加拿大28算法经典公式

噪声评价中的常见的基本概念

2020-03-06


一、响度级和响度


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,但是它们不能完全反映人耳对声音的感觉特性。  加拿大28算法经典公式


人耳对声音的感觉,不仅和声压有关,也和频率有关。一般对高频声音感觉灵敏,对低频声音感觉迟钝,声压级相同而频率不同的声音听起来可能不一样响。为了既考虑到声音的物理量效应,又考虑到声音对人耳听觉的生理效应,把声音的强度和频率用一个量统一起来,人们仿照声压级引出了一个响度级的概念。


使用等响实验方法,可以得到一族不同频率、不同声压级的等响度曲线。实验时用1000Hz的某一强度(例如40dB)的声音为基准,用人耳试听的办法与其它频率(例如100Hz)声音进行比较,调节此声音的声压级,使它与1000Hz声音听起来响度相同,记下此频率的声压级(例如50dB)。再用其它频率试验并记下它们与1000Hz声音响度相等的声压级,将这些数据画在坐标上,就得到一条与1000Hz、40dB声压级等响的曲线。


这条曲线用1000Hz时的声压级数值来表示它们的响度级值,单位为方,这里就是40方。同样以1000Hz其它声压级的声音为基准,进行不同频率的响度比较,可以得出其它的等响度曲线。经过大量试验得到的并由国际标准化组织(ISO)推荐为标准的等响度曲线示于图1。


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从等响度曲线可以看出:


1、当响度级比较低时,低频段等响度曲线弯曲较大,也就是不同频率的响度级(方值)与声压级(dB值)相关很大,例如同样40方响度级,对1000Hz声音来说声压级是40dB,对100Hz声音是50dB,对40Hz声音是70dB,对20Hz声音是90dB。


2、当响度级高于100方时,等响度曲线变得比较平坦,也就是声音的响度级主要决定于声压级,与频率关系不大。


3、人耳对高频声音,特别是3000~4000Hz的声音最敏感,而对低频声音则频率越低越不敏感。


响度级虽然定量地确定了响度感觉与频率和声压级的关系,但是却未能确定这个声音比那个声音响多少。例如一个80方的声音比另一个50方的声音究竟响几倍?为此人们引出了响度的概念。1947年国际标准化组织采用了一个新的主观评价量——宋,并以40方为1宋。响度级每增加10方,响度增加一倍,如50方为2宋,60方为4宋等。其表示式为:

式中:S是响度(宋),LN 是响度级(方)。


用响度表示声音的大小可以直接计算出声音响度增加或降低的百分数。如果声源经过隔声处理后响度级降低了10方,相当于响度降低了50%;响度级降低20方,相当于响度降低了75%等等。


上述两个等式只适用于纯音和窄带噪声,对于一般的宽带噪声则要采用响度指数的计算方法,或者利用史蒂文斯响度指数表来查找倍频带或1/3倍频带声压级对应的响度指数。


二、声级和A声级


声压级只反应声音强度对人响度感觉的影响,不能反映声音频率对响度感觉的影响。响度级和响度解决了这个问题,但是用它们来反映人们对声音的主观感觉过于复杂,于是又提出了计权声压级的概念。计权声压级就是用一定频率计权网络测量得到的声压级,计权声压级简称声级。


在声学测量仪器中,通常根据等响度曲线,设置一定的频率计权电网络,使接收的声音按不同程度进行频率滤波,以模拟人耳的响度感觉特性。当然我们不可能做无穷多个电网络来模拟无穷多根等响度曲线,一般设置A,B和C三种计权网络,其中A计权网络是模拟人耳对40方纯音的响度,当信号通过时,其低、中频段(1000Hz以下)有较大的衰减。B计权网络是模拟人耳对70方纯音的响度,它对信号的低频段有一定衰减。而C计权网络是模拟人耳对100方纯音的响度,在整个频率范围内有近乎平直的响应。


A、B、C计权的频率响应曲线(计权曲线)已由国际电工委员会(IEC)定为标准,并示于图2。

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IEC61672-1:2002规定了A、C及Z(不计权)频率计权相对响应及允许误差见表1(包括最大测量扩展不确定度)。

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利用具有一定频率计权网络和时间计权的声学测量仪器对声音进行声压级测量,所得到的读数称计权声压,简称声级,单位为dB。使用什么计权网络应在测量值后面注明,如70dB(C)或C声级70dB。如果没有注明,通常就是指A声级。


某时间t的A计权和时间计权声级LAτ(t)用下式表示:

式中:τ为时间计权F或S的指数时间常数;ξ为从过去的某时刻,例如积分下限-∞,到观测时刻t的时间积分的变量;pA(ξ)为A计权瞬时声压;p0为基准声压。


在上式中,取对数运算的函数式的分子是在观察时间t上对频率计权声压取指数时间计权的方均根值。上式的表达过程可用图3的示意图说明。

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图3 形成指数时间计权声级的主要步骤


在实际测量时到底用哪一种计权网络呢?以前曾有规定,声级小于70dB时用A网络测量,声级大于70dB但小于90dB时用B网络测量,声级大于90dB时用C网络测量。近年来研究表明,不论噪声强度多少,利用A声级都能较好地反应噪声对人吵闹的主观感觉和人耳听力损伤的影响。因此,现在基本上都用A声级来作为噪声评价的基本量,而且如果不另作说明,都是指的A声级。C声级只作为可听声范围的总声压级的读数来使用,B声级基本上不用了。有时只是为了判断噪声的频率特性,才附带测量C声级。因为如果A、C两种声级基本相同,该噪声特性是高频特性;如果C声级小于A声级,该噪声为中频特性;如果C声级大于A声级,则该噪声为低频特性。表2列了几种常见声源的A声级。


在有些声学测量仪器中还具有D计权网络。它主要用于航空噪声的测量。用D计权网络测得的D声级再加上7dB,就直接得到飞机噪声的感觉噪声级。D网络频率响应特性亦示于图2中,它的响应特性对应于倒置的40呐等噪度曲线。目前,D计权也已不使用,有关的标准也已不再规定它们的特性。

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