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噪音基础知识
环境噪声相关基础
1.描述声波的基本物理量与概念
（1）
（1） 波长
记作λ,单位为米（m）。
（2）
（2） 频率
记作f，单位为赫兹（Hz）。
（3）（3） 声速
λ=v/f
声速的大小主要与介质的性质和温度的高低有关。
同一温度下，不同介质中声速不同。
在20℃时，空气中声速约为340m/s，空气的温度每升高1℃，声速约增加0.607m/s。
（4） 声场
（5） 波前（波阵面）
2、环境噪声评价量及其计算
2．1．计量声音的物理量
（1） 声功率
声源在单位时间内辐射的总声能量称为声功率。
常用W表示，单位为瓦（w）。
声功率是表示声源特性的一个物理量。
声功率越大，表示声源单位时间内发射的声能量越大，引起的噪声越强。
声功率的大小，只与声源本身有关。
（2） 声强
（7-2）
声强是衡量声音强弱的一个物理量。
声场中，在垂直于声波传播方向上，单位时间内通过单位面积的声能称做声强。
声强常以I表示，单位为（w／m2）。
（3） 声压
目前，在声学测量中，直接测量声强较为困难，故常用声压来衡量声音的强弱。
声波在大气中传播时，引起空气质点的振动，从而使空气密度发生变化。
在声波所达到的各点上，气压时而比无声时的压强高，时而比无声时的压强低，某一瞬间介质中的压强相对于无声波时压强的改变量称为声压，记为p（t），，单位是Pa。
声音在振动过程中，声压是随时间迅速起伏变化的，入耳感受到的实际只是一个平均效应，因为瞬时声压有正负值之分，所以有效声压取瞬时声压的均方根值。
（7-4）
式中
是T时间内的有效声压，Pa；p（t）为某一时刻的瞬时声压，Pa。
通常所说的声压，若未加说明，即指有效声压，若p1，p2，分别表示两列声波在某一点所引起的有效声压，该点迭加后的有效声压可由波动方程导出，为
（7-5）
声压是声场中某点声波压力的量度，影响它的因素与声强相同。
并且，在自由声场中多声波传播方向上某点声强与声压、介质密度ρ存在如下关系
（7-6）
2．2．声压级，声强级与声功率级
正常人耳刚刚能听到的最低声压称听阈声压。
对于频率为1000Hz的声音，听阈声压约为为2×lO-5Pa。
刚刚使人耳产生疼痛感觉的声压称痛阈声压。
对于频率为1000Hz的声音，正常人耳的痛阈声压为20Pa。
从听阈到痛阈，声压的绝对值之比为1：
106，即相差一百万倍，而从听阈到痛阈，相应声强的变化为10-12—1W／m2，其绝对值之比为1：
1012，即相差一万亿倍。
因此用声压或用声强的绝对值表示声音的强弱都很不方便。
加之人耳对声音大小的感觉，近似地与声压、声强呈对数关系，所以通常用对数值来度量声音，分别称为声压级与声强级。
（7-7）
声压级
（dB）
（7-8）
声强级
（dB）
式中：
p0为基准声压（听阈声压），2×10-5Pa。
I0为基准声强，2×10-12w/m2。
与上类似，某声源的声功率级定义为
（7-9）
声强级
（dB）
声强级式中W0—基准声功率，为10-12（w）。
声压级、声强级和声功率级的单位都是分贝。
分贝是“级”的单位，是无量纲的量。
由声压与声强的关系可以得出，以空气为介质的自由声场中，常温常压下某一点的声压级与声强级近似相等。
2．3．分贝的运算
由声压级、声强级、声功率级的定义式可知，级的分贝数的运算不能按算术法则进行，而应按对数运算的法则进行。
几个不同的噪声源同时作用在声场中同一点上，这点的总声压级如何计算呢？
从声压级的定义出发，则有
（dB）
（7-10）
则有
（dB）
当两个不同的噪声源同时作用在声场中同一点上，如果两个声源单独作用产生的声压级分别为Lp1和Lp2，且Lp1≥Lp2；为计算方便，列出（表7-1）Lp1-Lp2差值相对应的增值ΔL，这点的总声压级LpT为：
表7-1两个声源Lp1-Lp2差值与增值ΔL的对应关系
Lp1-Lp2
ΔL
Lp1-Lp2
ΔL
0
1
2
3
4
5
3
2.5
2.1
1.8
1.5
1.2
6
7
8
9
10
11
1.0
0.8
0.6
0.5
0.4
0.3
（7-11）
（dB）
2．4.频谱图及倍频程
（1）频谱图
除音叉等之外，各种声源发出的声音很少是单一频率的纯音，大多是由许多不同强度，不同频率的声音复合而成，统称复音。
在复音中，不同频率（或频段）的成分的声波具有不同的能量，这种频率成分与能量分布的关系称为声的频谱。
描述一个复音中，各频率成分与能量分布关系的图形称为频谱图。
通常是先测定出该噪声的各频率成分与相应的声压级或声功率级，然后以频率为横坐标，以声压级（声功率级）为纵坐标进行绘图，如图7-1所示。
图7-1AK1300-III汽轮鼓风机频谱图。
（2）倍频程
由于一般噪声的频率分布宽阔，在实际的频谱分析中，不需要也不可能对每个频率成分进行具体分析。
为了方便，人们把20—20000Hz的声频范围分为几个段落，划分的每一个具有一定频率范围的段落称做频带或频程。
频程的划分方法通常有两种。
一种是恒定带宽，即每个频程的上、下限频率之差为常数。
另一种是恒定相对带宽的划分方法，即保持频带的上、下限之比为一常数。
实验证明，当声音的声压级不变而频率提高一倍时，听起来音调也提高一倍（音乐上称提高八度音程）；为此，将声频范围划分为这样的频带：
使每一频带的上限频率比下限频率高一倍，即频率之比为2，这样划分的每一个频程称1倍频程，简称倍频程。
为了简明，每个倍频程用其中心频率，fc来表示：
（7-12）
（Hz）
fu和fd，分别为该频程的上限和下限频率。
我国规定的倍频程频率范围及中心频率见表7-2。
由该表可见，相邻两个倍频程的中心频率之比也是2：
l。
如果在一个倍频程的上、下限频率之间再插入两个频率，使4个频率之间的比值由小到大，依次排列。
这样将一个倍频程划分为3个频程，称这种频程为1／3倍频程，每一个1／3倍频程也用其中心频率来表示。
按照1／3倍频程的方法，可将声频范围分为更多的频带，便于较仔细地研究。
图7-2是按照1／3倍频程的方法绘制的频谱图。
表7-2倍频程及中心频率频率范围（Hz）
倍频程
1/3倍频程
下限频率
上限频率
中心频率
下限频率
上限频率
中心频率
45
90
63
56.2
70.8
63
70.8
89.1
80
89.1
112
100
90
180
125
112
141
125
141
178
160
178
224
200
180
355
250
224
282
250
282
355
315
355
447
400
355
710
500
447
562
500
562
708
630
708
891
800
710
1400
1000
891
1122
1000
1122
1413
1250
1413
1778
1600
1400
2800
2000
1778
2239
2000
2239
2818
2500
2818
3548
3150
2800
5600
4000
3548
4467
4000
4467
5623
5000
5623
7079
6300
5600
11200
8000
7079
8913
8000
8913
11220
10000
11220
14130
12500
2．5.噪声的主观评价
噪声危害的大小，不仅与声音的强度、频率成分有关，而且与噪声的作用时间、起伏变化的程度以及人们工作或者生活的状态、情绪有关。
为此，需要根据人们对噪声的感受程度，即人对噪声的心理效应，对噪声作出主观评价。
现在介绍几种常用的噪声主观评价量。
（1） 等响曲线与响度级
通常，声音愈响，对人的干扰愈大。
实践证明，人耳对高频声较低频声敏感，同样声压级的声音，中、高频声显得比低频声更响一些，这是人耳的听觉特性所决定的。
为此人们提出响度级这一概念，用以定量地描述声音在人主观上引起的“响”的感觉。
所谓响度级，就是以1000Hz的纯音作标准，使其和某个声音听起来一样响，那么此1000Hz纯音的声压级就定义为该声音的响度级。
记作LN，单位为方（Phone）。
用实验的方法可以得到整个声频范围内纯音的响度级。
将频率不同，响度级却相同的点连成曲线，便可得到一簇曲线，如图7-3所示，因为每一条曲线上各点的声音都一样响，因此这种曲线称做等响曲线。
每条曲线上的数字表示声音的响度级（方值），即与此声音同样响的1000Hz纯音的声压级。
（1）
（2） A、B、C计权声级
用响度级反映人们对声音的主观感觉过于复杂，若能通过一种仪器使直接测得的噪声强度值与人耳的主观感受近似取得一致，则将大为简便，这种仪器称为声级计。
国际电工委员会标准规定，一般声级计，可分别模拟40方、70方、100方三条等响曲线设置三套网络，分别称做A、B、C网络，用以分别测定低、中、高三种强度的声音。
声压级低于55dB的声音用A网络；55-85dB之间的声音用B网络；85dB以上的声音用C网络。
由等响曲线可知，同样声压级的声音，不同频率时并不等响。
因此，声音讯号输入A、B、C网络后，输出讯号并不与输入信号相对等，而是有一定的修正。
通常，高频声显得更响些，信号输出时得到增强，修正量为正，低频声显得不那么响，信号输出时被衰减，修正量为负。
衰减与增强的量称做响应。
响应因频率而异，故称做频率响应。
（2）（3） 噪声评价量
噪声源评价量可用声压级或倍频带声压级、声功率级、A声级、A计权声功率级。
噪声的影响还同其持续的时间有关，即和人们接收的噪声能量有关。
在更多情况下，环境噪声往往是起伏的，因此又提出了等效A声级的评价量，以弥补A声级的不足。
声场中某点在一段时间内A计权能量的平均值即该点在这段时间的等效A声级。
表达式为
（7-13）
（dB）
式中，T—规定的测量时间；
LA（t）—某时刻t的瞬时A声级，dB（A）；
LeqT—规定测量时间T内的等效A声级。
各国所制定的环境噪声标准，一般都指的是等效A声级值。
它也是对我国各类区域环境噪声进行评价的主要评价量。
某测点在规定的测量时间T内，有N％时间的声级超过某一声级值LA时，这个声级值LA称做累积百分声级LN单位为dB（A）。
例如L10为70dB（A），即表示在整个测量时间内，有10％时间的噪声都超过70dB（A）。
常用的累积百分声级有L10、L50、L90。
L10表示监测时间内的噪声平均峰值、L50表示监测时间内噪声的中值、L90表示监测时间内的噪声噪声的背景值。
对于稳态噪声（如工业噪声），一般以A声级为评价量；对于声级起伏较大（非稳态噪声）或间歇性噪声（如公路噪声、铁路噪声、港口噪声、建筑施工噪声）以等效连续A声级（Leq,dB（A））为评价量。
累积百分声级用以表示随时间起伏的无规则噪声的声级分布特性，在城市各类环境噪声评价中常用作分析的依据。
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3噪声的测量
3．1噪声测量仪器
噪声测量常用的仪器：
有声级计、频谱分析仪、声级记录仪与磁带记录仪等。
根据不同的测量目的与要求，可选择不同的测量仪器和不同的测量方法。
声级计是噪声现场测量的一种基本测试仪器，主要用来测试噪声的声级，若和相应的仪器配套，还可进行频谱分析和振动的测量。
声级计体积小、重量轻，便于携带，适用于现场快速测定。
声级计主要由传声器、放大器、衰减器，频率计权网络及有效值指示表头组成。
声级计的基本工作原理是，声压信号首先通过传声器被转换成电压信号，经放大器放大，再通过具有一定频率响应的计权网络，经过有效值检波器进入指示器，从表头得到相应的声级读数。
目前使用的较先进声级计在获得电压信号后，经模数转换，用计算机进行数据处理。
根据导则要求，噪声测量，使用GB2875-83《声级计电声性能及测试方法》或IEC651《声级计》规定的2型或性能优于2型的声级计及性能相当的其它声学仪器。
评价工作等级为一级或二级，必须使用积分声级计或具有相同功能的其它测量仪器测量等效连续A声级；若噪声评价工作等级为三级，也可用非积分式声级计测量连续等效A声级。
3.2监测规范与布点原则
环境噪声的测量，应按下列现行有关的国家标准进行。
GB/T14623——93城市区域环境噪声测量方法
GB9661——88机场周围飞机噪声测量方法
GB12349——90工业企业厂界噪声测量方法
GB12524——90建筑施工场噪声测量方法
GB12525——90铁路边界噪声限值及其测量方法
GBJ122——88工业企业噪声测量规范
国家环境保护局环境监测技术规范（第三册噪声部分）；
环境噪声现状测量点布设原则:
1.现状测点布置一般要覆盖整个评价范围，但重点要布置在现有噪声源对敏感区有影响的那些点上。
2.对于建设项目包含多个呈现点声源性质（声源波长比声源尺寸大得多的情况下，可认为是点声源）的情况，环境噪声现状测量点应布置在声源周围，靠近声源处测量点密度应高于距声源较远处的测点密度。
3.对于建设项目呈现线状声源性质（许多点声源连续地分布在一条直线上，如，繁忙的道路上的车辆流，可以认为是线声源）的情况，应根据噪声敏感区域分布状况和工程特点确定若干噪声测量断面，在各个断面上距声源不同距离处布置一组测量点（如15m、30m、60m、120m、240m）。
4.对于新建工程，当评价范围内没有明显的噪声源（如没有工业噪声、道路交通噪声、飞机噪声和铁路噪声）且声级较低（<50dBA），噪声现状测量点可以大幅度减少或不设测量点。
5.对于改、扩建工程，若要绘制噪声现状等声级图，可以采用网格法布置测点。
为了便于绘制等声级线图，需要用网格法确定测点。
网格的大小应根据具体情况确定，对于建设项目包含呈线状声源特征的情况，平行于线状声源走向的网格间距可大些（如100～300m），垂直于线状声源走向的网格间距应小些（如20～60m）；对于建设项目包含呈点声源特征的情况，网格的大小一般在20×20m~100m×100m范围。
对于噪声源的测量，我国也有相应的测量标准：
GB3767—83噪声源声功率级的测定——工程法及准工程法；
GB3768—83噪声源声功率级的测定——简易法；
GB3770—83木工机床噪声声功率级的测定；
GB4215—84金属切削机床噪声声功率级的测定；
GB7022—86容积式压缩机噪声声功率级的测定——简易法；
GB4980—85容积式压缩机噪声声功率级的测定——工程法；
GB7111—86纺织机械噪声声功率级的测定方法；
GB5898—86凿岩机械与气功工具噪声测量方法——工程法；
GB1496—79机动车辆噪声测量方法；
GB1859—80内燃机噪声测定方法；
GB2806—81电机噪声测量方法；
GB2888—82风机和罗茨风机噪声测量方法；
GB5111—85铁路机车车辆辐射噪声测量方法；
GB4964—85内河航道及港口内船舶辐射噪声的测量；
GB9911—88船用柴油机辐射的空气噪声测量方法；
GB6404—86齿轮装置噪声声功率级的测定方法；
GB5467—85摩托车噪声测量方法；
GB14098—93燃气轮机噪声测量方法。
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4环境噪声预测模型
为了了解一个建设项目建成后对周围声学环境的影响，必须进行建设项目的环境噪声预测。
4.1声源声级A的确定
对于单个机器设备，其A声级（声压级和声功率级）可以通过以下途径确定。
对于旧有声源可以通过现场测定确定。
对于拟增新声源可通过查阅厂家提供的设备说明书获取，若是设备说明书中无此资料，可按经验公式估算，或是通过在其它工厂等单位进行类比调查获取。
除背景噪声的影响外，倘若室内仅有一个声源时，则室内任一点的声音由直达声与混响声组成，该点声压级可按式7-14计算
（7-14）
（dB）
式中：
Lw—按声源设备估计的A声级（dB）；
r—接收点与声源的距离（m）；
Q—声源的指向性因数，无量纲；
R—房间常数,
;
S—房间总内表面积，m2；
α—房间内表面平均吸声系数，一般工业房间或机械间为矩形时可取0.15，为非矩形时可取0.2。
声源的指向性因数Q值与点声源所在空间有关。
当点声源位于房间的空间中心时，Q=1，在地面或墙面上中间放置时，Q=2，在两墙交线或地面与一墙交线的中间放置时，Q=4，在三个面的交点上Q=8。
若室内有多个声源时，可先分别求出各声源在该点引起的声压级，而后依据分贝的加法，计算出该点总声压级（忽略室内各种障碍物对室内声场的影响）。
对于一般机械工厂，由于车间内围护结构、建筑材料类似，车间形状一般都是长条形或扁平型，当车间内有单个声源时，室内距外墙内侧1m处，受声点声压级为
（7-15）
（dB）
K—修正系数；
K=8.7×10-6V1.01+1.9
r—接收点与声源的距离（m）；
V—房间总容积，m3。
4.2噪声传播衰减计算
在环境影响评价中，经常是根据靠近声源某一位置（参考位置）处的已知声级（如实测得到）来计算距声源较远处预测点的声级。
声波在室外传播过程中将发生衰减，衰减的原因包括传播距离的增加，介质的吸收及障碍物的屏蔽作用等。
环境影响评价中，遇到的声源往往是复杂的，需根据其分布形式简化处理。
经常把声源简化成二类声源，即点声源和线状声源。
当声波波长比声源尺寸大得多或是预测点离开声源的距离比声源本身尺寸大得多时，声源可当作点声源处理，等效点声源位置在声源本身的中心。
各种机械设备、单辆汽车、单架飞机等均可简化为点声源。
当许多点声源连续分布在一条直线上时，可认为该声源是线状声源。
公路上的汽车流、铁路可作为线状声源处理。
1．距离衰减
（1）点声源的距离衰减
在自由与半自由声场中，点声源的声压级与声功率级的关系式分别为
（7-16）
（dB）
（7-17）
（dB）
若测点1，2与声源的距离分别为r1、r2，则由r1至r2的声压级衰减量为即距离每增加一倍，声压级衰减6dB。
（7-18）
（dB）
（2）线声源的距离衰减
工厂里横架的长管道、一列火车或一长串汽车在运行时，均辐射出噪声，可以看成是线声源。
通常，其长度远远大于宽度和厚度的声源即可视为线声源。
线声源辐射的是柱面波。
在自由声场中，一个无限长的线声源，其声压级随距离的衰减计算式为
（7-19）
（dB）
即离开线声源的距离增加l倍，声压级衰减3dB。
2．墙壁隔声量的计算
用构件将噪声源与接收者分开，阻断空气声传播的措施称做隔声。
所使用的构件称做隔声构件。
如墙壁、玻璃、木板等。
衡量构件隔声能力常用的物理量之一是透声系数，记为τ。
它表示构件透过声音能力的大小，等于透射的声能与入射声能之比，无量纲。
一般隔声构件的透声系数多在10-1～10-5之间。
衡量构件隔声能力另一个常用的物理量是隔声量，或称透声损失，常记为TL。
它与透声系数的关系是
（7-20）
（dB）
墙体隔声量的大小主要与构件的面密度、入射声波的频率、方向有关。
面密度是指单位面积的墙体所具有的质量。
在声波入射频率与方向一定的情况下，单层墙体的面密度愈大，隔声量愈大。
这个规律称为质量定律。
单层密实均匀构件的隔声量可用经验公式计算
（7-21）
（dB）
式中：
m——墙体的面密度，kg／m2；
f——入射声波的频率，Hz。
若墙体由多种隔声构件（或材料）组成，如一面墙上开有门或窗，则称为组合墙。
组合墙隔声量的计算通过求平均透声系数获得。
（7-22）
式中:
τi——第i种隔声构件（材料）的透声系数；
Si．——第i种隔声构件（材料）所占据的面积；
S——组合墙总面积，m2。
5噪声环境影响评价
5.1噪声评价工作程序和等级
噪声评价工作的基本任务是评价建设项目引起的声环境的变化，并提出各种噪声防治对策，把噪声污染降低到现行标准允许的水平，为建设项目优化选址和合理布局以及城市规划提供科学依据。
噪声环境影响评价工作的工作程序如图7-4所示。
噪声评价工作等级一般分为三级，评价等级划分的依据包括：
（1）按投资额划分建设项目规模（大、中、小型建设项目）；
（2）噪声源种类及数量；（3）项目建设前后噪声级的变化程度；（4）建设项目噪声有影响范围内的环境保护目标、环境噪声标准和人口分布。
噪声环境影响的评价范围根据评价工作等级确定。
对于大、中型建设项目，属于规划区内的建设工程，或受噪声影响的范围内有适用于GB3096—93规定的需要特别安静的地区，以及对噪声有限制的保护区等噪声敏感目标；项目建设前后噪声级有显著增高（噪声级增高量达3～5dB（A）或以上）或受影响人口显著增多的情况，应按一级评价进行工作。
对于新建、扩建及改建的大、中型建设项目，若其所在功能区属于适用于GB3096-93规定的1类、2类标准的地区，或项目建设前后噪声级有较明显增高（噪声级增高量达3~5dBA）或受噪声影响人口增加较多的情况，应按二级评价进行工作。
对处在适用GB3096——93规定的3类标准及以上的地区（指允许的噪声标准值为65dBA及以上的区域）的中型建设项目以及处在GB3096——93规定的1、2类标准地区的小型建设项目，或者大、中型建设项目建设前后噪声级增加很小（噪声级增高量在3dBA以内）且受影响人口变化不大的情况，应按三级评价进行工作。
对于处在非敏感区的小型建设项目，噪声评价只填写“环境影响报告表”中相关的内容。
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