第七章噪声监测(已改)

＊第一节有关概念＊第二节噪声测量仪器＊第三节噪声标准＊第四节噪声监测方法一声音与噪声声音的本质是波动。受作用的空气发生振动，当震动频率在20-20000Hz时，作用于人的耳鼓膜而产生的感觉称为声音。声源可以是固体、也可以是流体（液体和气体）的振动。声音的传媒介质有空气、水和固体，它们分别称为空气声、水声和固体声等。噪声监测主要讨论空气声。人类是生活在一个声音的环境中，通过声音进行交谈、表达思想感情以及开展各种活动。但有些声音也会给人类带来危害。例如，震耳欲聋的机器声，呼啸而过的飞机声等。这些为人们生活和工作所不需要的声音叫噪声，从物理现象判断，一切无规律的或随机的声信号叫噪声；噪声的判断还与人们的主观感觉和心理因素有关，即一切不希望存在的干扰声都叫噪声，例如，在某些时候，某些情绪条件下音乐也可能是噪声。环境噪声的来源有四种：一、是交通噪声，包括汽车、火车和飞机等所产生的噪声；二、是工厂噪声，如鼓风机、汽轮机，织布机和冲床等所产生的噪声；三、是建筑施工噪声，像打桩机、挖土机和混凝土搅拌机等发出的声音；四、是社会生活噪声，例如，高音喇叭，收录机等发出的过强声音。二、声音的发生、频率、波长和声速频率：声源在一秒中内振动的次数，记作f。单位为Hz。周期：声源振动一次所经历的时间，记作T，单位为s。T=1/f。波长：沿声波传播方向，振动一个周期所传播的距离，或在波形上相位相同的相邻两点间距离，记为λ，单位为m。声速：声波每秒在介质中传播的距离，记作c，单位为m/s。声速与传播声音的介质和温度有关。在空气中，声速（c）和温度（t）的关系可简写为：c=331.4+0.607t常温下，声速约为345m/s。频率f、波长λ和声速c三者之间的关系是:c=λf当物体在空气中振动，使周围空气发生疏、密交替变化并向外传递，且这种振动频率在20-20000Hz之间，人耳可以感觉，称为可听声，简称声音，噪声监测的就是这个范围内的声波。频率低于20Hz的叫次声，高于20000Hz的叫超声，它们作用到人的听觉器官时不引起声音的感觉，所以不能听到。三、声功率、声强和声压（一）声功率（W）声功率是指单位时间内，声波通过垂直于传播方向某指定面积的声能量。在噪声监测中，声功率是指声源总声功率。单位为W。（二）声强（I）声强是指单位时间内，声波通过垂直于传播方向单位面积的声能量。单位为W/s2。（3）声压（P）声压是由于声波的存在而引起的压力增值。单位为Pa。声波在空气中传播时形成压缩和稀疏交替变化，所以压力增值是正负交替的。但通常讲的声压是取均方根值，叫有效声压，故实际上总是正值，对于球面波和平面波，声压与声强的关系是：I=P2/ρc式中：ρ-空气密度，如以标准大气压与20℃的空气密度和声速代入，得到ρ·c=408国际单位值,也叫瑞利。称为空气对声波的特性阻抗。四、分贝、声功率级、声强级和声压级（一）分贝人们日常生活中遇到的声音，若以声压值表示，由于变化范围非常大，可以达六个数量级以上，同时由于人体听觉对声信号强弱刺激反应不是线性的，而是成对数比例关系。所以采用分贝来表达声学量值。所谓分贝是指两个相同的物理量（例A1和A0）之比取以10为底的对数并乘以10（或20）。N=10lg(A1/A0)分贝符号为dB，它是无量纲的。式中A0是基准量（或参考量），A是被量度量。被量度量和基准量之比取对数，这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。（二）声功率级：Lw=10lg(W/W0)式中：Lw——声功率级（dB）；W——声功率（W）W0——基准声功率，为10-12W。（三）声强级：LI=10lg(I/I0)式中：LI——声压级(dB)；I——声强（W/m2）；I0——基准声强，为10-12W/m2。（四）声压级：LP=20lg(P/P0)式中：LP——声压级（dB）；P——声压（Pa）；P0——基准声压，为2×10-5Pa，该值是对1000HZ声音人耳刚能听到的最低声压。五、噪声叠加和相减（一）噪声的叠加两个以上独立声源作用于某一点，产生噪声的叠加。声能量是可以代数相加的，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。而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。但声压不能直接相加。由于I1=P12/ρcI2=P22/ρc故P总2=P12+P22又（P1/P0）2=10(Lp1/10)(P2/P0)2=10(Lp2/10)故总声压级：LP=10lg[（P12+P22）/P02]=10lg[10(Lp1/10)+10(Lp2/10)]如LP1=LP2，即两个声源的声压级相等，则总声压级：LP=LP1+10lg2≈LP1+3(dB)也就是说，作用于某一点的两个声源声压级相等，其合成的总声压级比一个声源的声压级增加3dB。当声压级不相等时，按上式计算较麻烦。可以利用书上图7-1查曲线值来计算。方法是：设LP1LP2,以LP1-LP2值按图查得ΔLP，则总声压级LP总=LP1+ΔLP。（2）噪声级相减噪声测量中经常碰到如何扣除背景噪声问题，这就是噪声相减的问题。可以利用背景噪声修正曲线值来计算。[例1]车间内有4个声压级分别为80、83、91、84分贝的声源，利用公式法和图表法计算。[例2]某车床运转时，在相距1米处测得的声压级为85分贝，该车床停车时，在同一点测得的环境背景噪声为75分贝，求该车床单独产生的声压级。六、响度和响度级（1）响度（N）噪声对人体的危害与影响，既包括客观的物理量声波，又包括主观的感觉两个方面，而且与频率有关。一般说来，两个声压级相同而频率不同的声音听起来是不一样响的。响度是人耳判别声音由轻到响的强度等级的量。它不仅取决于声音的强度（如声压级），还与它的频率与波形有关。其单位是宋，符号N，1宋的定义为声压级为40dB，频率为1000HZ，且来自听者正前方的平面性波强度。（2）响度级（LN）：其概念是建立在两个声音的主观比较上，其单位是“方”，符号为LN。就是选取1000HZ的纯音作为基准声音，任何其它频率的声音听起来与该纯音一样响，则该声音的响度级就等于这个纯音的声压级（dB）。如果某噪声听起来与声压级为80dB，频率为1000Hz的纯音一样响，则该噪声的响度级就是80方利用与基准声音比较的方法，可以得到人耳听觉频率范围内一系列响度相等的声压级与频率的关系曲线，即等响曲线。（3）响度与响度极的关系根据大量实验得到，响度级每改变10方，响度加倍或减半。例如，响度级30方时响度为0.5宋；响度级40方时响度为1宋；响度级为50方时响度为2宋，以此类推。它们的关系可用下列数学式表示：响度级的合成不能直接相加，而响度可以相加。例如：两个不同频率而具有60方的声音，合成后的响度级不是120（方）而是先将响度级换算成响度进行合成，然后再换算成响度级。)1040(2NLNNLNlg3340七、计权声级为了能用仪器直接反映人的主观响度感觉的评价量，有关人员在噪声测量仪器——声级计中设计了一种特殊滤波器，叫计权网络。通过计权网络测得的声压级，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。通用的有A、B、C和D计权声级。A计权声级是模拟人耳对55dB以下低强度噪声的频率特性；B计权声级是模拟55dB到85dB的中等强度噪声的频率特性；C计权声级是模拟高强度噪声的频率特性；D计权声级是对噪声参量的模拟，专用于飞机噪声的测量。常见环境噪声dB(A)八、等效连续声级、噪声污染级和昼夜等效声级1、等效连续声级用噪声能量按时间平均的方法来评价噪声对人的影响，即等效连续声级，符号Leq。它是用一个在相同的时间内声能与之相等的连续稳定的A声级来表示该时间段内不稳定噪声的大小。因此，等效连续声级反映在声级不稳定的情况下，人实际所接受的噪声能量的大小，它是一个用来表达随时间变化的噪声的等效量。式中：LPA—某时刻的瞬时声级；T—规定的测量时间。如果数据符合正态分布，其累积分布在正态概率纸上为一直线，则可用近似公式计算：其中L10、L50、L90为累积百分声级，其定义是：L10—测定时间内，10%的时间超过的噪声级，相当于噪声的平均峰值；L50—测定时间内，50%的时间超过的噪声级，相当于噪声的平均值。L90—测定时间内，90%的时间超过的噪声级，相当于噪声的背景值。TLTAeqdtTLPA01.0.101lg109010250.,60LLddLLTAeq2、噪声污染级许多非稳态噪声，其涨落所引起人的烦恼程度比等能量的稳定噪声要大，而且与噪声暴露的变化率和平均强度有关。因此，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。通常用这种噪声污染级评价航空或道路的交通噪声。其符号为LNPLNP=Leq+K·σ式中K—常数，对交通和飞机噪声取值2.56；σ—测定过程中瞬时声级标准偏差。3、昼夜等效声级同样的噪声，晚上比白天更感到吵闹，也就是说同样的噪声晚上干扰更大。为了在评价式中将这一情况考虑进去，引出了昼夜等效声级的概念。以符号Ldn表示。其表达式为：式中Ld—白天（6：00~22：00）的等效声级；Ln—夜间（22：00~6：00）的等效噪声。为了表明夜间噪声对人的干扰更大，故计算夜间等效声级时应加上10dB的计权。10/)10(10/1081016241lg10ndLLdnL噪声测量技术的一个重要组成部分就是对测量仪器的操作使用。了解噪声测量仪器的基本结构和工作原理，掌握仪器的功能和适用场合，学会仪器的正确使用方法，并能判别和排除仪器的常见故障，应是监测人员所具备的最基本技能。噪声测量仪器的测量强度，主要是声场中的声压，至于声强、声功率的直接测量较麻烦，故较少直接测量；其次是测量噪声的特征，即声压的各种频率组成成分。一、声级计声级计也称噪声计，它是用来测量噪声的声压计和计权声级的最基本的测量仪器，适用于环境噪声和各种机器（如风机、空压机、内燃机、电动机）噪声的测量，也可用于建筑声学、电声学的测量。1、种类：声级计整机灵敏度是指在标准条件下测量1000Hz纯音所表现出的精度。按其精度可分为四种类型，即O型声级计，是实验用的标准声级计；Ⅰ型声级计，相当于精密声级计；Ⅱ型声级计和Ⅲ型声级计作为一般用途的普通声级计。按其体积可分便携式声级计和袖珍式声级计。按其用途可分为一般声级计、车辆声级计、脉冲声级计、积分声级计和噪声剂量计等。国产声级计有ND-2型精密声级计，PSJ-2普通声级计。国际标准化组织（ISO）及国际电工委员会（IEC）规定普通声级计的频率范围是20-8000Hz，精密声级计的频率范围是20-12500Hz。声级计：工作原理：声级计的工作原理：声压大小经传声器后转换成电压信号，此信号经前置放大器放大后，最后从显示仪上指示出声压级的分贝数值。普通声级计的测量误差约为±3dB；精密声级计的误差约为±1dB。二、其他噪声测量仪器：（一）声级频谱仪频谱仪是测量噪声频谱的仪器，它的基本组成大致与声级计相似。但是频谱分析仪中，设置了完整的计权网络（滤波器）。借助于滤波器的作用，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335-710Hz噪声的声压级，其他类推。由于频谱分析仪能分别测量噪声中所包含的各种频带的声压级。所以它是进行噪声频谱分析不可缺少的仪器。（二）录音机在现场噪声测量中如果没有频谱仪和自动记录仪，可用录音机（磁带记录仪）将噪声消耗记录下来，以便在实验室用适当的仪器对噪声消耗进行分析。选用的录音机必须具有较好的性能，它要求频率范围宽（一般为20-15000Hz），失真小（小于3%），信噪比大（35dB以上）。此外，还必须具有较好的频率响应和较宽的动态范围。（三）自动记录仪在现场噪声测量中，为了迅速、准确、详细的分析噪声源的特性，常把声级频谱仪与自动记录仪连用。自动记录仪是将噪声频率信号作对数转换，用人造宝石或墨水将噪