声音与噪声(分贝、声功率、声强和声压)

一、声音与噪声

        声音的本质是波动。受作用得空气发生振动，当震动频率在20-20000Hz时，作用于人的耳鼓膜而产生的感觉称为声音。声源可以是固体、也可以是流体（液体和气体）的振动。声音的传媒介质有空气。水和固体，它们分别称为空气声、水声和固体声等。噪声监测主要讨论空气声。

        人类是生活在一个声音的环境中，通过声音进行交谈、表达思想感情以及开展各种活动。但有些声音也会给人类带来危害。例如，震耳欲聋的机器声，呼啸而过的飞机声等。这些为人们生活和工作所不需要的声音叫噪声，从物理现象判断，一切无规律的或随机的声信号叫噪声；噪声的判断还与人们的主观感觉和心理因素有关，即一切不希望存在的干扰声都叫噪声，例如，在某些时候，某些情绪条件下音乐也可能是噪声。

        环境噪声的来源有四种：一是交通噪声，包括汽车、火车和飞机等所产生的噪声；二是工厂噪声，如鼓风机、汽轮机，织布机和冲床等所产生的噪声；三是建筑施工噪声，像打桩机、挖土机和混凝土搅拌机等发出的声音；四是社会生活噪声，例如，高音喇叭，收录机等发出的过强声音。

二、声音的发生、频率、波长和声速

        频率：声源在一秒中内振动的次数，记作f。单位为Hz。
        周期：声源振动一次所经历的时间，记作T，单位为s。T=1/f。
        波长：沿声波传播方向，振动一个周期所传播的距离，或在波形上相位相同的相邻两点间距离，记为λ，单位为m。
        声速：声波每秒在介质中传播的距离，记作c，单位为m/s。声速与传播声音的介质和温度有关。在空气中，声速（c）和温度（t）的关系可简写为：c = 331.4+0.607t常温下，声速约为345m/s。
        频率f、波长λ和声速c三者之间的关系是: c = λf当物体在空气中振动，使周围空气发生疏、密交替变化并向外传递，且这种振动频率在20-20000Hz之间，人耳可以感觉，称为可听声，简称声音，噪声监测的就是这个范围内的声波。频率低于20Hz的叫次声，高于20000Hz的叫超声，它们作用到人的听觉器官时不引起声音的感觉，所以不能听到。

三、声功率、声强和声压

（一） 声功率（W）

        声功率是指单位时间内，声波通过垂直于传播方向某指定面积的声能量。在噪声监测中，声功率是指声源总声功率。单位为W。

（二） 声强（I） 

        声强是指单位时间内，声波通过垂直于传播方向单位面积的声能量。单位为 W / s2。
（3）声压（P）

        声压是由于声波的存在而引起的压力增值。单位为Pa。声波在空气中传播时形成压缩和稀疏交替变化，所以压力增值是正负交替的。但通常讲的声压是取均方根值，叫有效声压，故实际上总是正值，对于球面波和平面波，声压与声强的关系是： I= P2 / ρc式中：ρ-空气密度，如以标准大气压与20℃的空气密度和声速代入，得到ρ·c =408 国际单位值,也叫瑞利。称为空气对声波的特性阻抗.

四、分贝、声功率级、声强级和声压级

（一） 分贝

        人们日常生活中遇到的声音，若以声压值表示，由于变化范围非常大，可以达六个数量级以上，同时由于人体听觉对声信号强弱刺激反应不是线形的，而是成对数比例关系。所以采用分贝来表达声学量值。所谓分贝是指两个相同的物理量（例A1和A0）之比取以10为底的对数并乘以10（或20）。N = 10lg(A1/A0) 分贝符号为"dB"，它是无量纲的。式中A0是基准量（或参考量），A是被量度量。被量度量和基准量之比取对数，这对数值称为被量度量的"级"。亦即用对数标度时，所得到的是比值,它代表被量度量比基准量高出多少"级"。
（二） 声功率级

        Lw =10lg(W/W0)

        式中：Lw——声功率级（dB）；
W—— 声功率（W）；
W0—— 基准声功率，为10-12 W。
（三） 声强级
LI = 10lg(I/I0)式中：LI —— 声压级(dB)；
I —— 声强（W/m2）；
I0 —— 基准声强，为10-12 W/m2。
（四） 声压级
LP = 20lg(P/P0)
式中： LP—— 声压级（dB）；
P ——声压（Pa）；
P0—— 基准声压，为2×10-5Pa，该值是对1000HZ声音人耳刚能听到的最低声压。

五、噪声叠加和相减

（一）噪声的叠加两个以上独立声源作用于某一点，产生噪声的叠加。声能量是可以代数相加的，设两个声源的声功率分别为W1和W2，那么总声功率W总 = W1+ W2。而两个声源在某点的声强为I1 和I2 时，叠加后的总声强
总 = I + I2 。但声压不能直接相加。由于 I1 =P12/ρc I2 = P22/ρc故 P总2 = P12 + P22又 （P1/ P0）2= 10(Lp1/10)
(P2 / P0)2 = 10(Lp2/10)故总声压级：
LP =10 lg[（P12 + P22）/ P02]
=10 lg[10(Lp1/10)+10(Lp2/10)]
如LP1=LP2，即两个声源的声压级相等，则总声压级：
LP = LP1+ 10lg2
≈ LP1 + 3(dB)
也就是说，作用于某一点的两个声源声压级相等，其合成的总声压级比一个声源的声压级增加3dB。当声压级不相等时，按上式计算较麻烦。可以利用书上图7-1查曲线值来计算。方法是：设LP1 > LP2 ,以 LP1 - LP2值按图查得ΔLP ，则总声压级 LP总 = LP1 + ΔLP 。
（二） 噪声的相减 噪声测量中经常碰到如何扣除背景噪声问题，这就是噪声相减问题。通常是指噪声源的声级比背景噪声高，但由于后者的存在使测量读数增高，需要减去背景噪声。图7-2为背景噪声修正曲线，。
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

六、 响度和响度级
1 .响度（N）
响度是人耳判别声音由轻到响的强度等级概念，它不仅取决于声音的强度(如声压级)，还与它的频率及波形有关。响度的单位为"宋",1宋的定义为声压级为40dB,频率为1000Hz,且来自听者正前方的平面波形的强度。如果另一个声音听起来比1宋的声音大n倍，即该声音的响度为n宋。

2 .响度级(LN)
响度级是建立在两个声音主观比较的基础上，选择1000Hz的纯音作基准音，若某一噪声听起来与该纯音一样响，则该噪声的响度级在数值上就等于这个纯音的声压级（dB）。响度级用LN表示，单位是"方"。如果某噪声听起来与声压级为80dB，频率为1000Hz的纯音一样响，则该噪声的响度级就是80方。

3 .响度与响度级的关系
根据大量的实验得到，响度级每改变10方，响度加倍或减半。它们的关系可用下列数学式表示：N = 2[(LN-40)/10] 或 LN = 40+33lgN注意，响度级的合成不能直接相加，而响度可以相加。应先将各响度级换算成响度进行合成，然后再换算成响度级。

七、计权声级
为了能用仪器直接反映人的主观响度感觉的评价量，有关人员在噪声测量仪器——声级计中设计了一种特殊滤波器，叫计权网络。通过计权网络测得的声压级，已不再是客观物理量的声压级，而叫计权声压级或计权声级，简称声级。通用的有A、B、C和D计权声级。A计权声级是模拟人耳对55dB以下低强度噪声的频率特性；B计权声级是模拟55dB到85dB的中等强度噪声的频率特性；C计权声级是模拟高强度噪声的频率特性；D计权声级是对噪声参量的模拟，专用于飞机噪声的测量。计权网络是一种特殊滤波器，当含有各种频率通过时，它对不同频率成分的衰减是不一样的。A、B、C计权网络的主要差别是在于对低频成分衰减程度，A衰减最多，B其次，C最少。A、B、C、D计权的特性曲线见

八、等效连续声级、噪声污染级和昼夜等效声级

（一）等效连续声级

A计权声级能够较好地反映人耳对噪声的强度与频率的主观感觉，因此对一个连续的稳态噪声，它是一种较好的评价方法，但对一个起伏的或不连续的噪声，A计权声级就显得不合适了。例如，交通噪声随车流量和种类而变化；又如，一台机器工作时其声级是稳定的，但由于它是间歇地工作，与另一台声级相同但连续工作的机器对人的影响就不一样。因此提出了一个用噪声能量按时间平均方法来评价噪声对人影响的问题，即等效连续声级，符号“Leq”或“LAeq.T”。它是用一个相同时间内声能与之相等的连续稳定的A声级来表示该段时间内的噪声的大小。例如，有两台声级为85dB的机器，第一台连续工作8小时，第二台间歇工作，其有效工作时间之和为4小时。显然作用于操作工人的平均能量是前者比后者大一倍，即大3dB。因此，等效连续声级反映在声级不稳定的情况下，人实际所接受的噪声能量的大小，它是一个用来表达随时间变化的噪声的等效量。
LAeq.T =10lg[1/T∫T0100.1LPAdt]式中：LPA—— 某时刻t的瞬时A声级（dB）;
T —— 规定的测量时间（s）如果数据符合正态分布，其累积分布在正态概率纸上为一直线，则可用下面
近似公式计算：
LAeq.T ≈ L50+d2/60, d = L10 - L90其中L10， L50， L90为累积百分声级，其定义是：
L10 —— 测量时间内，10%的时间超过的噪声级，相当于噪声的平均峰值。
L50—— 测量时间内，50%的时间超过的噪声级，相

其中L10， L50， L90为累积百分声级，其定义是：

L10 —— 测量时间内，10%的时间超过的噪声级，相当于噪声的平均峰值。

L50—— 测量时间内，50%的时间超过的噪声级，相当于噪声的平均值。

L90—— 测量时间内，90%的时间超过的噪声级，相当于噪声的背景值。

累积百分声级L10、L50、和L90的计算方法有两种：其一是在正态概率纸上

画出累积分布曲线，然后从图中求得；另一种简便方法是将测定的一组数据

（例如100个），从大 到小排列，第10个数据即为L10，第50个数据即为

L50，第90个数据即为L90。

（二） 噪声污染级

许多非稳态噪声的实践表明，涨落的噪声所引起人的烦恼程度比等能量的稳

态噪声要大，并且与噪声暴露的变化率和平均强度有关。经实验证明，在等

效连续声级的基础上加上一项表示噪声变化幅度的量，更能反映实际污染程

度。用这种噪声污染级评价航空或道路的交通噪声比较恰当。故噪声污染级

（LNP）公式为：

LNP = Leq + Kσ

式中：K —— 常数，对交通和飞机噪声取值2.56；

σ —— 测定过程中瞬时声级的标准偏差。

（三）昼夜等效声级

也称日夜平均声级，符号“Ldn”。用来表达社会噪声昼夜间的变化情况，

表达式为：

Ldn = 10lg{[16×100.1Ld + 8×100.1(Ln+10)]/24}

式中：Ld——白天的等效声级，时间从6∶00－22∶00，共16个小时；

Ln——夜间的等效声级，时间从22∶00－第二天的6∶00，共8个小时。

为表明夜间噪声对人的烦扰更大，故计算夜间等效声级这一项时应加上10dB

的计权。