《建筑环境与能源应用工程专业综合实验》 教案 3-36噪声的物理量

噪声的物理量声强声强是衡量声波在传播过程中声音强弱的物理量，单位W/m2。其物理意义为：垂直于声音的传播方向，在单位时间内通过单位面积的声音的能量，其数学表达式为 I=WS 式中W——声源的能量，W；S——声源能量所通过的面积，m²。对平面波而言，在无反射的自由声场里，由于在声波的传播过程中，声源的传播路线相互平行，声波通过的面大小相同，因此，同一束声波通过与声源距离不同的表面时，声强不变，如REF_Ref24313\h图1所示。对球面波来说，随着传播距离的增加，声波所触及的面也随之扩大。在与声源相距r处，球表面面积为4πr2 I=W4πr2由此可知，对球面波而言，其声强与声源的能量成正比，而与到声源的距离的平方成反比，如REF_Ref24372\h图2所示。图1平面波声强与距离的关系图2球面波声强与距离的关系声音是能对人类的耳朵和大脑产生影响的一种气压变化，这种变化将天然的或人为的振动源（例如机械运转、说话时的声带振动等）的能量进行传递。人类最早对声音的感知是通过耳朵，普通人耳能听到的声音有一个确切数据的范围，该范围称为“阈”。普通人耳能接收到的最小的声音称为“可听阈”，其声强值约为10-12W/m²，而普通人耳能够忍受的最强的声音称“痛阈”，其声强值约为1W/m²，超过这一数值，将引起人耳的疼痛。声压所谓声压是指介质中有声波传播时，介质中的压强相对于无声波时介质压强的改变量。简单地说，声压就是声音所引起的空气压强的平均变化量，单位是牛每平方米（N/m²），或帕（Pa）。声压与声强有着密切的关系。在无反射、吸收的自由声场中，某点的声强与该处的声压的平方成正比，而与介质的密度和声速的乘积成反比，即 I=p2ρ0式中p——声压，Pa；ρ0——介质密度，kg/m³（一般空气取1.225kg/m³）c——介质中的声速，m/s。ρ0由REF_Ref24483\h式（3）可知，对于球面声波或平面声波（即自由声场），如果测得某一点的声强、介质密度及声速，就可计算出该点的声压。对应声强约为1W/m²的“痛阈”，声压约为20Pa。声强级与声压级由于“闻阈”与“痛阈”间的声强相差1012倍，为便于计量，采用对数标度。选定某I0作为相对比较的声强标准。如果某一声波的声强为I，则取比值I/I0的常用对数来计算声波声强的级别，称为“声强级”，单位分贝（dB）。其转化式为 LI=10logII国际上规定选用I0=10-12W/m²作为参考标准，即声强为10-12W/m²的声音就是0dB，“痛阈”的声强级约为120dB测量声强较困难，实际测量中常常测出声压。利用声强与声压的平方成正比的关系，可以改用声压表示声音强弱的级别，根据REF_Ref24483\h式（3）和REF_Ref24598\h式（4）可得到声压级为 LP=LI=10声压级单位分贝（dB），选用P=10-5Pa作为标准参考声压。REF_Ref24957\h表1中列举了声强值、声压值和它们所对应的声强级、声压级以及与其相对应的声学环境。表1声强、声压对应的声强级、声压级与声学环境声强/(W▪m-²)声压/Pa声强级或声压级/dB相应的环境10²110-110-210-410-610-810-1010-12200202×10¹/222×10-12×10-22×10-32×10-42×10-5140120110100806040200离喷气机口3m处痛阈风动铆钉机旁典型的夜总会建筑施工地区白天城市地区安静郊外的夜晚播音室内人耳最低可闻阈声功率和声功率级声功率是表示声源发声能量的大小物理量。声源在单位时间内以声波的形式辐射出的总能量称为声功率，单位为W。在建筑环境中，对声源辐射出的声功率，一般可认为是不随环境条件而改变的，属于声源本身的一种特性。大部分声源的声功率都很微小，日常对话声功率大概为（1~5）×10-5W，与声压一样，声功率可用“级”来表示，声功率级指某一声音的声功率W与声功率的参考标准W Lw=10logWW式中W0——为声功率的参考标准，其值为10-12噪声的频谱特性噪声不是具有特定频率的纯音，而是由很多不同频率的声音混合而成的。人的耳朵能识别的声音的频率从20~20000Hz（低于20Hz的声波称为次声波，高于20000Hz的声波称为超声波。而2000~4000Hz是人最为敏感的声音频率段），有1000倍的变化范围。为了方便起见，人们把该范围划分为几个有限的频段，即噪声测量中常说的频程。建筑环境与能源应用工程专业中常使用倍频程，倍频程就是两个频率之比为2：1的频程。目前通用的倍频程中心频率为：31.5Hz、63Hz、125Hz、250Hz、500Hz、1000Hz、2000Hz、4000Hz、8000Hz、16000Hz。这十个倍频程把人耳能识别的声音全部包括进来，大大简化了测量。实际上，在一般噪声控制的现场测试中，往往只要用63~8000Hz个倍频程就够了，它所包括的频程见REF_Ref25208\h表2。表2声音的中心频率和频程划分中心频率/Hz63125250500100020004008000频程/Hz45-6090-180180-355355-710710-14001400-2802800-56005600-11200声波的叠加如果两个不同的声音同时到达耳朵，那么耳朵将接受两个不同声波的压力。其总声强是各个声强的代数和，即 I=I1+I而它们的总声压是各个声压平方和的平方根 p=p12+其叠加后的声压级值，可用下式计算 Lp=10log1010式中Lp——各个声压级