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1、噪声与振动限制技术 噪声限制技术的主要内容：声学基本原理噪声评价与测量噪声控制技术其次章 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，依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。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，其数学表达式为其中：在空气中规
2、定参考声压为210-5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：1）人耳能感觉到的声压，从可听阈210-5帕的声压到20帕范围，对应的声压级的变更为0dB到120dB，2）接受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辨别实力约为0.5分贝。应了解的几个数据：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
3、产生的声压级的大小应为多少？留意：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：可以推广到n个声源的状况，有如下的关系式：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：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。由于有：则有：在空气中，空气的特征阻抗率取400帕秒/米（相应温度
4、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。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：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上述三个量之间应留意以下的问题：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，
5、而声强增加一倍声强级和声压级增加3分贝。、响度级 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，调整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）。二、定义一、声音的频谱 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
6、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。三、等响曲线四、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：、计权声级 人耳对不同频率的声音的感觉是不同的，对于高频声音特殊是对与1000-5000赫兹的声音比较敏感，而对低频声，特殊是对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样的，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
7、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，因此一般的状况下的噪声测量中常接受A计权声级。、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：、累积百分声级对于不规则大幅度起伏变更的噪声，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
8、均噪声，L90表示背景噪声。当监测时间段长度相等时有:噪声评价数是评价噪声引起的苦恼和危害(听力损失和语言干扰)的参数，是1961年由ISO举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。3噪声评价数NR 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38dB，平均低5dB。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
9、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状况下的测量原理，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、声压级及声级的测量一、测量设备声级计可调带通滤波器频谱分析仪记录仪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测试仪器-声级计介绍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级一般声级计具有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
10、场可以严格限制的试验室用；D、0级标准声级计具有严格的精确度和容许极限，仅作为试验室标准。2）测量方法3）频谱测量 一般的，噪声的频率范围较宽，在噪声限制中往往须要知道噪声的频谱，为了测量得到噪声的频谱，须要接受滤波器。噪声测量中常常运用的是1倍频程和1/3倍频程滤波器，一个频程是指具有确定带宽的频带，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：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
11、歇性变更，读n次值，以它的平均值表示；在噪声不规则大幅度变更时，每隔5秒钟读取一个A声级，连续读100个数据(或200个)，按从大到小依次排队，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。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：声学中常用的一倍频程及1/3倍频程划分如下：、声强的测量、声强的测量在声场中任一点的瞬时声强I：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:沿测量方向的声强：1）测量原理 接受
12、双传声器测量声强，事实上就是用距离较近的两点的声压变更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：其中：-介质密度。可知，速度可表示为压力P的梯度：由图可见，近似有：进而有：进行傅氏变换经运算，可得到：2)测量中留意的问题: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（1）有限差分误差为了求得质点的速度，引入了式:当两个传声器之间的距离 时，可得到正确的近似解，但是当时 ，会得到了完全错误的结果，因此在测量中应使 的取值满足 ，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
13、量的上限频率越高。以平面波为例，可得:（2）相位失配误差 设P1，P2的相位误差为 ，测试仪器的相位误差为 ，则对平面波有:1R2RR 近场测量的影响（3）近场测量误差 如图所示的点声源，可得如下的关系式:当:时，测量误差最大。（4）空气流的干扰 空气流影响声强的测量结果，当风速超过时，一般结果不行靠，尤其在低频时，应加挡风罩。2.2.3 声功率级测量 声源的声功率可以衡量声源每秒辐射声能的大小，它与测量点距离声源的远近无关，是描述声源特性的重要物理量。声功率的测量主要有以下几种方法：混响室法、消声室或半消声室法、现场法、声强测量法。混响室法是将声源放置在混响室内进行声功率测量的方法。混响室指
14、的是一间体积比较大（一般大于180米3），墙的隔声和地面的隔声都很好，壁面的吸声系数很小（一般小于0.02）的房间。在这样的空间里，从理论和实践可以证明，声源的声功率和室内一点的声压级之间的关系为:1)混响室法2)消声室法(模拟自由声场)A)原理B)步骤及方法1确定基准体2选择测量表面3测点数目及测点位置确定基准体的长宽高计算特征距离半球面:半径大于特征距离的两倍六面体:每个测量面到基准体的距离一 般为1米,最小不得小于0.5米1矩形六面体测量表面上的测点2半球测量表面上的测点3)现场测量法 现场测量法是在非试验室的条件下进行的，在此状况下室内的声学条件往往是介于混响室和消声室之间，因此声功率
15、的测量即不能按混响室又不能按消声室来进行测量。再上面我们曾经给出了混响室内进行声功率测量的公式:对于被测声源有:相减得：其中:LW1已知，LP1，LP2可由现场测量得到。则由上式经计算可得LW2。4)声强测量法：接受声强测试技术测量声功率同其他方法相比具有无比，受环境因素影响小，测量的精确性好。如图所示，A为被测声源，B为干扰声源。当声强法测量声功率时，由于声强具有方向性，沿包围声源的封闭表面对封闭表面的法向声强进行积分，则封闭表面以外的声源的噪声贡献为零。即有声源A辐射的声功率为:其中In包络面的法向声强。在实际测量中同样可以将包络面划分成n个小单元，分别测量得到各单元的法向声强Ini，则有总声强为:进而有声功率级为:、噪声评价方法简介1噪声测量2噪声预料3依据相应的标准进行评价并给出噪声限制的方法总结