汽车消声器的设计
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汽车消声器设计
北京绿创环保设备股份有限公司 汽车排气系统设计所 吴帮玉
２００7年绿创汽车排气系统设计研究班
声学的基本概念
２００7年绿创汽车排气系统设计研究班
目录
1.声 压、声压示例、声压级、声强级、声功率级 2.声压级和声强级的比较 3.自由声场中的声压级 3.室内声场中的声压级和声功率级 4.声音的叠加及分贝的相加、相减 5.计权网络，A、B、C声级及A声级的计算
２００7年绿创汽车排气系统设计研究班
汽车排气系统产品质量特性
性能
寿命
可靠性
安全性
经济性
功能方面
零部件方面
结构方面
操作方面
外观方面
排 气 背 压〈 50KPa； 插 入 损 失 ： 28dB ； 整车定置噪声： 85dB； 整车通过噪声： 74dB； 气流速度： 50-60m/s； 密 封 :30L/m in 排 气 限 值 ：HC：0.2 CO： 2.3NOX:0.15; 装载密度 :>0.7 推 力 :<6m m /2000N 密 封 :不 准 漏 气 标准:
２００7年绿创汽车排气系统设计研究班
声压级
1.人的耳朵有一个很“奇怪”的特点、当耳朵接收 到声振动以后，主观上产生的“响度感觉”并不 是正比于强度的绝对值，而是更近于与强度的对 数成正比。
2.声压级 声压级以符号 SPL 表示
SPL20log10
pe pref
(dB)
参考声压 p ref 一般取为 2 × 10 － 5 Pa
２００7年绿创汽车排气系统设计研究班
２００7年绿创汽车排气系统设计研究班
声强级、声功率级
声强级 声强级用符号 SIL 表示
SIL10log10
I Iref
(dB)
声功率级 :声功率级用符号Lw表示
Lw
10log10
w w0
参考声强 I ref 一般取 10 － 12 W ／ m 2 。这一数值是与考声压 2 × 10 － 5 Pa 相对应的声强 ( 计算时取空气的特性阻抗 400 N · s ／ m) ，这也是 1kHz 声音 的可听阈声强。
L L n 1 0 l o g 1 0 n 7 0 1 0 l o g 1 0 5 7 7 d B
一个人讲话为声压级60dB，一百个人 同时讲话声压级为? 80dB 60dB+70dB=? 60dB+65dB=?
２００7年绿创汽车排气系统设计研究班
声压级的叠加(分贝的相减)
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： 设有背景噪声时测得的噪声为LP ，背景噪声为LP1，机器 实际噪声级为LP2由题意可知 LP - LP1 =4dB 从图7-2中可查得ΔLP = 2.2dB,因此该机器的实际噪声声级为： LP2 = LP -ΔLP = 104dB-2.2dB = 101.8dB
２００7年绿创汽车排气系统设计研究班
２００7年绿创汽车排气系统设计研究班
等响曲线
２００7年绿创汽车排气系统设计研究班
A声级的计算
在噪声测量中经常需要由倍频带或1/3倍频带声压级计算 A声级，可用计权网络数据进行声级叠加方法计算：
10 t (LAi Li )/10 i
Lp 10log10 i
Ln
20log10
pn pref
pn pref10Ln/20
n
P p12p22...Pn2 pref
10Ln /10
j 1
２００7年绿创汽车排气系统设计研究班
L
20log10
p pref
20log10
pref
n
10Ln /10
j 1
pref
n
20log10
２００7年绿创汽车排气系统设计研究班
消声器设计过程
排气系统-初步设计:
汽车排气消声器是一种高温、高速的脉动气流噪声，当发动机工作
排气系统性能指标 时，气缸内的废气随排气口间断开闭而周期性地喷射到排气管内,它的声
源非常复杂。在系统设计时有如下要素需要考虑：
排放 噪声 振动 功率损失 可靠性
２００7年绿创汽车排气系统设计研究班
排气系统总成在 正常工作条件下 使用 3 年或 6 万公 理;镀锌 NSS77h； 镀 ZrClNSS144h； 喷漆 NSS240h。
产品安全：防护 整车安全隔热防 火
催化器衬垫保 护; 消声器隔板 /插 管牢固; 不得有虚焊;
维 修 方 便 ：适 当 地 方 加 法 兰联接。 使 用 经 济 性 ：阻 力 小 油 耗 低。
消声器设计要素
消声器设计要求
声学特性要求 空气动力学要求 机械和材料要求
成本要求
安装空间限制
消声器的目的 就是减少声能的 传递。
如传递损失、 噪声降低量和插 入损失。
通常用声压级和 频谱进行分析。
消声器两边的 压力差太大，气 流阻力也会增加 ，发动机的功率 就会下降。
通常用排气背 压静压或动压进 行分析
２００7年绿创汽车排气系统设计研究班
自由声场中的声压级
在自由声场中，Lw为声源的声功率级，求距声源r米处的声压级Lp 。
w 4 r 2 pe2 0c0
Lw
10log10
w w0
10log10(4r0c20pe2
*400) p2
ref
SPL20log10r10log10(4400c00)
pe
1 T p2 dt T0
２００7年绿创汽车排气系统设计研究班
声压示例
声压大小的典型例子： 人耳对 1kHz 声音的可听阈 ( 即刚刚能觉察到
它存在时的声压 ) 约 2 × 10 － 5 Pa ；微风轻轻 吹动树叶的声音约 2 × 10 － 4 Pa ；在房间中的 高声谈话声〔相距 l m 处 ) 约 0.05Pa ～0.1Pa ； 交响乐演奏声 ( 相距 5m － 10 m 处 ) 约0.3Pa ； 飞机的强力发动机发出的声音 ( 相距 5m 处 ) 约 200Pa 。
dB(A)
110 105 100
95 90 85 80 75 70
1000
直径D=68mm
直径D=62mm
直径D=56mm
2000
3000
4000
5000
6000
rp２m００7年绿创汽车排气系统设计研究班
消声器安装位置初步设计
消声器安装位置越靠近发动机消声效果越好，但 是通常在发动机附近由於受到空间的限制，很难 安装消声器，所以消声器通常安装得比较靠后。
排气系统中温度很 高，材料在这样的高 温气体环境中很容易 腐蚀； 消声器都是薄板材 料制造的，在机械振 动和气流冲击下，很 容易辐射噪声； 结构设计(包括材料) 必须满足一定的刚度 和强度要求。
在汽车排气 消声器设计 中，成本的 因素有时是 决定性的。在 消声器设计时 必须加以考虑
要达到良好的消声 效果，消声器的容 积应该越大越好， 但是排气系统能 够安装的空间都非 常有限。所以往往 是在限定的空间内 来设计消声器。
２００7年绿创汽车排气系统设计研究班
计权网络
计权网络实际上是一种电子滤波线路，是按照等响曲线所表示的人 耳对声音频率的响应而设计的。在声级计中一般都设计了A、B、C三条 计权网络，C计权网络是模拟等响曲线中100phon曲线而设计的。B计权 网络是对应模拟等响曲线中70phon曲线，A计权网络是模拟等响曲线中 40phon曲线而设计的，它对1000Hz以下的声音有较大的衰减。用A计权 网络测量出来的噪声强度，与人耳对噪声的主观感觉比较接近，它也与 人耳听力损伤程度相对应，A声级的单位记作dB（A）或dBA。A声级在 噪声测量和评价中应用最为广泛。
10Ln /10
j1
当L1=L2=……=Ln时，上式就简化为：
20log10 n*10Ln/202 0lo g 1 01 0L n/2 0 1 0lo g 1 0n
Ln10log10n
２００7年绿创汽车排气系统设计研究班
声音叠加的例子 70dB+70dB+70dB+70dB+70dB=?
２００7年绿创汽车排气系统设计研究班
声压
1.声压:设体积元受声扰动后压强由 P0 改变为Pl ，则由声扰动产生
的逾量压强 ( 简称为逾压 ) 就称为声压。
pp1p0
2.瞬间声压 :在Байду номын сангаас定时间间隔中最大的瞬间声压值称为峰
值声压或巅值声压。
3.有效声压:在一定时间间隔中，瞬时声压对时间取均方
根值称为有效声压
10log10(4
400)
0c0
11
S P LL w 2 0lo g 1 0r 1 1
在自由声场中，已知10m处的声压级为60dB,求100m处的声压级。40dB
２００7年绿创汽车排气系统设计研究班
声音的叠加
60分贝加60分贝只等於63分贝。下面的公式解释声音相加的原理 :即 声压级分别为L1,L2……Ln声音叠加,总声压级L的计算过程
III<1mm; 强 度 /刚 度 : 插管深度>5mm; 薄板压肋; 消声 口 /吊钩 /支 架 加保护; 共 振 /辐 射噪声 考 虑
安装方便; 重量轻巧; 不得怠速 反复加油;
表面防锈处理; 法兰发兰; 吊钩/螺栓镀 ZrCl; 不锈钢焊条 /焊道喷 漆; 表面: 无 划伤 ;无 焊渣 ;焊 道 均匀;焊高 3mm; 标识: 标识安主机厂要求; 标识清楚; 代码/批次号正确 ; 包装: 标 识 /数 量 /重 量 /强 度 /运输安全 /装卸方便
ti
i
Lp--A声级，dB（A）
L A i --第i个频带的声压级，dB
L i --第i个频带的A计权网络修正值，dB
２００7年绿创汽车排气系统设计研究班
A声级的计算
例 ： 某人一天工作 8 小时，其中 4 小时在90dB的噪声下工作， 3
小时在的85dB噪声下工作， 1 小时在80dB噪声下工作，计算等效连续 A 声级。
排气系统噪声源
发动机
机械噪声
尾管噪声
冲击噪声
辐射噪声
• 尾管空气噪声 • 振动噪声 • 辐射噪声 • 机械噪声
２００7年绿创汽车排气系统设计研究班
２００7年绿创汽车排气系统设计研究班
２００7年绿创汽车排气系统设计研究班
２００7年绿创汽车排气系统设计研究班
消声器的初步设计
２００7年绿创汽车排气系统设计研究班
对于二级消声器，通常前置消声器安装位置要求 尽可能靠近发动机排气口。
２００7年绿创汽车排气系统设计研究班
２００7年绿创汽车排气系统设计研究班
２００7年绿创汽车排气系统设计研究班
２００7年绿创汽车排气系统设计研究班
排气管初步设计
为了降低消声器的阻力损失和气流再生噪声， 保证消声器正常工作，必须降低消声器和管道中 的气体流速。对于汽车排气消声器中的气体流动 速度，一般气流速度控制在50-60m/S之间。可根 据发动机排量初步计算确定排气管直径。
D2 Q
２００7年绿创汽车排气系统设计研究班
管径与排气噪声关系
GB18352.3;
GB1495; G B／ T18377;
Q C /T 6 3 0 ;
Q C /T 6 3 1 ;
材 料 :SUH409L/ S A ID /45/20/10/3
04/ZG200-400/3 04 等 螺栓: M 10/12X 1.25 管 壁 厚 :1.5 板厚: 0.5/0.6/0.8/1.0/1.
人们在夜间对噪声比较敏感，近年来在等效连续 A 声级的基础上又提 出了昼夜等效 A 声级的概念来评价环境噪声。对于夜里 22 时起到次 日晨 6 时之间的声压级，作了附加 10dB的处理。昼夜等效 A 声级可 以表示为
２００7年绿创汽车排气系统设计研究班
消声器质量特性
２００7年绿创汽车排气系统设计研究班
2/1.5/2 载 体 :堇 青 石 衬垫: 3100/4070/6200; 关键尺寸: 联 接 尺 寸 (法 兰 角 度 /中 心 距 /螺 栓垂直度 /吊钩/ 支 架 等 位 置 ); 装配尺寸 :共振 隔板无间隙
不能影响通过高 度; 柔性联接: 波 纹 管 /球 面法 兰 安装方便: 间隙保证>20mm; 油 箱 ,运 动 件 间 保 证 >50mm 螺栓板子尺寸; 氧传感器角度; 催化器距排气口 距离欧 II<1.5m;欧
式中：Lw——声功率级（dB）； W—— 声功率（W）； W0—— 基准声功率，为1012 W。
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声压级和声强级的比较
声压级与声强级数值上近于相等
如果在测量时条件恰好是 : 0c0 400
则 SIL ＝ SPL ；对一般情况，声强级与声压级将相差一个修正项 ， 它通常是比较小的。
北京绿创环保设备股份有限公司 汽车排气系统设计所 吴帮玉
２００7年绿创汽车排气系统设计研究班
声学的基本概念
２００7年绿创汽车排气系统设计研究班
目录
1.声 压、声压示例、声压级、声强级、声功率级 2.声压级和声强级的比较 3.自由声场中的声压级 3.室内声场中的声压级和声功率级 4.声音的叠加及分贝的相加、相减 5.计权网络，A、B、C声级及A声级的计算
２００7年绿创汽车排气系统设计研究班
汽车排气系统产品质量特性
性能
寿命
可靠性
安全性
经济性
功能方面
零部件方面
结构方面
操作方面
外观方面
排 气 背 压〈 50KPa； 插 入 损 失 ： 28dB ； 整车定置噪声： 85dB； 整车通过噪声： 74dB； 气流速度： 50-60m/s； 密 封 :30L/m in 排 气 限 值 ：HC：0.2 CO： 2.3NOX:0.15; 装载密度 :>0.7 推 力 :<6m m /2000N 密 封 :不 准 漏 气 标准:
２００7年绿创汽车排气系统设计研究班
声压级
1.人的耳朵有一个很“奇怪”的特点、当耳朵接收 到声振动以后，主观上产生的“响度感觉”并不 是正比于强度的绝对值，而是更近于与强度的对 数成正比。
2.声压级 声压级以符号 SPL 表示
SPL20log10
pe pref
(dB)
参考声压 p ref 一般取为 2 × 10 － 5 Pa
２００7年绿创汽车排气系统设计研究班
２００7年绿创汽车排气系统设计研究班
声强级、声功率级
声强级 声强级用符号 SIL 表示
SIL10log10
I Iref
(dB)
声功率级 :声功率级用符号Lw表示
Lw
10log10
w w0
参考声强 I ref 一般取 10 － 12 W ／ m 2 。这一数值是与考声压 2 × 10 － 5 Pa 相对应的声强 ( 计算时取空气的特性阻抗 400 N · s ／ m) ，这也是 1kHz 声音 的可听阈声强。
L L n 1 0 l o g 1 0 n 7 0 1 0 l o g 1 0 5 7 7 d B
一个人讲话为声压级60dB，一百个人 同时讲话声压级为? 80dB 60dB+70dB=? 60dB+65dB=?
２００7年绿创汽车排气系统设计研究班
声压级的叠加(分贝的相减)
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： 设有背景噪声时测得的噪声为LP ，背景噪声为LP1，机器 实际噪声级为LP2由题意可知 LP - LP1 =4dB 从图7-2中可查得ΔLP = 2.2dB,因此该机器的实际噪声声级为： LP2 = LP -ΔLP = 104dB-2.2dB = 101.8dB
２００7年绿创汽车排气系统设计研究班
２００7年绿创汽车排气系统设计研究班
等响曲线
２００7年绿创汽车排气系统设计研究班
A声级的计算
在噪声测量中经常需要由倍频带或1/3倍频带声压级计算 A声级，可用计权网络数据进行声级叠加方法计算：
10 t (LAi Li )/10 i
Lp 10log10 i
Ln
20log10
pn pref
pn pref10Ln/20
n
P p12p22...Pn2 pref
10Ln /10
j 1
２００7年绿创汽车排气系统设计研究班
L
20log10
p pref
20log10
pref
n
10Ln /10
j 1
pref
n
20log10
２００7年绿创汽车排气系统设计研究班
消声器设计过程
排气系统-初步设计:
汽车排气消声器是一种高温、高速的脉动气流噪声，当发动机工作
排气系统性能指标 时，气缸内的废气随排气口间断开闭而周期性地喷射到排气管内,它的声
源非常复杂。在系统设计时有如下要素需要考虑：
排放 噪声 振动 功率损失 可靠性
２００7年绿创汽车排气系统设计研究班
排气系统总成在 正常工作条件下 使用 3 年或 6 万公 理;镀锌 NSS77h； 镀 ZrClNSS144h； 喷漆 NSS240h。
产品安全：防护 整车安全隔热防 火
催化器衬垫保 护; 消声器隔板 /插 管牢固; 不得有虚焊;
维 修 方 便 ：适 当 地 方 加 法 兰联接。 使 用 经 济 性 ：阻 力 小 油 耗 低。
消声器设计要素
消声器设计要求
声学特性要求 空气动力学要求 机械和材料要求
成本要求
安装空间限制
消声器的目的 就是减少声能的 传递。
如传递损失、 噪声降低量和插 入损失。
通常用声压级和 频谱进行分析。
消声器两边的 压力差太大，气 流阻力也会增加 ，发动机的功率 就会下降。
通常用排气背 压静压或动压进 行分析
２００7年绿创汽车排气系统设计研究班
自由声场中的声压级
在自由声场中，Lw为声源的声功率级，求距声源r米处的声压级Lp 。
w 4 r 2 pe2 0c0
Lw
10log10
w w0
10log10(4r0c20pe2
*400) p2
ref
SPL20log10r10log10(4400c00)
pe
1 T p2 dt T0
２００7年绿创汽车排气系统设计研究班
声压示例
声压大小的典型例子： 人耳对 1kHz 声音的可听阈 ( 即刚刚能觉察到
它存在时的声压 ) 约 2 × 10 － 5 Pa ；微风轻轻 吹动树叶的声音约 2 × 10 － 4 Pa ；在房间中的 高声谈话声〔相距 l m 处 ) 约 0.05Pa ～0.1Pa ； 交响乐演奏声 ( 相距 5m － 10 m 处 ) 约0.3Pa ； 飞机的强力发动机发出的声音 ( 相距 5m 处 ) 约 200Pa 。
dB(A)
110 105 100
95 90 85 80 75 70
1000
直径D=68mm
直径D=62mm
直径D=56mm
2000
3000
4000
5000
6000
rp２m００7年绿创汽车排气系统设计研究班
消声器安装位置初步设计
消声器安装位置越靠近发动机消声效果越好，但 是通常在发动机附近由於受到空间的限制，很难 安装消声器，所以消声器通常安装得比较靠后。
排气系统中温度很 高，材料在这样的高 温气体环境中很容易 腐蚀； 消声器都是薄板材 料制造的，在机械振 动和气流冲击下，很 容易辐射噪声； 结构设计(包括材料) 必须满足一定的刚度 和强度要求。
在汽车排气 消声器设计 中，成本的 因素有时是 决定性的。在 消声器设计时 必须加以考虑
要达到良好的消声 效果，消声器的容 积应该越大越好， 但是排气系统能 够安装的空间都非 常有限。所以往往 是在限定的空间内 来设计消声器。
２００7年绿创汽车排气系统设计研究班
计权网络
计权网络实际上是一种电子滤波线路，是按照等响曲线所表示的人 耳对声音频率的响应而设计的。在声级计中一般都设计了A、B、C三条 计权网络，C计权网络是模拟等响曲线中100phon曲线而设计的。B计权 网络是对应模拟等响曲线中70phon曲线，A计权网络是模拟等响曲线中 40phon曲线而设计的，它对1000Hz以下的声音有较大的衰减。用A计权 网络测量出来的噪声强度，与人耳对噪声的主观感觉比较接近，它也与 人耳听力损伤程度相对应，A声级的单位记作dB（A）或dBA。A声级在 噪声测量和评价中应用最为广泛。
10Ln /10
j1
当L1=L2=……=Ln时，上式就简化为：
20log10 n*10Ln/202 0lo g 1 01 0L n/2 0 1 0lo g 1 0n
Ln10log10n
２００7年绿创汽车排气系统设计研究班
声音叠加的例子 70dB+70dB+70dB+70dB+70dB=?
２００7年绿创汽车排气系统设计研究班
声压
1.声压:设体积元受声扰动后压强由 P0 改变为Pl ，则由声扰动产生
的逾量压强 ( 简称为逾压 ) 就称为声压。
pp1p0
2.瞬间声压 :在Байду номын сангаас定时间间隔中最大的瞬间声压值称为峰
值声压或巅值声压。
3.有效声压:在一定时间间隔中，瞬时声压对时间取均方
根值称为有效声压
10log10(4
400)
0c0
11
S P LL w 2 0lo g 1 0r 1 1
在自由声场中，已知10m处的声压级为60dB,求100m处的声压级。40dB
２００7年绿创汽车排气系统设计研究班
声音的叠加
60分贝加60分贝只等於63分贝。下面的公式解释声音相加的原理 :即 声压级分别为L1,L2……Ln声音叠加,总声压级L的计算过程
III<1mm; 强 度 /刚 度 : 插管深度>5mm; 薄板压肋; 消声 口 /吊钩 /支 架 加保护; 共 振 /辐 射噪声 考 虑
安装方便; 重量轻巧; 不得怠速 反复加油;
表面防锈处理; 法兰发兰; 吊钩/螺栓镀 ZrCl; 不锈钢焊条 /焊道喷 漆; 表面: 无 划伤 ;无 焊渣 ;焊 道 均匀;焊高 3mm; 标识: 标识安主机厂要求; 标识清楚; 代码/批次号正确 ; 包装: 标 识 /数 量 /重 量 /强 度 /运输安全 /装卸方便
ti
i
Lp--A声级，dB（A）
L A i --第i个频带的声压级，dB
L i --第i个频带的A计权网络修正值，dB
２００7年绿创汽车排气系统设计研究班
A声级的计算
例 ： 某人一天工作 8 小时，其中 4 小时在90dB的噪声下工作， 3
小时在的85dB噪声下工作， 1 小时在80dB噪声下工作，计算等效连续 A 声级。
排气系统噪声源
发动机
机械噪声
尾管噪声
冲击噪声
辐射噪声
• 尾管空气噪声 • 振动噪声 • 辐射噪声 • 机械噪声
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２００7年绿创汽车排气系统设计研究班
２００7年绿创汽车排气系统设计研究班
消声器的初步设计
２００7年绿创汽车排气系统设计研究班
对于二级消声器，通常前置消声器安装位置要求 尽可能靠近发动机排气口。
２００7年绿创汽车排气系统设计研究班
２００7年绿创汽车排气系统设计研究班
２００7年绿创汽车排气系统设计研究班
２００7年绿创汽车排气系统设计研究班
排气管初步设计
为了降低消声器的阻力损失和气流再生噪声， 保证消声器正常工作，必须降低消声器和管道中 的气体流速。对于汽车排气消声器中的气体流动 速度，一般气流速度控制在50-60m/S之间。可根 据发动机排量初步计算确定排气管直径。
D2 Q
２００7年绿创汽车排气系统设计研究班
管径与排气噪声关系
GB18352.3;
GB1495; G B／ T18377;
Q C /T 6 3 0 ;
Q C /T 6 3 1 ;
材 料 :SUH409L/ S A ID /45/20/10/3
04/ZG200-400/3 04 等 螺栓: M 10/12X 1.25 管 壁 厚 :1.5 板厚: 0.5/0.6/0.8/1.0/1.
人们在夜间对噪声比较敏感，近年来在等效连续 A 声级的基础上又提 出了昼夜等效 A 声级的概念来评价环境噪声。对于夜里 22 时起到次 日晨 6 时之间的声压级，作了附加 10dB的处理。昼夜等效 A 声级可 以表示为
２００7年绿创汽车排气系统设计研究班
消声器质量特性
２００7年绿创汽车排气系统设计研究班
2/1.5/2 载 体 :堇 青 石 衬垫: 3100/4070/6200; 关键尺寸: 联 接 尺 寸 (法 兰 角 度 /中 心 距 /螺 栓垂直度 /吊钩/ 支 架 等 位 置 ); 装配尺寸 :共振 隔板无间隙
不能影响通过高 度; 柔性联接: 波 纹 管 /球 面法 兰 安装方便: 间隙保证>20mm; 油 箱 ,运 动 件 间 保 证 >50mm 螺栓板子尺寸; 氧传感器角度; 催化器距排气口 距离欧 II<1.5m;欧
式中：Lw——声功率级（dB）； W—— 声功率（W）； W0—— 基准声功率，为1012 W。
２００7年绿创汽车排气系统设计研究班
声压级和声强级的比较
声压级与声强级数值上近于相等
如果在测量时条件恰好是 : 0c0 400
则 SIL ＝ SPL ；对一般情况，声强级与声压级将相差一个修正项 ， 它通常是比较小的。