噪声测量

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噪声测量中最常用的是l倍频程和l/3倍频程。
• （1）l倍频程：指频带的上、下限频率之比为2：1的频程； • （2）l/3倍频程：对1倍频程3等分后得到的频程，即其频带宽度
仅为1倍频程的1/3。
• 表l2-8和表l2-9分别是1倍频程和l/3倍频程中常用的中心频率及 相应的频率范围。
• 表12-8 1倍频程的中心频率及其频率范围
• 12.3.1 噪声测量中的基本声学概念
• 噪声是一种声音，因而具有声波的一切特性，物理学中的声 学知识均可用于对噪声的理解与分析。这里主要选取与噪声测量 有关的声学概念加以简要说明。
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1．声场
声波传播的空间统称为声场；允许声波在任何方向作无反射 自由传播的空间叫自由声场；而允许声波在任何方向作无吸收传 播的空间叫混响声场。显然，自由声场可以是一种没有边界、介 质均匀且各向同性的无反射空间，也可以是一种能将各个方向的 声能完全吸收的消声空间。与此相反，混响声场是一种全反射型 声场。然而，除非人为特别创造，否则在现实的生活环境中并不 存在上述两种极端的空间。 • 如果某一空间仅以地面为反射面，而其余各个方向均符合自 由声场的条件，则称半自由声场。对于房屋等生活空间，其边界( 如墙壁、地面、天花板或摆设物等)既不完全反射声波，也不完全 吸收声波，这种空间称为半混响声场。
• 2．声压与声压级
• 声压是指声波波动引起传播介质压力变化的量值。设介质处 于平衡状态时各处的静压为p1，当声波通过时介质中某点的压强 变为P2，其变化量P即为声压，即： p=p2-p1 (12-10) 通常，声压的数值要比大气压小得多， 例如：（1）对于一台内燃机的工作噪声，在距离内燃机表面lm 处的声压只有1Pa，仅为大气压的1/105。 （2）人的感官对声波的接收不仅有频率范围，也有声压范 围。具有正常听力的人能够听到的最弱的声压为l×10-5Pa，称为 听阈声压 (国际上把频率为lkHz的听阈声压作为基准声压 )。 当声压达到20Pa时，人耳开始感到疼痛，称之为痛阈声压。 虽然从听阈到痛阈是正常听觉的声压范围，但两阈值之间相差100 万倍。可见，用声压的绝对值来衡量声音的强弱很不方便。
标，用以反映声音的相对强度。根据定义式(12-11)，声压变化10 倍，声压级改变20dB。可见，引入级的概念后，听觉范围由原来
百万倍的声压变化幅度缩小为0～120dB的声压级变化。
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3．声能、声能密度、声功率、声能流密度和声强
1)声能、声能密度和声功率 声波的传播过程实质上是声源的振动能量在介质中的传播过程。 声波传播时质点受激产生振动，同时也产生压缩及膨胀的形变。显然 介质中既有振动的动能又有形变的位能，这两部分相加就是声能。单 位体积的声能定义为声能密度，用e表示；单位时间内声源传播的总
fci+1=2fci
fc
f L fU , fU 2 f L
• 表12-9 1/3倍频程的中心频率及其频率范围
中心频率 50 63 56～71 250 80 71～90 310 100 125 160
频率范围 45～56 中心频率 200
90～112 112～140 140～180 400 500 630
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设有两个声源，单独发声时的声压级均为l00dB，即
Lp1=Lp2=100dB，可以求出它们同时发声时的合成总声压级Lpt为 103dB，而不是200dB。
• 2．声级的分解
• 实际上，在噪声测量中经常会碰到这样的问题：测量现场除 待测声源外，还存在其他声源，例如，在实验室中进行内燃机噪 声测量时，周围还存在排风扇、测功机等设备的运转噪声。另外 的情况还有：为了判断某一机器设备运转时的主要噪声源，需要 从机器中逐一分解出单个运动部件产生的噪声等。 • 为此，首先要测出合成噪声的声级，如总声压级Lpt。对于前 一种情况，Lpt是待测部件与其他部件一起工作时的整机噪声声压 级，然后让待测的机器停止运转或拆除待测部件，再测量这时的 噪声声压级，记为Lpb通常，Lpb称为待测噪声的背景噪声。显然 ，Lpt与Lpb的差别就是待测噪声声压级Lpm它们之间的关系满足：
测量噪声的总强度(即噪声总声级)是不够的，还需要测量噪声强
度关于频率的分布。 • 但是，如果要在正常听觉的声频范围20～2×104Hz内对不同
频率的噪声强度逐一进行测量，不仅很困难，而且也不必要。对
此，通常是将声频范围划分为若干个区段，这些区段称为频程或
频带。测量时，通过改变滤波器通频带的方法，逐一测量出每段 频程上的噪声强度，这就是所谓的分频程测量。
• • • 式中：Pi(i=1，2，…，n)为各声源的总声压。 根据能量的叠加性和W∝p2的关系，可以推导出总声压Pt的计 算式为: (12-21)
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பைடு நூலகம்
将式(12-21)代入式(12-20)得
• 或写成
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• • • • 关系可表示为： 由定义式(12-11)可以求出
（12-22）
(12-23) 因此，总声压级Lpt与各声源声压级Lpi(i=1，2，…，n)之间的 (12-24)
• 12.3.3 噪声评定值
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1．响度级
人耳对声音的感受不仅与声压有关，而且还与频率有关，例
如，声压级相同而频率不同的声音，频率高的听起来就响些。响 度级正是根据人耳的这种听觉特性而提出的噪声评定值，它选取 l000Hz的纯音为基准声，如果待测的声音听起来与某一基准声一 样响，则该基准声的声压级分贝值就是待测的声音的响度级，其 单位为phon。举例来说，响度级为85phon的声音听起来与声压级 为85dB、频率为l000Hz的纯音一样响。
性，可得这些声源的合成总声功率Wt为 Wt=W1+W2+…+Wn (12-17)
• 式中：W1、W2、…、Wn分别为各声源的声功率。
根据声功率级的定义可得由各声源的合成的总声功率级LWt为 (12-18)
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可见，声功率级的合成并非是各声源功率级的直接相加，而
是在遵循能量叠加原则下的对数运算，这是由“级”的对数量性 质所决定的。
其中Lp1≥Lp2，则它们共同产生的总声压级为：
•
•
若记
，则在任何情况下，
，而且
可以推算，随着Lp1与Lp2之间差值的增加，△Lp将减少。 (3)一般情况下，由于同一声源多测点的声压级平均值不等于
其算术平均值，因而不能直接采用算术平均的计算方法求取。但
是在工程测量中，当各个测点的声级相差不大于5dB时，为了简 便，有时也按照算术平均法来计算声级平均值，其误差小于ldB。
声能用声功率(W)表示。
• • 2)声能流密度和声强 定义单位时间内通过与能量传播方向垂直的单位面积的声能为声
能流密度，记做ω(W/mm2)。ω是矢量，指向为声波传播方向，其瞬时
值在数量上可表示为相应质点振动速度v和声压P的乘积，即： • ω=pv (12-12)
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为了表示声波能量的强度，取声能流密度ω在一个周期T内的 时间平均值，称做声强I，即： (12-13)
12.3 噪声测量
• 随着现代工业、交通运输和城市建设的迅速发展，噪声对环
境的污染日益严重，为此，国际标准化组织以及许多国家都纷纷
制定了有关标准，用于环境噪声的监测和各类噪声的控制。 • 在众多的噪声源中，动力机械发出的噪声占着主要位置，例
如，对城市环境影响最大的是交通噪声，即车辆噪声，而内燃机
作为各类交通运输工具的主要动力，其噪声对环境的污染也就集 中地反映在交通噪声方面，且已成为城市环境噪声的主要来源之 一。此外，直接影响生活环境的还有空调与通风设备的噪声等。 • 噪声测量是噪声控制的基础。本节主要介绍与噪声测量有关 的基本声学概念、测量与评价方法以及典型的测量仪器。
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由此可以得到待测噪声的声压级为： (12-25)
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3．声级平均值
噪声测量中往往围绕噪声声源在同一测量表面(指与声源距离 相同的表面)上布置多个测点，逐点测量噪声级，然后用它们的平 均值来表示待测的噪声级。与上述声级的合成与分解一样，声级 的平均值也必须按照能量平均的方法来求。根据这一原则容易推 导出声压级平均值的计算公式为：
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，…，n)为第i个测点的声压级。
(12-26)
• 式中： 为测量表面平均声压级；m为总的测点数目；Lpi(i=1，2
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总结以上有关声级的计算方法，可以归纳出如下几点。 (1)声级的合成、分解等运算不是声级的直接相加或相减，而 是在遵循能量叠加原则下的对数运算；
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(2)对于两个独立的声源，设它们的声压级分别为Lp1和Lp2，
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实际上，声功率级的数值常常用声压级的测量值换算得到。 假设已经测得各声源单独发声的声压级为Lpi(i=1，2，…，n)，需 要求出它们同时作用时的总声压级Lpt。根据式(12-19)的形式可以
推断，Lpt≠Lp1+Lp2+…+Lpn。根据声压级的定义，总声压级的表达
式为: • (12-20)
• 式中：Pt为各声源合成的总声压。
频率范围 180～224 224～280 280～355 355～450 450～560 560～710 中心频率 800 1000 900～ 1120 4000 3550～ 4500 16000 1250 1120～ 1400 5000 4500～ 5600 ＼＼ ＼＼ 1600 1400～ 1800 6300 5600～ 7100 ＼＼ ＼＼ 2000 1800～ 2240 8000 7100～ 9000 ＼＼ ＼＼ 2500 2240～ 2800 10000 9000～ 1120 ＼＼ ＼＼
• 式(12-13)中的v和P均取其实部。
• 记瞬时声强为I(x，t)，由式(12-13)可知，声能流密度ω实际上 就是I(x，t)。声强I也是矢量，指向也是声波传播的方向。图l2.14
表示声场中某一点的声压P、质点振速v、声能流密度ω和声强I随
时间的变化关系，声强I是ω的时间平均值。
• 4．声功率级和声强级
频率范围 710～900
中心频率
3150
频率范围 2800～ 3500 中心频率 12500
频率范围 11200～ 14000以 14000 上
每个倍频程频带再按等比级数（1：21/3:22/3:2)分成三份。
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2)频程声压级和频谱能级 在噪声频谱中，声压级分布在350Hz以下的噪声称为低频噪 声，声压级分布在350～l000Hz范围内的噪声称为中频噪声，声压 级分布在1000Hz以上的噪声称为高频噪声。
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图12.15为某一增压柴油机(24缸，转速l050r/min)的1/3倍频程 噪声频谱图。由图12.15可见，在整机噪声中，中、低频部分以柴 油机噪声为主，而高频部分则以废气涡轮增压器的噪声为主。
• 12.3.2 噪声测量中的声级计算
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1．声级的合成
当声场中同时存在几个互相独立的声源时，根据能量的叠加
中心频率 频率范围 中心频率 31.5 22～45 1000 63 45～90 2000 125 90～180 4000 250 500 180～355 355～710 8000 5600～ 11200 16000 11200～ 22400
频率范围 710～1400 1400～28002800～5600
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为此，声学上引入“级”的概念，用成倍比关系的对数量来 表示声音的强弱，即用声压级表示声压的大小。 相对于声压为p(Pa)的声音，其声压级Lp的定义为：
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• 式中：P0为基准声压，P0=2×10-5Pa。
(12-11)
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声压级Lp的单位为分贝(dB)，它是一个相对于基准的比较指
(12-16)则反映了声强级与声压级之间的对应关系：
• 式中：ρ0为传播介质的密度；c为声波传播速度；ρ0c为传播介质
的特性阻抗，由于修正项10lg(400/ρ0c)很小，故声压级与声强级的
数值基本相等。
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5．频谱
1)频程 振幅(强度)、频率和位相是描述波动现象的特性参数，声波 也不例外。通常，噪声由大量不同频率的声音复合而成，有时噪 声中占主导地位的可能仅仅是某些频率成分的声音，了解这些声 音的来源和性质是确定降噪措施的基本依据。在很多情况下，只
• 与声压和声压级之间的关系相似，声功率和声强的相对大小 也可用“级”来度量。声功率级和声强级的定义分别为：
• 式中：Lw为声功率级，dB；W为声源辐射的声功率，W；W0=l012W，为基准声功率；L 为声强级，dB；I为声波声强，W/mm2； 1
I0=l0-12W/mm2为基准声强。
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表12-7给出了点声源的声功率级与声压级的换算关系，式