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噪声技术

噪声及特性和参数表示的基本常识

作者:多功能噪声频谱分析仪厂家 时间:2019-01-25 09:30   
  第一章 噪声基本原理
  一、振动与声波
  1.声音产生:是一种物理现象,它是由物体的机械振动而产生的。
  2.声源:振动的物体,即固体、气体或液体称为声源。
  3.声音是一种波动,通常称为声波。声音传播时并不是随同声波流动。这就象石子投 水中激起的水波一样,圆形水波一圈圈扩散开去的时候,水的质点并未与水波一起前进,只是在其平衡位置附近往返振动在原地上下运动。
  4. 声音传播的媒质是空气,声源上下不断振动使得声源上面一层的空气分子也随着上下振动。由于空气分子之间有一定的弹性,以及分子的惯性,振动着的分子又带动了与其相邻的其它分子,依此类推。如:鼓面的振动就可以使远处的空气分子发生振动,这个振动的能量通过空气分子传到我们的耳中,则听到了鼓声。
  5. 声音的三要素:
  强弱:由声波的振幅来决定,振幅越大,表示声波的能量越高,因此声音也就越大声.
  音调:高低由振动的频率决定,频率越高,声音就越尖锐。
  音色:音色的差别则是由波形来决定。

  二、声压和声压级
  声音是在大气压上的压强波动。这个压强波动的大小简称为声压。单位是 Pa(帕) 用 p表示。我们通常生活的环境压强是一个大气压,当声音这个疏密波传来时,疏部的压强就稍稍低于一个大气压,密部的压强稍稍高于一个大气压。如:鼓皮敲得重,上下振动剧烈,声压大,听起来声音就响。反之振动小,声压小,听起来声音就弱。
  1. 声压级:人耳刚刚能听到的 小声压只有一个大气压的五十亿分之一。而人耳能短时忍受的 大声压那也不过是一个大气压的千分之几,如:喷气式飞机附近的声压可达数百帕,在这声音下人耳感到压痛、头昏,时间稍长就会引起耳聋。从刚刚可以听到的声音到人们不堪忍受的声音,声压相差数万倍,显然,用声压表达各种不同大小的声音实在太不方便了。为了实用上方便,同时考虑到人耳对声音强弱反应的特性,用对数方法将声压分为百十个级,称为声压级。
  2.声压级的定义:声压与参考声压之比的平方取常用对数乘以10,单位是 dB(分贝)。声压加倍,声压级仅增加 3dB。同样通过计算可以得知,声压增加 10倍,声压级增加 20dB,声压增加 100倍,声压级增加 40dB。
  3.衡量声音强度的还有声强级和声功率级等。
  ① 声强: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,声强与声压的平方或正比声压的叠加实质上是声强的叠加。
  ② 声功率:声源在单位时间内辐射的总声能。
  4. 声压级表示:用峰值、平均值和有效值表示。
  峰值就是瞬时声压的 大值。
  平均值是瞬时声压的绝对值在一段时间上的平均数。
  有效值是瞬时声压平方值在一段时间的平均数的平方根,又称均方根值
  5. 我们常见声源感觉,A声级[dB(A)](测点距离声源1-1.5m)


  三、声波的传播类型:实际情况下经常可以找到近似为某种类型波的条件。
  球面波(点声源):点声源声波在传播时,随着离声源距离的增加,声压要降低。
  ① 距离增大一倍时, 声压级减小 6 dB;
  ② 距离增大 10倍时, 衰减 20 dB;
  ③ 距离增大 100倍时,衰减 40 dB。
  2. 柱面波(线声源):若其长度远大于传播距离,这时距离加倍时,声压级衰减 3 dB。
  3. 平面波:对于面声源,可以认为是辐射平面波,平面波不随距离声源远近而变化。


  第二章 声音的特性(具有的强度和不同频率成分组成)

  一、声音的强度
  1、声音的第一个特点就是有强弱之分(强度)用声压级或声功率级表示。
  ① 表现方式:稳态、非稳态、脉冲。
  ② 测量代表值:声压级Lp、时间平均值Leq(T)
  ③ 频率计权A、C、Z,
  ④ 时间计权值[快(F)、慢(S)]

  如火车运行时的声音变化时的曲线图,进出站及鸣迪时声压大,听起来声音就响。反之听起来声音就弱。
  2、两个声压级或多个声压级相加绝不是 dB数的简单算术相加,而必须按照对数的运算规律相加。如:两个声压级分别为 100 dB和95dB,则合成声压级 LP合 = 100 +1.2 = 101.2 dB。多个声压级合成,如:95 dB,93 dB,90dB和 88 dB四个声压级的合成为98dB。

  二、声音的第二个特点具有不同频率成分组成(音调有高低之分)
  1. 具有不同频率成分用频谱表示,有宽带、窄带、离散频率。
  2. 频带噪声值分析一般指OCT 1/1、1/3、1/6倍频程或FFT。
  3. 测量值:声级、时间平均值、频率计权、频带噪声值、时间计权值。
  4. 频率表示声源的振动快慢,物理学上用它表示物体在一秒内振动的次数。声源振动的快慢决定了其发声音调的高低;振动慢、音调低;振动快、音调高。
  5. 可听声。人类只可以听到每秒振动 20次到 20000次的声音,我们称 20 ~ 20000 Hz的声音为可听声,低于 20 Hz声音为次声,高于 20000 Hz的声音为超声,次声和超声人耳听不到。但它是客观存在的。如老鼠可以听到次声,蝙蝠可以听到超声。人耳对不同频率的声音感觉是不一样的。
  6. 频率用 f表示,单位是 Hz(赫)。物体完整振动一次所需的时间称为振动周期,用 T表示,单位是 s。显然,物体振动愈快,即频率 f高,则振动一次所需时间愈短,即 振动周期T愈小,周期与频率互为倒数,也就是:振动过慢或过快的声音人们是感觉不到的
  如:各个频率段的声音表现对人的感觉

  三、噪声分析常用方法:
  1. 主观评价:根据经验判断
  2. 分别开动:对于多台机器分别运行
  3. 分别包扎:一台机器几个部位分别包扎
  4. 频率分析:根据频谱特性
  5. 声强分析:根据噪声方向性及大小。

  第三章 噪声的评价
  一、 频率计权:
  1. 计权网络就是为了模拟人耳听觉在不同频率有不同的灵敏性,人耳对声音所感觉的强度取决 于:(1)声压大小(2)声音的频率特征(高频敏感,低频迟纯)。在声测量仪器中添加频率计权网络,使得仪器的输出能近似地表达人耳对声音响度的感觉。通常设置A、C两种计权网络 ,计权声级或噪声级称之为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(叫线性声压级),而是经过听感修正的声压级。使用什么计权网络应在测量值后面注明,如C声级70dB则为70 dB(C)。如果没有注明,通常就是指A声级。
  2. GB3785.1-2010/IEC61672-1:2002只规定了A、C及Z(不计权) 目前B和D计权已不再使用。D计权网络测得的D声级再加上7dB,就直接得到飞机噪声的感觉噪声级。
  3. A计权可较好地模仿人耳对低频段(500Hz以下)不敏感、对1000~5000Hz敏感的特点,把电信号修正为与听感近似值的网络。A计权声级由于其特性曲线接近于人耳的听感特性,因此是 目前世界上噪声测量中应用 广泛的一种。现在基本上都用A 声级来作为噪声评价的基本量。
  4. C计权接近水平,有时表示总声压级。有时略判断噪声的频率特性才附带测量C声级。A、C 两种声级基本相同,该噪声特性是高频特性;如果C 声级小于A 声级,该噪声为中频特性;如果C 声级大于A 声级,则该噪声为低频特性。

  二、时间计权
  1. 声级测量中指数时间计权,“F”特性时间常数为0.125 s,“S”特性时间常数为1 s。 为了测量不连续的脉冲声和冲击声,有的声级计设置有 “I”特性。但是,I特性并不反应脉冲声对人耳的影响,在新的声级计标准中已不建议使用。新的声级计标准还规定可以有测量峰值C声级的功能,用它来评价脉冲噪声。

  三、Leq等效连续声级或叫时间平均声级
  1. 用噪声能量平均的方法来评价噪声对人的影响,这就是等效连续声级或时间平均声级,用Leq表示。这里仍用A计权,故亦称等效连续A声级LAeq。
  2. 等效连续A声级定义为:在声场中某一定位置上,用某一段时间能量平均的方法,将间歇出现的变化的A声级以一个A声级来表示该段时间内的噪声大小,并称这个A声级为此时间段的等效连续A声级。
  3. A声级能够较好地反映人耳对噪声的强度和频率的主观感觉,对于一个连续的稳定噪声,它是一种较好的评价方法。但是对于起伏的或不连续的噪声,很难确定A声级的大小。例如我们测量交通噪声,当有汽车通过时噪声可能是75dB,但当没有汽车通过时可能只有50dB,这时就很难说交通噪声是75dB还是50dB。又如一个人在噪声环境下工作,间歇接触噪声与一直接触噪声对人的影响也不一样,因为人所接触的噪声能量不一样。为此提出了对于连续的稳定噪声,等效连续声级就等于测得的A声级。

  四、Ldn /Ld /Ln昼夜等效声级
  1. Ldn--昼夜等效声级,在计算一天24h的等效声级时,对夜间的噪声加上10dB的计权。
  2. Ld--白天的等效声级
  3. Ln--夜间的等效声级
  4. 白天与夜间的时间定义可依地区的不同而异。白天16小时(6:00~22:00),夜间8小时数(22:00~第二天6:00)

  五、LN累计百分声级(统计声级)
  1. 由于环境噪声,如街道、住宅区的噪声,往往呈现不规则且大幅度变动的情况,需要用统计的方法,用不同的噪声级出现的概率或累积概率来表示。
  2. 定义为:累计百分声级LN 表示某一A声级,且大于此声级的出现概率为N%。
  如:L5=70dB表示整个测量期间噪声超过70dB的概率占5%。L10,L95的意义依此类推。L5相当于峰值平均噪声级,L50相当于平均噪声级,又称中央值,L95相当于背景噪声级(或叫本底噪声级)。

  六、SD标准偏差和NPL噪声污染级
  1. 标准偏差SD(或σ)也可表示噪声起伏大小。
  2. 噪声污染级NPL也是用以评价噪声对人影响的一种方法,它是用噪声能量平均值和标准偏差来表示。
  3. 噪声污染级可用累积百分声级来表示。
 
 七、LAE声暴露级
  1. 对于单次或离散噪声事件,如锅炉超压放气,飞机的一次起飞或降落过程,一辆汽车驶过等等,可用LAE “声暴露级”来表示这一噪声事件的大小。
  2. 声暴露级本身是单次噪声事件的评价量。
  3. 如果用积分式声级计进行声暴露级的自动测量,就可按此原则进行设计。
  4. 此外,知道了单次噪声事件的声暴露级,也可从它计算T时段内的等效声级。

  八、E噪声暴露量(噪声剂量)
  1. 一个人在一定的噪声环境下工作,也就是暴露在噪声环境下,噪声对人的影响不仅与噪声的强度有关,而且与噪声暴露的时间有关。为此,提出了噪声暴露量,并用E表示,单位是Pa2•h(帕2•小时)。
  2. 我国《工业企业噪声卫生标准》(试行草案)中,规定工人每天工作8h,噪声声级不得超过85dB,相应的噪声暴露量为1Pa2h。如果工人每天工作4h,允许噪声声级增加3dB,噪声暴露量仍保持不变。
  3. 有的国家将噪声暴露量用噪声剂量来表示,并以规定的允许噪声暴露量作为100%。
  4. 国家职业卫生标准,为保护作业人员听力而发布的GBZ/T 189.8-2007工作场所物理因素测量( 第8部分)工作场所噪声等效声级参考接触限值:


  九、TNI交通噪声指数
  1. 通常,起伏的噪声比稳态的噪声对人的干扰更大,交通噪声指数就是考虑到了噪声起伏的影响,加以计权而得到的,通常记为 TNI。单位为dB(A)。
  2. 噪声起伏越大,则TNI也越大,也就是说,对人的干扰越大。噪声干扰亦同噪声的本底有关,L90越高,即本底越大,对人的干扰也越大。

  十、NR噪声评价数
  1. 噪声评价数NR是国际标准化组织1961年 的方法,它由一簇噪声评价数曲线(即NR曲线)所组成,并 了作为听力损伤、会话干扰、烦恼的噪声评价数N。
  2. 近年来各国规定的噪声标准,都是以A声级(或等效连续A声级)作为评价标准,参考NR曲线。

  十一、PNdB感觉噪声级和噪度(呐)
  1. 随着航空事业的发展,飞机噪声对人的危害日趋严重,为了评价航空噪声的影响,人们提出用感觉噪声级LPN和噪度来进行评价。
  2. 感觉噪声级的单位是PNdB,噪度的单位是呐,它们与响度级及响度相对应,但它们是以复合声音作为基础的,而响度级和响度则是以纯音或窄带声为基础的。

  十二、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,单位为瓦(W)。
  1、 一般声功率不能直接测量,而要根据测量的声压级来换算。
  2、 声功率级(dB):声功率用级来表示就是声功率级,它与声压级的关系如下:
  Lw =LPA+10lg (S/S0),
  式中:Lw——声功率级(dB); LPA——测量表面积的声压级(dB);
  S— —测量表面面积(m2); S0——基准面积(1m2)

  十三、声强(I): 声强是指单位时间内,声波通过垂直于声波传播方向单位面积的声能量。单位为 W/米2(W/m2)。

  十四、声级计功能健的英汉对照说明表


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