1)頻帶(Frequency band)
兩個聲音或其它信號的頻率間的距離。由上限頻率f2和下限頻率f1規(guī)定寬帶。在聲學(xué)中常用的頻帶稱為倍頻程,并有關(guān)系式:
f2=2 n f1
當(dāng)n=1時,稱為1/1倍頻程,即每個頻帶是上限頻率為下限頻率兩倍的頻帶寬度,即f2=2 f1。
當(dāng)n=1/3時,稱為1/3倍頻程,即每個頻帶是上限頻率為下限頻率1.26倍的頻帶寬度,
即f2=1.26 f1。為了某種特殊的需要,更窄的頻帶有1/10倍頻程、1/12倍頻程、1/15倍頻程、1/30倍頻程等等。
(2)頻譜分析(Frequency spectrum analysis)
求得信號中能量或功率隨頻率分布的技術(shù)。聲和振動信號的基本測量是頻譜分析。通常是將倍頻程中心頻率做為橫坐標(biāo),聲壓級做為縱坐標(biāo),以直觀圖像的形式表示可聽聲聲壓級隨頻率變化的分布。
在頻率分析中基本方法是濾波。濾波器通常是帶通式,并分為恒帶寬與恒比例帶寬兩種。恒比例帶寬的帶通濾波器有倍頻程、1/3倍頻程濾波器之分。對某些測量還應(yīng)用更窄的頻帶,例如1/10倍頻程、1/12倍頻程、1/15倍頻程、1/30倍頻程和1%的窄帶。在恒帶寬的分析中,最常用的是譜級,它是以指定頻率為中心,寬度為1赫的聲壓級。
(3)哈斯效應(yīng)(Hass effect)
如果兩個不同聲源發(fā)出同樣的聲音,并在同一時刻聲波以同樣強度到達(dá)聽者,則聲音呈現(xiàn)的方向大約在兩個聲源之間。如果其中一個略有延遲約5~35毫秒,則所有聲音聽起來似乎是來自未延遲聲源,被延遲聲源是否在工作就不明顯。如果延遲在35~50毫秒之間,則延遲聲源的存在可以被識別出來,但其方向仍在未延遲聲源的方向。只有延遲時間超過50毫秒時,第二聲源才能被聽到,像一清晰的回聲,這種效應(yīng)稱為哈斯效應(yīng)。
哈斯效應(yīng)已在擴聲系統(tǒng)中利用,使視覺形象的方向與聽覺的方向一致。在實際應(yīng)用中,50毫秒的數(shù)值不是很嚴(yán)格的,有時為了可靠,取30毫秒。
(4)聲級計(Sound level meter)
測量噪聲級的一種輕便攜帶式儀器。主要由傳聲器、放大器、衰減器、計權(quán)網(wǎng)絡(luò)、檢波器和指示電表組成。線路內(nèi)加上積分設(shè)備則成為積分聲級計。如輸入端接拾振器則成為振動計,可用來測量振動的加速度、速度和振幅。
聲級計的型式很多,以測量精度區(qū)分,有四種類型:0型聲計級作為實驗室標(biāo)準(zhǔn);Ⅰ型聲級計作為精密型聲級計;Ⅱ型作為普通聲級計;Ⅲ型則為一般調(diào)查用。按測量信號的性質(zhì)區(qū)分,有一般聲級計、脈沖聲級計和積分聲級計等。按其體積大小可分為臺式聲級計、便攜式聲級計和袖珍式聲級計。
聲級計可測量頻帶聲壓級,接上計權(quán)網(wǎng)絡(luò),一般能測量A、B、C聲級,有的還能測量反映航空噪聲的D聲級。時間計權(quán)特性有三種:快、慢、和脈沖,它們的時間常數(shù)分別為125毫秒、100毫秒和35毫秒。
聲級計除了用于環(huán)境、機器、車輛等噪聲測量外,也可以用于電聲學(xué)、建筑聲學(xué)等測量。
(5)計權(quán)聲級(Weighting sound level)
經(jīng)過計權(quán)網(wǎng)絡(luò)濾波后測得的聲級。主要有A、B、C計權(quán)聲級。單位是分貝(dB)。這些計權(quán)網(wǎng)絡(luò)是根據(jù)人耳對高頻聲,特別是3000~4000Hz(赫)聲音比較敏感;對低頻聲,特別是100Hz(赫)以下的可聽聲不敏感,模仿人耳對40方、70方和100方純音的響應(yīng)特性分別設(shè)置的。
A計權(quán)聲級得到最廣泛的應(yīng)用,因為它能較好地模仿人耳的頻率特性。B計權(quán)聲級實際上很少使用。C計權(quán)聲級使用較少,它實際上是總聲壓級的近似值,因為它的頻率響應(yīng)比較平直,即所有頻率的響應(yīng)幾乎是一致的。
此外,還有專門用于飛機噪聲的D計權(quán)聲級,D計權(quán)聲級的計權(quán)網(wǎng)絡(luò)是模仿40吶等噪度曲線設(shè)置的。近年來國際上推薦的計權(quán)聲級有用于響度計算機的E計權(quán)聲級和用于評價噪聲對語言干擾的SI計權(quán)聲級。
(6)計權(quán)網(wǎng)絡(luò)(Weighting network)
根據(jù)聲級計測量的要求進(jìn)行頻率濾波的電網(wǎng)絡(luò)。在聲級測量時,為了反映人耳的響度感覺,一般設(shè)有A、B、C三種計權(quán)網(wǎng)絡(luò),它們分別是模擬40方、70方、100方三條等響曲線的反曲線的電網(wǎng)絡(luò)。IEC已對計權(quán)網(wǎng)絡(luò)的計權(quán)特性進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化。七十年代以來,國際上公認(rèn)用A計權(quán)網(wǎng)絡(luò)測得的A聲級表示噪聲最適宜,因為它能較好的模擬人耳的頻率特性。用A聲級評價噪聲與人耳對噪聲的響度感覺、煩擾程度和聽力損傷程度等因素存在著很好的一致性。A聲級已得到最廣泛的應(yīng)用。B、C計權(quán)網(wǎng)絡(luò)表征人耳主觀特性不太明顯,故近年來已逐漸少用。另外,還有用于航空噪聲測量的D計權(quán)網(wǎng)絡(luò),它是40吶等噪度曲線的反曲線相對應(yīng)的計權(quán)網(wǎng)絡(luò)。最近國際上推薦的E、SI計權(quán)網(wǎng)絡(luò)分別是根據(jù)斯蒂文斯(Stevens)的響度計算方法和韋柏斯德爾(Webster)關(guān)于噪聲的語言干擾評價做出的。
(7)統(tǒng)計聲級(Statistical sound level)
又稱累積分布聲級。在規(guī)定的測量時間內(nèi),超過百分之N的A聲級。通常用來評價道路交通噪聲,主要有L10、L50、L90三種,分別代表在測量時間內(nèi)有10%、50%、90%的A聲級超過它的值。L10常用來表示測量時間內(nèi)道路交通噪聲的峰值。L50是中位值,實踐證明對于車輛流量較大的街道,L50和人們主觀吵鬧感覺程度有較好的相關(guān)性,故一些國家直接采用L50作為對道路交通噪聲的評價量。L90常用來表示測量時間內(nèi)的背景噪聲。
(8)聽閾(Threshold of audibility)
亦稱聞閾。某信號能在多次試驗的一定百分?jǐn)?shù)中引起聽覺的最低聲壓。聽者是聽力正常的18~25歲青年,面對聲源用雙耳聽。最低聲壓是指外耳道口或鼓膜上純音聲壓的可聽低限。原來認(rèn)為人耳在1000Hz(赫)的聽閾是20μPa(微帕)(2×10-5N/m2),因此將這個數(shù)值規(guī)定為聲壓級的基準(zhǔn)值。后來準(zhǔn)確的測量,人耳在1000Hz的聽閾不是20μPa,而是32.44μPa(3.244×10-5N/m2),因此以20μPa為基準(zhǔn)值,1000Hz的實際聽閾不是0分貝而是4.2dB,因而實際聽閾曲線不是0方而是4.2方,并稱為最低可聽聲場,習(xí)用英語縮寫MAF表示。
因為20μPa這個數(shù)字很整齊,而且與它相應(yīng)的聲強是10—12W/m2也很簡單,所以聲壓級的基準(zhǔn)值仍延用20μPa。
(9)標(biāo)準(zhǔn)聲源(Standard sound source)
具有無指向性和寬帶頻譜的穩(wěn)定聲功率輸出的聲源主要有空氣動力式、電動式和機械式三大類型。其最大尺寸一般在0.5m以內(nèi)。在100~10000Hz(赫)的頻率范圍內(nèi),所有1/3倍頻程中心頻率聲功率變化在12dB(分貝)以內(nèi),兩相鄰1/3倍頻程中心頻率的聲功率變化在±3dB(分貝)以內(nèi),其頻譜特性的斜率一般情況時要求為2~3dB倍頻程。在100~10000Hz的頻率范圍內(nèi),任一1/3倍頻程中心頻率的指向性,當(dāng)在消聲室中測量時一般不大于6dB,而在半消聲室中測量時由一般不超過9dB。
標(biāo)準(zhǔn)聲源用途很廣,可以用比較測量的方法測定聲源的聲功率。用標(biāo)準(zhǔn)聲源還能求出房間的混響時間、聲吸收量和測量時環(huán)境影響的修正值。
(10)次聲(Infra-audible sound)
低于可聽聲頻率范圍的聲。其頻率范圍通常規(guī)定為0.0001~20Hz。生物學(xué)研究表明,人體及各器官的固有頻率大都為3~17Hz,當(dāng)與人體固有頻率相同的次聲作用于人體時,人體便于次聲波發(fā)生共振,這種共振現(xiàn)象可對人產(chǎn)生較大的影響,輕者會使人惡心、頭痛、暈眩等,重者可使人全身顫抖,肌肉痙攣,呼吸困難,神經(jīng)錯亂,更嚴(yán)重的會造成脫水休克,失去知覺,血管破裂,或?qū)е滤劳觥?
將高強度的次聲波定向聚束傳播就是無形殺手——次聲武器。次聲武器穿透力強,不易防護(hù)。次聲波可穿透10多米的鋼筋混凝土??梢?,即使躲藏在堅固的掩蔽所里或是乘坐在裝甲車、坦克車以及正潛航的潛艇等鋼鐵之物中的人員,也難以逃脫次聲武器的攻擊。不過至今世界上還沒有一種可供實戰(zhàn)使用的次聲武器。
次聲傳播的特征是衰減小,因而可應(yīng)用于遠(yuǎn)距離定位,預(yù)測風(fēng)暴、臺風(fēng),探測地震中心,探礦等。國防上可用來探測幾千公里外的核試驗、火箭發(fā)射。
(11)超聲(Ultrasound)
頻率高于可聽聲頻率范圍的聲。超聲頻率的下限大致為20000Hz。超聲已廣泛用于化學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、通訊技術(shù)、金相學(xué)、材料試驗和加工以及其它許多技術(shù)部門。
(12)混響室(Reverberation room)
盡量延長混響時間,保證室內(nèi)聲場充分?jǐn)U散的房間。常用來測定材料的吸聲系數(shù)、聲源和機器的聲功率、揚聲器的效率等,但不能測定聲源的指向性。容積一般為100~500m3,國際上采用折中的標(biāo)準(zhǔn)為200m3,工程測量可小到70m3。為了延長混響時間,減少壁面的聲吸收,內(nèi)表面通常采用瓷磚、水磨石、大理石和鋼筋混凝土墻涂油漆等吸聲系數(shù)很小的結(jié)構(gòu)飾面。為保證聲場充分?jǐn)U散,建議混響室的長、寬、高的比例按調(diào)和級數(shù)選定,為了增加動態(tài)擴散,可能懸掛固定式或旋轉(zhuǎn)式的擴散體。
(13)混響時間(Reverberation time)
室內(nèi)聲音達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后,聲源停止發(fā)聲后殘余聲音在房間內(nèi)往復(fù)反射經(jīng)壁面吸收,平均聲能密度下降為原有數(shù)值的百萬分之一(或聲能密度衰減60dB所需要的時間?;祉憰r間的計算有如下常用公式:
式中,V為房間的容積,S為房間內(nèi)表面的總面積,α為平均吸聲系數(shù),m為空氣衰減系數(shù)。賽賓公式假設(shè)房間內(nèi)聲能密度變化率是時間的連續(xù)函數(shù),任一點上聲能的傳播是各方向均勻的,所以它適用于吸聲較弱的房間,例如音樂廳、劇院。艾潤公式假設(shè)每一次反射聲能減少到原來的(1-α)倍,能量傳播是各方向均勻的,它適用于吸聲能力較強的房間,例如播音室、錄音棚、電視轉(zhuǎn)播室等。努特生考慮了房間內(nèi)的空氣吸收,對賽賓公式和艾潤公式作了修正,為一般建筑聲學(xué)設(shè)計所常用。
(14)宋(Sone)
響度的單位。頻率為1000Hz,聲壓級為聽者聽閾以上40dB純音所產(chǎn)生的響度規(guī)定為1宋。任何一個聲音的響度被聽者判斷為1宋響度的n倍。對大約低于300Hz的低頻聲來講,響度隨聲壓級的變化稍微大一些。
(15)噪聲(Noise)
又稱無調(diào)聲,是使人們聽起有不舒服的嘈雜感覺而且妨害人們正常生活和工作的聲音。從物理學(xué)觀點看,是不同頻率和不同強度的聲音的無規(guī)律的雜亂組合。如機器的尖叫聲和汽車、火車的轟鳴聲等。有規(guī)律的振動產(chǎn)生樂音,它的波形圖是周期性的曲線;而噪聲的波形圖是沒有規(guī)律的非周期的曲線。因而噪聲又是樂音的反義詞。從生理學(xué)觀點講,凡是使人們討厭的、煩躁的和不需要的聲音都叫噪聲。因而噪聲有時不只單獨由物理量所能定義的,還與人們的心理和生理狀態(tài)有關(guān)。所以凡是(1)損害人們生理健康的聲音;(2)音量大的聲音;(3)使人們不愉快的聲音;(4)妨害人們交談的聲音;(5)使工作效率降低的聲音;(6)妨害人們休養(yǎng)、安靜睡眠的聲音;(7)由機械發(fā)出的聲音等都屬于噪聲之列。根據(jù)發(fā)生噪聲的性質(zhì)可以分為交通噪聲、工業(yè)噪聲、
建筑施工噪聲、生活噪聲等。噪聲對環(huán)境是一種污染,必須加以控制。研究控制噪聲問題的學(xué)科稱為噪聲控制學(xué)。
(16)白噪聲(White noise)
用固定頻帶寬度測量時,頻譜連續(xù)并且均勻的噪聲,即在各等帶寬的頻帶中所含噪聲能量相等。因此,用等帶寬的濾波通帶,以對數(shù)分布的頻率為橫坐標(biāo)時,白噪聲的頻譜基本上呈水平線分布。但若采用等比帶寬的濾波通帶,也用對數(shù)分布的頻率為橫坐標(biāo),這時白噪聲的頻譜分布基本上為每倍頻程上升3dB的斜線。
由于各頻率成分的能量分布均勻,故類似于光學(xué)中的白光形成原理,為此引用“白”字定名白噪聲。
(17)背景噪聲(Background noise)
主要指電聲系統(tǒng)中有用信號以外的總噪聲,但在工業(yè)噪聲測量中也指待測對象以外的噪聲。在噪聲測量中,一般要求背景噪聲低于聲源噪聲10dB以上,若不足10dB,必須對測量的噪聲級進(jìn)行修正; 背景噪聲常與本底噪聲通用,不加區(qū)別。
(18)感覺噪聲級(Perceived noise level)
噪度的分貝標(biāo)度,記為LPN,它的分貝數(shù)就是等感覺噪度曲線上1000Hz所對應(yīng)的聲壓級的分貝數(shù),單位是(PNdB)。感覺噪聲級大約每增減10(PNdB),噪度增減1倍。感覺噪聲級計算程序為:由測量所得的倍頻程聲壓級,利用等噪度曲線轉(zhuǎn)換為噪度(吶),并利用各倍頻程的噪度求出總噪度N,然后利用感覺噪聲級LPN與總噪度N的關(guān)系式
LPN=33.3lgN+40(PNdB)
就可以計算出感覺噪聲級。
感覺噪聲級反映了聲音吵鬧厭煩的主觀感覺程度,突出了高頻聲的作用,常作為飛機噪聲的評價參數(shù)。在實際應(yīng)用中,可以用A聲級加13dB(LA+13)或D聲級加7dB(LD+7)來估算。
(19)復(fù)合噪聲評價數(shù)(CNR)
評價機場附近噪聲干擾的參數(shù)。它考慮了每種飛機的噪聲級,使用機場的各種飛機的比例,早晚飛行次數(shù),飛行路線,飛行操作方式等多種因素,其定義為
CNR=LEPN+10lg(ND+10NN)-12
式中,LEPN——有效感覺噪聲級;
ND——白天飛行次數(shù);
NN——夜間飛行次數(shù)。
(20)插入損失(Insertion Ioss)
指在空間某一固定位置(也可以是空間某一場所幾個選定點的平均值),在聲源(風(fēng)機管道或其開口)加置消聲器前后聲壓級或聲級的差值。其值的大小與消聲器的消聲特性和消聲器所處的環(huán)境有關(guān)。由于測量值對環(huán)境要求較低,因此插入損失常被用來評價消聲器的消聲性能。
(21)測量放大器(Measuring amplifier)
是聲學(xué)測量的基本儀器之一??捎米鞲哔|(zhì)量電壓放大器,配接測量傳聲器可測量聲壓級和聲級。它是由可變衰減器、放大器和濾波器組成。它的電路通常分為兩部分:前一部分放大量為40dB,并在前面加有0~100dB的可變衰減器。后一部分是把經(jīng)過濾波器后的信號用0~40dB的衰減器衰減和60dB增益的放大器放大,使輸出信號在10V左右,這樣記錄和測量都較為方便。
測量放大器的頻率范圍不窄于20Hz~20kHz,并設(shè)置計權(quán)網(wǎng)絡(luò)和三種典型時間常數(shù)的平均電路,也可外接濾波器,其功能相當(dāng)于一臺實驗室用的0級聲級計。
(22)測量傳聲器(Measuring microphone)
亦稱標(biāo)準(zhǔn)傳聲器。在規(guī)定工作條件下響應(yīng)已知的一種傳聲器。其靈敏度已按國際標(biāo)準(zhǔn)精確地校準(zhǔn)。通常采用電容傳聲器作測量傳聲器,它的靈敏度高,頻率響應(yīng)寬而平直,穩(wěn)定性好。直徑10mm的電容器傳聲器的靈敏度約為50mV/Pa(或26dB,基準(zhǔn)靈敏度為1V/Pa),頻響達(dá)20~40kHz,沒有指向性,聲壓級的測量范圍大約為30~140dB。
測量傳聲器分為聲壓型和聲場型兩類。聲壓型傳聲器常用于混響聲場聲學(xué)測量以及耦合腔聲校準(zhǔn)等。聲場型傳聲器常用于自由聲場或類似自由聲場的聲學(xué)環(huán)境中,如在室外、消聲室內(nèi)或大型車間里。
近年來已出現(xiàn)駐極體測量傳聲器,其性能基本上達(dá)到了電容傳聲器的技術(shù)特性,但不需要外加極化電壓,使用更為方便。
測量傳聲器在室外特殊環(huán)境中使用時,應(yīng)該配備相應(yīng)的附件,如防風(fēng)罩、防雨罩和鼻錐等。
(23)噪聲污染(Noise pollution)
噪聲對其周圍環(huán)境造成的不良影響。與空氣污染、水污染一起被公認(rèn)為當(dāng)代世界三大公害。工業(yè)噪聲是噪聲污染的主要來源??刂圃肼曃廴镜母就緩绞墙档蜋C器本身的噪聲。此外,尚可采用吸聲、隔聲、隔振和阻尼等多種方法防治噪聲污染。其污染不產(chǎn)生后效。即噪聲源停止后,污染立即消失;其危害是慢性的和間接的,一般不直接致命。主要使人耳聾,誘發(fā)心血管、消化、神經(jīng)等內(nèi)臟器官病變。同時噪聲干擾休息,影響睡眠、降低勞動生產(chǎn)率,高強度的噪聲還能造成建筑結(jié)構(gòu)和建筑物的破壞。盡管對噪聲的反應(yīng)強烈,但普遍對其危害認(rèn)識不足,往往管理工作不力。當(dāng)前加強噪聲立法,健全噪聲管理法規(guī)是消除其污染的關(guān)鍵。
(24)結(jié)構(gòu)噪聲(Structural noise)
噪聲源的輻射表面不是直接暴露于空氣或水中,而是它所產(chǎn)生的振動經(jīng)過結(jié)構(gòu)傳播到輻射表面后向空氣或水輻射聲波的噪聲。結(jié)構(gòu)噪聲普遍存在于各種機械結(jié)構(gòu)運轉(zhuǎn)中,特別是各種機動運輸工具的結(jié)構(gòu)運轉(zhuǎn)中。降低這種噪聲對降低整機的噪聲輻射,提高其機械性能,延長機械使用壽命都是有重要意義的。就結(jié)構(gòu)噪聲而言,降低從振動源到輻射表面的振動傳輸效率是降低噪聲的重要手段。常采用下述幾種措施來減小結(jié)構(gòu)噪聲。
1.隔振安裝。即在振動源與結(jié)構(gòu)件之間插入比較柔韌的隔振器;
2.將阻尼材料用于整體結(jié)構(gòu)中,這種方法對一些情況可取得良好效果;
3.阻抗失配,即改變構(gòu)件的橫截面及接觸方法,產(chǎn)生阻抗失配,使入射彎曲波的一部分反射回去;
4.在結(jié)構(gòu)中采用振動吸收器及振動抑制器。
(25)齒輪噪聲(Gear noise)
嚙合的齒輪對或齒輪組在轉(zhuǎn)動時由于互相碰撞或摩擦激起齒輪體振動而輻射出來的噪聲。齒輪系統(tǒng)包括齒輪、輪軸、齒輪架和齒輪箱。一旦在傳動過程中激振的頻率與齒輪系統(tǒng)的固有頻率相重合時,便產(chǎn)生共振,輻射噪聲急驟增強。
齒輪噪聲的降低應(yīng)從齒輪設(shè)計參數(shù)和潤滑劑、潤滑油粘度的選擇,以及加工精度、表面光潔度的提高等因素加以研究解決。