2. 噪声评价与测量.2

第二章噪声的评价与测量,Chapter2：AssessmentandMeasurementofEnvironmentalNoise,第一节噪声的物理度量第二节频谱与频谱分析第三节噪声的物理量和主观听觉的关系第四节噪声测量仪器第五节噪声标准,SchoolofChemistryandEnvironmentalEngineering,第三节噪声的物理量和主观听觉的关系,从噪声的定义可知，它包括客观物理现象和主观感觉两方面。最后判断噪声强弱的是人耳。所以确定噪声的物理量和主观听觉的关系是十分重要的，不过这种关系很复杂，因主观感觉牵涉到复杂的生理机构和心理因素，所以这类工作是用统计方法在实验基础上进行研究的。（一）、响度和响度级（二）、计权声级（三）、等效连续声级、噪声污染级、统计噪声级和昼夜等效声级,SchoolofChemistryandEnvironmentalEngineering,人耳的频率响应人耳对声音的感觉不仅和声强度大小有关也与频率有关。声级相同而频率不同的声音，听起来会不一样响：如，90dB高频噪声（如水泵噪声）就比90dB低频噪声（如空调机噪声）听起来要响得多。人耳对高频声敏感而对低频声不敏感的特性决定的。人耳对2k5kHz的声音最敏感。这也说明，不同频率的声音要使其听起来一样响，应具有不同的声压级。,SchoolofChemistryandEnvironmentalEngineering,一、响度级和响度1、响度级（LN）考虑到人耳的频率响应特性，依照声压级的概念，引入一个既和声压级有关，又与频率有关的物理量（主观量）响度级来衡量声音响度，它的单位是phon（方）。“phon”就是以1kHz纯音为基准声音，任何声音如果听起来和某个1kHz纯音一样响，那么这个1kHz纯音声压级的分贝值就是该声音的响度级phon值。通过采用响度级概念使人耳对频率的响应与客观量声压级联系起来，并定量的描述这种关系。,SchoolofChemistryandEnvironmentalEngineering,等响曲线：人耳听觉范围内一系列响度相等（听觉上大小相同）的声压级与频率关系曲线。在听觉实验中，如果把某个频率的纯音与一定声压级的1kHz的纯音很快地交替比较，当听者感觉两者一样响时，把该频率的声压级标出时，便可连出一条曲线。这条曲线即为等响曲线。等响曲线是鲁滨逊和达逊提出的，被ISO所推荐采用，所以又称ISO等响曲线。,SchoolofChemistryandEnvironmentalEngineering,SchoolofChemistryandEnvironmentalEngineering,等响曲线提供的信息：可看出各个频率的声音在不同的声压级时，人们主观感觉的声音强度大小。例如：60dB的1kHz的声音，响度级为60phon；等响度的4kHz的声音，其声压级是52dB；100Hz等响度的声压级为67dB；30Hz等响度的声压级是90dB。不同响度级的等响曲线之间是不平行的，较低响度的等响曲线弯曲得厉害些,较高响度时得等响曲线变化较小，在低频声，人耳对低强度声感觉虽然很迟钝；但在一定强度以上，则较小的强度变化将感到有较大的响度差别。,SchoolofChemistryandEnvironmentalEngineering,人耳对不同频率分布的声音敏感性不同。对低频声较为迟钝，对于频率越低的声音，人耳能听到相同的声音大小，它的声压级就越高，人耳对2K5KHz声音敏感噪声控制中，首先应降低中高频噪声。高声压级时，曲线较为平坦。这说明声音强度达到一定程度后，声压级相同的各频率声音几乎一样响，与频率关系不大。也即高声压级时，人耳分辨高低频声音的能力变差。图中最下一条曲线是人耳刚能听到声音的响度，最上一条曲线为痛觉曲线120方（即1000Hz声音，声压级120dB），高于此响度级人们听不到声音，但耳朵发痛。,SchoolofChemistryandEnvironmentalEngineering,2、响度(N)“phon”仍基于客观量“dB”，只是反映了不同频率声音在不同强度下的等响感觉，并不能表示一个声音比另一个声音响多少的那种主观感觉响了几倍或响度增强的百分比不能以该量表示。响度：定量反映声音响亮程度（一声音比另一声音响了多少）的主观量。是人耳判别声音由轻到响的强度等级概念。单位为sone“宋”。1宋是指声音频率为1kHz,声压级为40dB,且来自听者正前方的平面波形的强度。响度与频率、声压级、波形都有关。,SchoolofChemistryandEnvironmentalEngineering,如果一个声音听起来比1sone这个大n倍（声音的响度增加n倍），则声音的响度为n宋。如，2sone的声音是40phon声音响度的2倍；4sone的声音是40phon声音响度的4倍；响度与响度级的关系对许多人平均(大量的声学试验)的结果，大约响度级每改变10phon，响度感觉增加一倍：40phon为1sone；50phon为2sone；60phon为4sone；70phon为8sone它们的近似关系可用下列数学式表示（仅适用纯音和窄带噪音）：,SchoolofChemistryandEnvironmentalEngineering,响度级（由于是一相对量）的合成不能直接相加（减），而响度可以相加。两个声音作用于同一点，计算该点响度级时，必须把单个响度级还原为响度，合成后再求响度级。例：两个响度级分别为50方和60方的声音作用于同一点，求该点总响度级。解：LN1=50方，LN2=60方，N1=2宋，N2=4宋N总=N1+N2=6宋L总=40+33.3lg6（lg6=0.778）=40+33.30.778=65.90766方,SchoolofChemistryandEnvironmentalEngineering,宽频带的连续谱噪声的响度不能直接测量解决思路，应基于测量所得的声压级！有许多不同的方法，如ISO推荐了标准的计算方法（ISO532-1975）：Stevens和Zwicker方法。两种方法的结果比较接近，我们介绍Stevens方法。Stevens方法：假定是扩散声场，以实际测量的倍频程、1/2倍频程或1/3倍频程声压级为基础进行计算。,SchoolofChemistryandEnvironmentalEngineering,Stevens方法步骤：1、测量各频带（1/1，1/2,1/3倍频程）的声压级。2、根据各频带中心频率的声压级，利用图确定各频带响度指数。3、利用下面公式计算总响度。Nt-总响度；Ni第i个频带的响度指数；Nm-为各频带中响度指数最大者；k-与所选用的频带有关，对于倍频程，k0.3；对于1/2倍频程，k0.2；对于1/3倍频程，k0.15。,SchoolofChemistryandEnvironmentalEngineering,响度指数（sone）,SchoolofChemistryandEnvironmentalEngineering,例：对某设备进行测量，用倍频程分析仪测量的结果与响应的响度指数如下表所示，求总响度是多少？,解：,SchoolofChemistryandEnvironmentalEngineering,二、计权声级相同声压级的声音，因频率不同人听觉感受上响度不同。要用声学仪器测得的量来表示人耳受到的响度的大小，是个非常复杂的问题。如何实现？解决思路：考虑到人耳听某一种具有连续谱的噪声，对其中的低频声和高频声感觉不灵敏，可以说，人耳实际上是一个滤波器。这样，可在测量仪器上附加一个电路来衰减这种频率的声音，使仪器对低频声也变得像人耳一样不灵敏，人耳对中高频声较灵敏，则这个附加电路可对噪声的中高频成分适当加以提升，使得它对中高频的声音也变得像人耳一样的灵敏，这样的仪器测得的分贝值就和人耳的主观响度感觉十分接近了。,SchoolofChemistryandEnvironmentalEngineering,也即，为了使仪器测得的分贝值与人们主观上的响度感觉有一定的相关性，可通过在仪器上安装一个特定的附加的电路来实现，这附加电路是一种叫做“频率计权网络”的特殊滤波器。频率计权网络：为了能用仪器直接反映人耳对噪声的主观响度感觉，通过在噪声测量仪器中安装由电容器和电阻器等电子元件组装成的一种特殊的滤波器，通过对噪声不同频率成分进行一定的衰减和放大（提升），从而使噪声测量仪器能直接测得和人耳的听觉相关的响度变化。,SchoolofChemistryandEnvironmentalEngineering,根据人耳的主观反应，对不同频率给以适当增减的方法，常称为“频率计权”。通过计权网络或频率计权测得的声压级，已不再是客观物理量的声压级，而叫“计权声压级”（或“计权声级”），简称声级。单位dB。针对不同的应用场合，常见的有四种不同的“频率计权网络”，分别叫A，B，C，D计权网络，其中A，B，C计权网络分别模拟人耳对40phon，70phon，100phon等响曲线的响应。它们测得的声级分别叫做A（计权）声级，B（计权）声级，C（计权）声级，D（计权）声级，其中D声级专用于航空噪声的测量。,SchoolofChemistryandEnvironmentalEngineering,在噪声测量仪器中的计权网络一般都有A、B、C三种计权网络，用何种计权网络所测声级应标明，无标明的情况下则认为是A声级。A计权声级是模拟人耳对55dB以下低强度噪声的频率特性，对低频率（1000HZ以下）噪声衰减最多。用LPA或LA表示，B计权声级是模拟人耳对55dB到85dB的中等强度噪声的频率特性，它对低频率噪声的衰减较A计权声级少一些。C计权声级是模拟人耳对高强度噪声的频率特性，对低频率噪声衰减最少。,SchoolofChemistryandEnvironmentalEngineering,A、B、C计权特性曲线,SchoolofChemistryandEnvironmentalEngineering,A，B，C计权修正量,SchoolofChemistryandEnvironmentalEngineering,SchoolofChemistryandEnvironmentalEngineering,噪声级计设计的A、B、C、三种计权网络,SchoolofChemistryandEnvironmentalEngineering,注意：以A声级作为噪声的评价量，简便实用，与人耳听觉关联性也较好，但是因A声级是对低频信号有较大衰减的频率计权测量值（A计权网络低频端不灵敏），测量结果中不提供频率成分信息，所以存在两个明显的缺陷：一是由于缺少频率成分信息，不可能作出经济合理的科学的噪声控制设计；二是对于低频成分占优势的强噪声环境，其A声级符合劳动卫生标准，但对长期暴露于该环境的工作人员可能会有高血压、心脏病等症状。,SchoolofChemistryandEnvironmentalEngineering,有关噪声评价的长期实践表明，时间上连续，频谱比较均匀无显著纯音成分的宽频带噪声，若以它们的A声级值的大小次序排列，则与人们主观听感到的响度有较好的相关性，它与噪声引起听力损害程度的相关性也很好。另外，对非稳态噪声的大规模调查，已经证明等效连续A声级与人的主观反应有很好的相关性。从评价工作来看，人们很希望有一个简单的单一量来表示，经过几十年噪声评价工作的实践，（等效）A声级几乎成为一切噪声评价的基本值。国际、国家标准中凡与人有联系的各种噪声评价量，绝大部分都是以（等效）A声级为基础的。,SchoolofChemistryandEnvironmentalEngineering,三、等效连续声级、累计分布声级、噪声污染级、统计噪声级和昼夜等效声级A计权声级能够较好的反映人耳对噪声的强度与频率的主观感觉，因此对一个连续的稳态声，它是一种较好的评价方法。但是当评价噪声对人体的影响时，不仅要考虑噪声的强度，而且考虑它的作用时间。另外，实际噪声其强度多是随时间变化的，连续稳定的噪声毕竟是少数。那么，此时A计权声级就显得不合适了。例如，一台机器工作时其声级是稳定的，但由于它是间歇地工作，与另一台声级相同但连续工作的机器对人的影响就不一样。,SchoolofChemistryandEnvironmentalEngineering,如何表征非稳态、起伏的、非连续的等无规噪声对人体的作用？求一段时间间隔内A计权声级的能量平均来实现。用一个相同时间内声能与之相等的连续稳定的A计权声级来表示该段时间内的噪声的大小等效连续声级。它是反映声级不稳定的情况下，人们实际所接受的噪声能量的大小，它是用来表示随时间变化的噪声的等效量。等效于在相同的时间间隔T内，与不稳定噪声能量相等的连续稳定噪声的A声级。,SchoolofChemistryandEnvironmentalEngineering,等效连续声级LAeq,T1、定义：一个用噪声能量按时间平均方法来评价噪声对人影响的问题，即等效连续A声级，简称等效连续声级符号LAeq，T。2、计算公式LPA某时刻t的瞬时A声级（dB）;T噪声暴露时间(s)。,SchoolofChemistryandEnvironmentalEngineering,在实际测量时，往往不是连续采样，而是非连续离散采样，(往往只测定100(200)个数据)且采样的时间间隔一定时，上式可表示为：n:规定的时间T内采样的总数。n=T/t;LAi：第i次测得的A声级。一般测定100个数据，噪声涨落较大时取200个数据。利用“积分式声级计”可以自动测量某一时间段内的等效声级，无需进行人工的统计和计算。,SchoolofChemistryandEnvironmentalEngineering,如果一个非稳定的噪声，其测得声级的数据统计特性符合正态分布，（其累积分布在正态概率纸上为一直线），则可用下面近似公式计算：L10，L50，L90为累积分布声级值，其定义是：L10测定时间内，10的时间（或测量的次数内，10的次数）超过的噪声级；L50测量时间内，50的时间超过的噪声级；L90测量时间内，90的时间超过的噪声级。,SchoolofChemistryandEnvironmentalEngineering,累积分布值L10、L50、L90的计算方法有两种：（1）作图，查找：在正态概率纸上画出累积分布曲线，然后从图中求得；（2）将所测定的一组数据（例如100个），将数从大到小排列，第10个数据即为L10，第50个数据即为L50，第90个数据即为L90。实质上是用统计的方法，以噪声级出现的累积概率累积百分声级（符号“Lx”)来表示噪声（起伏）变化，它表示x%的测量次数内所超过的噪声级。,SchoolofChemistryandEnvironmentalEngineering,如：L10=70dB所测量的次数内有10%的噪声级超过70dB，相当于噪声的平均峰值。L50=60dB所测量的次数内有50%的噪声级超过60dB，相当于噪声的平均值。L90=50dB所测量的次数内有90%的噪声超过50dB，10%低于50dB噪声的背景值。数据从大到小排列，10%的位置的数据即为L10的数据，中间（50%）位置的数据即为L50的数据，90%位置的数据即为L90的数据。,SchoolofChemistryandEnvironmentalEngineering,噪声污染级等效连续声级是表达非稳定态环境噪声的平均能量，但对噪声涨落程度没有表达出来。许多非稳态噪声的实践表明，涨落的噪声所引起人的烦恼程度比等能量的稳态噪声要大，并且与噪声暴露的变化率和平均强度有关。经实验证明，在等效连续声级的基础上加上一项表示噪声变化幅度的量，更能反映实际污染程度。用这种噪声污染级评价航空或道路的交通噪声比较恰当。,SchoolofChemistryandEnvironmentalEngineering,故噪声污染级（LNP）公式为：K常数，对交通和飞机噪声取值2.56；测定过程中瞬时声级的标准偏差。式中：Li测得第i个瞬时A声级；所测声级的算术平均值；n测得声级总数。,SchoolofChemistryandEnvironmentalEngineering,意义：涨落的noise对人们烦恼度对于许多公共噪声，噪声污染级在合乎正态分布的条件下可用累积百分声级表示，噪声污染级亦可写成：d=L10-L90,SchoolofC