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噪聲評價中的常見的基本概念

2020-03-06


一、響度級和響度


聲壓和聲強都是客觀物理量,聲壓越高,聲音越強;聲壓越低,聲音越弱,但是它們不能完全反映人耳對聲音的感覺特性。  噪聲治理公司


人耳對聲音的感覺,不僅和聲壓有關,也和頻率有關。一般對高頻聲音感覺靈敏,對低頻聲音感覺遲鈍,聲壓級相同而頻率不同的聲音聽起來可能不一樣響。為了既考慮到聲音的物理量效應,又考慮到聲音對人耳聽覺的生理效應,把聲音的強度和頻率用一個量統一起來,人們仿照聲壓級引出了一個響度級的概念。


使用等響實驗方法,可以得到一族不同頻率、不同聲壓級的等響度曲線。實驗時用1000Hz的某一強度(例如40dB)的聲音為基準,用人耳試聽的辦法與其它頻率(例如100Hz)聲音進行比較,調節此聲音的聲壓級,使它與1000Hz聲音聽起來響度相同,記下此頻率的聲壓級(例如50dB)。再用其它頻率試驗並記下它們與1000Hz聲音響度相等的聲壓級,將這些數據畫在坐標上,就得到一條與1000Hz、40dB聲壓級等響的曲線。


這條曲線用1000Hz時的聲壓級數值來表示它們的響度級值,單位為方,這裏就是40方。同樣以1000Hz其它聲壓級的聲音為基準,進行不同頻率的響度比較,可以得出其它的等響度曲線。經過大量試驗得到的並由國際標準化組織(ISO)推薦為標準的等響度曲線示於圖1。


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從等響度曲線可以看出:


1、當響度級比較低時,低頻段等響度曲線彎曲較大,也就是不同頻率的響度級(方值)與聲壓級(dB值)相關很大,例如同樣40方響度級,對1000Hz聲音來說聲壓級是40dB,對100Hz聲音是50dB,對40Hz聲音是70dB,對20Hz聲音是90dB。


2、當響度級高於100方時,等響度曲線變得比較平坦,也就是聲音的響度級主要決定於聲壓級,與頻率關係不大。


3、人耳對高頻聲音,特別是3000~4000Hz的聲音最敏感,而對低頻聲音則頻率越低越不敏感。


響度級雖然定量地確定了響度感覺與頻率和聲壓級的關係,但是卻未能確定這個聲音比那個聲音響多少。例如一個80方的聲音比另一個50方的聲音究竟響幾倍?為此人們引出了響度的概念。1947年國際標準化組織采用了一個新的主觀評價量——宋,並以40方為1宋。響度級每增加10方,響度增加一倍,如50方為2宋,60方為4宋等。其表示式為:

式中:S是響度(宋),LN 是響度級(方)。


用響度表示聲音的大小可以直接計算出聲音響度增加或降低的百分數。如果聲源經過隔聲處理後響度級降低了10方,相當於響度降低了50%;響度級降低20方,相當於響度降低了75%等等。


上述兩個等式隻適用於純音和窄帶噪聲,對於一般的寬帶噪聲則要采用響度指數的計算方法,或者利用史蒂文斯響度指數表來查找倍頻帶或1/3倍頻帶聲壓級對應的響度指數。


二、聲級和A聲級


聲壓級隻反應聲音強度對人響度感覺的影響,不能反映聲音頻率對響度感覺的影響。響度級和響度解決了這個問題,但是用它們來反映人們對聲音的主觀感覺過於複雜,於是又提出了計權聲壓級的概念。計權聲壓級就是用一定頻率計權網絡測量得到的聲壓級,計權聲壓級簡稱聲級。


在聲學測量儀器中,通常根據等響度曲線,設置一定的頻率計權電網絡,使接收的聲音按不同程度進行頻率濾波,以模擬人耳的響度感覺特性。當然蝴蝶视频app官方下载不可能做無窮多個電網絡來模擬無窮多根等響度曲線,一般設置A,B和C三種計權網絡,其中A計權網絡是模擬人耳對40方純音的響度,當信號通過時,其低、中頻段(1000Hz以下)有較大的衰減。B計權網絡是模擬人耳對70方純音的響度,它對信號的低頻段有一定衰減。而C計權網絡是模擬人耳對100方純音的響度,在整個頻率範圍內有近乎平直的響應。


A、B、C計權的頻率響應曲線(計權曲線)已由國際電工委員會(IEC)定為標準,並示於圖2。

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IEC61672-1:2002規定了A、C及Z(不計權)頻率計權相對響應及允許誤差見表1(包括最大測量擴展不確定度)。

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利用具有一定頻率計權網絡和時間計權的聲學測量儀器對聲音進行聲壓級測量,所得到的讀數稱計權聲壓,簡稱聲級,單位為dB。使用什麽計權網絡應在測量值後麵注明,如70dB(C)或C聲級70dB。如果沒有注明,通常就是指A聲級。


某時間t的A計權和時間計權聲級LAτ(t)用下式表示:

式中:τ為時間計權F或S的指數時間常數;ξ為從過去的某時刻,例如積分下限-∞,到觀測時刻t的時間積分的變量;pA(ξ)為A計權瞬時聲壓;p0為基準聲壓。


在上式中,取對數運算的函數式的分子是在觀察時間t上對頻率計權聲壓取指數時間計權的方均根值。上式的表達過程可用圖3的示意圖說明。

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圖3 形成指數時間計權聲級的主要步驟


在實際測量時到底用哪一種計權網絡呢?以前曾有規定,聲級小於70dB時用A網絡測量,聲級大於70dB但小於90dB時用B網絡測量,聲級大於90dB時用C網絡測量。近年來研究表明,不論噪聲強度多少,利用A聲級都能較好地反應噪聲對人吵鬧的主觀感覺和人耳聽力損傷的影響。因此,現在基本上都用A聲級來作為噪聲評價的基本量,而且如果不另作說明,都是指的A聲級。C聲級隻作為可聽聲範圍的總聲壓級的讀數來使用,B聲級基本上不用了。有時隻是為了判斷噪聲的頻率特性,才附帶測量C聲級。因為如果A、C兩種聲級基本相同,該噪聲特性是高頻特性;如果C聲級小於A聲級,該噪聲為中頻特性;如果C聲級大於A聲級,則該噪聲為低頻特性。表2列了幾種常見聲源的A聲級。


在有些聲學測量儀器中還具有D計權網絡。它主要用於航空噪聲的測量。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。D網絡頻率響應特性亦示於圖2中,它的響應特性對應於倒置的40呐等噪度曲線。目前,D計權也已不使用,有關的標準也已不再規定它們的特性。

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