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噪聲技術

噪聲及特性和參數表示的基本常識

作者:多功能噪聲頻譜分析儀廠家 時間:2019-01-24 10:50   
關健詞:噪聲知識,聲級計,噪聲計,分貝計,普通聲級計,精密聲級計、積分聲級計,噪聲測量標準,噪聲測量方法,噪聲限值,聲級計廠家。
 
第一章 噪聲基本原理
 
   一、振動與聲波
           1.聲音產生:是一種物理現象,它是由物體的機械振動而產生的。
           2.聲源:振動的物體,即固體、氣體或液體稱為聲源。
           3.聲音是一種波動,通常稱為聲波。聲音傳播時并不是隨同聲波流動。這就象石子投 水中激起的水波一樣,圓形水波一圈圈擴散開去的時候,水的質點并未與水波一起前進,只是在其平衡位置附近往返振動在原地上下運動。
           4. 聲音傳播的媒質是空氣,聲源上下不斷振動使得聲源上面一層的空氣分子也隨著上下振動。由于空氣分子之間有一定的彈性,以及分子的慣性,振動著的分子又帶動了與其相鄰的其它分子,依此類推。如:鼓面的振動就可以使遠處的空氣分子發生振動,這個振動的能量通過空氣分子傳到我們的耳中,則聽到了鼓聲。
           5. 聲音的三要素:
強弱:由聲波的振幅來決定,振幅越大,表示聲波的能量越高,因此聲音也就越大聲.
音調:高低由振動的頻率決定,頻率越高,聲音就越尖銳。
音色:音色的差別則是由波形來決定。
 
 二、聲壓和聲壓級
           聲音是在大氣壓上的壓強波動。這個壓強波動的大小簡稱為聲壓。單位是 Pa(帕) 用 p表示。我們通常生活的環境壓強是一個大氣壓,當聲音這個疏密波傳來時,疏部的壓強就稍稍低于一個大氣壓,密部的壓強稍稍高于一個大氣壓。如:鼓皮敲得重,上下振動劇烈,聲壓大,聽起來聲音就響。反之振動小,聲壓小,聽起來聲音就弱。
           1. 聲壓級:人耳剛剛能聽到的最小聲壓只有一個大氣壓的五十億分之一。而人耳能短時忍受的最大聲壓那也不過是一個大氣壓的千分之幾,如:噴氣式飛機附近的聲壓可達數百帕,在這聲音下人耳感到壓痛、頭昏,時間稍長就會引起耳聾。從剛剛可以聽到的聲音到人們不堪忍受的聲音,聲壓相差數萬倍,顯然,用聲壓表達各種不同大小的聲音實在太不方便了。為了實用上方便,同時考慮到人耳對聲音強弱反應的特性,用對數方法將聲壓分為百十個級,稱為聲壓級。
           2.聲壓級的定義:聲壓與參考聲壓之比的平方取常用對數乘以10,單位是 dB(分貝)。聲壓加倍,聲壓級僅增加 3dB。同樣通過計算可以得知,聲壓增加 10倍,聲壓級增加 20dB,聲壓增加 100倍,聲壓級增加 40dB。
           3.衡量聲音強度的還有聲強級和聲功率級等。
           ① 聲強:在垂直于聲波傳播方向上,單位時間內通過單位面積的聲能,聲強與聲壓的平方或正比聲壓的疊加實質上是聲強的疊加。
           ② 聲功率:聲源在單位時間內輻射的總聲能。
           4. 聲壓級表示:用峰值、平均值和有效值表示。
峰值就是瞬時聲壓的最大值。
平均值是瞬時聲壓的絕對值在一段時間上的平均數。
有效值是瞬時聲壓平方值在一段時間的平均數的平方根,又稱均方根值
           5. 我們常見聲源感覺,A聲級[dB(A)](測點距離聲源1-1.5m)
30以下 消聲室 極靜,幾乎感覺不到。 30以下 消聲室 極靜,幾乎感覺不到。
30~40 輕聲耳語 很靜 30~40 輕聲耳語 很靜
40~60 普通室內交談聲,小空調機 安靜、正常交談聲音 40~60 普通室內交談聲,小空調機 安靜、正常交談聲音
60~70 一般說話。工廠噪聲(60~70dB) 一般 60~70 一般說話。工廠噪聲(60~70dB) 一般
80 大聲交談,較吵的街道,建筑 干擾談話,提高嗓門或靠才能交談。 80 大聲交談,較吵的街道,建筑 干擾談話,提高嗓門或靠才能交談。
90 嘈雜的街道,空壓機站,泵房, 很吵,大喊大叫也聽不清。 90 嘈雜的街道,空壓機站,泵房, 很吵,大喊大叫也聽不清。
100~110 機器,電鋸,砂輪機,大鼓風機 難過,聽力受損 100~110 機器,電鋸,砂輪機,大鼓風機 難過,聽力受損
110~120 鑿巖機,球磨機,柴油發動機 難以忍受痛,呆一分鐘即暫時致聾 110~120 鑿巖機,球磨機,柴油發動機 難以忍受痛,呆一分鐘即暫時致聾

三、聲波的傳播類型:實際情況下經常可以找到近似為某種類型波的條件。
           球面波(點聲源):點聲源聲波在傳播時,隨著離聲源距離的增加,聲壓要降低。
           ①  距離增大一倍時,  聲壓級減小 6 dB;
           ②  距離增大 10倍時, 衰減 20 dB;
           ③  距離增大 100倍時,衰減 40 dB。
           2. 柱面波(線聲源):若其長度遠大于傳播距離,這時距離加倍時,聲壓級衰減 3 dB。
           3. 平面波:對于面聲源,可以認為是輻射平面波,平面波不隨距離聲源遠近而變化。

 第二章  聲音的特性(具有的強度和不同頻率成分組成)
 
一、聲音的強度
           1、聲音的第一個特點就是有強弱之分(強度)用聲壓級或聲功率級表示。
           ① 表現方式:穩態、非穩態、脈沖。
           ② 測量代表值:聲壓級Lp、時間平均值Leq(T)
           ③ 頻率計權A、C、Z,
           ④ 時間計權值[快(F)、慢(S)]
如火車運行時的聲音變化時的曲線圖,進出站及鳴迪時聲壓大,聽起來聲音就響。反之聽起來聲音就弱。
           2、兩個聲壓級或多個聲壓級相加絕不是 dB數的簡單算術相加,而必須按照對數的運算規律相加。如:兩個聲壓級分別為 100 dB和95dB,則合成聲壓級 LP合 = 100 +1.2 = 101.2 dB。多個聲壓級合成,如:95 dB,93 dB,90dB和 88 dB四個聲壓級的合成為98dB。
 
二、聲音的第二個特點具有不同頻率成分組成(音調有高低之分)
           1. 具有不同頻率成分用頻譜表示,有寬帶、窄帶、離散頻率。
           2. 頻帶噪聲值分析一般指OCT 1/1、1/3、1/6倍頻程或FFT。
           3. 測量值:聲級、時間平均值、頻率計權、頻帶噪聲值、時間計權值。
           4. 頻率表示聲源的振動快慢,物理學上用它表示物體在一秒內振動的次數。聲源振動的快慢決定了其發聲音調的高低;振動慢、音調低;振動快、音調高。
           5. 可聽聲。人類只可以聽到每秒振動 20次到 20000次的聲音,我們稱 20 ~ 20000 Hz的聲音為可聽聲,低于 20 Hz聲音為次聲,高于 20000 Hz的聲音為超聲,次聲和超聲人耳聽不到。但它是客觀存在的。如老鼠可以聽到次聲,蝙蝠可以聽到超聲。人耳對不同頻率的聲音感覺是不一樣的。
           6. 頻率用 f表示,單位是 Hz(赫)。物體完整振動一次所需的時間稱為振動周期,用  T表示,單位是  s。顯然,物體振動愈快,即頻率 f高,則振動一次所需時間愈短,即 振動周期T愈小,周期與頻率互為倒數,也就是:振動過慢或過快的聲音人們是感覺不到的
           如:各個頻率段的聲音表現對人的感覺
頻率段(Hz) 聽感影響   頻率段(Hz) 聽感影響  
30~80 人耳不敏感,通過身體,皮膚,五臟六腑壓迫來感覺。給人一種深沉震撼的感覺, 底頻 30~80 人耳不敏感,通過身體,皮膚,五臟六腑壓迫來感覺。給人一種深沉震撼的感覺, 底頻
50~120 是人耳聽到的最壯麗的低音,給人以雄壯有力寬廣宏大的感覺。 50~120 是人耳聽到的最壯麗的低音,給人以雄壯有力寬廣宏大的感覺。
100~500 聲音聽起來扎實,敦厚。是男生聲音的低頻基音頻率,同時也是樂音中和鉉的根音頻率。 100~500 聲音聽起來扎實,敦厚。是男生聲音的低頻基音頻率,同時也是樂音中和鉉的根音頻率。
500-1000 女生聲音,頻率豐滿,音色會顯得強勁有力;不足,將會顯得松弛。 中頻 500-1000 女生聲音,頻率豐滿,音色會顯得強勁有力;不足,將會顯得松弛。 中頻
1K~10K 進入高音區,是音響器材測試的標準參考頻率,這是人耳最敏感的頻率。 高頻 1K~10K 進入高音區,是音響器材測試的標準參考頻率,這是人耳最敏感的頻率。 高頻
1K~ 12K 這段頻率是音樂的高音區,對音響的高頻表現感覺最為敏感。細如游絲的聲音也會有挑動心弦的感覺。但是太多的話,會增加背景噪聲。 1K~ 12K 這段頻率是音樂的高音區,對音響的高頻表現感覺最為敏感。細如游絲的聲音也會有挑動心弦的感覺。但是太多的話,會增加背景噪聲。
12K~20K 這段頻率很多人都聽不到,覺得有點悶,太多則會產生聽覺疲勞。 超高頻 12K~20K 這段頻率很多人都聽不到,覺得有點悶,太多則會產生聽覺疲勞。 超高頻

三、噪聲分析常用方法:
           1. 主觀評價:根據經驗判斷
           2. 分別開動:對于多臺機器分別運行
           3. 分別包扎:一臺機器幾個部位分別包扎
           4. 頻率分析:根據頻譜特性
           5. 聲強分析:根據噪聲方向性及大小。
 
第三章 噪聲的評價
 
一、 頻率計權:
           1.  計權網絡就是為了模擬人耳聽覺在不同頻率有不同的靈敏性,人耳對聲音所感覺的強度取決 于:(1)聲壓大小(2)聲音的頻率特征(高頻敏感,低頻遲純)。在聲測量儀器中添加頻率計權網絡,使得儀器的輸出能近似地表達人耳對聲音響度的感覺。通常設置A、C兩種計權網絡 ,計權聲級或噪聲級稱之為通過計權網絡測得的聲壓級,已不再是客觀物理量的聲壓級(叫線性聲壓級),而是經過聽感修正的聲壓級。使用什么計權網絡應在測量值后面注明,如C聲級70dB則為70 dB(C)。如果沒有注明,通常就是指A聲級。
           2.  GB3785.1-2010/IEC61672-1:2002只規定了A、C及Z(不計權) 目前B和D計權已不再使用。D計權網絡測得的D聲級再加上7dB,就直接得到飛機噪聲的感覺噪聲級。
           3.  A計權可較好地模仿人耳對低頻段(500Hz以下)不敏感、對1000~5000Hz敏感的特點,把電信號修正為與聽感近似值的網絡。A計權聲級由于其特性曲線接近于人耳的聽感特性,因此是 目前世界上噪聲測量中應用最廣泛的一種。現在基本上都用A 聲級來作為噪聲評價的基本量。
           4.  C計權接近水平,有時表示總聲壓級。有時略判斷噪聲的頻率特性才附帶測量C聲級。A、C 兩種聲級基本相同,該噪聲特性是高頻特性;如果C 聲級小于A 聲級,該噪聲為中頻特性;如果C 聲級大于A 聲級,則該噪聲為低頻特性。     
二、時間計權
           1.  聲級測量中指數時間計權,“F”特性時間常數為0.125 s,“S”特性時間常數為1 s。 為了測量不連續的脈沖聲和沖擊聲,有的聲級計設置有  “I”特性。但是,I特性并不反應脈沖聲對人耳的影響,在新的聲級計標準中已不建議使用。新的聲級計標準還規定可以有測量峰值C聲級的功能,用它來評價脈沖噪聲。
 
三、Leq等效連續聲級或叫時間平均聲級
           1. 用噪聲能量平均的方法來評價噪聲對人的影響,這就是等效連續聲級或時間平均聲級,用Leq表示。這里仍用A計權,故亦稱等效連續A聲級LAeq。
           2. 等效連續A聲級定義為:在聲場中某一定位置上,用某一段時間能量平均的方法,將間歇出現的變化的A聲級以一個A聲級來表示該段時間內的噪聲大小,并稱這個A聲級為此時間段的等效連續A聲級。
           3. A聲級能夠較好地反映人耳對噪聲的強度和頻率的主觀感覺,對于一個連續的穩定噪聲,它是一種較好的評價方法。但是對于起伏的或不連續的噪聲,很難確定A聲級的大小。例如我們測量交通噪聲,當有汽車通過時噪聲可能是75dB,但當沒有汽車通過時可能只有50dB,這時就很難說交通噪聲是75dB還是50dB。又如一個人在噪聲環境下工作,間歇接觸噪聲與一直接觸噪聲對人的影響也不一樣,因為人所接觸的噪聲能量不一樣。為此提出了對于連續的穩定噪聲,等效連續聲級就等于測得的A聲級。
 
四、Ldn /Ld /Ln晝夜等效聲級
           1. Ldn--晝夜等效聲級,在計算一天24h的等效聲級時,對夜間的噪聲加上10dB的計權。
           2. Ld--白天的等效聲級
           3. Ln--夜間的等效聲級
           4. 白天與夜間的時間定義可依地區的不同而異。白天16小時(6:00~22:00),夜間8小時數(22:00~第二天6:00)
 
五、LN累計百分聲級(統計聲級)
           1.  由于環境噪聲,如街道、住宅區的噪聲,往往呈現不規則且大幅度變動的情況,需要用統計的方法,用不同的噪聲級出現的概率或累積概率來表示。
           2.  定義為:累計百分聲級LN 表示某一A聲級,且大于此聲級的出現概率為N%。
           如:L5=70dB表示整個測量期間噪聲超過70dB的概率占5%。L10,L95的意義依此類推。L5相當于峰值平均噪聲級,L50相當于平均噪聲級,又稱中央值,L95相當于背景噪聲級(或叫本底噪聲級)。
 
六、SD標準偏差和NPL噪聲污染級
           1. 標準偏差SD(或σ)也可表示噪聲起伏大小。
           2. 噪聲污染級NPL也是用以評價噪聲對人影響的一種方法,它是用噪聲能量平均值和標準偏差來表示。
           3. 噪聲污染級可用累積百分聲級來表示。
 
七、LAE聲暴露級
           1. 對于單次或離散噪聲事件,如鍋爐超壓放氣,飛機的一次起飛或降落過程,一輛汽車駛過等等,可用LAE “聲暴露級”來表示這一噪聲事件的大小。
           2. 聲暴露級本身是單次噪聲事件的評價量。
           3. 如果用積分式聲級計進行聲暴露級的自動測量,就可按此原則進行設計。
           4. 此外,知道了單次噪聲事件的聲暴露級,也可從它計算T時段內的等效聲級。
 
八、E噪聲暴露量(噪聲劑量)
           1.  一個人在一定的噪聲環境下工作,也就是暴露在噪聲環境下,噪聲對人的影響不僅與噪聲的強度有關,而且與噪聲暴露的時間有關。為此,提出了噪聲暴露量,并用E表示,單位是Pa2•h(帕2•小時)。
           2. 我國《工業企業噪聲衛生標準》(試行草案)中,規定工人每天工作8h,噪聲聲級不得超過85dB,相應的噪聲暴露量為1Pa2h。如果工人每天工作4h,允許噪聲聲級增加3dB,噪聲暴露量仍保持不變。
           3. 有的國家將噪聲暴露量用噪聲劑量來表示,并以規定的允許噪聲暴露量作為100%。
           4. 國家職業衛生標準,為保護作業人員聽力而發布的GBZ/T 189.8-2007工作場所物理因素測量( 第8部分)工作場所噪聲等效聲級參考接觸限值:

九、TNI交通噪聲指數
           1. 通常,起伏的噪聲比穩態的噪聲對人的干擾更大,交通噪聲指數就是考慮到了噪聲起伏的影響,加以計權而得到的,通常記為 TNI。單位為dB(A)。
           2. 噪聲起伏越大,則TNI也越大,也就是說,對人的干擾越大。噪聲干擾亦同噪聲的本底有關,L90越高,即本底越大,對人的干擾也越大。
 
十、NR噪聲評價數
           1.  噪聲評價數NR是國際標準化組織1961年推薦的方法,它由一簇噪聲評價數曲線(即NR曲線)所組成,并推薦了作為聽力損傷、會話干擾、煩惱的噪聲評價數N。
           2.  近年來各國規定的噪聲標準,都是以A聲級(或等效連續A聲級)作為評價標準,參考NR曲線。
 
十一、PNdB感覺噪聲級和噪度(吶)
           1.  隨著航空事業的發展,飛機噪聲對人的危害日趨嚴重,為了評價航空噪聲的影響,人們提出用感覺噪聲級LPN和噪度來進行評價。
           2.  感覺噪聲級的單位是PNdB,噪度的單位是吶,它們與響度級及響度相對應,但它們是以復合聲音作為基礎的,而響度級和響度則是以純音或窄帶聲為基礎的。
 
十二、聲功率(W):
           聲功率是指單位時間內,聲波通過垂直于傳播方向某指定面積的聲能量。在噪聲監測中,聲功率是指聲源總聲功率。單位為W,單位為瓦(W)。
           1、 一般聲功率不能直接測量,而要根據測量的聲壓級來換算。
           2、 聲功率級(dB):聲功率用級來表示就是聲功率級,它與聲壓級的關系如下:  
           Lw =LPA+10lg (S/S0),
           式中:Lw——聲功率級(dB);     LPA——測量表面積的聲壓級(dB);
           S— —測量表面面積(m2);   S0——基準面積(1m2)
 
十三、聲強(I): 聲強是指單位時間內,聲波通過垂直于聲波傳播方向單位面積的聲能量。單位為 W/米2(W/m2)。
 
十四、聲級計功能健的英漢對照說明表
Lp 瞬時聲壓級 Lp 瞬時聲壓級 Lp 瞬時聲壓級
Leq 等效連續聲級(平均值) Leq 等效連續聲級(平均值) Leq 等效連續聲級(平均值)
FAST (F) 時間計權“快” FAST (F) 時間計權“快” FAST (F) 時間計權“快”
SLOW(S) 時間計權“慢” SLOW(S) 時間計權“慢” SLOW(S) 時間計權“慢”
I 時間計權脈沖檔 I 時間計權脈沖檔 I 時間計權脈沖檔
HOLD 保持(最大值保持) HOLD 保持(最大值保持) HOLD 保持(最大值保持)
A A頻率計權 A A頻率計權 A A頻率計權
C C頻率計權 C C頻率計權 C C頻率計權