环境噪声测量方法的研究及其工程实现

下面是鲁班乐标给大家带来关于环境噪声测量方法的研究及其工程实现，以供参考。

本文通过对几种噪声测量方法研究和比较，发现A计权校正方法具有比较明显的优势。在详细介绍了A计权校正方法的测量原理后，设计了一种工程上容易实现的环境噪声测量仪，它的误差可以小于1db，测量范围可达到20～150db。工程实践证明，这种噪声测量方法具有简便、实用、准确，性价比高，容易实现的特点。

引言

环境噪声监测，是人类维护良好的生存状态，加强环境保护的一种必要措施，在各个城市的大街小巷和居民社区，已随处可见噪声显示屏在实时地显示噪声强度。然而，目前国内的各种噪声测试仪大多设备笨重，体积庞大，设计复杂，价格昂贵，不方便操作使用，除环保、卫生、计量等少数专业部门拥有外，很难作为大众产品推广普及。有鉴于此，本文比较研究了几种常用的环境噪声测量方法，试图研制出一种原理简单，使用方便，价格便宜的测量仪器。经过深入探讨和分析，发现A计权校正测量方法具有明显的优越性，较容易在工程上实现。

1.几种常见噪声测量方法的分析比较

噪声是一种声音，声音是由物体的机械振动而产生的。振动的物体称为声源，它可以是固体、气体或液体。声音可以通过介质（空气、固体或液体）进行传播，形成声波。当声波到达人耳，人们就听到声音，声波在传播过程中可能会产生反射、绕射、折射和干涉。声音有强弱之分，并用声压来表示其大小，单位是Pa(帕)，1Pa=1N/M2（牛顿/米2），一个大气压等于1.013×105Pa.。声压可以用峰值、平均值和有效值表示。声压的有效值是瞬时声压平方在一段时间平均数的平方根，又称均方根值（RMS），它直接与声波的能量有关，所以用得最多，除另外说明声压均指的的都是有效值。由于声压变化的范围很大，例如人耳刚能听到的最小声压为2×10-5Pa，而喷气式飞机附近的声压可达数百帕，两者相差数百万倍；同时考虑人耳对声音强弱反应的（对数）特性，用对数方法将声压分为百十个级，称为声压级。

声压级的定义是：声压与参考声压之比的常用对数乘以20，单位是dB（分贝），即：

（2-1）

式中：为声压（Pa.）。=2×10-5Pa是参考声压，它是人耳刚刚可以听到声音的声压。

衡量声音强度的还有声强。声强是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，I以表示，单位是()。声强与声压的平方或正比，对于平面波声场，声强和声压的关系用下式表示：

（2-2）

式中：是介质密度，C是声速，称之为介质的特性阻抗。所以公式（2-1）可以变换为：

（2-3）

在参考资料中[2]中可以找到声强与电压的对换公式（2-4）：

（2-4）

因此噪声测量方法包括：声压测量和声强测量。传统意义上的噪声测量指的是声压测量，但近年来声强技术的快速发展使得声强测量也成为声学研究及噪声控制的重要测试手段。

（1）声压法

声压是最基本的声学量，也是评价发动机噪声的最基本的量。它是标量，不需要考虑方向，并且当前声压测量仪器的发展也比较成熟。从声压角度研究噪声的最大缺点是声压在测量中容易受背景噪声和声反射的影响，因此对测量环境要求较高，只有在消声室或半消声室中进行测量才能得到比较满意的结果。

（2）声强法

声强由于是矢量，因此测量部件在某一方向上的声强不易受其它声源的影响干扰，不易受其它噪声测量包络面干扰噪声对声强测量的影响，若测量包络面内声源声功率，根据能量守恒原理，若包络面封闭且内部无吸声体，则外界干扰噪声进入和离开测量面的声能应该是相等，理论上声强测量不会因干扰噪声的存在而产生误差，因而对测量环境要求不高，测量结果也准确，且测试时间短，试验分析费用低。但是它的缺点是测量声强的仪器设备比较昂贵，对操作人员的要求也高，这在一定程度上限制了该方法的应用。

（3）振动法

声音是机械振动的结果，当物体出现声频范围内的机械振动时，就会使周围介质也发生相应振动，从而以声波的形式向外辐射声音。声波的辐射实质上就是机械振动波能量传递的过程。振动法就是检测测量元件的机械振动幅度大小来实现噪声测量。但使用振动法有很大限制，它必须满足以下条件：先要获得噪声源的实际辐射效率指数曲线；必须解决按噪声源尺寸变化的辐射效率指数曲线制成仪器的计权网络曲线；必须解决仪器的校准及分贝量的基准值；必须确定各机器表面振动的关键测点；必须解决空气动力噪声叠加及修正等问题。

综合上述介绍可知噪声测量方法包括：声压测量、声强测量、振荡。传统意义上的噪声测量指的是声压测量，但近年来振动技术和声强技术的快速发展使得声强测量和振动法测量也成为声学研究及噪声控制的重要测试手段。但使用振动法须要具备的条件很多，因此设计噪声测量仪器时会有很大限制。而声强测量在理论上不会因干扰噪声的存在而产生误差，且对测量环境要求不高，测量结果也很准确，并且测试时间短，试验分析费用低。而声压法需要在消声室或半消声室中进行测量才能得到比较满意的结果。

2.噪声计权校正原理

由于理论上声强测量不会因干扰噪声的存在而产生误差，而且对测量环境要求不高，测量结果也很准确，并且测试时间短，试验分析费用低。而声压法需要在消声室或半消声室中进行测量才能得到比较满意的结果。依据在参考资料[2]中提供的声强与电压的对换公式（2-4）：

可以找到一种简便，精确的噪声测量方法。

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）如图2.1所示，已由国际电工委员会（IEC）定为标准曲线。IEC61672-12002还规定了A、C及Z(不计权)频率计权相对响应及允许误差。