噪声的评价与测量幻灯片

1、1,第二章 噪声的评价与测量,Chapter 2 ：Assessment and Measurement of Environmental Noise,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,2,第一节 噪声的物理度量,一、声压、声强、声功率 1、声压（P） 声压：指介质中的压强相对于无声波时的压强的改变值，单位为：牛顿/米2或帕斯卡（Pa） （瞬时）声压 p=(P-P0) P：有声波时，大气压强 P0:没有声波存在时，大气处于静止状态时的压强。（静压）（1大气压105pa,3,4,描述声压可采用其瞬时值、平

2、均值、均方根值、最大值等，一般采用均方根值，也称为有效声压。 有效声压（Pe）： 在一定时间间隔中将瞬时声压对时间求均方根值。 一般电子仪器测得声压就是Pe，因此，习惯上所指的声压往往就是指有效声压，一般未加特殊说明，就是Pe。 一般地，声压越大，表示耳朵中鼓膜受到的压力越大，是用力的关系来说明声音的强弱,5,听阈声压和痛阈声压： 听阈声压：正常人耳能听到的最低声压。1000赫纯音的声压， 其值为210-5Pa，就是听阈声压。 痛阈声压：正常人的痛阈声压为20Pa。 一般说话的声压约为0.020.03帕，可见声压与大气压相比是很小的，就好像海面上的小波浪与大海深度相比一样,6,2、声强（I）

3、声强：在垂直于声波传播的指定面上，单位时间内通过单位面积的声能,单位为W/m2。 很显然，声强越大，表示声音越大。正常人耳对1000赫纯音的可听声强是10-12瓦/米2，这就是基准声强。 该量可衡量声音的强弱，越大，听到的声音越响。与离开声源的距离有关，离声源越远则声强越小,7,声强与声压的关系： IP2/c 空气密度，kg/m3； c 声速，m/s c 空气的特性阻抗，瑞利，Pam/s （声压P易测，I不易测量） 声压只有大小，没有方向；声强是矢量，方向就是声传播的方向,8,3、声功率（W） 声功率：是声源在单位时间内辐射的声能量，单位为瓦。 在噪声监测中，声功率是指声源总声功率。它是一个恒

4、量，与声源的远近没有关系。声功率与声强的关系为： S单位时间内通过垂直于声传播方向的面积。 人大声说话的声功率为50微瓦，上百万人在天安门共喊口号的全部声能才相当于50瓦电灯泡，可见对噪声从能量上实行综合利用其价值不大,9,二、分贝、声压级、声强级和声功率级,在声学环境中我们会遇到声强从弱到强范围很宽的各种声音，例如：通常讲话的声功率约有10-5瓦，而强力火箭的噪声的声功率高达109瓦，两者相差1014数量级，声压也有107数量级变化。在声学中普遍采用对数标度来度量声压、声强、声功率，分别称为声压级、声强级和声功率级，单位用分贝（dB）表示,10,1、分贝:属于对数标度 对数标度时必须选定基准

5、量，然后对被量度量和基准量的比值求对数，这个对数值称为被量度量的“级”。亦即用对数标度时，所得到的是比值,它代表被量度量比基准量高出多少“级”。 定义：指两个相同的物理量（例如A1和A0）之比取以10为底的对数并乘以10或者20，分贝符号为dB“,它是无量纲的。 L10lgA1/A0 A0是基准量（或参考量） A1是被量度量,11,2、声强级 LI10 lg(I/I0) LI声强级（dB）； I声强（W/m2）; I0基准声强， 空气中， I010-12 W/m2，是1000Hz声音的可听阈声强，声阻抗率0c0400Pam/s,12,3、声压级 Lp10 lg(P2/P02)20 lg(P/P

6、0) Lp声功率级（dB）； P声压（Pa）； P0基准声压， 空气中，P0为210-5Pa，该值是正常人耳对1000Hz声音刚能听到的最低声压。 声压级代替声压的好处：从听阈声压到痛阈声压一百万倍的变化范围只有0120分贝的变化范围了,13,14,4、声功率级 LW10 lg(W/W0) LW声功率级（dB）； W声功率（W）； W0基准声功率 空气中， W0为10-12W,15,声强级与声压级的关系,16,如果，测量条件c400Pam/s，则LILp，对于一般情况，声强级与声压级将相差一个修正项 10 lg(400/c),它通常很小，此时，LILp。 下表为不同海拔高度的修正值，修正项大于

7、1dB，如云南省，平均海拔2000m，要加以考虑,17,三、噪声的叠加和相减 一般由几个噪声源发出的声波或同一噪声源的不同频率成分的声波都互不相干，那么，当噪声作用于空间某一点，将产生噪声的叠加。 1、声强、声功率、声压的合成 声功率和声强是可以代数相加的： 设两个声源的声功率分别为W1和W2，那么总声功率W总=W1+W2。 两个声源在某点的声强为I1和I2时，叠加后的总声强I总=I1+I2,18,声压不能直接相加： 空间某点的合成声压与各噪声源在此点的声压值究竟存在何种形式的量化关系,19,2、噪声级的叠加 公式法： 当多个不同的声波同时作用于某一点时，该点的总声强是各个声强之和，即 II1

8、I2I3In 有n个不同的噪声源，它们在某测点产生的声强级分别为L1、L2、 Ln，那么总声强级为多少呢,20,声压级的叠加也可按照同样地方法计算。若两个声压级L1和L2，且L1L2，其总声压级也可表示为： L = L1 + 10lg 2 L1 + 3(dB) 说明两个大小相等的噪声叠加，总声压级比原来单独一个时高3dB，n个声压相等的声音，若每个声压级为Li，它的总声压级为： L = Li + 10lg n,21,查表法：以上方法不好计算时，可改用下列方法： 可查分贝和增值表或分贝和增值图（曲线） 由表查出两个声压级差L L1L2对应的附加值，将它与较高的那个声压级相加，即得到所求的总声压级

9、。当有数个数值叠加时，按照从大到小的顺序反复计算，如果两差值超过15dB时，省略不计,当L1L2(设 L1L2)时，求L,22,23,分贝和增值图（分贝相加曲线,24,步骤：设噪声源的声压级为LP1LP2 (1)先求LP1与LP2的差值：LP1-LP2； (2)由所得差值从表中查附加值L； (3)由LPLP1+ L ，求出合成声压级值。 例1 两个96dBnoise合成。 解: L总=96+3=99dB 例2 已知两个声压级分别为LP1=90dB，LP2=84dB，求 合成声压级LP 解:(1)LP1-LP2=90-84=6dB (2)查表 6dB附加值=1.0dB (3)LP=90+1.0=

10、91dB,25,例3，有8个声源作用于一点，声压级分别为70、70、75、82、90、93、95、100dB，求它们合成的总声压级,任选两种叠加次序如下,26,小结： 1、两个声压级相等时，合成L=LP1+10lg2=LP1+3dB，对于n个，合成LP=LP110lgn 2、两个声压级不等时，叠加声压级最大不超过最大声压级的3dB。（LP1LP2，LPLP1+3） 3、两个声压级不等时，相差15dB以上时，增值很小，可以忽略不计，仍等于LP1。例如：LP1=90dB，LP2=75dB，合成LP=90dB 4、多声源叠加时，逐次两两叠加，与次序无关，但一般首先按声压级大小从高到低排序，再依次叠加

11、，更易于计算。 5 、实际运算时采用公式法或分贝和增值图/表法，何种方法更简单些，据实际情况而定,27,3、噪声级的相减 在有本底噪声的环境里，被测对象噪声无法测定如何扣除背景噪声问题噪声相减； 背景噪声（本底噪声）：除待测的噪声外，存在的其它各种声音。 两种方法：公式法、分贝相减图/表法,28,公式法 设总噪声级为L，背景噪声为L1，被测对象的噪声级为L2，由公式,得,29,分贝相减图/表法,分贝相减修正值,把L2 和(L-L1)的关系绘成曲线进行求解,30,31,例4 为测定某车间中一台机器的噪声大小，从声级 计上测得声级为104dB。当机器停止工作，测得背景噪声为100dB，求该机器噪声

12、的实际大小。 解：由题可知104dB是指机器噪声和背景噪声之和(L)，而背景噪声是l00 dB(L1)。 LL1 4dB，从上图/表中可查得相应之 L2 =2.2dB， 因此该机器的实际噪声级LS为： L2 L - L2 104-2.2 101.8dB,32,课堂练习： 1.求四个声功率级分别为88、90、95、97dB的声源的总声功率级。 2.已知两个声源在一个测点产生的声级L94dB,其中一个声源在该点产生的声级L185dB，求另一个声源在该点产生的L2是多少,33,可听声的声频范围一般在20Hz20KHz之间，在噪声控制工程中，主要讨论的是可听声。就声音的本性来说，声音的强度和频率是客观

13、存在的，要了解某噪声源所发出的噪声特性，就需要详细分析该噪声源各个频率成分及其相应强度，称为“频谱分析” 噪声频谱图：以噪声强度（如声压级）为纵坐标，频率为横坐标绘制成的噪声特性曲线称为“噪声频谱图”。噪声频谱能形象地反映出声音的频率分布和声级大小的关系,第二节 频谱与频谱分析,34,研究噪声的频谱目的在于深入了解噪声源的特性，帮助寻找主要的噪声污染源，为噪声控制提供依据。 噪音和乐音 乐音的频谱图是由不连续的离散频谱线构成，称“线谱”。 噪音的频谱图一般各频率的谱线排列得非常密集，具有连续的频谱特性，这样的频谱中，声能连续地分布在整个音频范围内，称“连续谱,35,36,37,38,39,大多

14、数机器设备具有连续的噪声频谱，常称“无调噪声”。 但有些机器如鼓风机等发出的声音的频谱中，既有连续的噪声频谱，也有非常明显的离散频率成分(这种成分一般是由电动机转子或减速器齿轮等旋转构件的转数决定),虽然它使噪声有明显的音调，但总的来说，仍具有噪声的性质，常称“有调噪声,40,一、频程（频带） 对于连续谱信号，要求出每一频率成分是不可能也是不必要的，在噪声监测中，通常把将可听声的连续声谱(2020000Hz)划分为若干个部分（或较小的段落），每一部分用它的中心频率为代表，将这样划分出来的频率段叫做频程（频带）。 一般只要测出各频带的噪声强度就可画出噪声频谱图,41,二、倍频程 实验表明，两个不

15、同频率的声音相对比较时，有决定意义的是两个频率的比值，而不是差值，所以频程划分往往不是把整个频率范围等分，而是以每一段高端频率和低端频率的比值为一确定的常数来划分,42,f上上限频率 f下下限频率 n倍频程数,当n1时，称为倍频程，n2时，称为2倍频程，n1/3时，称为1/3倍频程。倍频程和1/3倍频程较为常用。 各倍频程的中心频率是上下限频率的几何平均值，即,43,倍频程的中心频率和频带划分,44,三、频谱分析仪： 频谱分析仪是测量噪声频谱的仪器，它的基本组成有两部分，一是测量放大器，二是滤波器。 测量放大器的原理和声级计大致相同，所不同的是它还可以测量吸声系数、电压、峰值、平均值等参数。 滤波器是一种对频率有选择性的仪器，可以将声频范围内的频率分成不同的频带进行测量。 例如作倍频程划分时，若将滤波器置于中心频率为500Hz，通过频谱分析仪的则是355710Hz噪声的声压级，其他类推,45,实际中，频谱分析的方法是使噪声信号通过一定带宽的滤波器，通带越窄，频率展开越详细；反之通带越宽，展开越粗略。一般情况下，进行频谱分析时，都采用倍频程划分频带。如要进行更详细的频谱分析，就要用窄频带分析仪，例如用1/3频程划分频带。