噪声与振动控制2

N 20.1( LN 40 )
2.1.3、计权声级 人耳对不同频率的声音的感觉是不同的，对于高 频声音特别是对与1000-5000赫兹的声音比较敏感，而 对低频声，特别是对100赫兹以下的声音不敏感，即相 同声压级的声音在不同频率处听起来的感觉是不同的， 为了能够使声音的客观度量和人的主观感觉是一致的， 可对测量信号进行滤波处理。在实际中对不同的大小 的声音的滤波处理网络是不同的，一般的有三种网络 即A，B，C。用A滤波网络处理得到的声级称为A声级， 其他依次类推。A计权网络是模拟40方的等响曲线设计 的，相当于人耳对低声压级的响应，B为70方，相当于 人耳对中等声级的响应，C为100方，相当于对高声级 的响应。由于A计权与由宽频带噪声对人的影响的描述 较好，因此一般的情况下的噪声测量中常采用A计权声 级。
（1）有限差分误差
为了求得质点的速度，引入了式:
ur p dt r 1
p r
p r
r
r
p p p1 p2 r r r
当两个传声器之间的距离 r 时，可得到 正确的近似解，但是当时 r ，会得到了完全 错误的结果，因此在测量中应使 r 的取值满 r r 足 ，当选定 时，频率越低，测得的精度越 高，而高频则有一定的测量上限，越小，测量的 上限频率越高。
2.1 噪声的度量 2.1.1、声压级、声强级、声功率级
1）声压级(sound pressure levels)： 定义为测量声压的有效值Pe与参考声压P0的比 值取以10为底的常用对数，在乘20，单位为dB(分 贝)。声压级一般用符号来表示，其数学表达式为
Pe LP 20log (dB) P0
f1 f2
500 1000 2000 4000 8000 16000
声学中常用的一倍频程及1/3倍频程划分如下：
20 200 2000
25 250 2500
31.5 315 3150
40 400 4000
50 500 5000
63 630 6300
80 800 8000
100 1000 10000
125 1250 12500
噪声评价曲线
2.2、 噪声测量 在实际工程应用过程中，对于不同的声学量有不同 的测量方法，而且即使是同一个声学量，在不同的测量 条件下，测量的方法也不相同。本部分主要介绍声压级、 声强级、声功率级等几个主要量在不同情况下的测量原 理，实际测量中的具体要求请参阅相应的国家标准或国 际标准 2.2.1、声压级及声级的测量
声压级dB 140 130 120 110 104 100 95 90 80 60 40 20
应了解的几个数据：
1）人耳能感觉到的声压，从可听阈2×10-5帕的声压到 20帕范围，对应的声压级的变化为0dB到120dB， 2）采用声压级描述声压的大小使声的度量得到了简化 ，声压增大一倍声压级近似增加6分贝。 3）一般的微风轻轻吹拂树叶的声音约为14分贝，在房 中高声讲话约为68-74分贝（相距1米），交响乐队的演奏 约为84dB（5米远），飞机起飞时约为140分贝， 4）一般人耳对声音强弱的分辨能力约为0.5分贝。 2）分贝相加减 例如有两个声源，分别为A、B，其在空间 一点产生的噪声声压级的大小为LA、LB， 则有其在该点产生的声压级的大小应为多 少？
三、等响曲线
对于各个频率的声音与1000赫兹的纯音相比 较，把听起来同样响的个响应的声压级按频率连 接成曲线，这些曲线称为等响曲线，在同一条曲 线上的每个频率的声音在感觉上都一样响，它的 响度级为相应曲线上1000赫兹处的声压级值。 四、响度 声音响的程度，叫响度，响度记为N，单位是宋 （SONE）。定义40方为1宋，每增加10方，响度 增加一倍，其表达关系式为：
由图可见，近似有：
p p p1 p2 r r r
p
1 ( p1 p2 ) 2
进而有：
Ir
1 ( p1 p2 ) ( p1 p2 )dt r
进行傅氏变换经运算，可得到：
1 I m G12 I r ( ) 2 r
2)测量中注意的问题: 基于上述基本原理，声强测量存在如下的 主要几种误差： （1）有限差分误差 （2）相位失配误差 （3）近场测量误差 （4）空气流的干扰
其中：在空气中规定参考声压为2×10-5帕。这个值 是一般人能够察觉到的最低声压。
几中常见的声源的声压级：
噪声源 锅炉排气放 空 大型柴油机 增压器 汽车喇叭 大型风机房 织布机车间 冲床车间 发电机车间 大型卡车 大声讲话 住宅噪声 轻声耳语 环境噪声
位置 离喷口1m 离进气口0.3m 距离1m 离风机1m 织机间走道 离冲床1m 离电机1m 车厢内 距离1m 厨房内 距离0.3m 郊区静夜
2.1.4、等效连续声级
等效连续声级常用符号Leq表示，其数学表达式如下：
1 Leq 10lg t1 t2
p
t1 t2
2
1 p dt 10lg t1 t2
2 r
10
t1 LA 10 t2
dt
当监测时间段长度相等时有:
1 n LAi / 10 Leq 10lg 10 n i 1
160 1600 16000
2.2.2、声强的测量
2.2.2、声强的测量
1）测量原理 在声场中任一点的瞬时声强I：
I p(t )u(t )
其中：p(t)—任一点的声压，u(t)—相应点介质质点 的振动速度。
通常测得的平均声强为:
1 I T
1 I T
p(t )u(t )dt
0
r r
T
沿测量方向的声强：
2.1.5、累积百分声级 对于不规则大幅度起伏变化的噪声，常用A声级统计量 (又称累积百分声级)L10、L50和L90表示，它们分别为测 定时间内出现时间为10%以上，50%以上和90%以上的 A声级值，其中L10表示峰值噪声，L50表示平均噪声， L90表示背景噪声。
3．噪声评价数NR
噪声评价数是评价噪声引起 的烦恼和危害(听力损失和语言干 扰)的参数，是1961年由ISO推荐 的评价噪声的方法。噪声评价数 和倍频带声压级的关系如图所示 。每条曲线的噪声评价数等于频 率为1000Hz声音的声压级，用符 号NR表示。求噪声评价数时，先 将噪声的倍频带声压级画在噪声 评价数曲线上，其中最接近而稍 高的一条NR曲线就是噪声的评价 数。 A声级与噪声评价数NR之间 有一个换算关系，一般NR数比 A声级低3~8dB，平均低5dB。
p(t )u (t )dt p(t )u (t )
0
T
采用双传声器测量声强，实际上就是用距离较近的两点 的声压变化梯度来近似质点的振动速度u(t)。 由运动方程，即动量守恒方程：
u p t r
其中：ρ -介质密度。 可知，速度可表示为压力P的梯度：
ur p dt r 1
上述三个量之间应注意以下的问题：声强级和声功 率级定义前的系数为10，而声压级定义前的系数为 20。因而导致声压增加一倍声强级和声压级增加6 分贝，而声强增加一倍声强级和声压级增加3分贝。 2.1.2、响度级 一、声音的频谱 二、定义 以1000赫兹的纯音为基准，对听觉正常的人进行 大量的比较视听的方法来定出声音的响度级，他的定 义是以频率为1000赫兹的纯音的声压级为其响度级。 也就是说，对于1000赫兹的纯音，它的响度级就是这 个声的声压级，对频率不是1000赫兹的声音，则用 1000赫兹的纯音与这一待定的纯音进行试听比较，调 节1000赫兹纯音的声压级，使它与待定的纯音听起来 一样响，这时1000赫兹纯音的声压级即为待定纯音的 响度级。响度级一般记为LN，单位是方（phon）。
一、测量设备
声级计 可调带通滤波器 频谱分析仪 记录仪
测试仪器----声级计介绍
1）组成: 电容传声器、输入级、衰减器、放大器、计权网络、检波 网络和读出表头及电源等几部分组成
2）分类:
声级计按测量精度和稳定性区分为0，1，2，3四种类型：
A、3级声级计只有A计权网络，适用于室外噪声调查； B、2级普通声级计具有A、B、C三种计权网络，适用 于一般现场噪声测量； C、1级精密声级计除有A、B、C计权网络外，还有外 接滤波器插口，可以进行频谱分析，专供声场可以严格控 制的实验室用； D、0级标准声级计具有严格的准确度和容许极限，仅 作为实验室标准。
2）测量方法 国家标准《GB3222-82城市环境噪声测量方法》规 定了噪声测定的读数方法和表示方法。在读数变动 较少(约1-2dB)时，可读一个估计平均量；若噪声呈 周期性或间歇性变化，读n次值，以它的平均值表示； 在噪声不规则大幅度变化时，每隔5秒钟读取一个A 声级，连续读100个数据(或200个)，按从大到小顺 序排队，在规定测量时间内有N%时间的声级超过某 一声级值LpA，这个LpA值就叫累积百分声级LN。 3）频谱测量 一般的，噪声的频率范围较宽，在噪声控制中往 往需要知道噪声的频谱，为了测量得到噪声的频谱， 需要采用滤波器。噪声测量中经常使用的是1倍频程和 1/3倍频程滤波器，一个频程是指具有一定带宽的频带， 每一频带有上、下边截止频率，并有代表该频带的中 心频率。假定上、下截止频率各为f1和f2的频带，f2> f1， 其中心频率为f0，它们之间的关系为：
噪声与振动控制技术
主讲：宋雷鸣
北京交通大学
噪声控制技术的主要内容： １声学基本原理 ２噪声评价与测量 ３噪声控制技术 第二章 噪声评价与测量 噪声对人的危害是多方面的，为评价噪声对实 际生活的影响，根据不同的应用环境和目的，提出 了多种噪声的评价方法和测量方法，迄今为止噪声 的评价方法已有几十种而测量方法也很多，在此我 们仅给出几种重要的噪声评价方法和测量方法以供 读者参考。
其中：I0为参考声强值，在空气中取为10-12瓦/米2。空 气中的声强参考值I0是与空气中参考声压P0相对应的 声强。 P2 由于有： I c
I LI 10log I0
则有：
P2 I LI 10lg 10lg I0 c
400 P02 L 10 lg P 0c0 c
Lw 10log W W0
其中：W0为参考声功率值，在空气中参考声功率值为10-12瓦。 5）声压级、声强级与声功率级之间
W SI I LW 10lg 10 lg 10 lg I 10 lgS LI 10 lgS W S I 0 0 0 0 LP 10lg S
注意：分贝相加减应遵从声的叠加原理
先将声压级转换为声压后在进行声压相加， 而后将所得的和再转换成声压级所得的值：
LPT 10lg(10
n
0.1LA
10
0.1LB
)
可以推广到n个声源的情况，有如下的关系式：
LPT 10lg( 100.1LPi )
i 1ห้องสมุดไป่ตู้
其中：Lpi为第i个声源在测量点处产生的噪声的声压级。 3）声强级(sound intensity levels) 定义为测量的声强值与参考的声强值之比取以10为底 的常用对数，在乘10，其单位为分贝。声强级一般用 符号LI表示，其数学表达式为：
在空气中，空气的特征阻抗率取400帕秒/米（相应温度39℃） 在一般的情况下 的值很小，因此声压 级近似等于声强级。例如，在一个大气压下，摄 氏0度的情况下，声压级与声强级之差为-0.16分贝， 因此可认为声强级和声压级近似相等。
10lg 400 c
4）声功率级(sound power levels) 定义为：声功率的测量值与声功率的参考值之比， 取以10为底的常用对数，在乘10，其单位为分贝(dB)。 声功率级一般用符号Lw表示，其数学表达式为：
f 2 2 f1
n
其中：n为倍频程数。n=1就是1倍频程的上、下截止 频率的关系；n=1/3就是1/3倍频程上、下截止频率的 关系，中心频率规定为上、下截止频率的几何平均 值：
f0
1 倍频程中 心频率 f0 （Hz） 1/3 倍频程 中心频率 f0 （Hz） 31.5 63 125 250