机械设备的噪声测量及评定

公式（ １１） ：
Δｆ ＝ ｆＨ － ｆＬ ＝（ ２ｎ－ １） ｆＬ
（ Ｈｚ）
频带的中心频率 ｆ０ 见公式（ １２） ：
ｆ０ ＝（ ｆＨｆＬ） １／２
（ Ｈｚ）
２．１．２ 频谱
（ １１） （ １２）
通过噪声测量仪器， 测量出噪声在每个频带内的
各种频率成分的合成声压级， 称为频带声压级， 以频
带中心频率为横坐标， 频带声压级或声功率级为纵坐
（ ３） 当声压级大于 １００ｄＢ 时， 等响曲线已逐渐拉
开。这说明声音强到一定程度， 人耳已不易分辨出高、
低频声音， 声音的响度几乎只决定于声压级而与频率无
关。
响度级是相对量， 是不能用算术加减的。为了计
算绝对值和百分比， 引出一个响度概念， 单位为宋。响
度与人的主观感觉成正比。它主要是声压的函数， 但
（ １） 在自由声场中
自由声场是指没有声波反射的声波空间， 在自由
声 场 中，声 源 幅 射 球 面 波 ， 声 源 周 围 的 平 均 声 压 级 Ｌｐ
与声源声功率级 Ｌｗ 之间的关系见公式（ ３） 。
Ｌｗ＝Ｌｐ＋１０ｌｇＳ＋１０ｌｇ ［（ １０１３２０／Ｐｃ） ×（ Ｔａ／２９３） １／２］（ ｄＢ）
（ ２０Ｈｚ～２００００Ｈｚ） 范围内。噪声的声压级或声功率级
分布情况。这就需要对噪声进行频谱分析。
２．１．１ 频程
对噪声进行频谱分析时， 我们不可能， 也没有必
要对可听频率范围的每一个频率逐一测量。为方便和
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《 宁夏机械》 ２００６ 年第 ４ 期
实际上的需要， 通常把可听频率的范围划分成若干个
（ ３） 式中： ＬＷ — 声功率级， ｄＢ；（ 参考声功率 Ｗ０ ＝ １０－１２ Ｗ）
ＬＰ — 平均声压级， ｄＢ；（ 基准声压 Ｐ０ ＝ ２×１０－５ Ｐａ ）
（ 若各点所测声压级的最大和最小值之差小于 ５ｄＢ
时， 取测点声压级的算术平均值； ）
Ｓ — 透声面积， ｍ２；
Ｔａ — 空气绝对温度， °；
Ｐ — 声压，（ Ｐａ） ；
Ｐ０ — 基准声压 ， 为 ２×１０－５（ Ｐａ） ， 是 １０００ 赫的 听阈声压。
采用声压级来表示声音的大小后， 我们就可以把
声压的 １ 百万倍的变化范围， 改变为 ０～１２０ｄＢ 的变
化 范 围 。即 使 声 压 高 达 数 百 帕 的 喷 气 飞 机 的 强 烈 噪 声 ，
瓦 。因此， 与声压相同， 声功率在声学中也常以声功
率级的形式来表示。声功率级的定义为： 声功率与基
准声功率之比值的常用对数乘以 １０。 声功率级通常
用 Ｌｗ 表示， 单位是 ｄＢ， 见公式（ ２） 。
Ｌｗ ＝ １０ｌｇ（ Ｗ／Ｗ０） （ ｄＢ）
（ ２）
式中： Ｌｗ — 声功率级， ｄＢ；
Ｗ — 声功率， Ｗ；
ＬＷ ＝ ＬＰ ＋ １０ｌｇＲ— ６ （ ｄＢ）
（ ７）
式中： Ｒ — 房间常数， Ｒ＝（ Ｓｋ） ／（ １－ ｋ） ；
Ｓ — 房间总表面积， ｍ２；
ｋ — 房间平均吸声系数 ｋ ＝ΣＳｉαｉ ／ ΣＳｉ；
Ｓｉ — 局部材料构成的表面积， ｍ２；
αｉ — 与局部材料相对的材料吸声系数（ 见表 １） 。
示， 单位是 Ｎ／ｍ２ ， ＳＩ 单位为帕（ Ｐａ） 。１Ｎ／ｍ２＝１Ｐａ
正常 人耳 刚 刚能 听 到的 声音 的 声压 是 ２×１０－５Ｐａ，
称为阈声压。普通谈话声的声压是 ２×１０－２￣７×１０－２Ｐａ。
对于通风机来说，在噪声恶劣的情况下，也可达到 ２０Ｐａ
高的声压。此声压使人耳开始产生疼痛的感觉， 称为
声压级（ ｄＢ， 以 ２×１０－ ５Ｎ／ｍ２ 为基准）
正常双耳最 小可听声场
方 频 率
图 ２ 等响曲线
从图 ２ 等响曲线可以看出：
（ １） 人 耳 对 高 频 声 音 ， 特 别 是 ３０００Ｈｚ～４０００Ｈｚ
的声音最敏感； 而对低频声音特别是 １００Ｈｚ 以下的声
音不敏感。例如同样的响度级 ５０ 方， 对 １０００Ｈｚ 的声
音， 其声压级为 ５０ｄＢ， 对 ３０００Ｈｚ～４０００Ｈｚ 的声音其声
压级为 ４２ｄＢ。
（ ２） 当声压级小和频率低时， 对某一声音来说， 声
压级（ 分贝） 和响度级（ 方） 的差别 很 大， 如 声 压级 为
５０ｄＢ 时， ３０Ｈｚ 的特低频声音的响度级还不到 ０（ 方） ，
６０ 赫的低频声音的响度级仅为 ２５ 方。
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《 宁夏机械》 ２００６ 年第 ４ 期
机械设备的噪声测量及评定
刘宏年
（ 陕西省机械研究院， 陕西 咸阳 ７１２０００）
摘 要 对通用机械设备在运动中产生的噪声及噪声的物理量进行了探究。介绍了各类噪声的声压 测量仪器的工作原理及功能。分析了我国噪声测量技术的发展趋势。
关键词 设备 噪声 测量 仪器
１．２．３ 在半混响声场中
半混响声场是介于自由声场和混响声场之间的
声场： 普通车间常属于这种声场。在半混响声场中； 声
功率和平均声压级 可按公式（ ８） 确定。
Ｌｗ ＝ ＬＰ － １０ｌｇ（ Ｑ／４πｒ２ ＋ ４／Ｒ） （ ｄＢ）
（ ８）
式中： Ｑ — 指向性因数。
Ｑ＝ ４（ 角的中间）
Ｑ＝ ２（ 大 的 墙 壁 ）
Ｑ＝ １（ 空间） Ｑ＝ ８（ 角）
图 １ 指向性系数示意图
按图 １ 所示， 声源如放在半混响声场中心， 即悬挂
在空中， 指向因数取 Ｑ＝１。若声源置于坚硬的地面上即
放于车间和实验室大多数机器放置的位置上， 取 Ｑ＝２。
若声源置于坚硬的地面上二分之一空间内， 则 Ｑ 取 ４。
若声源置于坚硬的地面上四分之一空间内， 即墙角位
置上， 则 Ｑ 取 ８。在一般情况下， Ｑ 取 ２。因此， 公式（ ８）
可以转化为公式（ ９） 。
Ｌｗ ＝ ＬＰ － １０ｌｇ（ １／２πｒ２ ＋ ４／Ｒ） （ ｄＢ）
（ ９）
１．２．４ 标准声源法（ 置换法）
用一标准声源进行比较测量的方法。所测声源的
声功率级见公式（ １０） 。
Ｌｗ ＝ ＬＷ０ ＋ （ ＬＰ － ＬＰ０） （ ｄＢ）
该噪声源的响度级就是 ８５ 方。
可见， 响度级既考虑了噪声的物理效应， 也考虑
了噪声对人耳听觉的生理效应。它是人们对噪声的主
观评价的基本量之一。它把声压级和频率用一个单位
统一起来了。
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利用与标准纯音比较的方法， 就可以得到整个可 听频率范围内的纯音的响度级。通过大量的试验， 可 以得到图 ２ 的等响曲线， 该曲线族中每一条曲线代表 一定响度级（ 方） 的声音。
大的变化。
１．２．２ 声功率、声功率级
声波作为一种波动的形式， 它必然伴随着能量的
传播。对于一定的声场来说， 声波的能量是恒定的， 并
用声功率和声功率级来表示。
声功率是声源在单位时间内幅射出来的总的声
音能量， 通常用 Ｗ 来表示， 单位是瓦。
声功率的大小范围也很宽， 如： 轻声耳语的声功
率仅为 ０．００１ 微瓦， 而喷气飞机的声 功 率高 达 １００００
的总称。
噪声是声波的一种强烈传播形式， 因此它具有声
波的一切特性。
１．２ 噪声的基本物理量
１．２．１ 声压与声压级
声波是一种传播在媒介中的疏密波， 由于声波的
存在和传播， 引起大气压发生变化， 这个压力的变化
量就称为声压。声音越强， 声压也越大， 因此， 可以用
声压的大小来衡量声音的强弱。声压通常用 Ｐ 来表
上的声源， Ｓ＝２ｒ２。声功率级则见公式（ ６） 。
ＬＷ ＝ ＬＰ ＝ ２０ｌｇｒ＋８
（ ｄＢ）
（ ６）
式中： ｒ — 测点距声源中心的距离， ｍ。
（ ２） 在混响声场中
混响声场指声波得到均匀反射的声波空间。在混
响声场中， 声源周围的平均声压级 ＬＰ 与声源声功率级
ＬＷ 之间的关系见公式（ ７） 。
作者简介： 刘宏年（ １９５３－ ） ， 男， 工程师， 主要从事机械产品质量检验与管理。
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《 宁夏机械》 ２００６ 年第 ４ 期
技术交流
Ｗ０ — 基准声功率， Ｗ；
Ｗ０ ＝ １０－１２（ Ｗ）
声功率级通常是根据声源周围所测得的声压级
计算而得。由于测量环境和方法的不同， 计算声功率
级的方法也不同， 一般可归纳为下列几种：
等因素来评定噪声是十分必要的。
２．２．１ 响度和响度级
根据人耳的听觉特性， 人们引出一个响度级的概
念。其单位是方。它以 １０００Ｈｚ 的纯音作基准声音。凡
是听起来同该纯音一样响的声音， 其响度级的方数就
等 于 这 个 纯 音 声 压 级 的 分 贝 数 。如 某 噪 声 源 听 起 来 与
声压级为 ８５ｄＢ、频率为 １０００Ｈｚ 的基准纯音一样响。则
此， 噪声的评定应包括人耳对噪声的主观感觉因素。
试验表明， 人耳对声音的感觉不仅与声压大小有关。
而且也与声音的频率有关。通常， 人耳对高频声感觉
灵敏， 对低频声感觉迟钝。如大型离心压缩机和活塞
压缩机的噪声的总声压级都是 ９０ｄＢ。但前者是属于高
频噪声， 后者是属于低频噪声。因此， 听起来前者要比
后 者 响 得 多 ，而 且 刺 耳 难 受 。故 同 时 考 虑 声 压 级 和 频 率
也不过为 １４０ｄＢ～１５０ｄＢ。
从公 式（ １） 可 以 看出 ， 声 压级 每变 化 ２０ｄＢ， 就相
当于声压值变化 １０ 倍。每变化 ４０ｄＢ， 相当于声压值变
化 １００ 倍， 每变化 ６０ｄＢ， 就相当于声压值变化 １０００
倍， 因此， 声音增加或降低 ２０ｄＢ 或 ４０ｄＢ， 都 是 一个 相
（ １０）
式中： ＬＷ０ — 标准声源的声功率级， ｄＢ；
ＬＰ — 所测声源数个测点的平均声压级， ｄＢ；
ＬＰ０ — 用标准声源测量时， 在同样测点测得的平
均声压级， ｄＢ。
２ 噪声的频谱与噪声的评定
２．１ 噪声的频谱
噪声是由不同频率的各种声音组成的。在进行噪
声评定或进行噪声控制时， 需要了解在可听频率
标 所 作 的 图 形 就 是 噪 声 的 频 谱 图 。由 频 谱 图 我 们 可 以
清楚地看出噪声在一定频率范围内的声压级分布情
况， 从中可以了解噪声的成分和特性， 这就频谱分析。
２．２ 噪声的评定
人耳是噪声的最后接受收器。要研究噪声就需要
了解人耳对噪声的反应。人耳对噪声的听觉过程不仅
是一个物理过程而且也是一种复杂的生理过程。因
表１
系数α
测试室情况
０．０５０ 水泥、瓷砖等光滑坚硬的墙壁，空房间 ０．１０ 水泥、瓷砖等光滑坚硬的墙壁， 在某种程度上是空的房间
０．１５ 长方形的机械车间
０．２０ 不规整的房间，不规整的机械车间
０．２５ 在天井或墙壁有少量吸声材料的机械车间
０．３５ 在天井和墙壁都有吸声材料的房间
０．５０ 在天井和墙壁装有大量吸声材料的房间
较小的段落， 称为频程、频段或频带。在噪声测 量上，
常采用等对数带宽来划分频程。频程的上限频率 ｆＨ 与 下限频率 ｆＬ 之间应满足的关系式：
ｌｇ２（ ｆＨ ／ ｆＬ） ＝ ｎ 或 （ ｆＨ ／ ｆＬ） ＝ ２ｎ 当 ｎ＝１ 时 ， 为倍 频 程； ｎ＝１／２ 时 ， 为 １／２ 倍 频 程 ；
ｎ＝１／３ 时， 为 １／３ 倍频程。 频带的宽度 Δｆ 可表示为
Ｐｃ — 大气压力， Ｐａ。
如果忽略大气压力和温度的影响， 则亦可表示为
公式（ ４） ：
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ＬＷ ＝ ＬＰ ＋ １０ｌｇＳ
（ ｄＢ）
（ ４）
对于自由空间， Ｓ ＝ ４πｒ２ 声功率级见公式（ ５） 。
ＬＷ ＝ ＬＰ ＋２０ｌｇｒ＋１１ （ ｄＢ）
（ ５）
对 于 半 自 由 声 场 中（ 半 球 面 ） ， 如 放 在 开 阔 地 面
也与频率有关。以 ４０ 方为 １ 宋， 响度级每增加 １０ 方，
响度增加一倍， 如 ５０ 方为 ２ 宋， ６０ 方 ４ 为宋等。其表
达见公式（ １３） ：
Ｌ＝２［ ｌｓ－ ４０ ］ ／１０ （ 宋）
（ １３）
式中： Ｌ — 响度， 宋；
ｌＳ — 响度级， 方。
《 宁夏机械》 ２００６ 年第 ４ 期
１ 噪声
１．１ 声音和噪声
众所周知， 声音产生于振动。我们通常把产生声
音的振动物体称为声源。声源在弹性介质（ 气体、固体
和液体） 中， 以波的方式进行传播。这个弹性波就叫做
声波。一定频率范围的声波作用于人耳就使人们产生
了声音的感觉。对于有声波存在的空间则称为声场。
而噪声就是人们感到烦噪， 讨厌和不需要的声音
痛阈声压。
但是， 从听阈到痛阈， 声压的绝对值相差一百万
倍， 使用起来特不方便。因此人们引出一个成倍比对
数关系的声压级 Ｌｐ 来表示。声压级 Ｌｐ 的单位是分贝
（ ｄＢ） ，它们的数学表达见公式（ １） 。
Ｌｐ ＝１０ｌｇ（ Ｐ／Ｐ０） ２ ＝ ２０ｌｇ（ Ｐ／Ｐ０）
（ １）
式中： Ｌｐ — 声压级，（ ｄＢ） ；