环境监测-第7章

第七章噪声监测第一节声音和噪声第二节声音的物理特性和量度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第六节噪声监测第七节振动及测量方法第一节声音和噪声一、声音的定义声音的本质是波动。受作用的空气发生振动，当振动频率在20～20000Hz时，作用于人的耳鼓膜而产生的感觉称为声音。二、噪声及其主要危害人们生活和工作所不需要的声音叫噪声。损伤听力、干扰人们的睡眠和工作，诱发疾病，干扰语言交流，强噪声还会影响设备正常运转和损环建筑结构。三、环境噪声的来源1.交通噪声2.工厂噪声3.建筑施工噪声4.社会生活噪声第二节声音的物理特性和量度一、声音的发生、频率、波长和声速1.声音的发生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。2.频率声源在一秒钟内振动的次数叫频率，记作f，单位为Hz。3.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的距离称为波长，用λ表示，单位为m。4.声速一秒时间内声波传播的距离叫声波速度，简称声速，记作c，单位为m/s。频率、波长和声速三者的关系：fc二、声功率、声强和声压1.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。2.声强（I）声强是指单位时间内，声波通过垂直于声波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。声波是空气分子有指向、有节律的运动。声压单位为Pa。三、分贝、声功率级、声强级和声压级1.分贝分贝是指两个相同的物理量（如A1和A0）之比取以10为底的对数并乘以10（或20）。分贝符号为“dB”，它是无量纲的，是噪声测量中很重要的参量。上式中A0是基准量（或参考量），A1是被量度量。被量度量和基准量之比取对数，该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”。01lg10AAN声功率级常用LW表示，定义为：式中：LW——声功率级，dB；W——声功率，W；W0——基准声功率，为10～12W。0lg10WWLW2.声功率级声强级常用LI表示，定义为：式中：LI——声强级，dB；I——声强，W/m2；I0——基准声强，在空气中取10～12W/m2。0lg10IILI3.声强级4.声压级声压级常用Lp表示，定义为：式中：Lp——声压级，dB；p——声压，Pa；p0——基准声压。在空气中规定p0为2×10－5Pa，该值是正常青年人耳朵刚能听到的1000Hz纯音的声压值。0202lg20lg10ppppLp四、噪声的叠加和相减1.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。声压不能直接相加。202221lg10pppLp)1010lg(10101021ppLL[例]两声源作用于某一点得声压级分别为Lp1=96dB，Lp2=93dB，由于Lp1－Lp2=3dB，查曲线得ΔLp=1.8dB，因此Lp总＝96dB+1.8dB＝97.8dB。图7.1两噪声源的叠加曲线Lp1－Lp2/dB∆Lp/dB掌握了两个声源的叠加，就可以推广到多声源的叠加，只需逐次两两叠加即可，而与叠加次序无关。例如，有8个声源作用于一点，声压级分别为70、75、82、90、93、95、100dB，它们合成的总声压级可以任意次序查图7.1的曲线两两叠加而得。任选两种叠加次序如下：2.噪声的相减[例]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（Lp），而背景噪声是100dB（Lp1）。Lp－Lp1=4dB，从图7.2中可查得相应ΔLp＝2.2dB，因此该机器的实际噪声噪级Lp2=Lp-ΔLp=101.8dB。图7.2背景噪声修正曲线Lp－Lp1/dBΔLp/dB第三节噪声的物理量和主观听觉的关系一、响度和响度级1.响度响度是人耳判别声音由轻到响的强度等级概念，响度的单位叫“宋”，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波形的强度。如果另一个声音听起来比这个大n倍，则声音的响度为n宋。2.响度级定义1000Hz纯音声压级的分贝值为响度级的数值，任何其他频率的声音，当调节1000Hz纯音的强度使之与这声音一样响时，则这1000Hz纯音的声压级分贝值就定为这一声音的响度级值。响度级的单位叫“方”。图7.3等响曲线(又称ISO等响曲线)3.响度与响度级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。或)1040(2NLNNLNlg3340响度级的合成不能直接相加，而响度可以相加。二、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55～85dB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。图7.4A、B、C、D计权特性曲线三、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，即等效连续声级，符号“Leq”或“LAeq,T”。)d101lg(1001.0,AeqATLTtTLp式中：LpA——某时刻t的瞬时A声级，dB；T——规定的测量时间，s。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，则可用下面近似公式计算：9010250,Aeq,60/LLddLLT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——测量时间内，50％的时间超过的噪声级，相当于噪声的平均值；L90——测量时间内，90％的时间超过的噪声级，相当于噪声的背景值。2.噪声污染级噪声污染级（LNP）：KLLeqNP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的标准偏差。niippLLn12AA)(11式中：LpAi——测得第i个瞬时A声级；——所测声级的算术平均值；n——测得总数。ApL3.昼夜等效声级考虑到夜间噪声具有更大的烦扰程度，故提出一个新的评价指标——昼夜等效声级（也称日夜平均声级），符号“Ldn”。它反映社会噪声昼夜间的变化情况，表达式为：]241081016lg[10)10(1.01.0dnndLLL式中：Ld——白天的等效声级，时间是从6∶00至22∶00，共16个小时；Ln——夜间的等效声级，时间是从22∶00至第二天的6∶00，共8个小时。四、噪声的频谱分析将噪声的强度（声压级）按频率顺序展开，使噪声的强度成为频率的函数，并考查其波形，称为噪声的频率分析（或频谱分析）。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。以频率为横坐标，相应的强度（如声压级）为纵坐标作图。经过滤波后各通带对应的声压级的包络线（即轮廓）叫噪声谱。图7.5为一次实测的噪声频谱图。图7.5频谱图表7.1列出了1倍频程滤波器最常用的中心频率值（fm），以及上、下截止频率。这是经国际标准化认定并作为各国滤波器产品的标准值。表7.1常用1倍频程滤波器的中心频率和截止频率中心频率fm/Hz上截止频率f2/Hz下截止频率f1/Hz中心频率fm/Hz上截止频率f2/Hz下截止频率f1/Hz31.544.547322.273710001414.20707.1006389.094644.547320002828.401414.20125176.77588.387540005656.802828.40250353.550176.775800011313.65656.80500707.100353.5501600022627.211313.6第四节噪声测量仪器一、声级计1.声级计的工作原理声级计，又叫噪声计，是一种按照一定的频率计权和时间计权测量声音的声压级和声级的仪器，是声学测量中最常用的基本仪器，是一种主观性的电子仪器。图7.6声级计工作方框图2.声级计的分类按精度将声级计分为1级和2级。两种级别的声级计的各种性能指标具有同样的中心值，仅仅是容许误差不同，而且随着级别数字的增大，容许误差放宽。按体积大小可分为台式声级计、便携式声级计和袖珍式声级计。按指示方式可分为模拟指示（电表、声级灯）和数字指示声级计。AWA5633D型声级计AWA6270A噪声频谱分析仪AWA6270噪声频谱分析仪AWA6218C噪声统计分析仪图7.7各种声级计实物照片二、其他噪声测量仪器1.声级频谱仪2.录音机3.记录仪4.实时分析仪干扰睡眠和休息的噪声级阈值白天为50dB，夜间为45dB，我国提出环境噪声允许范围见表7.2。表7.2我国环境噪声允许范围单位：dB第五节噪声标准人的活动最高值理想值体力劳动（保护听力）9070脑力劳动（保证语言清晰度）6040睡眠5030环境噪声标准制定的依据是环境基本噪声。各国大多参考ISO推荐的基数（如睡眠为30dB），根据不同时间、不同地区和室内噪声受室外噪声影响的修正值以及本国具体情况来制定。表7.3一天不同时间对基数的修正单位：dB时间修正值白天0晚上-5夜间-10至-15地区修正值农村、医院、休养区0市郊、交通量很少的地区+5城市居住区+10居住、工商业、交通混合区+15城市中心（商业区）+20工业区（重工业）+25表7.4不同地区对基数的修正值单位：dB表7.5室内噪声受室外噪声影响的修正值单位：dB窗户状况修正值开窗-10关闭的单层窗-15关闭的双层窗或不能开的窗-20类别昼间夜间0504015545260503655547055表7.6城市区域环境噪声标准值单位：等效声级Leq/dB(A)选自《城市区域环境噪声标准》GB3096—93类别昼间夜间0504015545260503655547055适用于疗养区、高级别墅区、高级宾馆区等特别需要安静的区域，位于城郊和乡村的这一类区域分别按严于0类标准5dB执行。表7.6城市区域环境噪声标准值单位：等效声级Leq/dB(A)类别昼间夜间0504015545260503655547055适用于以居住、文教机关为主的区域，乡村居住环境可参照执行该类标准。表7.6城市区域环境噪声标准值单位：等效声级Leq/dB(A)类别昼间夜间0504015545260503655547055适用于居住、商业、工业混杂区。表7.6城市区域环境噪声标准值单位：等效声级Leq/dB(A)类别昼间夜间0504015545260503655547055适用于工业区。表7.6城市区域环境噪声标准值单位：等效声级Leq/dB(A)类别昼间夜间0504015545260503655547055适用于城市中的道路交通干线道路的两侧区域，穿越城区的内河航道两侧区域，穿越城区的铁路主、次干线两侧区域的背景噪声(指不通过列车时的噪声水平)限值也执行该类标准。表7.6城市区域环境噪声标准值单位：等效声级Leq/dB(A)我国工业企业噪声标准见表7.7和表7.8。每个工作日接触噪声时间/h允许标准/dB(A)885488291194最高不得超过115表7.8现有企业暂行标准表7.7新建、扩建、改建企业标准每个工作日接触噪声时间/h允许标准/dB(A)890493296199最高不得超过115我国机动车辆允许噪声标准见表7.9～表7.11表7.9汽车定置噪声限值（GB16170—1996）单位：dB(A)车辆类型燃料种类车辆出厂日期1998年1月1日前1998年1月1日起轿车汽油8785微型客车、货车汽油9088轻型客车、货车、越野车汽油n≤4300r/min9492汽油n