什么是声级计?
1.什么是声音?
虽然声音通常是指在气体、液体或固体介质中传播的声波(声波、弹性波),但本手册主要讨论在空气中传播的声波。
声波是以每秒约340 m的速度传播的波动现象。我们通过耳朵听到空气中的波动。这种波动是由大气压力的连续压力变化 (交流压力变化) 引起的。
通常,来自大气压 (静压) 的压力波动称为声压。引用JIS标准JIS Z 8106:2000 (声学术语);
- ·瞬时声压
(instantaneous sound pressure) -
介质中某一点上对象瞬间的压力减去静压的值。
- ·声压
(sound pressure) -
除非另有说明,否则为一段时间内的有效瞬时声压
,“瞬时声压”和“声压”明确分开。
(参见右图1-1.)
但是,在本册子中,和以前一样,在「声压」一词中,会适当区分使用上述2个用语,敬请谅解。
听力正常的年轻人能听到的声压范围是20μPa~20 Pa。μ,读作“微”,是一个辅助单位,表示10-6。因此,最大和最小声音的声压比高达106。“Pa” (帕斯卡) 是压力的单位,1 Pa相当于在1 m2的面积上施加1 N (约0.1 kg重量) 的力的压力。天气预报的大气压使用的是其100倍大小的hPa单位。(气压这个词也作为单位使用1个气压相当于约1013 hPa。)
与声音强度一样,听力正常的年轻人可以听到瞬时声压的频率范围约为20 Hz至20 kHz的1000倍。虽然区别不是很严格,但声音的频率范围通常可以分为以下几个部分。
- 20 Hz以下
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超低频 (Infrasound)
- 20 Hz 〜 20 kHz
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可听声音 (audible sound)
- 20 kHz或更高
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超声 (ultrasound)
当我们用耳朵感受声音时,我们通过以下声音特征来区分和判断声音的差异。
- 音高
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我们所说的高音、低音,是由声音的频率不同引起的。即使具有相同的“A”声音,也存在高音“A”和低音“A”,但这是因为即使作为“A”的声波的形状相同,频率也不同,高频声音听起来很高,低频声音听起来很低沉。
- 声音大小
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即使音调相同的“a”音,也有响亮和轻柔之分。这是因为,即使波形相似,响亮的“a”音振幅也更大,而轻柔的“a”音振幅更小。声级计是一种测量这种声音强度差异的仪器。
- 音色/音质
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我们可以区分以相同的声音大小和相同的声音高度演奏的乐器类型。这是分辨乐器发出的声音的音色和音质。音色和音质即使在现在也不是很清楚,但可以说它是由于声音波形略有不同。
此外,由于声音具有波的性质,因此它们具有诸如“反射”,“透射”和“衍射”的性质,并且随着距离而衰减。如下图所示,请参考。
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图1-2各种声音的特征和性质
2.什么是噪音?
噪音是各种声音中“你不想听到的令人不快的声音”和“令人不安的声音”的通称。根据上述声学术语标准 (JIS Z 8106:2000),噪音被定义为“令人不快或不希望听到的声音或其他干扰”。令人不快的声音会对健康和生活环境造成损害,最终发展成为污染问题。
在噪音评估中,在20 Hz至20 kHz的可听声音范围内,主要频段约为50 Hz至5 kHz。对于普通会话,300 Hz至3 kHz的范围对于听力很重要。
长时间在巨大的噪音中工作会导致听力损失,为了保护人们的生活不受这些噪音的影响,法律规定了噪音的限制。
声级计是常用的噪声测量仪器,用于测量和评估噪声。量化声音的方法主要有两种:物理尺度法和感官尺度法。
物理指标包括:
(1) 声压级;
(2) 声强级;
(3) 声功率级;
以及频率分析的八度频级和1/3八度频级。
感官尺度包括:
(4) 声音大小 (loudness)、
(5) 声音高度 (pitch)、
(6) 音色 (timbre)、
(7) 声音大小级别 (loudness level)、
(8) 噪音级别 (A weighted sound pressure level) 等,
大多由JIS、IEC (国际电工委员会) 等定义。特别是在感觉尺度方面,现在研究发表了各种各样的评价量,成为今后日益发展的领域。
在环境噪声中测量噪声级,在产品开发中测量声功率级和1/3倍频程分析,最近测量音质评估参数等,通过适合测量目的的测量项目进行评估。请参阅5章、6章和11章的概述。
声级计最近的技术进步使一些模型能够测量倍频程带和 1/3 倍频程带电平以及 (4) 响度。
让我们仔细看看噪音。
图2-1表示环境噪音的种类及其大小的例子。
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图2-1各种噪音及其大小 (电平)
3.噪音分类
噪声的变化大致分为“时间轴上的电平变化”和“频率轴上光谱分量的差异”,可以基于此对噪声进行分类。
(注意)
本章引用了JIS Z 8733:2000附件F (参考) “噪声频谱和声级随时间变化的分类”。
3-1 级别随时间变化的分类
噪声根据声级的时间变化分为以下几类。
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每种类型的特征和典型的光谱波形如下:。
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稳定噪声
稳态噪声是指在测量点持续存在且水平几乎恒定的噪声,声级计读数没有波动,或者只有轻微波动。
图3-1 -
波动噪声 (fluctuating noise)
在测量点,噪声级不规则且在相当大范围内连续波动的噪声称为波动噪声。例如,在具有一定汽车交通量的道路附近观察到的噪声通常是可变噪声。
图3-2 -
间歇噪声 (intermittent noise)
间隔一定时间间歇发生的噪声中,每次发生时持续时间在数秒以上的噪声称为间歇噪声。从一次发生到下一次发生的时间间隔,既有几乎固定的情况,也有像列车或飞机通过那样不规则的情况。
图3-3 -
分离冲击噪声 (an isolated burst of sound energy)
分离冲击噪声是单独的冲击噪声,例如桩锤打桩时发出的声音。分离冲击噪音有单发的情况,也有间歇性发生的情况。此外,每次爆发的水平可能几乎恒定或在相当大的范围内变化。
通常是指脉冲串的间隔在0.2 s以上。
图3-4 -
准稳态冲击噪声 (quasi-steadyimpulsive noise)
例如,在车铃和凿岩机中,以极短的时间间隔 (约小于0.2 s) 反复发出几乎一定程度的冲击音的噪声称为准稳态冲击噪声。这种噪音在感觉上经常被认为是稳定噪音。
图3-5
3-2 频谱形状分类
从频率轴上的频谱形状的角度来看,噪声分为三种类型:。
每种类型的特征和典型的光谱波形如下:。
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宽带噪音 (broad-bandnoise)
声能分布在较宽频率范围内的频谱噪音。
例如:瀑布的声音、空调送风道的排气声、高速公路噪音等。
图3-6 -
窄带噪声 (narrow-bandnoise)
声能集中在相对较窄的频率范围 (1/3倍频程范围内) 且不包含离散声音的噪声。
例如:远雷的声音 (低频),风吹过草原和山谷的声音 (中频),汽车轮胎泄气的声音 (高频) 。
图3-7 -
离散纯音 (discrete tone)
具有带来音调感觉的周期性声压变动,在频率上具有线谱的噪音。
示例:风扇的火腿声、数码设备的蜂鸣音、乐器的声音等。
图3-8