环境噪声相关基础

1.描述声波的基本物理量与概念 (1)(1) 波长

记作λ, 单位为米(m)。 (2)(2) 频率

记作 f，单位为赫兹(Hz)。 (3) (3) 声速

λ = v/f 声速的大小主要与介质的性质和温度的高低有关。同一温度下，不同介质中声速不同。在20℃时，空气中声速约为340 m/s，空气的温度每升高1℃，声速约增加0.607 m/s。 (4) 声场

(5) 波前(波阵面)

2、 环境噪声评价量及其计算 2．1．计量声音的物理量 (1) 声功率

声源在单位时间内辐射的总声能量称为声功率。常用 W 表示，单位为瓦(w)。声功率是表示声源特性的一个物理量。声功率越大，表示声源单位时间内发射的声能量越大，引起的噪声越强。声功率的大小，只与声源本身有关。 (2) 声强

声强是衡量声音强弱的一个物理量。声场中，在垂直于声波传播方向上，单位时间内通过单位面积的声能称做声强。声强常以 I 表示，单位为 (w／m2)。 (3) 声压

目前，在声学测量中，直接测量声强较为困难，故常用声压来衡量声音的强弱。声波在大气中传播时，引起空气质点的振动，从而使空气密度发生变化。在（7-2） 声波所达到的各点上，气压时而比无声时的压强高，时而比无声时的压强低，某一瞬间介质中的压强相对于无声波时压强的改变量称为声压，记为p(t)，，单位是 Pa。

声音在振动过程中，声压是随时间迅速起伏变化的，入耳感受到的实际只是一个平均效应，因为瞬时声压有正负值之分，所以有效声压取瞬时声压的均方根

值。

（7-4）

12pT?p(t)dt ?T0T式中pT是 T时间内的有效声压，Pa；p(t)为某一时刻的瞬时声压，Pa。

通常所说的声压，若未加说明，即指有效声压，若 p 1，p 2，分别表示两列声波在某一点所引起的有效声压，该点迭加后的有效声压可由波动方程导出，为

（7-5）

pT?p1?p2

22声压是声场中某点声波压力的量度，影响它的因素与声强相同。并且，在自由声场中多声波传播方向上某点声强与声压、介质密度ρ存在如下关系

p2I?

?v（7-6）

2．2．声压级，声强级与声功率级

正常人耳刚刚能听到的最低声压称听阈声压。对于频率为 1000Hz的声音，听阈声压约为为2×lO-5Pa。刚刚使人耳产生疼痛感觉的声压称痛阈声压。对于频率为1000Hz的声音，正常人耳的痛阈声压为 20Pa。从听阈到痛阈，声压的绝对值之比为1：106，即相差一百万倍，而从听阈到痛阈，相应声强的变化为10-12—1W／m2，其绝对值之比为1：1012，即相差一万亿倍。因此用声压或用声强的绝对值表示声音的强弱都很不方便。加之人耳对声音大小的感觉，近似地与声压、声强呈对数关系，所以通常用对数值来度量声音，分别称为声压级与声强级。

声压级 Lp?20lg

声强级 LI?20lgI (dB) I0（7-8） （7-7）

p (dB) p0式中：p0为基准声压（听阈声压），2×10-5Pa。I0为基准声强， 2×10-12 w/m2。 与上类似，某声源的声功率级定义为

（7-9）

声强级 Lw?10lgW (dB) W0声强级式中 W0 —基准声功率，为10-12(w)。

声压级、声强级和声功率级的单位都是分贝。分贝是“级”的单位，是无量纲的量。由声压与声强的关系可以得出，以空气为介质的自由声场中，常温常压下某一点的声压级与声强级近似相等。

2．3．分贝的运算

由声压级、声强级、声功率级的定义式可知，级的分贝数的运算不能按算术法则进行，而应按对数运算的法则进行。

几个不同的噪声源同时作用在声场中同一点上，这点的总声压级如何计算呢？从声压级的定义出发，则有

n?pT??pi?pT1 (dB) ????20lg?10lg??10lg?10lg?2?p???p0pp01?0??0?2LpT?pn2i2

（7-10）

则有 LpT?n?Lpi?10lg???1010???1????? (dB) ????当两个不同的噪声源同时作用在声场中同一点上，如果两个声源单独作用产生的声压级分别为Lp1 和Lp2，且Lp1≥Lp2；为计算方便，列出（表7-1）Lp1-Lp2差值相对应的增值ΔL，这点的总声压级LpT为：

表7-1 两个声源Lp1 -Lp2差值与增值ΔL的对应关系 Lp1 -Lp2 0 1 2 3 4

ΔL 3 2.5 2.1 1.8 1.5

Lp1 -Lp2 ΔL 6 7 8 9 10

1.0 0.8 0.6 0.5 0.4

5

1.2 11 0.3

（7-11）

LpT?Lp1??L (dB)

2．4.频谱图及倍频程 (1)频谱图

除音叉等之外，各种声源发出的声音很少是单一频率的纯音，大多是由许多不同强度，不同频率的声音复合而成，统称复音。在复音中，不同频率(或频段)的成分的声波具有不同的能量，这种频率成分与能量分布的关系称为声的频谱。

描述一个复音中，各频率成分与能量分布关系的图形称为频谱图。通常是先测定出该噪声的各频率成分与相应的声压级或声功率级，然后以频率为横坐标，以声压级(声功率级)为纵坐标进行绘图，如图7-1所示。

110倍频程声压级(dB)1009080706012525050010002000 40008000图7-163 AK1300-III汽轮鼓风机频谱图。频率 (Hz)

(2)倍频程

由于一般噪声的频率分布宽阔，在实际的频谱分析中，不需要也不可能对每个频率成分进行具体分析。为了方便，人们把20—20000Hz 的声频范围分为几个段落，划分的每一个具有一定频率范围的段落称做频带或频程。

频程的划分方法通常有两种。一种是恒定带宽，即每个频程的上、下限频率之差为常数。另一种是恒定相对带宽的划分方法，即保持频带的上、下限之比为一常数。实验证明，当声音的声压级不变而频率提高一倍时，听起来音调也提高一倍(音乐上称提高八度音程)；为此，将声频范围划分为这样的频带：使每一频带的上限频率比下限频率高一倍，即频率之比为2，这样划分的每一个频程称1倍频程，简称倍频程。为了简明，每个倍频程用其中心频率，fc来表示：