环境学导论：噪声特性与评价方法

1. 噪声的公害特性

由于噪声属于感觉公害，所以它与其他由有害有毒物质引起的公害不同。首先，它没有污染物，即噪声在空中传播时并未给周围环境留下什么毒害性的物质；其次，噪声对环境的影响不积累、不持久，传播的距离也有限；噪声声源分散，而且一旦声源停止发声，噪声也就消失。因此，噪声不能集中处理，需要特殊的方法进行控制。

2. 噪声的声学特性

简单地说，噪声就是声音。它具有声音的一切声学特性和规律。但是，噪声对环境的影响和它的强弱有关，噪声愈强，影响愈大。因此，这里需要首先简单介绍几个与声音强弱有关的物理量，然后再介绍衡量噪声强弱的物理量——噪声级。

（1）频率

声音是物体的振动以波的形式在弹性介质（气体、固体、液体）中进行传播的一种物理现象。这种波就是通常所说的声波。声波的频率等于造成该声波的物体振动的频率，其单位为赫。一个物体每秒钟的振动次数，就是该物体的振动频率的赫数，亦即由此物体引起的声波的频率赫数。例如某物体每秒钟振动100次，则该物体的振动频率就是100赫，对应的声波的频率也是100赫。声波频率的高低，反映声调的高低。频率高，声调尖锐；频率低，声调低沉。人耳能听到的声波的频率范围是20至20000赫。20赫以下的称为次声，20000赫以上的称为超声。入耳有一个特性：从1000赫起，随着频率的减少，听觉会逐渐迟钝。换句话说，人耳对低频率噪声容易忍受些，而对高频噪声则感觉烦燥些。

（2）声压

声波在空气中传播时，空气分子在其平衡位置的前后，也沿着波的前进方向前后运动，使空气的密度也随之时疏时密。在密处与大气压相比，其压力稍许上升；相反，在疏处，其压力则稍许下降。在声音传播的过程中，空气压力相对于大气压力的压力变化，称为声压，其单位为帕斯卡（用帕表示）或微巴（即1微巴＝1达因/厘米2）。

1帕＝1牛顿/米2

式中牛顿是力的单位，千克重与牛顿的换算关系是：

1千克重＝9.8牛顿

而帕斯卡与微巴的关系是：

1帕＝10微巴　1巴＝106微巴

（3）声强

声强就是声音的强度。1秒钟内通过与声音前进方向成垂直的、1平方米面积上的能量称为声强（用J表示），其单位是瓦/米2。声强J与声压（用P表示）的平方成正比，其关系式如下：

J＝P2/ρc 　（15—1）

式中ρ——介质的密度（千克/米3）

c——声音的传播速度（米/秒）

（4）声压级

由于常遇到的噪声声压大小差别极大。例如飞机发动机噪声的声压为200微巴，而刚能听到的蚊子飞过的噪声声压为～0.0002微巴。两者声强之比为：

即前者的声强是后者的1万亿倍，亦即声压之比也达100万倍。声强或声压的变化范围如此之大，在应用上极不方便。但是采用声强之比（亦即声压之比）的对数就十分方便：

式中 P——被测声压

P0——基准声压，其值为2×10﹣5牛顿/米2

Lp——声压级，单位：贝尔

贝尔是电话发明家的名字。用贝尔作声压级的单位还是太大，常用它的十分之一即分贝（dB）作单位。此时声压级应用下述公式进行计算：

所以声压级就是被测声压与基准声压之比的对数乘以20的分贝数。

声压和声压级可以互相换算。

[例1] 强度为80分贝的噪声、其相应的声压为多少？

解：　∵　LP＝201g P/P0

∴　P＝0.2帕斯卡（或＝2微巴）

声压和声压级的换算值见表15—1(www.xing528.com)

表15—1 声压与声压级的换算值

0分贝的声音刚刚能为人们听到，称为听阈。分贝数愈大，噪声愈强，120分贝是痛阈，使人听来感到难受，并引起耳聋。

如果有几种声音同时发生，则总的声压级不是各声压级的简单算术和，而是按照能量的叠加规律，即压力的平方进行叠加的。

[例2] 设有两个噪声，其声压级分别为LP1分贝和LP2分贝，问叠加后的声压级LP1＋2为多少？

解：

而

或

所以总的声压级：

由计算总声压级Lp1＋2的公式可见：

① 当　Lp1＝Lp2，　或Lp1－Lp2＝0时

Lp1＋2＝Lp1＋101g2＝Lp1＋3（分贝）　（15—4）

即总声压级等于任一声压级加上3分贝。这3分贝就是两个声音同时存在时声压级的增值a。任意两种声压级不等的声音共存时，其a值见表15—2

表15—2 分贝和的增值

此a值加在两声压级中较大的一方。利用a值大大简化了声压级叠加的计算过程。

② 如有几种声音同时出现，其总的声压级必须由大而小地每两个声压级逐一相加而得。例如声压级分别为85、83、82和78分贝四种声音共存时，其总声压级为89分贝。

（5）噪声级

声压级只反映了人们对声音强度的感觉，不能反映人们对频率的感觉，而且由于人耳对高频声音比对低频声音较为敏感，因此声压级和频率不同的声音听起来很可能一样的响。这样，欲表示噪声的强弱，就必须同时考虑声压级和频率对人的作用，这种共同作用的强弱称为噪声级。噪声级可惜噪声计测量，它能把声音转变为电压，经过处理后用电表指示出分贝数。噪声计中设有A、B、C三种特性网络。其中A网络可将声音的低频大部滤掉，能较好地模拟人耳的听觉特性。由A网络测出的噪声级称为A 声级，其单位亦为分贝，符号为分贝（A）。A声级越高，人们越觉吵闹。因此现在大都采用A 声级来衡量噪声的强弱。表15—3列出一些声源的噪声级（A）值和对人的影响，可供参考。

表 15—3

但是，由于许多地区的噪声，是时有时无、时强时弱的。例如道路两旁的噪声，当有车辆通过时，测得的A声级就大；当没有车辆通过时，测得的A 声级就小。这与从具有稳定声源的区城中测出的A 声级数值极不相同，后者随时间的变化甚小。为了较准确地评价噪声的强弱，1971年国际标准化组织公布了等效连续A声级，它的定义是：

此即把随时间变化的声级变为等声能稳定的声级，因此被认为是当前评价噪声最佳的一种方法。式中T1为噪声测量的起始时刻，T2为终止时刻，不过由于式中的Lp是时间的函数，不便于应用；而一般进行噪声测量时，都是以一定的时间间隔来读数的，比如每隔5秒钟读一个数，因此采用下式计算等效连续A声级较为方便：

式中Li为等间隔时间t读的噪声级、n为读得的噪声级Li的总个数。

反映夜间噪声对人的干扰大于白天的是昼夜等效A 声级（用Ldn表示），其计算公式如下：

式中Ld——白天（7:00～22:00）的等效A声级

Ln—夜间（22:00～7:00）的等效A声级。

公式中，夜间加上10分贝以修正噪声在夜间对人的干扰作用大于白天的情况。

此外，统计A声级（用LN表示）则是反映噪声的时间分布特性。常见的有：

L10——表示10％的时间内所超过的噪声级；

L50——表示50％的时间内所超过的噪声级；

L90——表示90％的时间内所超过的噪声级。

例如L10＝70分贝（A），就是表示一天（或测量噪声的整段时间）内有10％的时间，噪声超过70dB（A），而90％时间，噪声都低于70dB（A）。