0 24 17 6 33 6 2 3 5 5 8 03 2 52 9 。8 。 1 0 0 2 9 12 5 1 1 2 52 6 1 2 07 1 6 02 3 4 1 6 8 2 0 02 0 91 3 8 2 5 01 86 1 1 2 1 0 低频噪声烦恼度实验室研究 6 各种评价曲线比较 不同国家的评价标准比较见表2 6 。 表2 6 评价标准比较 波兰德国丹麦夜间瑞典i s 0 2 2 6 频率h zl a l o d b d l n 4 5 6 8 0 d b2 0 d b ad bd b 81 0 3 1 08 0 49 59 0 4 1 2 58 348 79 3 4 1 66 677 97 6 7 2 06 0 57 17 0 5 7 4 3 2 5 5 4 76 36 4 76 5 0 3 1 54 9 35 5 55 9 45 6 5 63 4 04 4 64 85 464 94 84 5 04 0 24 0 5 5 024 34 17 6 33 6 23 3 54 6 24 1 5 3 5 5 8 0 3 2 52 84 2 54 02 9 8 1 0 02 912 3 53 9 1 3 82 5 1 1 2 5 2 613 6 13 62 0 7 1 6 02 343 3 4 3 41 6 8 2 0 0 2 093 21 3 8 2 5 01 8 6 1 1 2 2 5 低频噪声研究进展分析 国内外大量文献都表明，目前针对低频噪声的研究主要集中在以下几个方面： 低频噪声声学特性分析，低频噪声源调查和分析，低频噪声烦恼度研究以及低频噪 声治理对策研究。在上述的几个研究领域中，低频噪声烦恼度研究是国际上研究低 频噪声的热点问题。但在大多数低频噪声烦恼度研究，不论是现场研究还是实验室一 研究，都只仅仅考虑t i l 毛频噪声的主观烦恼度，即受声者在听到低频噪声后，根据 ， 自己受到的干扰程度，作出主观判断来评价自身对所听声音的感觉，一般都用文字 表述( 一点也不烦恼、有点烦恼、烦恼、很烦恼、非常烦恼) 来描述受声者的主观 感觉。这种判断方法，从某种程度上来说，可以反应受声者对声音的主观感觉，但 由于人们对噪声的主观反应伴随着错综复杂的关系和模糊性，所以仅仅依据受声者 主观的判断来评价噪声对人的干扰的分析方法缺乏一定的全面性，因此本文采用了 分值法来研究低频噪声主观主观烦恼度的基础上，同时研究了低频噪声对受试者行 为的干扰，综合主客观两个方面来研究低频噪声对人的影响。 1 1 低频噪声烦恼度实验室研究 第3 章噪声样本的采集和分析 3 1 实验思路 为了研究低频噪声对人的影响，必须选择合适的噪声样本及其符合一定条件的 被试者。参照国际上噪声烦恼度的实验室研究方法，本次研究选取几种不同类型的 噪声样本进行实验，一类是在外环境实际采样得到的以低频为主的噪声；一类是利 用声学仪器产生的以低频特性为主的噪声：另一类是利用声学仪器产生的阻中高频 特性为主的噪声作为对照，分别对其进行烦恼度实验。 实验主要分为两个部分，其一，测试受声者对不同声压级噪声的主观反应，进 行低频噪声烦恼度曲线拟合，从而进行相应的评价和分析，属于烦恼度主观评价内 容；其二，测试某一特定噪声信号对受声者指定行为的干扰程度，属于烦恼度客观 评价内容。 3 2 实验仪器 本次实验采用的仪器为北京声望声电技术有限公司生产的v s 3 0 2 u s b 双通道 声学分析仪，该仪器具有以下特点： 1 测量频率范围2 0 2 0k h z ，可根据采样的需要设定任意带宽的测量频率； 2 测量声压级动态范围为：0 9 6d b ，并可根据用户的需要进行增益； 3 有三种处理模式，实时模式，记录模式和后处理模式： 4 分析可显示5 种结果：时间序列、幅频特性、相位频率特性声谱、3 ds u r f a c e 和频谱分析( 自谱，互谱，传递函数，相关函数) ； 5 可进行1 1 ，1 3 倍频程谱分析，有多种计权方式：线性及a ，b ，c 计权； 6 可根据需要产生声信号：白噪声、粉红噪声、1k h z 单频信号、自定义单频 或多频信号、扫频信号、扫振辐信号、方波、三角波以及脉冲信号等。 3 3 实测噪声样本 根据国内外文献表明，典型的低频噪声源主要有：水泵，压缩机，柴油机，飞 机，轮船，燃烧，空气紊乱，风和风机以及卣振动产生的结构声【8 】，因此我们选择 了几个有代表性低频噪声源，实时采样后进行声学分析，确定本次实验的实际噪声 样本。 试验中采样的噪声样本主要有：压缩机噪声、水泵噪声，冷水机组噪声等。采 用v s 3 0 2 u s b 双通道声学分析仪进行采样( 失真性小) 并分析，确定实验中实际选 用的噪声样本。 1 2 低频噪声烦恼度实验室研究 3 3 1 压缩机噪声 图3 - 1 压缩机噪声线性声级频谱分析图 图3 - 2 压缩机噪声a 计权声压级频谱分析图 1 3 低频噪声烦恼度实验室研究 图3 3 压缩机噪声b 计权声压级频谱分析图 图3 4 压缩机噪声c 计权声压级频谱分析图 压缩机正常工作时，其发出的噪声为稳态噪声。我们用v s 3 0 2 u s b 双通道声学 分析仪对压缩机噪声采样并进行声学特性分析。图3 1 为压缩机噪声线性声级频谱 分析图，压缩机噪声各频率段能量分布较均匀，声压级峰值出现在2 0 0 h z 处。 图 3 2 、图3 3 和图3 4 分别为压缩机噪声的a 计权、b 计权和c 计权声压级频谱分析图。 在a 、b 、c 三种计权网络中，a 计权网络对低频声的衰减量最大，c 计权最小。图 3 1 中，低频段声压级被衰减的最多，2 0 h z 处声压级小于5 0 d b ，c 计权声压级频谱 1 4 低频噪声烦恼度实验室研究 图与线性频谱图相似性较好。 3 3 2 水泵噪声 图3 5 水泵噪声线性声级频谱分析图 图3 6 水泵噪声a 计权声压级频谱分析图 1 5 低频噪声烦恼度实验室研究 图3 7 水泵噪声b 计权声压级频谱分析图 图3 8 水泵噪声c 计权声压级频谱分析图 水泵噪声为稳态噪声，我们用v s 3 0 2 u s b 双通道声学分析仪对水泵噪声声学特 性进行分析。图3 5 为水泵噪声线性声级频谱分析图，7 0 h z 频率以下的能量占大部 分，声压级峰值出现在5 0 h z 处。图3 6 ，图3 7 和图3 8 分别为水泵噪声的a ，b 和c 计权声压级。在a 、b 、c - _ - 种计权网络中，a 计权网络对低频声的衰减量最大，c 计权最小。如图3 6 中所示，经a 计权后，水泵噪声在2 0 h z 3 0 h z 频率段声压级趋 于零；图3 7 中，同一水泵噪声样本在2 0 h z 3 0 h z 频率段声压级大约为1 0 d b 1 6 低频噪声烦恼度实验室研究 2 0 d b 左右：图3 8 中，c 计权声级频谱图与线性声级频谱图相似性较好。 3 3 3 冷水机组噪声 图3 - 9 冷水机组噪声线性声级频谱分析图 图3 10 冷水机组噪声a 计权声压级 1 7 低频噪声烦恼度实验室研究 图3 - 1 1 冷水机组噪声b 计权声压级 图3 12 冷水机组噪声b 计权声压级 当冷水机组正常运行时，冷水机组噪声为稳态噪声，我们用v s 3 0 2 u s b 双通道 声学分析仪对水泵噪声声学特性进行分析。图3 9 为水泵噪声线性声级频谱分析图， 2 0 0 h z 频率以下的能量占大部分，声压级峰值出现在4 0 h z 干1 5 0 h z 处。图3 1 0 ，图 3 1 1 和图3 1 2 分别为水泵噪声的a ，b 和c 计权声压级。在a 、b 、c 三种计权网络中， a 计权网络对低频声的衰减量最大，c 计权最小。如图3 1 0 中所示，经a 计权后，冷 水机组噪声低频段声能量被大大衰减。图3 1 2 中，c 计权网络对低频段衰减较少， 1 8 低频噪声烦恼度实验室研究 c 计权声压级频谱图与线性声级频谱图相似性较好。 3 4 合成声信号 利用v s 3 0 2 u s b 双通道声学分析仪可自定义单频或多频信号的特点，并结合本 次实验的目的，我们合成了以3 1 5 h z ，6 3 h z 和1 2 5 h z 为主频率的低频噪声以及以 1 0 0 0 h z 为主频率的中高频噪声。 3 5 小结 压缩机噪声、水泵噪声和冷水机组噪声这三种噪声各频率段能量分布较均匀， 声压级最高值均出现在频率2 0 0 h z 以下，具有比较典型的低频特性，其中尤其以冷 水机组噪声低频特性最为明显。 通过对同一噪声源的线性声级、a 计权声压级、b 计权声压级和c 计权声压级的 分析，a 计权网络对低频声的衰减量最大，c 计权最小。对于低频段声能量较大的 噪声来说，由于a 计权大大衰减了噪声的低频段能量，所以与a 计权和b 计权声压级 相比，c 计权声压级频谱图最接近其线性声压级频谱图。 本次实验采用四种噪声样本，来研究低频噪声对人的影响，即烦恼度研究和行 为干扰研究。为了便于实验结果处理，我们把这四种声样本编号：冷水机组噪 声；以3 1 5 h z ，6 3 h z 和1 2 5 h z 为主频率的噪声；压缩机噪声：以1 0 0 0 h z 为主频率的噪声。 伯 低频噪声烦恼度实验室研究 第4 章实验环境模拟和主要实验过程 4 1 实验对象 参考国内外类似的研究以及结合现有的实验条件，实验时选取受试者若干名， 均为年龄在2 2 - - 2 6 岁之间，听力正常的青年，且具有一定的环境噪声学基础知识。 为了调查受试者对噪声的敏感程度及其是否有受噪声干扰的经历，受试者在实验前 被要求填写一份与其噪声经历相关的基础调查问卷，调查问卷内容见附录1 。在8 位受试者中，有6 位认为其对外来刺激的敏感程度一般，另外2 位认为其对外来刺激 感觉敏感和不敏感；8 5 受试者均认为他们目前的生活环境声环境一般，并且有7 位表示自己曾经有过偶尔失眠的经历：其中有7 位认为他们目前生活的声环境中存 在“嗡嗡声”，但认为尖锐的声音另他们感觉更为烦恼。 4 2 问卷设计 根据实验内容，本次实验共设计了多种类型的实验结果记录表，一种为调查受 试者背景情况的问卷，见附录1 ；一种为受试者在进行实验过程中记录主客观反应 的表格，见附录2 ；一种为实验设计者记录客观声环境条件的表格，见附录3 。 4 3 实验环境的模拟 在一间a b c 的房间内，具体试验布置见下图。 o 受试者o 口一声源 o 9 砍 声级计 图4 1 噪声烦恼度试验室布局图 如图所示，受试者距离声源的距离为1 米，声音从位于受声者前方1 米处的扬声 器中发出，声级计放置于受试者耳朵旁，用于分析受试者所处的实际声环境状况， 以减少扬声器及本底噪声对实验的影响。进行烦恼度客观实验时，投影图像位于在 受试者正前方位置，以保证每个受试者能看到清晰的投影图像。 4 4 实验过程及方法 噪声烦恼度实验主要分为主观烦恼度研究和客观烦恼度研究两个方面。主观烦 恼度研究主要考察受试者对当前所处声环境的心理主观判断，客观烦恼度研究主要 考察噪声对受试者行为的干扰程度。 2 0 低频噪声烦恼度实验室研究 4 4 1 主观反应实验 每次试验时受试者4 名，试验按图4 1 所示进行布局，2 名实验员分别控制声 源发生及客观声环境状况测量，主要实验过程如下： 实验员1 随机播放声信号，声信号从扬声器中传出，每次声信号播放时问为 1 0 s ，实验员2 在受试者耳旁测量环境噪声( 包括l e q ，l 1 0 ，l 5 0 ，l 9 0 ，l m a x 和 l m i n ) ，受试者对当前所处环境进行主观烦恼度及舒适度判断，用o 5 之间的数 值表示其烦恼程度和舒适程度，其中0 代表不烦恼及舒适，5 代表非常烦恼和非常不 舒适，判断结果记录在相应的表格中。每次样本的播放之间相隔1 0 s 。 4 4 2 客观反应实验 每次试验时受试者3 名，试验按图4 1 所示进行布局，2 名实验员分别控制声 源和随机数字的产生及客观声环境状况测量，主要实验过程如下： 实验员1 随即播放声信号和随机数字，声信号从扬声器中传出，声信号播放时 间为1 0 s ，实验员2 在受试者耳旁测量环境噪声( 包括l e q ，l 1 0 ，l 5 0 ，l 9 0 ，l m a x 和 l 。i 。) ，该过程完成后，间歇5 s 开始进行试验。受试者被要求在6 s 内观察3 个三位 数数字或三个四位数字并进行记忆，考察受试者的记忆能力是否受噪声干扰。噪声 干扰性试验包括3 个方面，见表4 1 ，同时做无噪声干扰试验作为参照。 表4 1 噪声干扰性试验设计 序号条件 1 观察和回忆时均无噪声干扰 2 观察时有噪声干扰，回忆时无噪声干扰 3 观察时无噪声干扰，回忆时有噪声干扰 4观察和回忆时均有噪声干扰 每个特定的声级受试者进行5 次数字记忆试验，数字为计算机随机产生的( 随 机数字程序见附录4 ) 符合要求的4 位数，一组试验( r - 声a ) 完成后休息1 0 s 后 再进行第二组。 2 1 低频噪声烦恼度实验室研究 第5 章试验数据处理和分析 5 1统计学基本概念及数据分析方法介绍 5 1 1 统计学基本概念 本文采用s p s s 统计软件对实验结果进行统计分析，s p s s 软件统计功能囊强大， 包括常规的集中量数和差异量数、相关分析、回归分析、方差分析、卡方检验、t 检验和非参数检验：也包括近期发展的多元统计技术，如多元回归分析、聚类分析、 判别分析、主成分分析和因子分析等方法，这里首先介绍几个统计学基本概念。 一、总体 具有被分析性质的个体( 或对象，或事件) 的集合。总体是样本收集者感兴趣 的个体或对象的完全集合。一般来说，大的总体研究起来是困难的，因此，一般采 用选择一个样本作为研究对象，从样本具有的特性来推断出总体的特性。 二、样本 样本是总体的一个子集，由样本收集者从总体中选出的个体、对象或测量值组 成。 三、变量 关于总体或样本中每个个体元素有兴趣的某个特征。 四、数据 属于样本的每个元素，对同一变量收集到的值的集合。 5 1 2 数据分析方法 一、相关系数和显著性检验 相关系数用于考察两个变量之间的相互关联程度，相关系数的范围为一1 到1 ， 相关系数的绝对值越大表明两个变量之间的相关性越强。 显著性检验用于考察样本对于所抽取的总体而言两变量之间存在相关性程度。 本文采用皮尔逊相关系数和双尾检验来研究不同变量( 不同的主观评价量之 间、主观评价量和客观声学参量) 之间的相互关系。 二、方差分析， 方差分析被用来检验关于若干总体均值的假设，当进行方差分析时，样本之间 的方差和样本内的变异被比较。为了比较检验因素各水平的均值，各水平之间变 ，异的一种测量m s ( 因素) 将与各水平内部变异的一种测量m s ( 误差) 做比较。如 果m s ( 因素) 显著地大于m s ( 误差) ，那么我们将下结论，被检验地各因素水平 中的每一个水平的均值都不一样。这里隐含着被检验的因素对相应变量有显著效 应。然而，如果m s ( 因素) 不是显著地大于m s ( 误差) ，我们将不能拒绝所有均 值都相同的零假设。 低频噪声烦恼度实验室研究 本文采用方差分析来研究不同受试者的主观判断之间、不同声压级对受试者 行为的影响以及不同的于扰方式对受试者行为的干扰是否存在差异。 三、曲线估计 运用多种重曲线模型对不同变量进行曲线拟合，找出两者之间最佳的模型，可 以运用该模型方程进行变量之间的相互换算。 本文采用曲线估计方法，找出烦恼度主观评价量和客观声学参量之间的最佳模 型。 四、百分位数和箱图 若把一批已经按大d , j p l 哽序排列起来的数据划分成一特定数目的组数，每组内还 有相同数目的数据，则此时分割的数据成为分位数。百分位数就是把数据分为1 0 0 组，每组内含有相同数目的数据。第9 0 个百分位数，就是指在这一数据之下有9 0 的数据，在它之上有1 0 的数据。以此类推第5 0 个百分位数，第1 0 个百分位数 的含义。 箱图是一种描述数据分布情况的统计图。矩形块是箱图的主体。矩形块上的上、 中、下三条线分别表示变量值的7 5 、5 0 和2 5 百分位数。变量观测值的一半 落在矩形块中。触须线是指和矩形块相连的垂直线。上触须线的上端对应的纵坐标 值表示变量本体值的最大值，下触须线的下端对应的纵坐标值表示本体值的最小 值。 5 2 主观反应实验 主观反应实验主要考察受试者在特定的环境中，对所受的声刺激的主观感觉， 这里的主观感觉用烦恼度和舒适度的不同分值( o 5 ) 来评价。 5 2 1 主观反应与客观声学变量相关性分析 试验过程中，实验者对不同噪声的每组变化声压级均测量了一系列客观声学变 量，如l e a ，l l o ，l s o ，l 9 0 ，l m 。和l m m 值，受试者针对该声环境状况作出了相应的 主观烦恼度和舒适度判断。根据般经验，声压级越高，烦恼度越大，舒适程度越 低，人的主观感觉和受到的外来声刺激之间存在一定的相关关系，我们对这些客观 声学参量和人的主观反应之间进行相关性分析，找出与人的主观反应相关性最好的 声学参量。j 一冷水机组噪声 1 烦恼度与客观声学参数相关性分析 表5 1 仅给出了受试者在冷水机组噪声暴露下的一组主观评价结果统计表作为 示例( 其余各组实验数据以及不同噪声样本的实验数据在文中不一一列举，直接给 出统计结论) 。根据多次实验得到的主观评价量和客观声学参量统计结果，对烦恼 度与各客观声学参量l 。，l 1 0 ，l s o ，l 9 0 ，l 。，和l 。m 进行相关性分析，结果见表5 2 。 低频噪声烦恼度实验室研究 表5 - 1 受试者主观评价结果统计示例表 序号 l e ql i ol 5 0b o l m a xl m i n烦恼度分值舒适度分值 19 3 99 459 3 89 3 49 499 2 955 29 2 89 3 89 2 69 2 29 479 1 755 39 29 3 19 1 89 1 49 3 69 1 155 48 9 99 18 9 68 9 3 9 1 5 8 944 58 7 48 8 78 7 28 6 78 9 58 6 53 53 5 68 6 58 7 78 628 5 78 838 523 33 3 78 578 6 78 5 48 58 728 4 63 23 2 88 4 88 618 4 58 3 98 6 78 3 53 3 3 3 98 3 88 4 98 3 68 3 28 5 88 292 82 8 1 08 2 88 48 2 68 2 18 4 98 1 52 72 7 1 18 1 58 2 88 1 38 0 68 3 37 9 92 6 2 6 1 2 7 9 6 8 17 9 4 7 8 6 8 1 77 7 92 32 2 1 37 6 ，87 8 27 6 。57 5 ，77 8 97 5 1 22 1 4 7 5 77 6 9 7 5 47 467 7 47 3 922 1 57 3 87 5 17 3 57 2 77 5 87 1 91 51 4 1 67 1 27 2 ，37 17 0 37 3 26 9 8 121 2 1 76 8 66 9 86 8 36 7 67 0 4 6 7121 2 1 86 6 46 7 86 66 5 36 96 4 711 1 96 0 46 3 35 935 676 6 75 4 80 70 6 2 05 7 86 0 25 6 95 4 76 295 2 90 50 ，5 2 15 6 25 8 55 5 45 3 46 255 090 0 表5 - 2 烦恼度相关性分析 烦恼度 皮尔逊相关系数 0 9 3 9 l e q 双尾检验0 0 0 0 皮尔逊相关系数 0 9 4 0 l l o 双尾检验 o 0 0 0 皮尔逊相关系数 0 9 3 8 l s o 双尾检验 0 0 0 0 皮尔逊相关系数 0 9 3 6 l 9 0 双尾检验 00 0 0 皮尔逊相关系数 09 3 8 l m a x 双尾检验 0 0 0 0 皮尔逊相关系数 0 9 3 3 l m l n 双尾检验 0 0 0 0 + 相关系数在0 0 1 水平显著( 双尾检验) 根据以上分析，声学参量l e q ，l 1 0 ，l 5 0 ，l 9 0 ，l 。和l j n 与烦恼度相关性均较 好，相关系数均在0 9 3 以上且在0 0 1 水平显著，其中l 1 0 与烦恼度相关系数最高。 低频噪声烦恼度实验室研究 2 舒适