声音测量简介

TPVXM-DQE-ME陈艺芳共振测量简介22噪声的物理度量噪声的物理量和主观听觉的关系主要介绍内容3噪声的物理度量声压、声强、声功率分贝、声压级、声强级和声功率级物理量一.噪声的物理度量4噪声的物理度量1.1声压介质中的压强相对于无声波时的压强的改变值，单位为：牛顿/米2或帕斯卡（Pa）1.1.1瞬时声压p=(P-P0)P：有声波时，大气压强P0:没有声波存在时，大气处于静止状态时的压强。（静压）（1大气压＝105pa）5噪声的物理度量1.1.2有效声压（Pe）在一定时间间隔中将瞬时声压对时间求均方根值。描述声压可采用其瞬时值、平均值、均方根值、最大值等，一般采用均方根值，也称为有效声压。一般电子仪器测得声压就是Pe，因此，习惯上所指的声压往往就是指有效声压，一般未加特殊说明，就是Pe。一般地，声压越大，表示耳朵中鼓膜受到的压力越大，是用力的关系来说明声音的强弱。6噪声的物理度量。1.1.3听阈声压和痛阈声压听阈声压：正常人耳能听到的最低声压。1000赫纯音的声压，其值为2×10-5Pa，就是听阈声压。痛阈声压：正常人的痛阈声压为20Pa。一般说话的声压约为0.02～0.03帕，可见声压与大气压相比是很小的，就好像海面上的小波浪与大海深度相比一样7噪声的物理度量1.2声强（I）在垂直于声波传播的指定面上，单位时间内通过单位面积的声能,单位为W/m2。很显然，声强越大，表示声音越大。正常人耳对1000赫纯音的可听声强是10-12瓦/米2，这就是基准声强。该量可衡量声音的强弱，越大，听到的声音越响。与离开声源的距离有关，离声源越远则声强越小。8噪声的物理度量1.2.1声强与声压的关系：I＝P2/ρcρ—空气密度，kg/m3；c—声速，m/sρc—空气的特性阻抗，瑞利，Pa·m/s（声压P易测，I不易测量）声压只有大小，没有方向；声强是矢量，方向就是声传播的方向。9噪声的物理度量1.3.声功率（W）声源在单位时间内辐射的声能量，单位为瓦。在噪声监测中，声功率是指声源总声功率。它是一个恒量，与声源的远近没有关系。声功率与声强的关系为：S--单位时间内通过垂直于声传播方向的面积。人大声说话的声功率为50微瓦，上百万人在天安门共喊口号的全部声能才相当于50瓦电灯泡，可见对噪声从能量上实行综合利用其价值不大。10噪声的物理度量在声学环境中我们会遇到声强从弱到强范围很宽的各种声音，例如：通常讲话的声功率约有10-5瓦，而强力火箭的噪声的声功率高达109瓦，两者相差1014数量级，声压也有107数量级变化。在声学中普遍采用对数标度来度量声压、声强、声功率，分别称为声压级、声强级和声功率级，单位用分贝（dB）表示。2.分贝、声压级、声强级和声功率级11噪声的物理度量2.1分贝:属于对数标度对数标度时必须选定基准量，然后对被量度量和基准量的比值求对数，这个对数值称为被量度量的“级”。亦即用对数标度时，所得到的是比值,它代表被量度量比基准量高出多少“级”。定义：指两个相同的物理量（例如A1和A0）之比取以10为底的对数并乘以10或者20，分贝符号为dB“,它是无量纲的。L＝10lgA1/A0A0是基准量（或参考量）A1是被量度量12噪声的物理度量2.2声强级LI＝10lg(I/I0)LI--声强级（dB）I--声强（W/m2）I0--基准声强空气中，I0＝10-12W/m2，是1000Hz声音的可听阈声强，声阻抗率ρ0c0＝400Pa·m/s13噪声的物理度量2.3声压级Lp＝10lg(P2/P02)＝20lg(P/P0)Lp——声功率级（dB）；P——声压（Pa）；P0——基准声压，空气中，P0为2×10-5Pa，该值是正常人耳对1000Hz声音刚能听到的最低声压。声压级代替声压的好处：从听阈声压到痛阈声压一百万倍的变化范围只有0～120分贝的变化范围了。14噪声的物理度量2.4声功率级LW＝10lg(W/W0)LW——声功率级（dB）；W——声功率（W）；W0－基准声功率空气中，W0为10-12W。15噪声的物理量和主观听觉的关系二.噪声的物理量和主观听觉的关系从噪声的定义可知，它包括客观物理现象和主观感觉两方面。最后判断噪声强弱的是人耳。所以确定噪声的物理量和主观听觉的关系是十分重要的，不过这种关系很复杂，因主观感觉牵涉到复杂的生理机构和心理因素，所以这类工作是用统计方法在实验基础上进行研究的。（一）、响度和响度级（二）、计权声级16噪声的物理量和主观听觉的关系人耳的频率响应人耳对声音的感觉不仅和声强度大小有关也与频率有关。声级相同而频率不同的声音，听起来会不一样响：如，90dB高频噪声（如水泵噪声）就比90dB低频噪声（如空调机噪声）听起来要响得多。——人耳对高频声敏感而对低频声不敏感的特性决定的。人耳对2k～5kHz的声音最敏感。——这也说明，不同频率的声音要使其听起来一样响，应具有不同的声压级。17噪声的物理量和主观听觉的关系1.响度级和响度1.1响度级（LN）考虑到人耳的频率响应特性，依照声压级的概念，引入一个既和声压级有关，又与频率有关的物理量（主观量）——响度级来衡量声音响度，它的单位是phon（方）。“phon”就是以1kHz纯音为基准声音，任何声音如果听起来和某个1kHz纯音一样响，那么这个1kHz纯音声压级的分贝值就是该声音的响度级phon值。通过采用响度级概念使人耳对频率的响应与客观量声压级联系起来，并定量的描述这种关系。18噪声的物理量和主观听觉的关系等响曲线：人耳听觉范围内一系列响度相等（听觉上大小相同）的声压级与频率关系曲线。在听觉实验中，如果把某个频率的纯音与一定声压级的1kHz的纯音很快地交替比较，当听者感觉两者一样响时，把该频率的声压级标出时，便可连出一条曲线。这条曲线即为等响曲线。等响曲线是鲁滨逊和达逊提出的，被ISO所推荐采用，所以又称ISO等响曲线。19噪声的物理量和主观听觉的关系等响曲线提供的信息：①可看出各个频率的声音在不同的声压级时，人们主观感觉的声音强度大小。例如：60dB的1kHz的声音，响度级为60phon；等响度的4kHz的声音，其声压级是52dB；100Hz等响度的声压级为67dB；30Hz等响度的声压级是90dB。②不同响度级的等响曲线之间是不平行的，较低响度的等响曲线弯曲得厉害些,较高响度时得等响曲线变化较小，在低频声，人耳对低强度声感觉虽然很迟钝；但在一定强度以上，则较小的强度变化将感到有较大的响度差别。③人耳对不同频率分布的声音敏感性不同。对低频声较为迟钝，对于频率越低的声音，人耳能听到相同的声音大小，它的声压级就越高，人耳对2K－5KHz声音敏感——噪声控制中，首先应降低中高频噪声。20噪声的物理量和主观听觉的关系④高声压级时，曲线较为平坦。这说明声音强度达到一定程度后，声压级相同的各频率声音几乎一样响，与频率关系不大。也即高声压级时，人耳分辨高低频声音的能力变差。⑤图中最下一条曲线是人耳刚能听到声音的响度，最上一条曲线为痛觉曲线120方（即1000Hz声音，声压级120dB），高于此响度级人们听不到声音，但耳朵发痛。21噪声的物理量和主观听觉的关系1.2响度(N)“phon”仍基于客观量“dB”，只是反映了不同频率声音在不同强度下的等响感觉，并不能表示一个声音比另一个声音响多少的那种主观感觉——响了几倍或响度增强的百分比不能以该量表示。响度：定量反映声音响亮程度（一声音比另一声音响了多少）的主观量。是人耳判别声音由轻到响的强度等级概念。单位为sone“宋”。1宋是指声音频率为1kHz,声压级为40dB,且来自听者正前方的平面波形的强度。响度与频率、声压级、波形都有关。如果一个声音听起来比1sone这个大n倍（声音的响度增加n倍），则声音的响度为n宋。如：2sone的声音是40phon声音响度的2倍；4sone的声音是40phon声音响度的4倍；22噪声的物理量和主观听觉的关系1.3响度与响度级的关系对许多人平均(大量的声学试验)的结果，大约响度级每改变10phon，响度感觉增加一倍：40phon为1sone；50phon为2sone；60phon为4sone；70phon为8sone…它们的近似关系可用下列数学式表示（仅适用纯音和窄带噪音）：NNLNNLNlg3.3340log104022401.0响度级（由于是一相对量）的合成不能直接相加（减），而响度可以相加。两个声音作用于同一点，计算该点响度级时，必须把单个响度级还原为响度，合成后再求响度级。23噪声的物理量和主观听觉的关系2.计权声级相同声压级的声音，因频率不同人听觉感受上响度不同。要用声学仪器测得的量来表示人耳受到的响度的大小，是个非常复杂的问题。如何实现？解决思路：考虑到人耳听某一种具有连续谱的噪声，对其中的低频声和高频声感觉不灵敏，可以说，人耳实际上是一个滤波器。这样，可在测量仪器上附加一个电路来衰减这种频率的声音，使仪器对低频声也变得像人耳一样不灵敏，人耳对中高频声较灵敏，则这个附加电路可对噪声的中高频成分适当加以提升，使得它对中高频的声音也变得像人耳一样的灵敏，这样的仪器测得的分贝值就和人耳的主观响度感觉十分接近了。也即，为了使仪器测得的分贝值与人们主观上的响度感觉有一定的相关性，可通过在仪器上安装一个特定的附加的电路来实现，这附加电路是一种叫做“频率计权网络”的特殊滤波器。24噪声的物理量和主观听觉的关系2.1频率计权网络：为了能用仪器直接反映人耳对噪声的主观响度感觉，通过在噪声测量仪器中安装由电容器和电阻器等电子元件组装成的一种特殊的滤波器，通过对噪声不同频率成分进行一定的衰减和放大（提升），从而使噪声测量仪器能直接测得和人耳的听觉相关的响度变化。根据人耳的主观反应，对不同频率给以适当增减的方法，常称为“频率计权”。通过计权网络或频率计权测得的声压级，已不再是客观物理量的声压级，而叫“计权声压级”（或“计权声级”），简称声级。单位dB。针对不同的应用场合，常见的有四种不同的“频率计权网络”，分别叫A，B，C，D计权网络，其中A，B，C计权网络分别模拟人耳对40phon，70phon，100phon等响曲线的响应。它们测得的声级分别叫做A（计权）声级，B（计权）声级，C（计权）声级，D（计权）声级，其中D声级专用于航空噪声的测量。25噪声的物理量和主观听觉的关系在噪声测量仪器中的计权网络一般都有A、B、C三种计权网络，用何种计权网络所测声级应标明，无标明的情况下则认为是A声级。A计权声级是模拟人耳对55dB以下低强度噪声的频率特性，对低频率（1000HZ以下）噪声衰减最多。用LPA或LA表示，B计权声级是模拟人耳对55dB到85dB的中等强度噪声的频率特性，它对低频率噪声的衰减较A计权声级少一些。C计权声级是模拟人耳对高强度噪声的频率特性，对低频率噪声衰减最少。26噪声的物理量和主观听觉的关系2.2噪声级计设计的A、B、C、三种计权网络AACAB滤波器声级计传声器前置放大器计权网络输出放大器检波器指示器根据所使用的计权网不同，分别称为A声级、B声级和C声级，单位记作dB(A)、dB(B)、dB(C)。三者的主要差别是对噪声低频成分的衰减程度，A衰减最多，B次之，C最少。A计权声级由于其特性曲线接近于人耳的听感特性，因此是目前世界上噪声测量中应用最广泛的一种，许多与噪声有关的国家规范都是按A声级作为指标的。其实现在光写dB并没有什么关系所谓的B计权C计权早就不怎么用了，已经近乎废止了某种程度上来说dB其实已经等效于dB（A）了27Thankyou!