來源：摘編自杭州愛華儀器有限公司張紹棟、熊文波編輯的《噪聲和振動(dòng)測量技術(shù)》講義。
一、響度級(jí)和響度
聲壓和聲強(qiáng)都是客觀物理量，聲壓越高，聲音越強(qiáng)；聲壓越低，聲音越弱，但是它們不能完全反映人耳對(duì)聲音的感覺特性。
人耳對(duì)聲音的感覺，不僅和聲壓有關(guān)，也和頻率有關(guān)。一般對(duì)高頻聲音感覺靈敏，對(duì)低頻聲音感覺遲鈍，聲壓級(jí)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(yīng)，又考慮到聲音對(duì)人耳聽覺的生理效應(yīng)，把聲音的強(qiáng)度和頻率用一個(gè)量統(tǒng)一起來，人們仿照聲壓級(jí)引出了一個(gè)響度級(jí)的概念。
使用等響實(shí)驗(yàn)方法，可以得到一族不同頻率、不同聲壓級(jí)的等響度曲線。實(shí)驗(yàn)時(shí)用1000Hz的某一強(qiáng)度（例如40dB）的聲音為基準(zhǔn)，用人耳試聽的辦法與其它頻率（例如100Hz）聲音進(jìn)行比較，調(diào)節(jié)此聲音的聲壓級(jí)，使它與1000Hz聲音聽起來響度相同，記下此頻率的聲壓級(jí)（例如50dB）。再用其它頻率試驗(yàn)并記下它們與1000Hz聲音響度相等的聲壓級(jí)，將這些數(shù)據(jù)畫在坐標(biāo)上，就得到一條與1000Hz、40dB聲壓級(jí)等響的曲線。
這條曲線用1000Hz時(shí)的聲壓級(jí)數(shù)值來表示它們的響度級(jí)值，單位為方，這里就是40方。同樣以1000Hz其它聲壓級(jí)的聲音為基準(zhǔn)，進(jìn)行不同頻率的響度比較，可以得出其它的等響度曲線。經(jīng)過大量試驗(yàn)得到的并由國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）推薦為標(biāo)準(zhǔn)的等響度曲線示于圖1。
圖 1 等響度曲線
從等響度曲線可以看出：
響度級(jí)雖然定量地確定了響度感覺與頻率和聲壓級(jí)的關(guān)系，但是卻未能確定這個(gè)聲音比那個(gè)聲音響多少。例如一個(gè)80方的聲音比另一個(gè)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(biāo)準(zhǔn)化組織采用了一個(gè)新的主觀評(píng)價(jià)量——宋，并以40方為1宋。響度級(jí)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：
或
式中：S是響度（宋），LN 是響度級(jí)（方）。
用響度表示聲音的大小可以直接計(jì)算出聲音響度增加或降低的百分?jǐn)?shù)。如果聲源經(jīng)過隔聲處理后響度級(jí)降低了10方，相當(dāng)于響度降低了50%；響度級(jí)降低20方，相當(dāng)于響度降低了75%等等。
上述兩個(gè)等式只適用于純音和窄帶噪聲，對(duì)于一般的寬帶噪聲則要采用響度指數(shù)的計(jì)算方法，或者利用史蒂文斯響度指數(shù)表來查找倍頻帶或1/3倍頻帶聲壓級(jí)對(duì)應(yīng)的響度指數(shù)。
二、聲級(jí)和A聲級(jí)
聲壓級(jí)只反應(yīng)聲音強(qiáng)度對(duì)人響度感覺的影響，不能反映聲音頻率對(duì)響度感覺的影響。響度級(jí)和響度解決了這個(gè)問題，但是用它們來反映人們對(duì)聲音的主觀感覺過于復(fù)雜，于是又提出了計(jì)權(quán)聲壓級(jí)的概念。計(jì)權(quán)聲壓級(jí)就是用一定頻率計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)測量得到的聲壓級(jí)，計(jì)權(quán)聲壓級(jí)簡稱聲級(jí)。
在聲學(xué)測量儀器中，通常根據(jù)等響度曲線，設(shè)置一定的頻率計(jì)權(quán)電網(wǎng)絡(luò)，使接收的聲音按不同程度進(jìn)行頻率濾波，以模擬人耳的響度感覺特性。當(dāng)然我們不可能做無窮多個(gè)電網(wǎng)絡(luò)來模擬無窮多根等響度曲線，一般設(shè)置A，B和C三種計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)，其中A計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)是模擬人耳對(duì)40方純音的響度，當(dāng)信號(hào)通過時(shí)，其低、中頻段（1000Hz以下）有較大的衰減。B計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)是模擬人耳對(duì)70方純音的響度，它對(duì)信號(hào)的低頻段有一定衰減。而C計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)是模擬人耳對(duì)100方純音的響度，在整個(gè)頻率范圍內(nèi)有近乎平直的響應(yīng)。
A、B、C計(jì)權(quán)的頻率響應(yīng)曲線（計(jì)權(quán)曲線）已由國際電工委員會(huì)（IEC）定為標(biāo)準(zhǔn)，并示于圖2。
圖2 頻率計(jì)權(quán)相對(duì)響應(yīng)曲線
IEC61672-1：2002規(guī)定了A、C及Z（不計(jì)權(quán)）頻率計(jì)權(quán)相對(duì)響應(yīng)及允許誤差見表1（包括最大測量擴(kuò)展不確定度）。
表1 頻率計(jì)權(quán)和允差（包括最大測量擴(kuò)展不確定度）
利用具有一定頻率計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)和時(shí)間計(jì)權(quán)的聲學(xué)測量儀器對(duì)聲音進(jìn)行聲壓級(jí)測量，所得到的讀數(shù)稱計(jì)權(quán)聲壓，簡稱聲級(jí)，單位為dB。使用什么計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)在測量值后面注明，如70dB(C)或C聲級(jí)70dB。如果沒有注明，通常就是指A聲級(jí)。
某時(shí)間t的A計(jì)權(quán)和時(shí)間計(jì)權(quán)聲級(jí)LAτ(t)用下式表示：
式中：τ為時(shí)間計(jì)權(quán)F或S的指數(shù)時(shí)間常數(shù)；ξ為從過去的某時(shí)刻，例如積分下限-∞，到觀測時(shí)刻t的時(shí)間積分的變量；pA(ξ)為A計(jì)權(quán)瞬時(shí)聲壓；p0為基準(zhǔn)聲壓。
在上式中，取對(duì)數(shù)運(yùn)算的函數(shù)式的分子是在觀察時(shí)間t上對(duì)頻率計(jì)權(quán)聲壓取指數(shù)時(shí)間計(jì)權(quán)的方均根值。上式的表達(dá)過程可用圖3的示意圖說明。
圖3 形成指數(shù)時(shí)間計(jì)權(quán)聲級(jí)的主要步驟
在實(shí)際測量時(shí)到底用哪一種計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)呢？以前曾有規(guī)定，聲級(jí)小于70dB時(shí)用A網(wǎng)絡(luò)測量，聲級(jí)大于70dB但小于90dB時(shí)用B網(wǎng)絡(luò)測量，聲級(jí)大于90dB時(shí)用C網(wǎng)絡(luò)測量。近年來研究表明，不論噪聲強(qiáng)度多少，利用A聲級(jí)都能較好地反應(yīng)噪聲對(duì)人吵鬧的主觀感覺和人耳聽力損傷的影響。因此，現(xiàn)在基本上都用A聲級(jí)來作為噪聲評(píng)價(jià)的基本量，而且如果不另作說明，都是指的A聲級(jí)。C聲級(jí)只作為可聽聲范圍的總聲壓級(jí)的讀數(shù)來使用，B聲級(jí)基本上不用了。有時(shí)只是為了判斷噪聲的頻率特性，才附帶測量C聲級(jí)。因?yàn)槿绻鸄、C兩種聲級(jí)基本相同，該噪聲特性是高頻特性；如果C聲級(jí)小于A聲級(jí)，該噪聲為中頻特性；如果C聲級(jí)大于A聲級(jí)，則該噪聲為低頻特性。表2列了幾種常見聲源的A聲級(jí)。
表2 幾種常見聲源的A聲級(jí) （測點(diǎn)距離聲源1-1.5m）
在有些聲學(xué)測量儀器中還具有D計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)。它主要用于航空噪聲的測量。用D計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)測得的D聲級(jí)再加上7dB，就直接得到飛機(jī)噪聲的感覺噪聲級(jí)。D網(wǎng)絡(luò)頻率響應(yīng)特性亦示于圖2中，它的響應(yīng)特性對(duì)應(yīng)于倒置的40吶等噪度曲線（見圖5）。目前，D計(jì)權(quán)也已不使用，有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)也已不再規(guī)定它們的特性。
三、時(shí)間平均聲級(jí)或等效連續(xù)聲級(jí)Leq
A聲級(jí)能夠較好地反映人耳對(duì)噪聲的強(qiáng)度和頻率的主觀感覺，對(duì)于一個(gè)連續(xù)的穩(wěn)定噪聲，它是一種較好的評(píng)價(jià)方法。但是對(duì)于起伏的或不連續(xù)的噪聲，很難確定A聲級(jí)的大小。例如我們測量交通噪聲，當(dāng)有汽車通過時(shí)噪聲可能是75dB，但當(dāng)沒有汽車通過時(shí)可能只有50dB，這時(shí)就很難說交通噪聲是75dB還是50dB。又如一個(gè)人在噪聲環(huán)境下工作，間歇接觸噪聲與一直接觸噪聲對(duì)人的影響也不一樣，因?yàn)槿怂佑|的噪聲能量不一樣。為此提出了用噪聲能量平均的方法來評(píng)價(jià)噪聲對(duì)人的影響，這就是時(shí)間平均聲級(jí)或等效連續(xù)聲級(jí)，用Leq表示。這里仍用A計(jì)權(quán)，故亦稱等效連續(xù)A聲級(jí)LAeq。
等效連續(xù)A聲級(jí)定義為：在聲場中某一定位置上，用某一段時(shí)間能量平均的方法，將間歇出現(xiàn)的變化的A聲級(jí)以一個(gè)A聲級(jí)來表示該段時(shí)間內(nèi)的噪聲大小，并稱這個(gè)A聲級(jí)為此時(shí)間段的等效連續(xù)A聲級(jí)，即：
式中：pA(t)是瞬時(shí)A計(jì)權(quán)聲壓；p0是參考聲壓（2×10Pa??）；LA是變化A聲級(jí)的瞬時(shí)值，單位dB；T是某段時(shí)間的總量。
實(shí)際測量噪聲是通過不連續(xù)的采樣進(jìn)行測量，假如采樣時(shí)間間隔相等，則：
式中：N是測量的聲級(jí)總個(gè)數(shù)，LAi是采樣到的第i個(gè)A聲級(jí)。對(duì)于連續(xù)的穩(wěn)定噪聲，等效連續(xù)聲級(jí)就等于測得的A聲級(jí)。
四、晝夜等效聲級(jí)
通常噪聲在晚上比白天更顯得吵，尤其對(duì)睡眠的干擾是如此。評(píng)價(jià)結(jié)果表明，晚上噪聲的干擾通常比白天高10dB。為了把不同時(shí)間噪聲對(duì)人的干擾不同的因素考慮進(jìn)去，在計(jì)算一天24h的等效聲級(jí)時(shí)，要對(duì)夜間的噪聲加上10dB的計(jì)權(quán)，這樣得到的等效聲級(jí)為晝夜等效聲級(jí)，以符號(hào)Ldn表示：
式中：Ld為白天的等效聲級(jí)；Ln為夜間的等效聲級(jí)。
白天與夜間的時(shí)間定義可依地區(qū)的不同而異。16為白天小時(shí)數(shù)（6:00~22:00），8為夜間小時(shí)數(shù)（22:00~第二天6:00）。
五、聲暴露級(jí)LAE
對(duì)于單次或離散噪聲事件，如鍋爐超壓放氣，飛機(jī)的一次起飛或降落過程，一輛汽車駛過等等，可用“聲暴露級(jí)”LAE來表示這一噪聲事件的大小：
式中PA(t)為聲壓、P0為參考聲壓級(jí)，（t2-t1）為該噪聲事件對(duì)聲能有顯著貢獻(xiàn)的足夠長的時(shí)間間隔。t0為參考時(shí)間，一般不注明時(shí)取t0為1秒。
圖4 單次噪聲事件
如一單次噪聲事件的時(shí)間過程如圖4所示，則在確定（t2-t1）的時(shí)間間隔時(shí)，可取最高聲級(jí)以下降低10dB以內(nèi)的總能量計(jì)算，就不會(huì)引起不可忽略的誤差了。如果用積分式聲級(jí)計(jì)進(jìn)行聲暴露級(jí)的自動(dòng)測量，就可按此原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。聲暴露級(jí)本身是單次噪聲事件的評(píng)價(jià)量，此外，知道了單次噪聲事件的聲暴露級(jí)，也可從它計(jì)算T時(shí)段內(nèi)的等效聲級(jí)。如果在T時(shí)段內(nèi)有n個(gè)單次噪聲事件，其聲暴露級(jí)分別為LAEi，則T時(shí)段內(nèi)的等效聲級(jí)為：
六、噪聲暴露量（噪聲劑量）
一個(gè)人在一定的噪聲環(huán)境下工作，也就是暴露在噪聲環(huán)境下時(shí)，噪聲對(duì)人的影響不僅與噪聲的強(qiáng)度有關(guān)，而且與噪聲暴露的時(shí)間有關(guān)。為此，提出了噪聲暴露量，并用E表示，單位是Pa2 ·h（帕2·小時(shí)）。
噪聲暴露量E定義為噪聲的A計(jì)權(quán)聲壓值平方的時(shí)間積分，即：
式中：T是測量時(shí)間（h），pA(t)是瞬時(shí)A計(jì)權(quán)聲壓。假如pA(t)在試驗(yàn)期保持恒定不變，則：
1Pa2 ·h相當(dāng)于84.95≈85dB聲級(jí)暴露了8h，我國《工業(yè)企業(yè)噪聲衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（試行草案）中，規(guī)定工人每天工作8h，噪聲聲級(jí)不得超過85dB，相應(yīng)的噪聲暴露量為1Pa2h。如果工人每天工作4h，允許噪聲聲級(jí)增加3dB，噪聲暴露量仍保持不變。
某一時(shí)間內(nèi)的等效連續(xù)聲級(jí)（Leq ）與噪聲暴露量（E）之間的關(guān)系為：
有的國家將噪聲暴露量用噪聲劑量來表示，并以規(guī)定的允許噪聲暴露量作為100%，例如以1Pa2 ·h作為100%，則0.5Pa2 ·h噪聲劑量為50%，2Pa2·h為200%等等。
七、累計(jì)百分聲級(jí)（統(tǒng)計(jì)聲級(jí)）LN
由于環(huán)境噪聲，如街道、住宅區(qū)的噪聲，往往呈現(xiàn)不規(guī)則且大幅度變動(dòng)的情況，因此需要用統(tǒng)計(jì)的方法，用不同的噪聲級(jí)出現(xiàn)的概率或累積概率來表示。定義為：累計(jì)百分聲級(jí)LN表示某一A聲級(jí)，且大于此聲級(jí)的出現(xiàn)概率為N%。如L5=70dB表示整個(gè)測量期間噪聲超過70dB的概率占5%。L10，L95 的意義依此類推。
L5相當(dāng)于峰值平均噪聲級(jí)，L50相當(dāng)于平均噪聲級(jí)，又稱中央值，L95相當(dāng)于背景噪聲級(jí)（或叫本底噪聲級(jí)）。如果測量是按一定時(shí)間間隔（例如每5s一次）讀取指示值，那么L10表示有10%的數(shù)據(jù)比它高，L50表示有50%的數(shù)據(jù)比它高，L90表示有90%的數(shù)據(jù)比它高。
如果噪聲級(jí)的統(tǒng)計(jì)特性符合正態(tài)分布，那么：
式中：d=L10-L90 。如果噪聲級(jí)的統(tǒng)計(jì)特性符合對(duì)稱正態(tài)分布，則L10-L50與L50-L90應(yīng)該相同。如不對(duì)稱則差值不同，差值越大說明分布越不集中。
八、交通噪聲指數(shù)
通常，起伏的噪聲比穩(wěn)態(tài)的噪聲對(duì)人的干擾更大，交通噪聲指數(shù)就是考慮到了噪聲起伏的影響，加以計(jì)權(quán)而得到的，通常記為TNI。因?yàn)樵肼暭?jí)的測量是用A計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)，所以它的單位為dB(A)，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：
d反映了交通噪聲起伏的程度，d越大，表示噪聲起伏越大，則TNI也越大，也就是說，對(duì)人的干擾越大。噪聲干擾亦同噪聲的本底有關(guān)，L90越高，即本底越大，對(duì)人的干擾也越大。
九、標(biāo)準(zhǔn)偏差和噪聲污染級(jí)
標(biāo)準(zhǔn)偏差SD（或σ）也可表示噪聲起伏大?。?/span>
式中：LA為整個(gè)采樣時(shí)間內(nèi)所有A聲級(jí)的算術(shù)平均值，LAi為第i個(gè)瞬時(shí)A聲級(jí)，N為總的采樣次數(shù)。
噪聲污染級(jí)NPL也是用以評(píng)價(jià)噪聲對(duì)人影響的一種方法，它是用噪聲能量平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差來表示的：
在正態(tài)分布條件下，噪聲污染級(jí)可用累積百分聲級(jí)來表示：
十、噪聲評(píng)價(jià)數(shù)NR
噪聲評(píng)價(jià)數(shù)NR是國際標(biāo)準(zhǔn)化組織1961年推薦的方法，它由圖5的一簇噪聲評(píng)價(jià)數(shù)曲線（即NR曲線）所組成，并推薦了作為聽力損傷、會(huì)話干擾、煩惱的噪聲評(píng)價(jià)數(shù)N。近年來各國規(guī)定的噪聲標(biāo)準(zhǔn)，都是以A聲級(jí)（或等效連續(xù)A聲級(jí)）作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，參考NR曲線。對(duì)于大多數(shù)噪聲（航空噪聲例外），NR=LA -5。如保護(hù)聽力標(biāo)準(zhǔn)為85dB，即相當(dāng)于N-80，由N-80曲線即可知各倍頻帶聲壓級(jí)的允許標(biāo)準(zhǔn)。求噪聲評(píng)價(jià)數(shù)的方法是把各倍頻帶聲壓級(jí)畫在圖上，超過這些值的最低曲線的NR值即所求的值。對(duì)聽力保護(hù)和語言可懂度，只用500，1000，2000Hz三個(gè)倍頻帶。
圖5 噪聲評(píng)價(jià)曲線
十一、感覺噪聲級(jí)（PNdB）和噪度（吶）
隨著航空事業(yè)的發(fā)展，飛機(jī)噪聲對(duì)人的危害日趨嚴(yán)重，為了評(píng)價(jià)航空噪聲的影響，人們提出用感覺噪聲級(jí)LPN和噪度來進(jìn)行評(píng)價(jià)。感覺噪聲級(jí)的單位是PNdB，噪度的單位是吶，它們與響度級(jí)及響度相對(duì)應(yīng)，但它們是以復(fù)合聲音作為基礎(chǔ)的，而響度級(jí)和響度則是以純音或窄帶聲為基礎(chǔ)的。圖6畫出了等噪度曲線及噪度和感覺噪聲級(jí)的換算圖表，噪度為1吶的聲音同一個(gè)40dB、中心頻率為1000Hz的倍頻帶（或1/3倍頻帶）的無規(guī)噪聲聽起來有相等的吵鬧感覺。
圖6 等噪度曲線和感覺噪聲級(jí)的換算
感覺噪聲級(jí)可通過以下方法進(jìn)行測量和計(jì)算：首先測出某航空噪聲的倍頻帶或1/3倍頻帶聲壓級(jí)，在圖6等噪度曲線上查得各頻帶的噪度（吶），再根據(jù)下式算出總噪度NT：
式中：Nm是各噪度中最大的一個(gè)；∑項(xiàng)是所有頻帶噪度之和；F是系數(shù)，對(duì)于倍頻程為0.30，對(duì)于1/3倍頻程為0.15。然后由圖6或按下式，將總噪度化為感覺噪聲級(jí)：
對(duì)于具有用于航空噪聲測量用的D計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)的聲級(jí)計(jì)，可以直接在測得的D計(jì)權(quán)聲級(jí)上加7dB，就得到感覺噪聲級(jí)PNdB。例如某飛機(jī)的D計(jì)權(quán)噪聲級(jí)LP=140dB，則其感覺噪聲級(jí)LPN為147（PNdB），這就大大簡化了測量和計(jì)算。
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