第八章城市声环境1、2、3

第八章城市声环境“噪者，扰也，群呼烦扰也”；

古希腊，把手工业作坊集中在城外；

古罗马铁轮子的马车驶过石板的街道，噪声使街旁的住户彻夜难眠。

中世纪的英国国王规定不得在夜间鞭打妻子，这不是为了保护妇女，而是因为挨打妇女的叫声会干扰邻居。1992年联合国环境保护署(UNEP)发表的报告《环境状况——拯救我们的星球》，其中关于噪声污染方面，报告指出，“与10年前相比，噪声已经成为一个更加严重的问题，特别是在许多发展中国家，噪声污染日趋严重。在马尼拉、曼谷、开罗和许多其他城市，它成为一个主要的环境问题”。

经济合作与发展组织(OECD)的报告《九十年代与噪声的斗争》指出，经过长期的努力，在80年代其成员国的“黑色区域”(环境噪声大于65dB的严重干扰区域)没有增加，但“灰色区域”(环境噪声在55～65dB之间的中等干扰区域)在大多数成员国情况变糟了。1996年欧洲共同体委员会的《未来噪声政策》绿皮书指出，如今仍有20%的欧盟人口(约8000万人)生活在“黑色区域”，而有40%的人口，1亿7千万人生活在“灰色区域”。

德国1994年的调查，全国有70%的人受道路交通噪声的干扰，其中22%的人受到严重干扰；有40%的人受到飞机噪声干扰；受工业噪声和铁路噪声干扰的人也超过25%。噪声污染是四大环境污染（空气污染、水污染、垃圾、噪声）之一。二十年世纪末，在发达国家空气污染、水污染有了很大的改善，而噪声污染改善不大。噪声污染将成为二十一世纪环境污染控制的主要问题。

世界卫生组织（WHO）认为，噪声不同程度地影响人的精神状态；噪声严重影响人们的生活质量；在一定意义上，是一个影响人健康的问题。第一节声音及其计量一、声音的基本性质声音产生于振动，振动的物体是声源。1.1什么是声音声源通过振动引起周围介质也跟随其振动，传到人耳并能够被人听到的声源的振动1.2声音的传播在空气中，声源的振动引起空气质点间压力的变化，密集（正压）稀疏（负压）交替变化传播开去，形成波动即声波。1.3频率、波长与声速

描述声音的基本物理量f：频率，每秒钟振动的次数，单位Hz(赫兹）

：波长，在传播途径上，两相邻同相位质点距离。单位m(米)

声波完成一次振动所走的距离。

C：声速，声波在某一介质中传播的速度。单位m/s。

在空气中声速：

在0oC时，C钢=5000m/s,C水=1450m/s

在15oC时，C空气=340m/s

参数间存在如下关系：c=f*

或=c/f

人耳可听频率范围为20Hz~20KHz,<20Hz为次声，>20KHz为超声

其中，人耳感觉最重要的部分约在100Hz~4000Hz,相应的波长约3.4m~8.5cm1.4声波的绕射、反射和散射波阵面：声波从声源发出，在某一介质内按同一方向传播，在某一时间到达空间各点的包络面称为波阵面。球面波：点声源发出的波，声线与波阵面垂直。如人、乐器。平面波：波阵面为平面的波，声源互相平行，如线声源，多个点声源叠排。1.4.1声波的绕射声波在传播过程中遇到障碍或孔洞时将发生绕射。绕射的情况与声波的波长和障碍物（或孔）的尺寸有关。1.4.2声波的反射当声波遇到一块尺寸比波长大得多的障碍时，声波将被反射。类似于光在镜子上的反射。反射的规则：1）入射线、反射线法线在同一侧。

2）入射线和反射线分别在法线两侧。

3）入射角等于反射角。Li=L1.4.3散射当障碍物的尺寸与声波相当时，将不会形成定向反射，而以障碍物为一子波源，形成散射。1.5声波的透射与吸收声波具有能量，简称声能。当声波碰到室内某一界面后（如天花、墙），一部分声能被反射，一部分被吸收（主要是转化成热能），一部分穿透到另一空间。透射系数：反射系数：吸声系数：不同材料，不同的构造对声音具有不同的性能。在隔声中希望用透射系数小的材料防止噪声。在音质设计中需要选择吸声材料，控制室内声场。①传播衰减：随着声音传播距离的增加，声波的波阵面不断扩大，形成声波的衰减。②吸收衰减：声波在匀质的空气中传播时，空气不断被压缩和膨胀，由于空气的粘滞性、热传导和分子驰豫现象等原因，使声能转化为其它形式的能量（如热能），从而使声波的强度随距离的增加而下降，产生了衰减。1.6声波的衰减二、声音的计量

声波是能量的一种传播形式。人们常谈到声音的大小或强弱，或一个声音比另一个声音响或不响，这就提出了声音强弱的计量。2.1、声功率、声强、声压2.1.1、声功率：单位时间内物体向外辐射的能量W。（瓦或微瓦）声功率是声源本身的一种重要属性。

在声波传播过程中，单位时间内，在垂直于声波传播方向的单位面积上所通过的声能。I=W/SW/m2瓦每平方米对于点声源有：2.1.2、声强指在某一瞬时压强相对于无声波时的压强变化。符号P。单位N/m2(牛顿/米2)，或Pa(帕斯卡）2.1.3、声压实际应用中，表示声音强弱的单位并不采用声压或声功率的绝对值，而采用相对单位——”级”（类似于风级、地震级）,原因如下：1）声压对人耳感觉的变化非常大

1000Hz的声音，听觉下限Po=2*10-5N/m2,上限P=20N/m2,相差106倍。

2）人耳对声音强弱的变化的感受并不与声压成正比，而与声压的对数成正比，两个同样的声源放在一起，感觉并不是响一倍。2.2声压级、声功率级及其叠加取参考声压为Po=2*10-5N/m2为基准声压，任一声压P的Lp为：2.2.1、声压级Lp

听觉下限：p=2*10-5N/m2为0dB

能量提高100倍的P=2*10-3N/m2为20dB

听觉上限：P=20N/m2为120dB2.2.2、声功率级Lw

取Wo为10-12W,

任一声功率W的声功率级Lw为：2.2.3、声压级的叠加几个声源同时作用时声压是各声源贡献的声压平方和的开根号。即：声压级为：试算：10dB+10dB=?0dB+0dB=?2.3声音的频谱与声源的指向性2.3.1、声音的频谱

频谱——表示某种声音频率成分及其声压级组成情况的图形

现代信号处理技术证明：

理论上，任何振动的波形都可以分解为若干单频简谐振动的合成。

2.3.2声源的指向性1、声源发出的声音在各个方向上分布不均匀，具有指向性。2、声源尺寸比波长小得多时，可看作点声源，无指向性。3、声源尺寸比波长差不多或更大时，声源不再是点声源，出现指向性。人们使用喇叭，目的是为了增加指向性。4、频率越高，指向性越强；指向性越强，则直达声声能越集中于生源轴线附近。2.4人耳的主观听觉特性人耳的结构：外耳、中耳、内耳、骨传导2.4.1、听觉范围最高最低频率可听极限：一般地，青少年20~20KHz,中年30~15KHz,老年100~10KHz。最小最大可听极限

人耳有一定的适应性，常人上限为120dB,经常噪声暴露的人有可能达到135~140dB。下限频率与频率有关。最小可辩阈（差阈）

声压级变化的察觉：

一般是1dB

3dB以上有明显感觉

频率变化的察觉2.4.2听觉定位人耳判断声源的远近比较差，但确定声源的方向比较准确。正常人的反应时间为0.15秒-0.4秒(“飞人”刘翔的反应时间为0.139秒)人耳判断声源的方位主要靠双耳定位，对时间差和强度差进行判断。人耳的水平方向感要强于竖直方向感。2.4.3、哈斯(Hass)效应人耳有声觉暂留现象，人对声音的感觉在声音消失后会暂留一小段时间。如果到达人耳的两个声音的时间间隔小于50ms，那么就不会觉得声音是断续的。直达声到达后50ms以内到达的反射声会加强直达声。直达声到达后50ms后到达的“强”反射声会产生“回声”——哈斯效应。根据哈斯效应，人耳在多声源发声内容相同的情况下，判断声源位置主要是根据“第一次到达”的声音。因此，剧场演出时，多扬声器的情况下要考虑“声象定位”的问题。2.4.4、掩蔽效应人耳对一个声音的听觉灵敏度因另外一个声音的存在而降低的现象叫掩蔽效应。一个声音高于另一个声音10dB,掩蔽效应就很小。低频声对高频声的掩蔽作用大。2.4.5、人耳频率响应与等响曲线人耳对不同频率的声音敏感程度是不一样的，对于底于1000Hz和高于4000Hz的声音，灵敏度降低。不同频率，相同声压级的声音，人听起来的响度感觉不一样。以1000Hz连续纯音作基准，测听起来和它同样响的其他频率的纯音的各自声压级构成一条曲线叫“等响曲线”。响度单位是“方”。随着声压级的提高，对频率的相对敏感度也不同

声压级高，相对变化感觉小；

声压级低，相对变化感觉大。2087dB31.575dB6358dB12545dB25043dB50042dB1K40dB2K36dB4K32dB8K48dB40方等响第二节噪声及其评价从人的感受上声音分两类：C类：舒服的，如音乐、歌唱、生活中的交谈等。ComfortableU类：不舒服的，如噪声、爆炸声、刺耳的啸叫声等。Uncomfortable有时，C类也会转换成U类，如邻居的歌声、节日里的爆竹声等。一、噪声1.1什么是噪声？

噪声是声音的一种。从物理角度看，噪声是由声源作无规则和非周期性振动产生的声音。从环境保护角度看，噪声是指那些人们不需要的、令人厌恶的或对人类生活和工作有防碍的声音。噪声不仅有其客观的物理特性，还依赖主观感觉的评定。如在听音乐时，悦耳的歌声不是噪声；而在人们需要休息时，邻居传来的音乐将成为噪声。1.2噪声的特点一般是声压级较高的，频率特性杂乱无章的声音。声音噪声级(A)对人的影响

火箭导弹发射150-160听觉器官物理损伤喷气飞机喷口130-140痛、无法忍受螺旋桨飞机、高射机枪120-130痛柴油机、球磨机

110-120难于忍受织布机、电锯100-110较难忍受载重汽车、喧嚣马路90-100很吵大声说话、较吵的附近70-80较吵一般说话60-70对其他讲话者有干扰普通房间50-60较静静

夜30-40非常静消声室内10-20极静听觉下限0-10听(0)吸声室就是在一个闭合空间内建立自由声场，在这个空间内，传播声波的介质均匀地向各个方向无限延伸，使声源辐射的声能“自由”地传播，即无障碍物的反射，也无环境噪声的干扰。1.3噪声的来源

噪声的来源主要有三种：1）交通噪声2）工业噪声3）生活噪声。

1）交通噪声

主要是由交通工具在运行时发出来的。如汽车、飞机、火车等都是交通噪声源。调查表明，机动车辆噪声占城市交通噪声的85%。车辆噪声的传播与道路的多少及交通量大小有密切关系。在通路狭窄、两旁高层建筑物栉比的城市中，噪声来回反射，显得更加吵闹。同样的噪声源在街道上较空旷地上，听起来要大5-10分贝。在机动车辆中,载重汽车、装载机等重型车辆的噪声在90分贝，而轿车、吉普车等轻型车辆噪声约有80-85分贝，以上声级均为距车7.5米处测量。汽车速度与噪声大小也有较大关系，车速越快，噪声越大，车速提高1倍，噪声增加6-10分贝。汽车噪声

主要来自汽车排气噪声。若不加消声器，噪声可达100分贝以上。其次为引擎噪声和轮胎噪声，引擎噪声在汽车正常运转时，可达90分贝以上，而轮胎噪声在车速为90公里/时以上时，可达95分贝左右。因此，在排气系统中加上消声器，可使汽车排气噪声降低20-30分贝。在引擎方面，以汽油引擎代替柴油引擎，可以降低引擎噪声6-8分贝。接近城市中心的铁路客货运站，由于来往列车都要在市区内穿行，因而影响较大，尤其是在车流量大时，其影响是不容忽视。地下铁路的噪声来源与火车相似。因车辆在地道内行驶，噪声不易散失，对车厢内的人干扰较大。据英国实测，车厢内开窗时噪声高达102分贝。距离铁道外侧轨道中心30米处的铁道边声限值白天70dB（A）；晚上70dB（A）。飞机运输噪声水陆交通运输噪声，虽然影响面广，但从直接造成显著的危害来说，还是空运的噪声。喷气机出现后，空运噪声产生较大的影响。这一方面是喷气机噪声声级较大，另一方面也是空运日趋繁忙的结果。事实上，机场不仅是飞机升降时产生噪声，而且机场地勤保养和飞机试运转时也会产生强烈的噪声，对附近居民的影响非常大。当大型喷气客机起飞时，跑道两侧1千米内语言通讯都受到干扰，4千米范围内人不能休息和睡眠。2）工业噪声工业噪声主要来自生产和各种工作过程中机械振动、摩擦、撞击以及气流扰动而产生的声音。城市中各种工厂的生产运转以及市政和建筑施工所造成的噪声振动，其影响虽然不及交通运输广，但局部地区的污染却比交通运输严重得多。因此，这些噪声振动对周围环境的影响也应予重视。生活噪声主要指街道和建筑物内部各种生活设施、人群活动等产生的声音。如在居室中，儿童哭闹，大声播放收音机、电视和音响设备；户外或街道人声喧哗，宣传或做广告用高音喇叭等。这些噪声又可以分为居室噪声和公共场所噪声两类，它们一般在80分贝以下，对人没有直接生理危害，但都能干扰人们交谈、工作、学习和休息。3）生活噪声建筑噪声：建筑施工现场噪声一般在90分贝以上。1.4噪声的危害

科学家们已经全面研究了噪声对生物和人类的影响。如小白鼠在160分贝的环境中，几分钟就会死亡。人在喷气发动机5米处，几分钟就变成聋子。一般认为40分贝是正常的环境声音，在此以上就是有害的噪声。1.4.1噪声损伤听觉人短期处于噪声环境时，即使离开噪声环境，耳朵也会造成短期的听力下降，但当回到安静环境时，经过较短的时间即可以恢复。这种现象叫听觉适应。如果长年无防护地在较强的噪声环境中工作，在离开噪声环境后听觉敏感性的恢复就会延长，经数小时或十几小时，听力可以恢复。这种可以恢复听力的损失称为听觉疲劳。随着听觉疲劳的加重会造成听觉机能恢复不全。因此，预防噪声性耳聋首先要防止疲劳的发生。一般情况下，85分贝以下的噪声不至于危害听觉，而85分贝以上则可能发生危险。统计表明，长期工作在90分贝以上的噪声环境中，耳聋发病率明显增加。通常长期在90dB（A）以上的噪声中工作就可能发生噪声性耳聋。当人耳突然受到140~150dB（A）以上的强烈噪声作用时，人耳会受到急性外伤，导致暴震性耳聋。国际标准化组织(ISO)于1971年曾公布0-45年等速连续噪声A声级与噪声性耳聋病率的关系。0-45年等效连续噪声A声级与噪声性耳聋发病率的关系(%)等效连续A声级(dB)0515202530354045≤80发病率000000000

听力损伤者1257101421335085发病率0156789107

听力损伤者121013172230435790发病率0414161618202115

听力损伤者161923263241546595发病率0724282931322923

听力损伤者1929353945536237100发病率01237424544444133

听力损伤者11442495358657483105发

病

率

01853586062615441

听力损伤者12058657076828791110发

病

率

02647787877726245

听力损伤者12876858891939595115发

病

率

03683878481756447

听力损伤者138889494959697971.4.2噪声对睡眠的干扰

人类有近1/3的时间是在睡眠中度过的。睡眠是人类消除疲劳、恢复体力、维持健康的一个重要条件。但环境噪声会使人不能安眠或被惊醒，在这方面，老人和病人对噪声干扰更为敏感。当睡眠被干扰后，工作效率和健康都会受到影响。研究结果表明：连续噪声可以加快熟睡到轻睡的回转，使人多梦，并使熟睡的时间缩短；突然的噪声可以使人惊醒。一般来说，40分贝连续噪声可使10%的人受到影响；70分贝可影响50%；而突发动噪声在40分贝时，可使10%的人惊醒，到60分贝时，可使70%的人惊醒。长期干扰睡眠会造成失眠、疲劳无力、记忆力衰退，以至产生神经衰弱症候群等。在高噪声环境里，这种病的发病率可达50%-60%以上。

1.4.3噪声对语言交流的干扰

噪声对语言交流的影响，来自噪声对听力的影响。这种影响，轻则降低交流效率，重则损伤人们的语言听力。研究表明，30dB(A)以下属于非常安静的环境，如播音室、医院等应该满足这个条件。40dB(A)是正常的环境，如一般办公室应保持这种水平。50-60dB(A)则属于较吵的环境，此时脑力劳动受到影响，谈话也受到干扰。当打电话时，周围噪声达65分贝则对话有困难；在80分贝时，则听不清楚。在噪声达80-90分贝时，距离约0.15米也得提高嗓门才能进行对话。如果噪声分贝数再高，实际上不可能进行对话。

1.4.4噪声可引起多种疾病

噪声除了损伤听力以外，还会引起其他人身损害。噪声可以引起心绪不宁、心情紧张、心跳加快和血压增高。噪声还会使人的唾液、胃液分泌减少，胃酸降低，从而易患胃溃疡和十二指肠溃疡。一些工业噪声调查结果指出，劳动在高噪声条件下的炼钢工人和机械车间工人比安静条件下人的循环系统发病率高。在强声下，高血压的人也多。不少人认为，20世纪生活中的噪声是造成心脏病的原因之一。长期在噪声环境下工作，对神经功能也会造成障碍。实验室条件下人体实验证明，在噪声影响下，人脑电波可发生变化。噪声可引起大脑皮层兴奋和抑制的平衡，从而导致条件下反射的异常。有的患者会引起顽固性头痛、神经衰弱和脑神经机能不全等。症状表现与接触的噪声强度有很大关系。例如，当噪声在80-85dB(A)时，往往很易激动、感觉疲劳，头痛；95-120dB(A)时，作业人员常前头部钝性痛，并伴有易激动、睡眠失调、头晕、记忆力减退；噪声强到140-150dB(A)时不但引起耳病，而且发生恐惧和全身神经系统紧张性增高。

二、噪声的评价2.1A声级LA

是目前国际上使用最广泛的噪声评价方法。A声级是对声音的频带上使用A计权网络得到的加权即时单一值。单位是dB(A)。A声级反映了人耳对不同频率声音响度的计权。不论噪声强度是高还是低，A声级都能较好地反映人的主观感觉，A声级越大，人感觉越吵。对于稳态的噪声，可以直接测量A声级进行评价。A声级频率声压级加权值加权后2030dB-50.5-20.531.535dB-39.4-4.46340dB-26.213.812545dB-16.128.925050dB-8.641.450051dB-3.247.81K52dB0522K52dB1.253.24K52dB1.0538K40dB-1.138.916K38dB-6.631.420K30dB-9.320.7A声级58.1dBA声级是使用40方等响曲线作为计权网络对频谱进行加权，之后再进行频带叠加。A声级对500Hz以下的声音进行较大衰减，模拟人耳对低频不敏感的特性。A声级的数值单位表示是dB(A),如60dB(A)。2.2等效连续A声级Leq

有时，噪声的A声级是变化的，不能简单的使用某一时刻的A声级，需要使用在一段时间内使用平均A声级来表示能量平均，即Leq。例如，在一小时内，每五分种A声级有变化，如下：时间123456789101112A声级(dB)808390869281668694959288则：这一小时的Leq为：80dB+83dB+90dB+86dB+92+81dB+66dB+86dB+94dB+95dB+92dB+88dB

-10lg12=100dB-10.8dB=89.2dB2.3昼夜等效声级Ldn一般噪声在晚上比白天更容易引起人们的烦恼。研究结果指出，夜间噪声的干扰比白天大10dB。因此，计算一天24小时的等效声级时，夜间要加上10dB的计权，这样得到的等效声级称为昼夜等效声级。

Ldn=10lg[(1510Ld/10+910(Ln+10)/10]其中：Ld----为白天(07:00-22:00）的LeqLn----为夜间(22:00-07:00）的Leq线性声级（L声级）

将各个频带的声音级叠加，得到线性声级。2030dB31.535dB6340dB12545dB25050dB50051dB1K52dB2K52dB4K52dB8K40dB16K38dB20K30dBL声级58.8dBL声级A、B、C、D计权网络A:模拟人耳响应，40方等响曲线作为计权网络。

B:以70方等响曲线作为计权网络，低频衰减比A声级小。

C:以85方等响曲线作为计权网络,整个可听范围内衰减小。

D:主要用于航空噪声测量。2.4累积分布声级LN

Leq只能表示噪声的平均情况，有时为了了解不同声级在时间上出现的概率分布，人们提出了累积分布声级的概念。

L1L5L10L50L90…LN表示在有百分之N的时间上出现了A声级大于LN的情况。如：L10=70dB，表示有10%的时间里噪声的A声级超过了70dB。一般对于偶发性噪声（如交通噪声），常使用累积分布声级，分别统计出L1、L5、L10、L50、L90…，以详细了解噪声情况。例：如果出现L1=90dB,L5=40dB,L10=35dB,L90=33dB,则说明大部分时间噪声水平不高，偶尔出现高声级噪声（如深夜在马路上偶尔出现卡车的情况）。2.5NR噪声评价曲线在一些对安静要求较高的环境里，如剧场、录音室、演播室，不但需要考虑噪声的声级，同时要考虑噪声的频率特性。通过国际标准化组织的一组评价曲线，每条曲线用一个NR值表示，噪声各个频率值都不超过的最低的曲线作为噪声评价的NR值。NR值与A声级有相关的换算关系，NR≈A-5三、噪声允许标准和法规噪声允许的标准主要包括：《民用建筑隔声设计规范》GBJ118-88规定之“民用建筑室内允许噪声级”：卧室内(A声级）:dB(A)较高标准一般标准最低标准白天≦40≦45≦50夜间≦30≦35≦40一级二级三级Rw(dB)≧50≧45≧40Lpn,w(dB)≦65≦75*≦85(确有困难)隔声：Rw(dB):空气声隔声量；Lpn,w(dB)：楼板撞击声隔声量。在《剧场建筑设计规范》中规定：观众席背景噪声≦NR30为甲等，≦NR35为乙等、丙等。影响观众席背景噪声的主要因素是空调气流，以及外界噪声传入、灯光、舞台机械等。在《电影院建筑设计规范》中规定：观众席背景噪声≦40dB(A)为甲等，≦45dB(A)为乙等、丙等。在《办公建筑设计规范》中规定办公用房、会议室、接待室的噪声≦55dB(A)，电话总机房、计算机房、阅览室噪声50dB(A)。录音室、演播室等低背景噪声要求高的场合，一般要求背景噪声NR值低于22-25。城市区域环境噪声标准Leq类别适用区域白天dB(A)晚上dB(A)0疗养区、高级宾馆和别墅区等需要特别安静的区域50401居住、文教区域为主的区域55452居住、商业、工业混杂区域60503工业区65554交通干线两测7055标准规定，城市区域环境噪声的测量位置在居住窗外或厂界外1米处。一般地，室外环境噪声通过打开的窗户传入室内大致比室外低10dB，因此在工业区（3类）或交通干线两侧（4类）不能建住宅、学校、医院，因为环境噪声的影响，室内噪声水平不能达标。这一点需要引起建筑师的注意。第三节噪声危害及控制标准住宅受到室内外各种噪声的干扰一、城市噪声环境存在的问题多年来，投诉各种环境污染的人民来信中，对噪声