声音和噪声的基本概念和应用

声音可按其振荡频率分类，低于20Hz的机械波称为次声波，20～20000Hz的机械波是人耳可听到的声音，高于20000Hz的机械声波称为超声波。频率低于20Hz和高于20000Hz的机械声波，耳朵不能听到，只能应用于工程技术。

1.噪声的允许标准

根据GB 12348—2008《工业企业厂界环境噪声排放标准》厂界环境噪声排放限值不得超过表7-6规定的排放限值，结构传播固定设备室内噪声排放限值不得超过表7-7和表7-8规定的限值。

表7-6 工业企业厂界环境噪声排放限值 [单位：dB（A）]

表7-7 结构传播固定设备室内噪声排放限值（等效声级） [单位：dB（A）]

注：A类房间是指以睡眠为主要目的，需要保证夜间安静的房间，包括住宅卧室、医院病房、宾馆客房等。B类房间是指主要在白天使用，需要保证思考与精神集中，正常讲话不被干扰的房间，包括学校教室、会议室、办公室等。

表7-8 结构传播固定设备室内噪声排放限值（倍频带声压级） [单位：dB（A）]

调节阀在自动化系统中被广泛采用。如果选型不妥或者使用不当，会使噪声高达100dB（A）以上，在许多工作场合，如果不选用低噪声调节阀，或者不采取有效的措施。噪声也常常超过90dB（A）。因此，使用调节阀必须严格执行国家标准。这里所指的噪声标准是指在调节阀出口端1m处的分倍数。

2.常用的声学术语

（1）声压的基本概念

1）声压的定义。设体积元受声扰动后压强由p₀改变为p₁，则由声扰动产生的逾量压强（简称为逾压）就称为声压。

p=p₁-p₀ （7-43）

声压的大小反映了声波的强弱。

或者：声音通过空气的振动所产生的压强叫作声压强，简称声压。声压是一标量而不是矢量，它的相位按下列原则区分正负：当声压使总声压增加时，声压相位规定为正，反之为负。

2）声压的单位。声压的单位为Pa，有时也用bar作单位，1bar=100kPa。

人的耳朵所能感受到的最小声压是20μPa，低于此声压人们就感觉不到声音。

3）可听阈声压。正常人耳对1kHz声音刚刚能察觉其存在的声压值（20μPa）被称为1kHz声音的可声阈声压。一般讲，人耳不能觉察到低于这一声位的声音的存在。

4）瞬时声压。声场中某一瞬时的声压值称为瞬时声压。

5）峰值声压。在一定时间间隔中最大的瞬间声压值称为峰值声压或者峰值声压。如果声压随时间变化是按简谐规律，那么峰值声压也就是声压的振幅。

6）有效声压。在一定时间间隔中，瞬时声压对时间取均方根值称为有效声压。

式中，下角符号e代表有效值，T代表取平均的时间间隔，它可以是一个周期或比周期大得多的时间间隔。我们日常中所说的声压和一般电子仪表所测得的声压都是有效声压。

（2）声压级的基本概念

1）声压级的定义。把声压的有效值取对数来表示声音的强弱，这种表示声音强弱的数值叫声压级。声压级以符号SPL表示，单位为分贝（dB）。(www.xing528.com)

式中，p_e为待测声压有效值；p_ref为参考声压，在空气中参考声压p_ref一般取2×10^-5Pa。

由于人的耳朵所能感受到的最小声压是20μPa，因此人们就把这个压强作为声压强的参考标准，记做p_ref。

20μPa的声压级=0dB （7-46）

因此，在声学或医学上把20μPa（0dB），定义为听阈，即听觉的阀门，只有高于此值，阀门才能打开，听到声音。

2）声压级的计算。在空气中声压级的计算公式为

式中，x为空气中的声压（Pa）。

例如，1Pa声压对应的声压级为

这就是平时我们所说的1Pa的声压相当于94dB声压级（SPL）。类似可以计算得出：

20μPa的声压级=0dB；200μPa的声压级=20dB；2mPa的声压级=40dB；20mPa的声压级=60dB；200mPa的声压级=80dB；2Pa的声压级=100dB。

声压变为原来的10倍，声压级在原来的基础上增加20dB；声压变为原来的2倍，声压级在原来的基础上增加6dB。

另外，当声压达到20Pa，即声压级为120dB时，人们的耳朵会感到疼痛。因此，在声学或医学上把20Pa（120dB）定义为痛阈，长时间在此环境下工作，会对听觉系统造成伤害。

（3）声强

1）平均声功率。单位时间内通过垂直于声传播方向的面积为S的平均声能就称为平均声功率或者平均声能量流

式中，为平均声能量密度；c₀为声速；S为声传播方向的面积。

2）声强。通过垂直于声传播方向的单位面积上的平均声能量流就称为声强或者平均声能量流密度。

（4）声强级的基本概念

1）声强级的定义。声强级用SIL表示，其定义为

式中，I为待测声强；I_ref为参考声强，在空气中，参考声强I_ref一般取10^-12W/m²。

2）酒会效应。人耳与大脑相配合，能从本底噪声的环境中听出某些频率的声音。也就是说，人的听觉系统具有滤波器的功能，人的听觉系统的这种功能被形象地称为酒会效应。