声音是由于空气受到物体的振动而产生的,当振动频率在20—20000赫兹时,作用于人的耳鼓膜而产生的感觉叫声音。(
兰香缘)声音的形成,首先要有能发生振动的声源,它可以是固体也可以是流体(液体、气体),还要有传播的介质和声音的接收器,传播介质有空气、水和固体,接收器即是人耳、传声器(喇叭)等。
声音在人类生活中起着非常重要的作用,它是我们认识世界、传递信息、表达感情、交流思想等不可缺少的东西。优美的声音可以使人精神愉快,由于声音的存在,自然界和人类生活才变得丰富多彩,生机勃勃。但是,并不是所有的声音都使人感到悦耳动听,有些声音杂乱无章,难听而不协调,有些声音过强,震耳欲聋,这些声音是人们所不需要的,甚至是厌恶的,这就是噪声。从物理定义而言,振幅和频率上完全无规律的震荡称之为噪声。从环境保护角度而论,与人们的主观感觉和心理因素有关,凡是人们所不需要的声音都称为噪声。声音的产生与传播现象仅仅是空气中的一种物理变化,而无别的物质参与。因此在声音消失后,不会因声音衰减而残留废弃物。因此噪声的显著特点是无污染物存在、不产生能量积累、时间有限、声源分散、传播不远、振动源停止振动噪声消失、不能集中治理。
7.1.1噪声的度量
声音的传递
声音源于物体的振动,物体在空气中振动时,使周围空气受到压缩,空气压强高于外层,因此,压缩层内的空气分子就趋向外移动,并将它们的运动传递到外层。(
焚天绝神)外层的空气受到压缩,而原先压缩层则因部分空气分子外移而变得稀疏,形成稀薄层。这种压缩层和稀薄层交替相邻向外传播的连续运动叫做声波动。
声波是机械波。由于空气和液体只有体积弹性,所以声波在空气和液体中的传播只能以纵波的形式传播。即空气质点振动方向与波动传播方向一致。若在固体中传播则可以是纵波,也可以是横波。
频率(f)是声源在一秒钟内振动的次数。单位为赫兹(hz)。人的听觉能感受到的振动波频率范围在20—20000赫兹。低于20赫兹的称为“次声”,高于20000赫兹的称为“超声”,它们作用于人的听觉器官时不引起声音的感觉,所以听不到。
周期(t)是振动一次所经历的时间,t=1/f。
波长( )是声波振动1个周期所传播的距离或在波形上位相相同的相邻的两点间的距离,波长的单位为米。
波速(声速c)是1秒内声速传播的距离。c=雈,波速的单位为米/秒。
在任何一种媒介中,声速随着媒介的弹性和密度的不同而改变,也与温度有关。(
重生之大神)c=331.4+0.6071t,在常温时空气中声速c=345米/秒。
对噪声的衡量,主要是强弱的度量和频率的高低。噪声的强弱度量反映声音的大小,是震耳欲聋,还是声若蚊鸣;频率的高低反映声音的高低,是尖叫刺耳,还是低沉轰鸣,当然这些判断还与人的主观感觉有关。
声强、声压和声功率1.声强(i)
声波作为一种波动形式,当然具有一定的能量,人们也常用能量的大小表示声音的强弱。这就是声强概念。
声强是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。声强单位为瓦/平方米。显然,声强越大,表示声音越强,正常人耳对1000赫兹纯音的可听声强为10-12瓦/平方米,此值被称为基准声强。
2.声压(p)
声源振动时空气压强必然比正常大气压力有所增加或减弱,这种增强或减弱的压强称为声压。单位为帕斯卡(1牛顿/平方米)。
通常噪声声压的测量值都是瞬时声压。即产生噪声时,某瞬时的空气压强相对于无声波时空气压强的改变量。瞬时压强的均方根值称为有效声压。(
泡妞低手)一般所说的声压就是指的有效声压:
p=1t∫t0p2(t)dt。
正常人刚刚能听到的最微弱的声音声压为2x10-5帕斯卡,如同蚊子飞过的声音的声压,这个声压值称为人耳的“听阈”。使人耳产生疼痛感觉的声压为20帕斯卡,如飞机发动机噪声的声压,称为人耳的“痛阈”。人们一般说话的声音声压为0.02—0.03帕斯卡,相当于大气压的千万分之一,可见声压比大气压小得多。
声强与声压的区别在于一个是能量,一个是压力,但二者之间有着内在的联系。声压与声强的关系:i=p2/馽,裎掌芏龋琧为空气中的声速。
3.声功率(w)
声强(声压)的大小是与离开声源远近有关的。我们都有这样的体会;在机器近旁,感到噪声很大,但离开它一定距离后,就会觉得噪声小多了,这是因为我们离开声源较远后,耳朵所接受到的声强(声强)变小的结果。然而,作为一个声源,它在单位时间内向外辐射的噪声能量并没有改变。
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,声功率的单位为瓦。它是反映声源辐射声能本领的物理量,对于确定的声源来说,它不象声压或声强那样,随着离开声源距离的加大而减小。(
都市重生之独宠千年妻)我们正常所遇到的声源,其声功率若和其他动力的功率相比是很小的,如我们大声说话的声功率也就只有50微瓦。若在**广场上百万人集会,大家共同高呼口号,把百万人所发出的声能全部搜集起来,也只不过相当于1个50w的灯泡在相同时间消耗的能量。原来有人曾设想,对噪声从能量上实行综合利用,但实际上其价值是不大的。
声功率级、声强级、声压级和分贝
1.级:从听阈到痛阈,声压的绝对值之比是106∶1即有100万倍,声强的绝对值之比是1012∶1即有1万亿倍。这说明用声压或压强的绝对值表示声音的大小极不方便,而且人耳也没有辨别如此细微差别的能力。为此便采用称为声压的对数刻度来表示。单位是分贝。引入“级”来表示声音的强弱。就如同用“级”来表示风的大小和地震的强弱是一样的。这样不仅表达方便,而且避免了计算数位冗长的麻烦。因此人耳对声音的接收,并不正比于强度的绝对值而是正比于其强度的对数值。声学中用对数标度来度量声压、声强和声功率,分别称为声压级、声强级和声功率级。定义如下:n=10lg(a1/a0)式中:a0是基准量(或参考量),a1是被量度量。被量度量和基准量之比取对数,对数值称为被量度量的“级”。(
出魂记)n的单位为“分贝”,它是无量纲的。
声压级
lp=10lgp2p20=20lgpp0db式中:
lp——声压级(分贝);p——声压(帕斯卡);p0——基准声压,为2x10-5帕斯卡,该值是1000赫兹声音人耳刚能听到的最低声压。
声强级
li=10lgiiodb式中:
li——声强级(分贝);i——声强(瓦/平方米);i0——基准声强,为10-12瓦/平方米。
声功率级
lw=10lgwwodb式中:
lw——声功率级(分贝);w——声功率(瓦);w0——基准声功率,为10-12瓦。
引入“级”的概念后,人耳从刚能听到的声音到震耳欲聋的声音,由原来声压相差100万倍,变成只有0—120分贝范围。
lp1=10lg2x10-52x10-5=0dblp2=10lg202x10-5≈120db2.分贝
上述声压级,声强级和声功率级的单位都是分贝(db)。由上面声压级(声强级,声功率级)可以看出,分贝是一个相对单位,它没有量纲,它的物理意义是表示一个量超过另一个量(基准量)的程度。在声学中,分贝是计量声音强弱的最常用的单位,在采用分贝做单位时,一定要了解其作比较标准的基准值。如前所述lp、li、lw,分别是以人耳对1000赫兹纯音的p、i、w为基准值。
计权声级
上面所讨论的是纯音的声压级和主观听觉之间的关系,但实际上声源所发射的声音几乎都包括了很广的频率范围。为了能用仪器直接测量反映人对噪声的主观感觉量,人们在噪声测量仪器上,就模拟人耳听觉在不同频率有不同的灵敏性,设置一种特殊的滤波器,叫计权网络,通过这种计权网络读出的计权声压级叫计权声级,简称声级,这样的声压级已不再是客观物理的声压级。现已有a,b,c,d,e,si等几种计权网络。
a计权声级是模拟人耳对55分贝以下低强度噪声的频率特性;b计权是模拟55—85分贝的中等强度的频率特性;c计权声级是模拟高强度噪声的频率特性;d计权声级对噪声度参量的模拟,主要用于飞机噪声的测量,e计权是根据响度计算方法做出的,也称耳朵计权。si是用于衡量噪声对语言干扰的。
计权网络是一种特殊滤波器,当含有各种频率的声波通过时,它对不同频率成分的衰减是不一样的。a,b,c计权网络的主要差别在于对低频率成分衰减的程度不同。a衰减最多,b次之,c最少。当声音信号通过a计权网络时,把低频声(尤其是500赫兹以下)给以较大衰减,而对高频声则可不衰减甚至稍放大。这样计权结果,便可做到对低频声灵敏度低,对高频声灵敏度高。实践表明,a声级基本上与人耳对声音的感觉相一致,此外,a声级同人耳听力损伤程度也能够对应得很好。因此,到了七十年代,国内外噪声测量及评价普遍采用了a计权网络,称为a声级,记作db(a)。平时我们说噪声是多少分贝,指a声级而言,记作db(a)。因此声级是有别于声压级的。声级是经过计权网络打折后而得到的数据。如a,c声级等。而声压级是未通过计权网络直接测到的声音的客观读数。
等效连续声级
a计权声级能够较多较好地反映人耳对噪声的强度与频率的主观感觉,因此对一个连续的稳态噪声,它是一个较好的评价方法,但对一个起伏或不连续的噪声,a计权声级就显得不合适了。例如,交通噪声是随时间而变化的,又如间歇工作和连续工作的两台机器对人的影响就不一样。因此,提出了一个用噪声能量按时间平均方法来评价噪声对人的影响的问题,即等效连续声级,“leq”。它是由一个相同时间内声能与之相等的连续稳定的a声级来表示该段时间内的噪声的大小。它反映在声级不稳定的情况下,人实际所接受的噪声能量的大小。它是一个用来表达随时间变化的噪声的等效量。
常见环境噪声
纺织厂噪声为90—106分贝,机械工业噪声为80—120分贝,汽车电喇叭声为90—110分贝,气喇叭声为105—110分贝,凿岩机、球磨机、风镐等施工机械的噪声在130分贝以上,卡拉ok歌舞厅的噪声为100—120分贝,机场噪声为110—130分贝,洗衣机的噪声为42—82分贝,电冰箱的噪声为30—40分贝,吸尘器的噪声为63—85分贝,电风扇的噪声为40—50分贝,电视机的噪声为40—60分贝,收录机的噪声为80分贝,换气扇的噪声为80—90分贝,抽油烟机的噪声为65—78分贝,电话铃声为65—75分贝。
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