什么是噪声的物理量?

什么是噪声的物理量?

[拼音]：zaosheng de wuliliang

[外文]：physical quantity of noise

描述噪声特性的方法可分为两类：一类是把噪声单纯地作为物理扰动，用描述声波的客观特性的物理量来反映，这是对噪声的客观量度；另一类涉及人耳的听觉特性，根据听者感觉到的刺激来描述，这是噪声的主观评价。

噪声强弱的客观量度用声压、声强和声功率等物理量表示。声压和声强反映声场中声的强弱，声功率反映声源辐射噪声本领的大小。声压、声强和声功率等物理量的变化范围非常宽广，在实际应用上一般采用对数标度，以分贝为单位，即分别用声压级、声强级和声功率级等无量纲的量来度量噪声。

噪声的频率特性通常采用频谱分析的方法来描述。用这种方法可较细致地分析在不同频率范围内噪声的分布情况。

分贝

级是物理量相对比值的对数。分贝是级的一种无量纲单位，符号是dB。对于功率、能量等的物理量（如声强、声功率和声能密度等），分贝数等于两个量比值的常用对数乘以10。如W1和W2是两个功率值，n表示比值W1/W2的分贝数，则n=10 lg(W1/W2)。

对于表示声场、电磁场等的物理量（如声压、质点振速等），分贝数则等于两个量比值的常用对数乘以20。如p1和p2是两个声压值，n表示比值p1/p2的分贝数，则n=20lg(p1/p2)。采用对数标度，可以使数值相差悬殊的变化缩小到适当的范围。例如从人耳的听阈到痛阈，声压变化达100万倍，按分贝计量时，n=20 lg(106)=120dB，即只需要120个单位，这样，计算就方便得多。采用对数标度还有其他优越性，例如可以使关于乘积的计算用求和来代替，可以使一些遵循指数规律变化的物理过程，转换成为简单的线性变化过程。

声压、声压级

分述如下：

瞬时声压

声波通过媒质中某一点时，在该点的压力产生起伏变化。与该点的静压力相比较，因声波存在的某一瞬时所产生的压力增量，称为在该点的瞬时声压。

有效声压

在一定的时间间隔内，某点的瞬时声压的均方根值称为该点的有效声压。在周期性声压的情况下，所取时间应等于周期的整倍数或比周期长得多的时间。在非周期性声压的情况下，所取时间应足够长，以使平均结果基本上保持不变。在一般情况下，声压是指有效声压。在这种意义下，声压不会是负的。当声波不存在时，声压为零。在某点的声音强弱，可以用该点的声压大小来表示。大多数接收器，就是根据测量声压的原理设计的。

声压的单位是牛顿/米2(N/m2)也称为帕(Pa)。过去常用微巴为单位，1 微巴等于1达因/厘米2或等于0.1牛顿／米2。

声压级

一个声音的声压级，以分贝(dB)为单位，等于这个声音的声压与基准声压的比值的常用对数乘以20。它的数学表达式为

Lp=20 lg(p/p0)式中Lp为对应于声压p的声压级，p0是基准声压，在计算声压级时应加以说明。在噪声测量中，基准声压通常采用

p0=2×10-5Pa

声强、声强级

分述如下：

声强

声波在媒质中传播时伴随着声能流。在声场中某一点，通过垂直于声波传播方向的单位面积在单位时间内所传过的声能，称为在该点声传播方向上的声强。声强的常用单位是瓦特每平方米，符号是W/m2。声强与声压有密切的关系。在流体中，声强I可用下式表达：

I=pvcosφ式中p为声压(Pa)；v为质点振动速度(m/s)；φ为两者间的相位差。

在自由声场中，声压与质点振动速度同相，在传播方向上的声强是I=p2/ρc。式中ρ为媒质密度(kg/m3)，c为声速(m/s)，两者的乘积就是媒质的特性阻抗。在一般声场中，声波沿着不同方向传播，这时，声强与声压间的关系较为复杂。在噪声测量中，声压比声强容易直接测量，因此，往往根据声压测定的结果间接求出声强。

声强级

一个声音的声强级等于这个声音的声强与基准声强的比值的常用对数乘以10。它的数学表达式为：

LI=10lg(I/I0)式中LI为对应于声强为I的声强级；I0为基准声强，在噪声测量中，通常采用I0=10-12W/m2。对于空气来说，在室温时，与基准声压p0=2×10-5Pa相对应的声强近似等于基准声强I0，因此，在自由声场中，声压级与声强级在数值上近似相等。

声功率、声功率级

分述如下：

声功率

声源在单位时间内发射出的总声能，常用单位是瓦特 (W)。声功率是反映声源辐射声能本领大小的物理量，与声强或声压等物理量有密切的关系。

在自由声场中，声源向四周辐射声波，围绕声源作一假想的封闭曲面S，则声源的声功率W为:W =∮IndS，单位为瓦特。式中In为声波沿着面积元dS的法线方向传播的声强如图1。如果曲面是距声源中心的距离为r的球面，沿半径方向传播的平均声强为抴n，可得：

如果声源处在反射面上，声波只向半空间辐射，这时可得：

声功率级

一个声源的声功率级等于这个声源的声功率与基准声功率的比值的常用对数乘以10。它的数学表达式为：

LW=10lg(W/W0)式中LW为对应于声功率W 的声功率级;W0为基准声功率。在噪声测量中，目前采用 W0=10-12W。在早期一些文献中，曾使用10-13瓦特作为基准声功率，将所得声功率级值换算成声功率级值时，应减去10分贝。

频谱分析

把所考虑的频率范围划分为若干频带，研究噪声在不同频带内的分布情况，这对于深入研究噪声的产生、传播、接收以及对听者影响等方面的问题有很大的意义。

声谱

声音通常由许多不同频率不同强度的分音叠加而成。声谱是把声音的分音的幅值按频率排列的图形。

根据声音的性质，声谱可分为三种：

（1）线状谱：由频率是离散的一些分音组成的谱；

（2）连续谱：由频率在一定范围内是连续的分音组成的谱；

（3）复合谱：由线状谱和连续谱叠加而成的谱。

噪声的声谱通常为连续谱或复合谱，如图2。

频带宽度

频带上限和下限频率之差称为频带宽度，它与频带中心频率的比值称为频带相对宽度。在噪声测量中，划分频带作频谱分析时，通常有两种类型：一种是保持频带宽度恒定，另一种是保持频带相对宽度恒定。要在频率变化不大的范围内作频谱分析时，适宜采用恒定带宽，所用带宽通常较窄，约4～20赫的数量级。反之，要在宽广的频率范围内作频谱分析时，适宜采用恒定相对带宽，常用的是倍频带和1/3倍频带。

（1）倍频带：上限和下限频率之比为 2:1的频带称为倍频带。它的中心频率为上限和下限频率的几何平均值。目前常用的倍频带中心频率是 31.5、63、125、250、500、1000、2000、4000、8000和 16000赫，以上十个倍频带包括了全部可听声范围，实际上在现场测试中往往只使用其中6～8个倍频带；

（2）1/3倍频带：把一个倍频带按频率比等分为三份，就得出1/3倍频带，其上限和下限频率之比为匎:1。目前常用的 1/3倍频带的中心频率是25、31.5、40、50、63、80、100、125、160、200、250、315、400、500、630、800、1000、1250、1600、2000、2500、3150、4000、5000、6300、8000、10000、12500、16000、20000赫或其中的一部分。用 1/3倍频带除了可以获得更详细的频谱外，还有一个优点，就是每隔10个频带后，中心频率值恰增大10倍。

频带声压级

声音在某一频带中的频带声压级是该频带内所有声能的有效声压级。使用频带声压级时，除了指明基准声压外，还必须指明频带宽度及其中心频率。通常使用的还有：

（1）声压谱级：声音在某频率的声压谱级就是以该频率为中心、宽度为1赫的频带中所有声能的有效声压级；

（2）倍频带声压级：声音的倍频带声压级是频带宽度为一个倍频带时的频带声压级，该倍频带的中心频率必须指明；

（3）1/3倍频带声压级:声音的1/3倍频带声压级是频带宽度为 1/3倍频带时的频带声压级。该1/3倍频带的中心频率必须指明。倍频带声压级约比1/3倍频带声压级高5分贝。

频带声功率级

声音在某一频带中的频带声功率级，与该频带中所包含的声功率相对应。使用频带声功率级时，除了指明基准声功率外，还必须指明频带宽度及其中心频率。与频带声压级相类似，当频带宽度为 1赫时，相对应的声功率级为声功率谱级；当频带宽度为倍频带或1/3倍频带时，就相应得到倍频带或1/3倍频带声功率级。

参考书目

L.L.白瑞纳克:《声学》，高等教育出版社，北京，1959。