2. 噪声的评价与测量.1

SchoolofChemistryandEnvironmentalEngineering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）SchoolofChemistryandEnvironmentalEngineeringSchoolofChemistryandEnvironmentalEngineering描述声压可采用其瞬时值、平均值、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。SchoolofChemistryandEnvironmentalEngineering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2×10-5Pa，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0.02～0.03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。SchoolofChemistryandEnvironmentalEngineering2、声强（I）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。SchoolofChemistryandEnvironmentalEngineering声强与声压的关系：I＝P2/ρcρ—空气密度，kg/m3；c—声速，m/sρc—空气的特性阻抗，瑞利，Pa·m/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。SchoolofChemistryandEnvironmentalEngineering3、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。SchoolofChemistryandEnvironmentalEngineering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。SchoolofChemistryandEnvironmentalEngineering1、分贝:属于对数标度对数标度时必须选定基准量，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。L＝10lgA1/A0A0是基准量（或参考量）A1是被量度量SchoolofChemistryandEnvironmentalEngineering2、声强级LI＝10lg(I/I0)LI——声强级（dB）；I——声强（W/m2）;I0——基准声强，空气中，I0＝10-12W/m2，是1000Hz声音的可听阈声强，声阻抗率ρ0c0＝400Pa·m/sSchoolofChemistryandEnvironmentalEngineering3、声压级Lp＝10lg(P2/P02)＝20lg(P/P0)Lp——声功率级（dB）；P——声压（Pa）；P0——基准声压，空气中，P0为2×10-5Pa，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0～120分贝的变化范围了。SchoolofChemistryandEnvironmentalEngineeringSchoolofChemistryandEnvironmentalEngineering4、声功率级LW＝10lg(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。SchoolofChemistryandEnvironmentalEngineering声强级与声压级的关系：cpI2SchoolofChemistryandEnvironmentalEngineering如果，测量条件ρc＝400Pa·m/s，则LI＝Lp，对于一般情况，声强级与声压级将相差一个修正项10lg(400/ρc),它通常很小，此时，LI≈Lp。下表为不同海拔高度的修正值，修正项大于1dB，如云南省，平均海拔2000m，要加以考虑。海拔高度(m)10050010001500200025003000大气压强(Pa)10095.489.884.579.574.770.1修正值(dB)00.20.50.71.01.21.5SchoolofChemistryandEnvironmentalEngineering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。SchoolofChemistryandEnvironmentalEngineering222122221222121222211PPPPcIPPcPcPIIIcPIcPI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？SchoolofChemistryandEnvironmentalEngineering2、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I＝I1＋I2＋I3＋…＋In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？SchoolofChemistryandEnvironmentalEngineering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L1＝L2，其总声压级也可表示为：L=L1+10lg2≈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+10lgnSchoolofChemistryandEnvironmentalEngineering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＝│L1－L2│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。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L1≠L2(设L1＞L2)时，求LSchoolofChemistryandEnvironmentalEngineeringSchoolofChemistryandEnvironmentalEngineeringLp1－Lp2/dB∆Lp/dB分贝和增值图（分贝相加曲线）SchoolofChemistryandEnvironmentalEngineering步骤：设噪声源的声压级为LP1﹥LP2(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LP＝LP1+△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=91dBSchoolofChemistryandEnvironmentalEngineering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：SchoolofChemistryandEnvironmentalEngineering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=LP1＋10lgn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。（LP1＞LP2，LP＜LP1+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，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。SchoolofChemistryandEnvironmentalEngineering3、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SchoolofChemistryandEnvironmentalEngineering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:LLlgLlgLLLLL110/)(11010212110110)1010(10210/LL2­]-10[101LLlgLL）（１SchoolofChemistryandEnvironmentalEngineering分贝相减图/表法分贝相减修正值L-L1（dB）345678910△L2（dB）32.21.71.310.80.60.45把△L2和(L-L1)的关系绘成曲线进行求解。210/LL2­]-10[101LLlgLL）（１SchoolofChemistryandEnvironmentalEngineeringSchoolofChemistryandEnvironmentalEngineering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l00dB(L1)。L–L1＝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＝101.8dBSchoolofChemistryandEn