资料来源：摘自杭州爱华仪器有限公司张少东、熊文波主编的讲义《噪声与振动测量技术》。

1.响度级别和响度

声压和声强都是客观物理量。声压越高，声音越强；声压越低，声音越弱。然而它们并不能完全反映人耳对声音的感觉特征。

人耳对声音的感知不仅与声压有关，还与频率有关。它们一般对高频声音敏感，对低频声音不敏感。相同声压级但不同频率的声音可能听起来不同。为了既考虑到声音的物理量效应，又考虑到声音对人类听觉的生理效应，将声音的强度和频率统一为一个量，人们在声压级的基础上引入了响度级的概念。

利用等响实验方法，可以获得一系列不同频率、不同声压级的等响曲线。以实验中使用的一定强度（例如40dB）的声音作为基准。用人耳聆听的方法将其与其他频率的声音（例如）进行比较。调整该声音的声压级，使其听起来与声音的响度相同。把它写下来。该频率下的声压级（例如50dB）。然后用其他频率进行测试并记录其与声音响度相等的声压级。将这些数据画在坐标上，得到一条与40dB声压级响度相同的曲线。

这条曲线用声压级值来表示它们的响度级值，单位是平方，这里是40平方。同样，以其他声压级的声音为基准，通过比较不同频率下的响度，可以得到其他等响度曲线。经过大量测试得到并被国际标准化组织（ISO）推荐为标准的等响曲线如图1所示。

图1 等响曲线

从等响曲线可以看出：

当响度级较低时，低频段的等响度曲线有较大的弯曲，即不同频率的响度级（平方值）与声压级（dB值）密切相关。例如，40平方米的相同响度水平，对于声音的声压级为40dB，对于40Hz的声音为50dB，对于40Hz的声音为70dB，对于20Hz的声音为90dB。当响度级高于100立方米时，等响度曲线变得相对平坦，即声音的响度级主要由声压级决定，与频率关系不大。人耳对高频声音最敏感，尤其是3000~左右的声音，而对低频声音则不太敏感，因为频率越低。

虽然响度水平定量地确定了响度感知与频率和声压级之间的关系，但它无法确定这个声音比那个声音响多少。例如，80立方米的声音比50立方米的声音大多少倍？为此，人们引入了响度的概念。 1947年，国际标准化组织采用了新的主观评价量——宋，并以40平方米为一宋。响度每增加 10 平方米，响度就会增加一倍。例如，50平方米为2宋，60平方米为4宋等，其表达式为：

或者

式中：S为响度（歌曲），LN为响度级（平方）。

用响度来表示声音的大小，可以直接计算出声音响度增加或减少的百分比。若隔声处理后声源响度级降低10立方米，相当于响度降低50%；如果响度级降低20立方米，相当于响度降低75%等。

上述两个方程仅适用于纯音和窄带噪声。对于一般宽带噪声，必须采用响度指数计算方法，或者利用史蒂文斯响度指数表求出对应的倍频程或1/3倍频程的声压级。响度指数。

2、声级和A声级

声压级仅反映声音强度对人们响度感知的影响，而不能反映声音频率对响度感知的影响。响度级和响度解决了这个问题，但用它们来反映人们对声音的主观感受过于复杂，因此提出了加权声压级的概念。加权声压级是使用一定频率计权网络测得的声压级。加权声压级称为声级。

在声学测量仪器中，通常根据等响度曲线建立一定的频率计权电网，使接收到的声音进行不同程度的频率滤波，以模拟人耳的响度感知特性。当然，我们不能建立无限的电气网络来模拟无限的等响曲线。一般设置三个加权网络A、B、C。 A计权网络模拟人耳响度至40平方米的纯音。当信号通过时，其低、中频段（下图）有较大的衰减。 B加权网络模拟人耳响度至70米纯音，在信号的低频段有一定的衰减。 C加权网络模拟人耳对100平方米纯音的响度，并且在整个频率范围内具有几乎平坦的响应。

A、B、C加权频率响应曲线（加权曲线）已被国际电工委员会（IEC）定为标准，如图2所示。

图2 频率加权相对响应曲线

-1：2002年规定了A、C和Z（未加权）频率加权相对响应和允许误差，如表1所示（包括最大测量扩展不确定度）。

表1 频率计权和容差（包括最大测量扩展不确定度）

声压级是利用具有一定频率计权网络和时间计权的声学测量仪器来测量的。所得读数称为加权声压，简称声级，单位为 dB。使用什么加权网络应在测量值后注明，如70dB（C）或C声级70dB。如无特殊说明，通常指声级A。

某一时刻t的A计权和时间计权声级LAτ(t)由下式表示：

式中：τ为时间加权F或S的指数时间常数； ψ为过去某一时刻（如积分下限-∞）到观测时间t的时间积分变量； pA(ψ)为A计权瞬时声压； p0为参考声压。

上式中，采用对数运算的函数公式的分子为观测时间t处频率加权声压的指数时间加权均方根值。上述公式的表达过程可以用图3的示意图来说明。

图3 形成指数时间加权声级的主要步骤

实际测量中使用哪种加权网络？此前规定，当声级小于70dB时，采用A网络进行测量，当声级大于70dB但小于90dB时，采用B网络进行测量，当声级大于90dB时，采用B网络进行测量。 ，使用C网络进行测量。近年来的研究表明，无论噪声强度如何，采用A声级更能反映噪声对人们主观感受噪声和人的听力损害的影响。因此，现在基本采用A声级作为噪声评价的基本量，除非另有说明，均指A声级。 C声级仅用作可听范围内总声压级的读数，B声级基本不使用。有时测量C声级只是为了判断噪声的频率特性。因为如果声级A和C基本相同，则噪声特性为高频特性；若声级C低于声级A，则噪声为中频特性；如果声级C大于声级A，则噪声为低频特性。 。表2列出了几种常见声源的A声级。

表2 几种常见声源的A声级（测量点距离声源1-1.5m）

一些声学测量仪器还具有 D 加权网络。主要用于航空噪声的测量。在D计权网络测得的D声级上加上7dB，可直接得到飞机噪声的感知噪声级。 D网络的频率响应特性也如图2所示。其响应特性对应于倒置的40 nm恒定噪声曲线（见图5）。目前，D计权已不再使用，相关标准也不再规定其特性。

3.时间平均声级或等效连续声级Leq

声级可以更好地反映人耳对噪声强度和频率的主观感受。这是对连续稳定噪声较好的评价方法。但对于起伏或不连续的噪声，很难确定A声级的大小。例如，当我们测量交通噪声时，有汽车经过时噪声可能为75dB，但没有汽车经过时可能只有50dB。此时，很难说交通噪音是75dB还是50dB。另一个例子是当一个人在嘈杂的环境中工作时。间歇性暴露于噪声和持续暴露于噪声的影响是不同的，因为人们所暴露的噪声能量不同。为此，提出了利用噪声能量平均值来评价噪声对人的影响的方法，即时间平均声级或等效连续声级，用Leq表示。这里仍然使用A计权，因此也称为等效连续A声级LAeq。

等效连续A声级定义为：在声场中某一位置，采用一定时间内能量平均的方法，将间歇变化的A声级表示为A声级来表示噪声级在那段时间内。该A声级又称为该时间段内的等效连续A声级，即：

式中：pA(t)为瞬时A计权声压； p0为参考声压（2×10Pa⁻⁵）； LA为改变A声级的瞬时值，单位为dB； T是一定时间内的总量。

实际测量噪声是通过不连续采样来测量的。如果采样时间间隔相等，则：

式中：N为测量声级总数，LAi为采样的第i个A声级。对于连续稳定的噪声，等效连续声级等于测量的A声级。

4、昼夜等效声级

噪音在夜间通常比白天更大，尤其是当它干扰睡眠时。评估结果显示，夜间噪声干扰通常比白天高10dB。为了考虑到不同时间噪声对人们干扰的不同因素，计算全天24小时等效声级时，夜间噪声应加上10dB计权。这样得到的等效声级就是昼夜等效声级。级别，用符号Ldn表示：

式中：Ld为白天等效声级； Ln 为夜间等效声级。

白天和夜间的定义因地区而异。 16是白天的小时数（6:00~22:00），8是夜间的小时数（22:00~次日6:00）。

5. 声暴露水平LAE

对于单个或离散的噪声事件，如锅炉超压泄气、飞机起飞或着陆过程、汽车经过等，可以用“声暴露水平”LAE来表示该噪声事件的大小：

式中，PA(t)为声压，P0为参考声压级，(t2-t1)为噪声事件对声能做出显着贡献的足够长的时间间隔。 t0 是参考时间。一般情况下，如果没有指定，t0 为 1 秒。

图 4 单个噪声事件

如果单个噪声事件的时间过程如图4所示，在确定时间间隔（t2-t1）时，可以通过将最大声级降低10dB来计算总能量，这不会造成不可忽略的误差。如果采用一体式声级计来自动测量声暴露级，则可以基于此原理进行设计。声暴露级本身就是对单个噪声事件的评价量。此外，一旦知道了单个噪声事件的声暴露级，也可以据此计算出T时段内的等效声级。如果T时段内有n个单一噪声事件，其声暴露级为LAEi，则T时段内的等效声级为：

6. 噪声暴露（噪声剂量）

当人在一定的噪声环境下工作时，即暴露在噪声环境中时，噪声对人的影响不仅与噪声的强度有关，还与接触噪声的时间有关。为此，提出噪声暴露量，用E表示，单位为Pa·h（Pa··小时）。

噪声暴露E定义为噪声A计权声压值的平方的时间积分，即：

式中：T为测量时间（h），pA(t)为瞬时A计权声压。如果 pA(t) 在测试期间保持恒定，则：

1Pa²·h相当于84.95≈85dB声级暴露8小时。我国《工业企业噪声卫生标准》（试行草案）规定，工人每天工作8小时，噪声级不得超过85分贝。相应的噪声暴露为1Pa²h。如果工人每天工作4小时，允许噪音水平增加3dB，则噪音暴露保持不变。

一定时间内的等效连续声级（Leq）与噪声暴露量（E）的关系为：

一些国家以噪声剂量来表示噪声暴露，并使用规定的允许噪声暴露为100%。例如，若以1Pa2·h为100%，则0.5Pa2·h的噪声剂量为50%，2Pa2·h为200%等。

7.累积百分比声级（统计声级）LN

由于环境噪声，如街道、居民区的噪声，往往出现不规律且变化显着，因此需要采用统计方法来表达不同噪声水平的概率或累积概率。定义为：累积百分比声级LN代表某一声级A，大于该声级的声级出现概率为N%。例如，L5=70dB，表示整个测量周期内噪声超过70dB的概率为5%。 L10、L95等的含义。

L5相当于峰值平均噪声水平，L50相当于平均噪声水平，也称为中心值，L95相当于背景噪声水平（或背景噪声水平）。如果测量是按一定的时间间隔（例如每5秒一次）读取指示值，则L10表示10%的数据高于它，L50表示50%的数据高于它，L90表示90%的数据都高于它。高的。

如果噪声水平的统计特性服从正态分布，则：

式中：d=L10-L90。如果噪声水平的统计特性遵循对称正态分布，则L10-L50和L50-L90应该相同。如果存在不对称，差异就会不同。差异越大，分布越不集中。

八、交通噪声指数

一般来说，波动噪声比稳态噪声对人们的干扰更大。交通噪声指数考虑了噪声波动的影响并进行了加权。通常记录为 TNI。由于噪声水平是采用A加权网络测量的，其单位为dB(A)，其数学表达式为：

d反映交通噪声波动程度。 d越大，噪声波动越大，TNI也越大，即对人的干扰越大。噪声干扰还与噪声的背景有关。 L90越高，背景越大，对人的干扰也越大。

9. 标准偏差和噪声污染水平

标准差SD（或σ）也可以表示噪声波动的大小：

式中：LA为整个采样时间内所有A声级的算术平均值，LAi为第i个瞬时A声级，N为样本总数。

噪声污染等级NPL也是评价噪声对人们影响的一种方法。用噪声能量的平均值和标准差来表示：

在正态分布条件下，噪声污染水平可表示为累积百分比声级：

10.噪声评价数NR

噪声评价数NR是国际标准化组织1961年推荐的方法。它由图5中的一组噪声评价数曲线（即NR曲线）组成，推荐噪声评价数N为听力障碍、会话干扰和烦恼。近年来，各国制定的噪声标准均采用A声级（或等效连续A声级）作为评价标准，并参照NR曲线。对于大多数噪声（航空噪声除外），NR=LA -5。例如听力保护标准为85dB，相当于N-80。从N-80曲线可以得知各倍频程声压级的允许标准。求噪声评价数的方法是将每个倍频程的声压级画在图上，超过这些值的最低曲线的NR值就是计算值。为了保护听力和语音清晰度，仅使用三个倍频程：500 和 1000。

图5 噪声评价曲线

11. 感知噪声级（PNdB）和噪声级（Na）

随着航空业的发展，飞机噪声对人们的危害日益严重。为了评价航空噪声的影响，人们提出用感知噪声级LPN和噪声级进行评价。感知噪声级的单位是PNdB，噪声的单位是Na。它们对应于响度级别和响度，但它们是基于复合声音的，而响度级别和响度是基于纯音或窄带声音的。图6给出了等噪声曲线以及噪声水平与感知噪声水平之间的换算图。噪声级为1na的声音与中心频率为倍频程（或1/3倍频程）的40dB随机噪声相同。感觉还蛮吵的。

图6 等噪声曲线与感知噪声水平的换算

感知噪声级可通过以下方法测量和计算：首先测量某种航空噪声的一个倍频程频段或1/3倍频程频段的声压级，并检查各频段的噪声级（na）。图6中的噪声曲线上的频段，然后根据以下公式计算总噪声NT：

式中：Nm为噪声级中最大的一个； Σ项是所有频段的噪声水平之和； F为系数，倍频程为0.30，1/3倍频程为0.15。然后利用图6或者按公式将总噪声换算成感知噪声级：

对于用于航空噪声测量的带有D计权网络的声级计，可以直接在测量的D计权声级上加上7dB，得到感知噪声级PNdB。例如，如果一架飞机的D计权噪声级为LP=，则其感知噪声级LPN为147（PNdB），这大大简化了测量和计算。

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