噪声与振动
第一节 声学基础
声音（包括噪声）的形成，必须具备三个要素，首先要有产生振动的物体，即声源，其次要有能够传播声波的媒介，最后还要有声的接受器，如人耳、传声器等。
一、声音的基本性质
声音（sound）是由物体振动产生的，而振动在弹性介质中的传播形式就是声波，处于一定频率范围内（20～20000Hz）的声波作用于人耳就产生了声音的感觉。
当人们用手拨动琴弦，弦即振动并同时发出声音，这里琴弦的振动是产生声音的根源。通常我们把振动发声的物体，称为声源（sound source）。声源不一定都是固体，液体和气体的振动也会产生声音，如海上的浪涛声和火车的汽笛声。
如果将一个发声物体置于一个真空的罩子内，声音则传不出来，因此声音的产生除了要有振动的物体外，还必须要有传播声音的媒介物质，它可以是空气、水等流体也可以是钢铁、玻璃等固体。
物体振动是产生声音的根源，但并不是物体产生震动后一定会使人们得到声音的感觉。因为人耳能感觉到的声音频率范围只是在20～20000Hz之间，这个频率范围的声音称可听声，频率低于20Hz的声音称为次声（infrasound），频率高于20000Hz的声音称为超声（ultrasound）。次声和超声对于人耳来说都是感觉不到的。
描述声音高低的物理量是频率，描述声音强弱的物理量有：声压、声强、声功率以及各自相应的级，描述声音大小的主观评价量是响度、响度级。
1． 声压与声压级
声源的振动以声波的形式在介质中传播，传播所涉及的区域称为声场（sound field）。当声波在空气中传播时，声场中某一点的空气分子在其平衡位置沿着声波前进的方向发生前后振动，使平衡位置处空气的密度时疏时密，引起平衡位置处空气的压力相对于没有声音传播时的静压发生变化。我们将该点空气压强相对于静压强的差值定义为该点的声压（sound
pressure）。在连续介质中，声场中任一点的运动状态和压强变化均可用声压表示。
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噪声的强度
声音是由物体震动产生的，通过声波传到我们的耳朵。声波具有能量。声波的能量越大，声音就越强。怎样俩衡量噪声的大小呢？人们通常用声级计测量声波的大小，声级的单位是分贝（dB）。正常人刚能听到的最小的声音叫做听阈，听阈的声强为零分贝，人耳开始感到疼痛的声音叫做痛阈，痛阈为120分贝。人们轻声耳语时为30分贝，一般交谈时为60分贝，大声吵嚷时为80～90分贝，火车、拖拉机为100分贝，大炮发射、飞机起飞为130分贝。
环境噪声标准为：
类别适用区域白天夜间0疗养区、高级别墅区、高级宾馆区等特别需要安静的区域50401以居住、文教机关为主的区域55452居住、商业、工业混杂区60503工业区65554城市中的道路、交通干线道路两侧区域，穿越区域的内河航道两侧区域等7055注：该表摘自城市区域噪声标准，GB3096-93。
什么是噪声、环境噪声与环境噪声污染？
1、所谓噪声，是指对人类的生活或者生产活动产生不良影响的声音。声音的来源可以分为两部分，一部分是来源于自然界的，即与人类的生活、生产活动无关的；另一部分是来源于人类的生活、生产活动的，即人为活动所产生的。
由于角度不同，所指噪声的含义也不同。从环境保护的角度来说，凡是妨碍人们工作、学习和生活的声音，以及对人们要听的声音起干扰作用的声音，都属于噪声。在某些情况下，音乐也会令人厌烦，成为污染环境的噪声。
噪声的等级由声强级的单位--“分贝”（db）数表示大小。
2、环境噪声的定义，一方面应当将环境噪声的范围界定于人类生活、生产活动过程中产生的对人类的生活或者生产活动产生不良影响的声音；一方面则应当将其界定于影响人体健康的声音，即：所谓环境噪声，是指在工业生产、建筑施工、交通运输和社会生活中所产生的干扰周围生活环境的声音。
3、环境噪声污染是指所产生的环境噪声超过国家规定的环境噪声排放标准，并干扰他人正常生活、工作和学习的现象。
7、A声级
研究噪声对人体健康的危害及对噪声的防治，必须有噪声对人体影响程度的评价标准。对噪声的评价常采用统计的方法，即依靠足够数的人们对噪声主观反应的对比性调查，得出统计的平均量。主要的评价量有A声级、等效连续、噪声评价数NR和累积百分声级。
有关概念：
（1）响度级：单位是方（phon）。响度级就是指当选取1000Hz纯音做基准音时，凡是听起来和该纯音一样响的声音，不论其声压级和频率是多少，它的响度级（方值）就等于该纯音的声压级数。
（2）等响曲线：345页图表示每一条曲线表示不同频率、不同声压级的纯音具有相同的响度级。
（3）频率计权：在测量仪器中，对不同频率的客观声压级人为地给予适当的增减，这种修正方法称为频率计权，实现这种频率计权的网络称为计权网络。A、B、C、D 4种计权网络，经过计权网络测得的声级称为计权声级，是衡量噪声强弱的主观评价量。
A声级测量的结果与人耳对声音的响度感觉相近似，用A声级分贝数的大小对噪声排列次序时，能够较好反映人对各种噪声的主观评价。是目前评价噪声的主要指标。
8、等效声级
A声级很好的反映了噪声影响与频率的关系，对于稳态的噪声，即随时间变化不大的噪声，我们通常可以采用A声级来评价。等效声级是以A声级为基础建立起来的非稳态噪声的噪声评价量，它是以A声级的稳态噪声代替变动噪声，在相同的暴露时间内能够给人以等数量的声能，这个声级就是该变动噪声的等效声级，又称等效A声级，或简称等效声级。等效连续A声级指在某段时间内的不稳态噪声的A 声级，用能量平均的方法，以一个连续不变的A声级来表示该时段内噪声的声级，又称等能量A 声级。等效连续A声级Leq 可表示为：
9、频带声压级
在一个倍频程带宽频率范围声压级的累加称为倍频带声压级。
10、噪声评价数
噪声评价数NR曲线见350页图，NR数指噪声评价曲线的号数，它是中心频率等于1000Hz时倍步带声压级的分贝数，它的噪声级范围是0—130dB，适用于中心频率从31.5—8000Hz的9个倍频带。在同一条NR曲线上各倍频带的噪声级对人的影响是相同的。
1 噪声分贝（dB）
1、 声音
1.1 分贝的感觉
当物体振动时，在它周围就会产生声波，声波不断向外传播，被人们听到成为声音。人耳的听觉下限是0dB，低于15dB的环境是极为安静的环境，安静得会使人不知所措。乡村的夜晚大多是25-30dB，除了细心才能够体会到的流水、风、小动物等自然声音以外，其他感觉一片宁静，这也是生活在喧嚣之中的城市人所追求的净土。城市的夜晚会因区域不同而有所不同。较为安静区域的室内一般在30-35dB，住在繁华的闹市区或是交通干线附近的居民，将不得不忍受室内40-50dB（甚至更高）的噪声。人们正常讲话的声音大约是60-70dB，大声呼喊的瞬间可达100dB。在机器轰鸣的厂房中，持续的噪声可达80-110dB，这种高强度的噪声会损害人耳的听觉，并对神经系统产生不良影响，长期还会导致神经衰弱、消化不良、听力下降、心血管等疾病。人耳的噪声听觉上限是120dB，超过120dB的声音会耳痛、难以忍受，140dB的声音会使人失去听觉。高分贝喇叭、重型机械、喷气飞机引擎等都能够产生超过120dB的声音。
1.2 人耳的感觉
人耳听觉非常敏感，正常人能够察觉1dB的声音变化，3dB的差异将感到明显不同。人耳存在掩蔽效应，当一个声音高于另一个声音10dB时，较小的声音因掩蔽而难于被听到和理解，由于掩蔽效应，在90-100dB的环境中，即使近距离讲话也会听不清。人耳有感知声音频率的能力，频率高的声音人们会有“高音”的感觉，频率低的声音人们会有“低音”的感觉，人耳正常的听觉频率范围是20-20KHz。人耳耳道类似一个2-3cm的小管，由于频率共振的原因，在2000-3000Hz的范围内声音被增强，这一频率在语言中的辅音中占主导地位，有利于听清语言和交流，但人耳最先老化的频率也在这个范围内。一般认为，500Hz以下为低频，500-2000Hz为中频，2000Hz以上为高频。语言的频率范围主要集中在中频。人耳听觉敏感性由于频率的不同有所不同，频率越低或越高时敏感度变差，也就是说，同样大小的声音，中频听起来要比低频和高频的声音响。
