关于噪音的测量

关于噪音的测量
钱大馨
一. 基本知识
1. 声速c ：
在空气中：344m/s (20℃，标准大气压下)
331.5m/s (0℃，标准大气压下)
在水中：1450m/s
2. 声压p ：声波使大气压力产生起伏，此起伏超过静压的量称为声压，单位为N/m 2；均方根声压为：()∫=T
02e e dt p T 1p 。

3. 声强I ：在垂直于声波传播的方向上，单位时间内通过单位面积的声能，单位为W/m 2。

4. 声功率w ：声源在单位时间内辐射的总声能量，单位为W 。

对于自由声场：
c
p I 2⋅=ρ ρ＝介质密度 2
r r 4w I ⋅=π r = 离声源的距离 5. 听阈p o ：人耳刚刚能听到的声压。

在1000Hz 时，p o =2×10－5 N/m 2，I o =10-12 W/m 2，w o =10-12 W 。

6. 声压级： o
p p p 20log L =(分贝) 声强级： o I I I 10log
L = (分贝)
声功率级：o
w w w 10log L =(分贝) 7. 分贝的加法：两噪音分贝相加，则在较高的分贝级上加一增值ΔL 。

ΔL
取决于相加两分贝的差值，由下表查出： L Ⅰ-L Ⅱ
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ΔL 3.0 2.5 2.1 1.8 1.5 1.2 1.0 0.8 0.6 0.5 0.4 由上表可见，两噪音分贝相差愈大，相加后的增值愈小。

相差10分贝以上，低分贝噪音可忽略不计。

这就是为什么设计噪音室时，要控制本底噪音小于被测噪音10分贝以上的缘故。

8. 频带：
可听声的范围为20～20000Hz 。

将此范围分为几个波段，就是频带或频程。

在噪音测量中，通常用倍频程和1／3倍频程。

目前常用的倍频程的中心频率为：
31.5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 和16000Hz 1／3倍频程就是把上述每个频程再一分为三，此时所用的中心频率为： 40 50 63 80 100 125 160 200 250 320 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3200 4000 5000 6300 8000 10000 12500 16000
以此频带为横坐标，将在各频带测得的噪音标为纵坐标，即得到噪音频谱。

9. 声波的衰减
i. 对于点声源(声源尺寸比测点到声源的距离小得多)：
两点之间：
1
2pr2pr1r r 20log L -L = 当距离加倍(r 2/r 1=2)时，噪音衰减6分贝。

ii. 对于线声源：
两线之间：
1
2pr2pr1r r 10log L -L = 当距离加倍(r 2/r 1=2)时，噪音衰减3分贝。

10. 响度和响度级
人耳对声音的感觉，不仅和声压有关，而且和频率有关。

通常对高频感觉灵敏，对低频感觉迟钝，所以声压级相同而频率不同的声音，听起来是不一样响的。

为此，引进了一个响度的概念，选取1000Hz 纯音为基准声音，凡是听起来同该纯音一样响的声音，其响度级值就等于这个纯音的声压级值(分贝)，记为L s ，单位为方。

由于人耳的这种特点，在声学测量中根据不同使用场合的需要，设计了A 、B 、C 三种计权网络，它使所接收的声音按不同的程度滤波。

11. A 声级：模拟人耳对40方纯音的响应，它使信号通过时，1000Hz 以下
的低中频段有较大的衰减。

用A 计权测得的噪音值与人耳对声音的感觉较为接近，故常用它来代表噪音的大小，称为A 声级，记为dBA 。

此外还有B 声级，是模拟人耳对70方纯音的响应；C 声级，是模拟人耳对100方纯音的响应。

二. 关于消音室的设计要求
1. 消音室有全消音室(自由场)和半消音室(反射平面上方的自由场)两种，设
计消音室基于以下两个前提：
i. 声源产生的混响场可忽略不计。

ii. 计量的球或半球的半径应能使得其表面位于声源的远辐射场中。

由此，产生以下要求。

2. 消音室的设计要求
i. 有足够的体积。

为了能在声源辐射的远场中作测量，测试室的体积至少要大于被测声源体积200倍。

这样，传声器可放在被测声源的远辐射场中，又不致太靠近测试室的吸声表面。

所谓远场，可以假定为从离声源2a 的距离开始，这里a 的较保守的数值是最大的声源尺寸。

测量表面至少离开测试室吸声面λ／4，这里的λ是最低测试频带中
心频率的声波波长。

例如，截止频率是100Hz，则λ／4＝0.86m。

ii.在测试频率范围内，吸声界面上具有很大的声吸收。

墙面和天花板的垂直入射能量吸收系数在测试频率范围内应等于或大于0.99。

在
全消音室中，地面的吸声处理应与墙面和天花板相同。

在半消音室
中，地面应是坚硬光滑的平面，垂直入射能量吸收系数在测试频率
范围内应不大于0.06。

满意的表面吸声处理是将吸声材料制成尖劈。

尖劈的垂直入射能量
吸收系数在测试频率范围内应大于0.99。

有时可在尖劈后留一小空
腔(目前我们均做成100mm)。

在一般情况下，尖劈加空腔的总厚度
应大于λ／4。

空腔为100mm时，尖劈长约为750mm。

iii.除了和被测的声源有关的以外，应没有声学反射面和障碍物。

在全消音室中，地面可由不锈钢网格组成，此时，钢筋直径应小于2.5mm，
间隔约为2～5cm。

iv.足够低的背景噪音。

在传声器的位置上，背景噪音的声压级至少比被测声源的声压级低6dB，最好低12dB。

降低背景噪音的方法是用
质量大的墙将消音室围住，然后将整个消音室的结构放置在隔振器
上，使其固有频率降至5Hz以下，以防声音通过振动传入。

v.关于消音室内的温、湿度控制。

很多器件使用时产生的噪音与其使用时的温湿度环境条件有关，如房间空气调节器就是如此。

为此，
测定被测声源的噪音时，需要规定测定时的环境温、湿度条件，这
样的消音室的设计还需配置一套控制温、湿度条件的空调系统。

空
调系统工作时要产生很大的噪音，所以它必须设置在所设计的声学
环境以外，同时要消除为了控制温、湿度而必须通过消音室进行循
环的空气中的噪音，并将其抑制在该消音室所要求的本底噪音以下。

这是一个专门的话题，这里不进行讨论。

三.噪音的测量和评价
1.客观测量法：即指通过仪器进行测量，通常在消音室或半消音室中进行。

i.声压级的测量：噪音源的声压级是离噪音源距离的函数，在相关的
产品标准中，规定了被测的噪音源的安装方法和声级计离噪音源的
距离，按规定进行测量即可。

ii.声功率计测量：声功率级是噪音源本身的特性，与测量的方法和距离等无关，因而较好地反映了声源的特性。

Ø声源的安装：如果声源在使用时是由坚硬表面支撑的，则应安装在半消音室内。

如果不是这种安装，则可考虑将声源放置在全消
音室的中心附近。

Ø测量表面：要测定声源的声功率，首先要测出包围声源的假想球面或半球面的测量表面上的表面声压级，然后计算出声源辐射的
声功率级。

Ø测量球面或半球面半径的确定：
•假想球面的中心最好等于声源的声中心，在半消音室中应为此声中心在地面上的投影。

但通常声中心是未知的，因此所
选定的声中心应在测试报告中注明。

•假想球面的半径应等于或大于声源主要尺寸的2倍。

•传声器的位置应位于消音室合格的区域。

Ø传声器的放置：按标准的规定。

iii.频谱相消法：对于无法在消音室或半消音室中进行噪音测量的声源，如装在汽车上的汽车空调，可用此法。

即在空调关闭时，测出本底
的噪音频谱，然后在空调打开时再测出本底加空调的噪音频谱，两
个频谱相减，再按A声级计权，即可测得空调的噪音。

此方法理论
上行得通，但在实用上误差较大。

2.主观评价法：用仪器来测定噪音似乎很精确，但仪器代替不了人耳的感
觉，特别是对一些猝发声，仪器是无能为力的。

因此，对许多产品噪音的评价，除了用仪器测量外，都设置了由有经验的测试员实听，进行主观评价，特别是在开发研制阶段。

房间空调一般应在实听室内进行，实听室应按接近于居室的声学条件进行设计。

汽车空调一般应在带转鼓的汽车消音室内进行。

实听测试员一般由3人以上组成，评价用评分制。