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第四章噪声测试和监测4.1测量仪器4.1.1声级计在噪声测量中声级计是常用的基本声学仪器。它是一种可测量声压级的便携式仪器。表4-1声级计分类类型

精密级

普通级0ⅠⅡⅢ精度±0.4dB±0.7dB±1.0dB±1.5dB用途实验室标准仪器声学研究现场测量监测、普查声级计一般由传声器、放大器、衰减器、计权网络、检波器和指示器等组成。1.传声器这是一种将声压转换成电压的声电换能器。2.放大器声级计的放大器部分，要求在音频范围内响应平直，有足够低的本底噪声，精密声级计的声级测量下限一般在24dB左右。声级计内的放大器，要求具有较高的输入阻抗和较低的输出阻抗，并有较小的线性失真，放大系统一般包括输入放大器和输出放大器两组。3.衰减器声级计的量程范围较大，一般为25~130dB。但检波器和指示器不可能有这么宽的量程范围，这就需要设置衰减器，其功能是将接到的强信号给予衰减，以免放大器过载。为了提高信噪比，将衰减器分为输入衰减器和输出衰减器。输入衰减器放在第一组放大器前面．作用是将接收的强信号衰减，不使输入放大器过载。由于输入衰减器不能降低第一组放大器所产生的噪声，信噪比指标不好，而输出衰减器接在第一组放大器和第二组放大器之间，获得的信噪比指标好，所以使用时输出衰减器尽量处在最大衰减位置。4.滤波器所谓滤波器就是把所需要测量的声音频谱划分成许多频带，可以逐次允许某一频带声音通过，而将其余成分声音滤去。声级计中的滤波器包括A、B、C、D计权网络和1/1倍频程或1/3倍频程滤波器。5.声级计的主要附件（1）防风罩：在室外测量时，为避免风噪声对测量结果的影响，在传声器上罩一个防风罩，通常可降低风噪声10~20dB。（2）鼻形锥：若要在稳定的高速气流中测量噪声，应在传声器上装配鼻形锥，使锥的尖端朝向来流，从而降低气流扰动产生的影响。（3）延长电缆：当测量精度要求较高或在某些特殊情况下，测量仪器与测试人员相距较远。这时可用一种屏蔽电缆连接电容传声器和声级计。6.声级计的校准为保证测量的准确性，声级计使用前后要进行校准，通常使用活塞发生器、声级校准器或其他声压校准仪器对声级计进行校准。使用声级计测量应注意的事项（1）背景噪声的影响：背景噪声会影响测量准确性。（2）反射声的影响：声源附近或传声器周围有较大的反射体时，会给测量带来较大的误差。如墙壁、地面、机械设备、人体等都是反射体。测量时，传声器应尽量远离反射体，最好距离在1米以外。（3）环境的影响：在野外测量时，风吹到传声器使膜片上的压力发生变化，从而引起风噪声，影响测量的准确性。此时可使用风罩。4.2声强及声功率测量4.2.1声强测量及应用运用加（减）法器、乘法器和积分器等电路模块，就可根据式（4-2），求出声强平均值。互功率谱方法也是计算声强的一种通用方法。声强测量的用处很多，由于声强是一个矢量，因此声强测量可用来鉴别声源和判定它的方位，可以画出声源附近声能流动路线，可以测定吸声材料的吸声系数和墙体的隔声量，甚至在现场强背景噪声条件下，通过测量包围声源的封闭包络面上各面元的声强矢量求出声源的声功率。目前，大致有三类声强测量仪器：4.2.2声功率的测量声源的声功率是声源在单位时间内发出的总能量。它与测点离声源的距离以及外界条件无关，是噪声源的重要声学量。测量声功率有三种方法：混响室法、消声室或半消声室法、现场法。一、室内声场为便于分析研究，通常把房间内的声场分解成两部分：从声源直接到达受声点的直达声形成的声场叫直达声。痪考浔诿嬉淮位蚨啻畏瓷浜蟮酱锸苌愕姆瓷渖纬傻纳〗谢煜焐。声音不断从声源发出，又经过壁面及空气的不断吸收，当声源在单位时间内发出的声能等于被吸收的声能，房间的总声能就保持一定。若这时候房间内声能密度处处相同，而且在任一受声点上，声波在各个传播方向作无规分布的声场叫扩散声场。一些大的厅堂里欣赏音乐，常产生有“余音绕梁，三日不绝”的感受，这就是混响造成的效果。1、平均自由程设混响声场是理想的扩散声场。在室内声场中，声波每相邻两次反射所经过的路程称作自由程。室内自由程的平均值称为平均自由程（d）。式中：V－房间容积；

S－房间内表面面积。当声速为c时，声波传播一个自由程所需时间τ为：故单位时间平均反射次数n为：2、平均吸声系数当声波在室内碰到壁面（包括天花板与地板）时，如果壁面并非刚性，它对声波具有一定的吸声能力，那么一部分入射声波就要被壁面吸收，被壁面所吸收的能量与入射能量的比值称为壁面的吸声系数αi。设对应于某吸声表面积Si的吸声系数为αi

，如果对室内所有的吸声表面的吸声系数进行平均，则可得到室内平均吸声系数为3.吸声量吸声系数反映房间壁面单位面积的吸声能力，材料实际吸收声能的多少，除了与材料的吸声系数有关外，还与材料表面积大小有关。吸声材料的实际吸声量按下式计算：

A=αS

单位是m2。房间中的其他物体如家具、人等，也会吸收声能，而这些物体并不是房间壁面的一部分。因此，房间总的吸声量A可以表示为：右式第一项为所有壁面吸收量的总和，第二项是室内各个物体吸收量的总和。4.直达声场设点声源的声功率是W，在距点声源r处，直达声的声强为：

Id=QW4πr2式中：Q---指向性因子。距点声源r处直达声的声压pd及声能密度Dd为：

pd2=ρcId=Dd==相应的声压级L=LW+10lg()4πr2ρcQWpd2ρc24πr2cQWpdQ4πr25.混响声场设混响声场是理想的扩散声场。自声源未经反射直接传到接收点的声音均为直达声。经第一次反射面吸收后，剩下的声能便是混响声。故单位时间声源向室内贡献的混响声为W(1-α)，这些混响声在以后的多次反射中还要被吸收。设混响声能密度为Dr，则总混响声能为DrV，每反射一次，吸收DrVα，每秒反射cS/4V次，则单位时间吸收的混响声能为DrVαcS/4V。当单位时间声源贡献的混响声能与被吸收的混响声能相等时，达到稳态，即：因此，达到稳态时，室内的混响声能密度为：

Dr=4W（1-α）cSα设式中：R---房间常量，则：由此得到，混响声场中的声压pr2为：相应的声压级6.总声场把直达声场和混响声场叠加，就得到总声场。总声场的声能密度D为：

总声场的声压平方值p2为：

总声场的声压级在Q=1的情况下，即声源远离壁面位于房间的中央时，我们以R=100米2的曲线为例，从图上可以看出，当离声源中心的距离r在1米以内时，声压级与房间是否存在没有多大区别。也就是说，声源放置在房间内测出的声压级与放置在露天广场上时测出的声压级相差不到3分贝。

但是当离声源中心的距离r在6米以外时，声压级就基本上与距离无关了，这时声压级主要就由房间常数R决定。由此可知，离声源近时，直达声场占主要地位。当离声源中心的距离逐渐增大时，房间的影响逐渐增强。当距离增加到一定程度时，房间内的混响声场转为占主要地位。图中的R＝∞直线即为自由场中直达声随距离的衰减。以R＝1000m2的曲线为例，从图中可以看出，假定无指向性声源放在两壁面边线的中心，即Q＝4，当离声源中心的距离在4米以内时，声压级与声源放置在室外露天相差不到1分贝，即以直达声为主。当离声源中心的距离足够远时，如r＝10米，声压级基本上与距离无关，这时主要由房间常数R确定，即混响声占主要成分。对于同一位置，随着R的增大声压级将逐渐降低。7.混响半径由式（7－34）可知，在声源的声功率级为定值时，房间内的声压级由受声点到声源距离r和房间常数R决定。当受声点离声源很近时，Q/4πr2远大于4/R，室内声场以直达声为主，混响声可以忽略；当受声点离声源很远时，Q/4πr2远小于4/R，室内声场以混响声为主，直达声可以忽略，这时声压级Lp与距离无关；当Q/4πr2=4/R时，直达声与混响声的声能相等，这时候的距离r称为临界半径，记作rc：

rc=0.14√QR

当Q=1时的临界半径又称为混响半径。8.室内声衰减和混响时间（1）室内声能的增长和衰减过程当声源在房间内辐射出声波时，声波在空间传播，当遇到界面时，部分声能被吸收，而剩余的部分被反射。在声波连续传播时，声波会第二次、第三次以至于更多次地被吸收和反射，这样在房间内就形成了一定的声能密度。一个声功率恒定的声源在房间内开始发声，不断辐射出声能后，由于声波被限制在房间内传播，因此房间内的声能逐渐累积起来，各处的声能密度随时间逐渐增大。但是当声波在房间中传播时，由于壁面和空气的吸收作用，声能不断地被吸收。很明显，声能密度愈大，沿一定方向传播的声强愈强，被吸收掉的声能也就愈多。由于单位时间内从声源发出的声能是恒定的，当声能密度随时间增大时，被吸收掉的声能就逐渐增多，可供累计的声能也就逐渐减少，声能密度随时间的增加相应地愈来愈慢。最后，当声源发出的声能等于被吸收掉的声能时，声能密度就达到了稳定的状态。如图左侧曲线。从理论上讲，达到稳定的状态要经过“无穷长的”时间，实际上从图看出，只要经过1~2秒钟就与稳定状态很接近了．与此相类似，当室内声场已达到稳态时，突然关闭声源，房间内的声音并不立即停止，需要延续一段时间，声能逐渐衰减直到实际听不见时为止。这种声音的延续现象叫做混响。如图右侧曲线。很明显，壁面和空气的吸收作用愈差，声强愈不容易衰减，混响的现象也就愈显著。房间内声音的增长过程、稳定状态和衰减过程可以用图形象地表示出来。图中实线表示房间内表面反射很强的情况。在这种情况下，在声源发声后，很快就达到较高的声能密度并进入稳定状态。这种声能密度增长过程的长短与室内吸声的情况有着密切的关系，吸声作用愈强，这种增长过程就愈快。当声源停止发声，声音将比较慢地衰减下去。实线表示房间内反射很强时，声能密度衰减的过程；虚线则表示房间内表面的吸声量增加到不同程度的情况，不难看出，房间内吸声作用愈强，声能的衰减过程(混响过程)也愈短。（2）混响时间在混响过程中，把声能密度衰减到原来的百万分之一，即衰减60dB所需的时间，定义为混响时间。a只考虑壁面吸声时通过大量实验，首先得出混响时间T60的计算公式（即Sabine公式）：Sabine公式的意义极其重要的，但在使用过程中，当总吸声量超过一定范围时，其结果将与实际有较大的出入。研究表明，只有当室内平均吸声系数小于0.2时，计算结果才与实际情况比较接近。α<0.2,f<2kHz在1929-1930年间，有几位声学专家用统计声学的方法，分别独立地导出了混响时间的理论公式，其中最具代表性的是公式：假定室内为扩散声。夷诟鞅砻娴钠骄凳。设在时刻t＝0时，声源突然停止，这时室内的平均声能密度为D0，声波每反射一次，就有部分能量被吸收。在经过第一次反射后，室内的平均声能密度为，经过n次反射后的能量即为。据式（7－26）每秒钟的反射次数为cS/4V，因此，经过时间t后室内平均声能密度为：据扩散声场的性质，平均声能密度与有效声压的平方成正比，所以有：根据混响时间的定义，即声压级降低60dB所需要的时间，从上式可求得：若取c＝344m/s，则上式为：α>0.2,f<2kHz这就是Eyring公式。但该式只考虑了房间壁面的吸收作用，而实际上，当房间较大时，在传播过程中，空气也将对声波有吸收作用，对于频率较高的声音（一般为2kHz以上），空气的吸收相当大。这种吸收与频率、湿度、温度有关。b考虑空气和壁面吸声时声波在传播过程中，考虑到空气吸收，声强的衰减具有如下形式：式中m为衰减系数，如果t秒内传播了x米距离，即x＝ct，则：所以混响时间为：当时，α>0.2,f>2kHzα<0.2,f>2kHz（3）衰减系数m衰减系数m与湿度和声波的频率有关，随着频率的升高而增大。低于2kHz的声音，m可以忽略。a声波能量的衰减声波在均匀介质中传播，其振幅和声强等将随着离开声源的距离增大而衰减，其衰减的原因，一是由于声波的扩张；二是出于声能被吸收。前者指的是除平面波外的其它声波自声源向四周辐射时，由于波阵面的面积随着传播距离的增加而扩大，使得单位面积上通过的声能减少。后者指的是由于真实气体(如空气)的粘滞性、热传导和分子驰豫现象等原因，使声能转化为其它形式的能量，从而使声强不断衰减。现以平面波为例，讨论声能被吸收的规律。设x处的声强为I，经过△x距离后声强衰减为(I＋△I)，△I为声强的增量，因系衰减，故△I为负值。不难理解声强的增量△I与声强I的大小以及声波传播距离△x成正比关系。即△I∝－I△x或写成△I＝－2αI△x式中之所以将比例系数取为2α，是为了便于计算声压衰减系数。当△x→0时，有如下表达式：式中I0为x＝0的声强。则故在x处的声强为

I＝I0e－2αx（1）上式又可写成则可求出x处的声压为

p＝p0e－mx式中α称为声压衰减系数，2α(＝m)称为声强衰减系数。b大气中的声吸收由（1）式可知，声强在空气中衰减的声强级数A为因此声强衰减系数m为若取x＝100米，则有

m=A/434.3

m－－反映空气本身吸收声能的衰减系数。A－－声波在空气中每传播100米声压级衰减的分贝数。【例1】已知房间的尺寸为45m（长）×60m（宽）×12m（高），对500Hz声音，平顶的吸声系数为α1＝0.3，地面α2＝0.2，墙面α3＝0.4，在房间中央有一声功率为1W的点声源发声，求：（1）房间平均自由程；（2）房间内对500Hz声音的平均吸声系数α；（3）房间常数R；（4）房间混响时间T60（不计空气吸收）；（5）离点源6m处直达声能密度和混响声能密度；（6）混响半径rc；（7）离点源6m处的噪声级。解：（1）平均自由程d为：（2）平均吸声系数为：（3）房间常数为：（4）房间混响时间（不考虑空气吸收）为：（5）离点源6m处混响声能密度和直达声能密度：（6）混响半径：（7）离点源6m处的噪声级：【例2】某混响室的容积为94.5m3，各壁面均为混凝土，总面积为127.5m3，试计算250Hz和4000Hz的混响时间。设空气温度为20℃，相对湿度为50％。解：（1）f＝250Hz时，查表7－3得壁面吸声系数αs＝0.01，空气吸收可以忽略不计，则（2）f＝4000Hz时，查表7－3得壁面吸声系数αs＝0.02，查P99页表5-2得A＝2.653（dB），则m＝A/434.3=2.653/434.3=0.00611,于是混响时间为：二、混响室法混响室法是将声源放置混响室内进行测量的方法。混响室是一间体积较大（一般大于200m3），墙的隔声和地面隔振都很好的特殊实验室，它的壁面坚实光滑，在测量的声音频率范围内，壁面的反射系数大于0.98.室内离声源r点的声压级为：在混响室内只要离开声源一定的距离，即在混响场内，表征混响声的4/R将远大于表征直达声的Q/4πr2。于是近似有：考虑到混响场内的实际声压级不是完全相等的，因此必须取几个测点的声压级平均值Lp。由此可以得到被测声源的声功率级为：三、消声室法它是将声源放置在消声室或半消声室内进行测量的方法。消声室是另一种特殊实验室，与混响室正好相反，内壁装有吸声材料，能吸收98%以上的入射声能。室内声音主要是直达声而反射声极小。消声室内的声。莆杂沙。如果消声室的地面不铺设吸声面，而是坚实的反射面，则称为半消声室。测量时设想有一包围声源的包络面，将声源完全封闭其中，并将包络面分为n个面元，每个面元的面积为，测定每个面元上的声压级，并依据式（2－18）和式（2－19）导得：其中，包络面总面积：平均声压级：四、现场测量法现场测量法是在一般房间内进行的，分为直接测量和比较测量两种。这两种方法测量结果的精度虽然不及实验室测得的结果准确，但可以不必搬运声源。（1）直接测量法：与消声室法一样，也设想一个包围声源的包络面，然后测量包络面各面元上的声压级。不过在现场测量中声场内存在混响声，因此要对测量结果进行必要的修正，修正值K由声源的房间常数R确定：由房间的混响时间T60，也可得到修正值：（2）比较法：在实验室内按规定的测点位置预先测定标准声源的声功率级。在现场测量时，首先仍按上述规定的测点布置测量待测声源的声压级，然后将标准声源放在待测声源位置附近，停止待测声源，在相同测点再次测量标准声源的声压级。4.3环境噪声监测方法4.3.1城市区域环境噪声测量国标GB/T14623-93《城市区域环境噪声测量方法》规定了两种测量方法可供选用。对于噪声普查应采取网格测量法；对于常规监测，常采用定点测量法。1.网格测量法将要普查测量的城市某一区域或整个城市划分成若干个等大的正方格，网格要完全覆盖住被普查的区域和城市。每一网格中的工厂、道路及非建成区的面积之和不得大于网格面积的50%，否则视该格无效。有效网格总数应多于100个。以网格中心为测试点，分昼间和夜间进行测量。每次每个测点测量10min的连续等效A声级（LAeq）。将全部网格中心测点测得的10min的连续等效声级做算术平均运算，所得到的平均值代表某一区域或全市的噪声水平。2、定点测量方法在标准规定的城市建成区中，优化选取一个或多个能代表某一区域或整个城市建成区环境噪声平均水平的测点，进行长期噪声定点监测。每24h连续监测，测量每小时的LAeq及昼间A声级的能量平均值Ld、夜间A声级的能量平均值Ln。某一区域或城市昼间（或夜间）的环境噪声平均水平由下式计算：