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03噪声的评价和标准
第三章噪声的评价和标准
噪声对人的危害和影响包括各个方面。
噪声评价的目的是为了有效地提出适合于人们对噪声反应的主观评价量。
由于噪声变化的特性的差异以及人们对噪声主观反应的复杂性，使得对噪声的评价较为复杂。
多年来各国学者对噪声的危害和影响程度进行了大量研究，提出了各种评价指标和方法，期望得出与主观响应相对应的评价量和计算方法，以及所允许的数值和范围。
在这方面，大致可概括为与人耳听觉特征有关的评价量；与心理情绪有关的评价量；与人体健康有关的评价量；与室内人们活动有关的评价量等几方面。
以这些评价量为基础，各国建立了相应的环境噪声标准。
这些不同的评价量及标准分别适用于不同的环境、时间、噪声源特征和评价对象。
由于环境噪声的复杂性，历来提出的评价量（或指标）很多，迄今已有几十种，在本章中我们主要介绍一些已被广泛认可和使用比较频繁的一些评价量和相应的噪声标准。
3.1噪声的评价量
噪声评价量的建立必须考虑到噪声对人们影响的特点。
不同频率的声音对人的影响不同，如中高频噪声比低频噪声对人的影响更大，人耳对不同频率的主观反应也不同；噪声涨落对人的影响存在差异，涨落大的噪声及脉冲噪声比稳态噪声更能引起人的烦恼；噪声出现时间的不同对人的影响不一样，同样的噪声出现在夜间比出现在白天对人的影响更明显；同样的声音对不同心理和生理特征的人群反应不同，一些人认为优美的音乐，在另一些人听来却是噪声，休闲时的动听歌曲在你需要休息时会成为烦人的噪声。
噪声的评价量就是在研究了人对噪声反应的方方面面的不同特征提出的。
3.1.1等响曲线、响度级和响度
当外界声振动传入我们耳朵内，在我们的主观感觉上形成听觉上声音强弱的概念。
根据前面的介绍，人耳对声振动的响度感觉近似地与其强度的对数成正比。
深入的研究表明，人耳对声音的感觉存在许多独特的特性，以至于即使到目前为止，还没有一个人工仪器能达到人耳的奇妙的功能。
人耳能接受的声波的频率范围从20Hz~20KHz，宽达10个倍频程。
在人耳听觉范围以外，低于20Hz的声波通常称为次声波，而高于20KHz的声波通常称为超声波；同时，人耳又具有灵敏度高和动态范围大的特点，一方面，它可以听到小到近于分子大小的微弱振动，另一方面又能正常听到强度度比这大1012倍的很强的声振动；与大脑相配合，人耳还能从有其它噪声存在的环境中听出某些频率的声音，也就是人的听觉系统具有滤波的功能，这种现象通常称其为“酒会效应”；此外人耳还能判别声音的音色、音调以及声源的方位等。
人对声音的感觉不仅与声振动本身的物理特性有关，而且包含了人耳结构、心理、生理等因素，涉及到人的主观感觉。
例如，同样一段音乐在你期望聆听时会感觉到悦耳，而在你不想听到时会感觉到烦躁；同样强度不同特点的声音会给你悠闲或危险等截然相反的主观感觉。
人们简单地用“响”与“不响”来描述声波的强度，但这一描述与声波的强度又不完全等同。
人耳对声波响度的感觉还与声波的频率有关，即使相同声压级但频率不同的声音，人耳听起来会不一样响。
例如，同样是60dB的两种声音，但一个声音的频率为100Hz，而另一个声音为1000Hz，人耳听起来1000Hz的声音要比100Hz的声音响。
要使频率为100Hz的声音听起来和频率为1000Hz、声压级为60dB的声音同样响，则其声压级要达到67dB。
为了定量地确定声音的轻或响的程度，通常采用响度级这一参量。
当某一频率的纯音和1000Hz的纯音听起来同样响时，这时1000Hz纯音的声压级就定义为该待定声音的响度级。
响度级的符号为LN，单位为方（phon）。
例如，1000Hz的纯音的响度级等于其声压级，对于其它频率的声音，通过调节1000Hz的纯音的声压级，使它和待定纯音听起来一样响，这时1000Hz纯音的声压级就等于该待定声音的响度级。
对各个频率的声音作这样的试听比较，得出达到同样响度级时频率与声压级的关系曲线，通常称为等响曲线。
图3-1是正常听力对比测试所得出的一系列等响曲线，每条曲线上个频率纯音听起来都一样响，但其声压级则又很大差别。
例如，图中70方曲线表示，95dB的30Hz纯音、75dB的100Hz纯音以及61dB的4000Hz纯音听起来和70dB的1000Hz纯音一样响。
图3-1等响曲线
图3-1中最下面的一根曲线表示人耳刚能听到的声音，其响度级为零，零方等响曲线称为听阈，一般低于此曲线的声音人耳无法听到；图中最上面的曲线是痛觉的界限，称为痛阈，超过此曲线的声音，人耳感觉到的是痛觉。
在听阈和痛阈之间的声音是人耳的正常可听声范围。
从图中可以看出，人耳能感受的声音的能量范围高达1012倍，相当于120 dB的变化范围。
响度级的方值，实质上仍是1000Hz声音声压级的分贝值。
所不同的是，响度级的方值与其分贝值的差异随频率而变化。
响度级仍是一种对数标度单位，并不能线性地表明不同响度级之间主观感觉上的轻响程度，也就是说，声音的响度级为80方并不意味着比40方响一倍。
与主观感觉的轻响程度成正比的参量为响度，符号为N，单位为宋（sone）。
其定义为正常听者判断一个声音比响度级为40方参考声强响的倍数，规定响度级为40方时响度为1宋。
2宋的声音是1宋的2倍响，3宋的声音是1宋的3倍响。
经实验得出，响度级每增加10方，响度增加一倍。
例如响度级为50方的响度为2宋，60方为4宋。
响度与响度级的关系为：
（phon）
（3-1）
（sone）
（3-2）
3.1.2斯蒂文斯响度
上节中讲到仅是简单的纯音响度、响度级与声压级的关系。
然而，大多数实际声源产生的声波是宽频带噪声，并且不同的频率噪声之间还会产生掩蔽效应（见3.1.12节）。
斯蒂文斯（Stevens）和茨维克（Zwicker）对这种复合声的响度注意了掩蔽效应，得出如图3-2所示的等响度指数曲线，对带宽掩蔽效应考虑了计权因素，认为响度指数最大的频带贡献最大，而其它频带由于最大响度指数频带声音的掩蔽，它们对总响度的贡献应乘上一个小于1的修正因子，这个修正因子和频带宽度的关系为：
频带宽度倍频带1/2倍频带1/3倍频带
修正因子F0.300.200.15
图3-2斯蒂文斯等响度指数曲线
对复合噪声，响度计算方法为：
1测出频带声压级（倍频带或1/3倍频带）；
2从图3-2上查出各频带声压级对应的响度指数；
3找出响度指数中的最大值Sm，将各频带响度指数总和中扣除最大值Sm，再乘以相应带宽修正因子F，最后与Sm相加即为复合噪声的响度S，用数学表达式可表示为：
（sone）
（3-3）
求出总响度值后，就可以由图3-2右侧的列线图求出此复合噪声的响度级值，或可按下式计算得出响度级：
（phon）
（3-4）
[例]根据所测得的倍频带倍频带声压级求响度及响度级
中心频率/Hz
63
125
250
500
1K
2K
4K
8K
声压级/dB
76
81
78
71
75
76
81
59
响度指数/sone
5
10
10
8
12
15
25
8
根据所给出的倍频带声压级值，由图3-2中查出相应的响度指数如上表最后一行所示，其中最大值为
，对于频带宽度为倍频带的测量声级，修正因子
，于是由（3-3）式可求得总响度为：
（sone）
根据图3-2右侧的列线图或（3-4）式，可以得出响度为45.4sone的噪声所对应的响度级为95phon。
3.1.3计权声级
由等响曲线可以看出，人耳对于不同频率的声波反应的敏感程度是不一样的。
人耳对于高频声音，特别是频率在1000Hz~5000Hz之间的声音比较敏感；而对于低频声音，特别是对100Hz以下的声音不敏感。
即声压级相同的声音会因为频率的不同而产生不一样的主观感觉。
为了使声音的客观量度和人耳的听觉主观感受近似取得一致，通常对不同频率声音的声压级经某一特定的加权修正后，在叠加计算而得到噪声总的声压级，由此而得到的声压级称为计权声级。
计权网络是近似以人耳对纯音的响度级频率特性而设计的，通常采用的有A、B、C、D四种计权网络。
图3-3所示的是国际电工委员会（IEC）规定的四种计权网络的频率响应的相对声压级曲线。
其中A计权网络相当于40phon等响曲线的倒置；B计权网络相当于70phon等响曲线的倒置；C计权网络相当于100phon等响曲线的倒置。
B、C计权已较少被采用，D计权网络常用于航空噪声的测量。
A计权的频率响应与人耳对宽频带的声音的灵敏度相当，目前A计权已被所有管理机构和工业部门的管理条例所普遍采用，成为最广泛应用的评价参量。
表3-1列出了A计权响应与频率的关系。
由噪声各频带的声压级和对应频带的A计权修正值，就可计算出噪声的A计权声级。
图3-3计权网络频率特性
表3-1A计权响应与频率的关系（按1/3倍频程中心频率）
频率/Hz
A计权修正/dB
频率/Hz
A计权修正/dB
20
-50.5
630
-1.9
25
-44.7
800
-0.8
31.5
-39.4
1000
0
40
-34.6
1250
+0.6
50
-30.2
1600
+1.0
63
-26.2
2000
+1.2
80
-22.5
2500
+1.3
100
-19.1
3150
+1.2
125
-16.1
4000
+1.0
160
-13.4
5000
+0.5
200
-10.9
6300
-0.1
250
-8.6
8000
-1.1
315
-6.6
10000
-2.5
400
-4.8
12500
-4.3
500
-3.2
16000
-6.6
[例]从倍频带声级计算A计权声级
中心频率/Hz
31.5
63
125
250
500
1K
2K
4K
8K
频带声压级/dB
60
65
73
76
85
80
78
62
60
A计权修正值
-39.4
-26.2
-16.1
-8.6
-3.2
0
+1.2
+1.0
-1.1
修正后频带声级
20.6
38.8
56.9
67.4
81.8
80
79.2
63.0
58.9
各声级叠加
略
略
略
略
84.0
79.2
略
略
总的A计权声级dB
85.2
3.1.4等效连续A声级和昼夜等效声级
前面讲到的A计权声级对于稳态的宽频带噪声是一种较好的评价方法，但对于一个声级起伏或不连续的噪声，A计权声级就很难确切地反映噪声的状况。
例如，交通噪声的声级是随时间变化的，当有车辆通过时，噪声可能达到85~90dB，而当没有车辆通过时，噪声可能仅有55~60dB，并且噪声的声级还会随车流量、汽车类型等的变化而改变，这时就很难说交通噪声的A计权声级是多少分贝。
又例如，两台同样的机器，一台连续工作，而另一台间段性地工作，其工作时辐射的噪声级是相同的，但两台机器噪声对人的总体影响是不一样的。
对于这种声级起伏或不连续的噪声，采用噪声能量按时间平均的方法来评价噪声对人的影响更为确切，为此提出了等效连续A声级评价参量。
等效连续A声级又称等能量A计权声级，它等效于在相同的时间T内与不稳定噪声能量相等的连续稳定噪声的A声级，其符号为LAeq,T或Leq，数学表达式为：
（dB）
（3-5）
或
（dB）
（3-6）
式中：
pA（t）——噪声信号瞬时A计权声压，Pa；
p0——基准声压，μPa；
t2－t1——测量时段T的间隔，s；
LpA（t）——噪声信号瞬时A计权声压级，dB。
如果测量是在同样的采样时间间隔下，测试得到一系列A声级数据的序列，则测量时段内的等效连续A声级也可通过以下表达式计算：
（dB）
（3-7）
或
（dB）
（3-8）
式中：
T——总的测量时段，s；
LAi——第i个A计权声级，dB；
τi——采样间隔时间，s；
N——测试数据个数。
从等效连续A声级的定义中不难看出，对于连续的稳态噪声，等效连续A声级即等于所测得的A计权声级。
等效连续A声级由于较为简单，易于理解，而且又与人的主观反应有较好的相关性，因而已成为许多国际国内标准所采用的评价量。
由于同样的噪声在白天和夜间对人的影响是不一样的，而等效连续A声级评价量并不能反应人对噪声主观反应的这一特点。
为了考虑噪声在夜间对人们烦恼的增加，规定在夜间测得的所有声级均加上10dB（A计权）作为修正值，再计算昼夜噪声能量的加权平均，由此构成昼夜等效声级这一评价参量，用符号Ldn表示。
昼夜等效声级主要预计人们昼夜长期暴露在噪声环境中所受的影响。
由上述规定，昼夜等效声级Ldn可表示为：
（dB）
（3-9）
式中：
——昼间（07:
00~22:
00）测得的噪声能量平均A声级Leq，d，dB；
——夜间（22:
00~07:
00）测得的噪声能量平均A声级Leq，n，dB。
昼间和夜间的时段可以根据当地的情况作适当的调整，或根据当地政府的规定。
昼夜等效声级可用来作为几乎包含各种噪声的城市噪声全天候的单值评价量。
自美国环境保护局1974年6月发布以来，等效连续A声级Leq和昼夜等效声级Ldn逐步代替了以前一些其他评价参量，成为各国普遍采用的环境噪声评价量。
3.1.5累计百分数声级
对于我们现实生活中经常碰到非稳态噪声，上节中介绍了可以采用等效连续A声级LAeq来反映对人影响的大小，但噪声的随机起伏程度却没有表达出来。
这种起伏可以用噪声出现的时间概率或累计概率来表示，目前采用的评价量为累计百分数声级Ln。
它表示在测量时间内高于Ln声级所占的时间为n%。
例如，L10=70dB（A计权，以下所讲dB皆为A计权），表示在整个测量时间内，噪声级高于70dB的时间占10%，其余90%的时间内噪声级均低于70dB；同样，L90=50dB表示在整个测量时间内，噪声级高于50dB的时间占90%。
对于同一测量时段内的噪声级，按从大到小的顺序进行排列，就可以清楚地看出噪声涨落变化程度。
通常认为，L90相当于本底噪声级，L50相当于中值噪声级，L10相当于峰值噪声级。
在累计百分数声级和人的主观反映所作的相关性调查中，发现L10用于评价涨落较大的噪声时相关性较好。
因此，L10已被美国联邦公路局作为公路设计噪声限值的评价量。
总的来讲，累计百分数声级一般只用于有较好正态分布的噪声评价。
对于统计特性符合正态分布的噪声，其累计百分数声级与等效连续A声级之间有近似关系：
（dB）
（3-10）
3.1.6更佳噪声标准（PNC）曲线和噪声评价数（NR）曲线
在评价噪声对室内语言及舒适度的影响时，以语言干扰级和响度级为基础，美国著名声学专家Beranek提出了噪声标准曲线，即NC曲线。
经实践使用发现NC曲线有些频率与实际情况有差异，经过修正，提出了更加噪声标准曲线，即PNC曲线（如图3-4所示）。
将测得的噪声各倍频带的声压级与图中声压级相比较，就可得出各倍频带声压级所对应的PNC曲线号数，其中最大号数即为所测环境的噪声评价值。
如果某环境的噪声达到PNC-35，则表明此环境中各个倍频带声压级均不超过PNC-35曲线上所对应的声压级。
[例]根据倍频带声级得出噪声评价PNC曲线号数
中心频率/Hz
31.5
63
125
250
500
1K
2K
4K
8K
倍频带声压级/dB
55
46
43
37
40
35
30
28
24
对应PNC号
15
20
25
25
35
35
35
35
30
本例中，各倍频带对应PNC号的最大值为35，因此可确定此环境中的噪声达到PNC-35的要求。
图3-4更佳噪声标准（PNC）曲线
PNC曲线适用于室内活动场所稳态噪声的评价，以及有特别噪声环境要求的场所的设计。
对不同使用功能的场所，所要求的噪声环境也不一样，表3-2中给出了各类环境的PNC曲线推荐值。
表3-2各类环境的PNC曲线推荐值
空间类型（和声学上的要求）
PNC曲线
音乐厅、歌剧院（能听到微弱的音乐声）
录音、播音室（使用时远离传声器）
大型观众厅、大剧院（优良的听闻条件）
广播、电视和录音室（使用时靠近传声器）
小型音乐厅、剧院、音乐排练厅、大会堂和会议室（具有良好的听闻条件），或行政办公室和50人的会议室（不用扩声设备）
卧室、宿舍、医院、住宅、公寓、旅馆、公路旅馆等（适宜睡眠、休息、修养）
单人办公室、小会议室、教室、图书馆等（具有良好的听闻条件）
起居室和住宅中的类似的房间（作为交谈或听收音机和电视）
大的办公室、接待区域、商店、食堂、饭店等（对于要求比较好的听闻条件）
休息（接待）室、实验室、制图室、普通秘书室（有清晰的听闻条件）
维修车间、办公室和计算机设备室、厨房和洗衣店（中等清晰的听闻条件）、车间、汽车库、发电厂控制室等（能比较满意地听语言和电话通讯）
10~20
10~20
≤20
≤25
≤35
25~40
30~40
30-40
35~45
40~50
50~60
对于室内噪声的评价，除了可以用PNC曲线来评价外，也可以采用噪声评价数曲线，即NR评价曲线（如图3-5）。
NR评价曲线也可用于对外界噪声的评价。
NR评价曲线以1KHz倍频带声压级值作为噪声评价数NR，其他63-8KHz倍频带的声压级和NR的关系也可由下式计算：
（3-11）
式中：
——第i个频带声压级，dB；
a、b——不同倍频带中心频率的系数，见表3-3
表3-3不同中心频率的系数a和b
倍频带中心频率/Hz
a
b
63
125
250
500
1000
2000
4000
8000
35.5
22.0
12.0
4.8
0
-3.5
-6.1
-8.0
0.790
0.870
0.930
0.974
1.000
1.015
1.025
1.030
求NR值的方法为：
1．将测得噪声的各倍频带声压级与图3-5上的曲线进行比较，得出各倍频带的NRi值；
2．取其中的最大NRm值（取整数）；
3．将最大值NRm加1即得所求环境的NR值。
图3-5噪声评价数（NR）曲线
3.1.7噪度和感觉噪声级
噪声对人的干扰程度的评价涉及到心理因素。
一般认为，高频噪声比同样响的低频噪声更“吵闹”；噪声涨落程度大的噪声比涨落小的更“吵闹”；声源位置观察不到的声音比位置确定的噪声更“吵闹”；夜间出现的噪声比白天出现的同样噪声更“吵闹”。
与人们主观判断噪声的“吵闹”程度成比例的数值量称为噪度，用Na表示，单位为noy（呐）。
定义在中心频率为1KHz的倍频带上，声压级为40dB的噪声的噪度为1noy。
噪度为3noy的噪声听起来是噪度为1noy的噪声的3倍“吵闹”。
克雷特（Kryter）根据反复的主观调查得出了类似于等响曲线的等感觉噪度曲线（如图3-6所示）。
图中同一呐值曲线的感觉噪度相同。
复合噪声总的感觉噪度计算方法为：
1根据各频带声压级（倍频带或1/3倍频带），从图3-6中查出各频带对应的感觉噪度值；
2找出感觉噪度值中的最大值Nm，将各频带噪度总和中扣除最大值Nm，再乘以相应频带计权因子F，最后与Nm相加即为复合噪声的响度Na，用数学表达式可表示为：
（noy）
（3-12）
式中：
Nm——最大感觉噪度，noy；
F——频带计权因子，倍频程时为1，1/3倍频程时为1/2；
Ni——第i个频带的噪度，noy。
图3-6等感觉噪度曲线
将噪度转换成分贝指标，称为感觉噪声级，用LPN表示，单位为dB。
它们之间可由图3-6右侧的列线图转换。
当感觉噪度呐值每增加1倍，感觉噪声级增加10dB，它们之间也可通过以下关系式换算：
（dB）
（3-13）
感觉噪声级的应用比较普遍，但从感觉噪度计算来计算感觉噪声级比较复杂，实际测量中常近似地由A计权声级加13dB求得，用公式表示为：
（dB）
（3-14）
3.1.8计权等效连续感觉噪声级LWECPN
在航空噪声评价中，对在一段监测时间内飞行事件噪声的评价采用计权等效连续感觉噪声级LWECPN。
它考虑了一段监测时间内通过一固定点的飞行引起的总噪声级，同时也考虑了不同时间内飞行所造成的不同社会影响。
计权等效连续感觉噪声级LWECPN是通过有效感觉噪声级来计算得到。
有效感觉噪声级是在感觉噪声级LPN的基础上，加上对持续时间和噪声中存在的可闻纯音或离散频率修正后的声级，用LEPN表示。
感觉噪声级LPN经纯音修正后的声级表示为LTPN，持续时间修正为飞机飞越上空，其声级从未达到最高峰值前10dB开始到从峰值下降10dB为止的时间内，每隔0.5s间隔的所有LTPN的能量相加，并加以时间归一化（20s）。
修正过程可以用图3-7直观地表示。
图3-7将纯音加在感觉噪声级相应分量上所得到的纯音修正感觉噪声级随时间变化的曲线
经修正后得到的有效感觉噪声级可用数学表达式表示为：
（dB）
（3-15）
式中：
LTNPi——第i个时间间隔的LTNP；
N——0.5s间隔的个数，N=t/0.5，t为图3-7中A至B的飞行时间。
由此，可以得到计权等效连续感觉噪声级LWECPN的计算表达式：
（dB）
（3-16）
式中：
——N次飞行的有效感觉噪声级的能量平均值，dB；
N1——白天的飞行次数；
N2——傍晚的飞行次数；
N3——夜间的飞行次数。
三段时间的具体划分由当地人民政府决定。
3.1.9交通噪声指数
交通噪声指数TNI是城市道路交通噪声评价的一个重要参量，其定义为：
（dB）
（3-17）
式中第一项表示“噪声气候”的范围，说明噪声的起伏变化程度；第二项表示本底噪声状况；第三项是为了获得比较习惯的数值而引入的调节量。
可见，TNI与噪声的起伏变化有很大的关系，噪声的涨落对人影响的加权数为4，这在与主观反应相关性测试中获得较好的相关系数。
TNI评价量只适用于机动车辆噪声对周围环境干扰的评价，而且限于车流量较多及附近无固定声源的环境。
对于车流量较少的环境，L10和L90的差值较大，得到的TNI值也很大，使计算数值明显地夸大了噪声的干扰程度。
例如，在繁忙的交通干线处，L90=70dB，L10=84dB，TNI=96dB；在车辆量较少的街道，L10可能仍为84dB，但L90却显然会降低到如55dB的水平，TNI=141dB。
显然，后者因噪声涨落大，引起烦恼比前者大，但两者的差别不会如此之大。
3.1.10噪声污染级
噪声污染级也是用以评价噪声对人的烦恼的一种评价量，它既包含了对噪声能量的评价，同时也包含了噪声涨落的影响。
噪声污染级用标准偏差来反映噪声的涨落，标准偏差越大，表示噪声的离散程度越大，即噪声的起伏越大。
噪声污染级用符号LNP表示，其表达式为：
（dB）
（3-18）
（dB）
（3-19）
式中：
σ——规定时间内噪声瞬时声级的标准偏差，dB；
——算术平均声级，dB；
Li——第i次声级，dB；
n——取样总
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