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科普:輕松掌握噪聲監(jiān)測(cè)

更新時(shí)間:2023-06-12      點(diǎn)擊次數(shù):437
 當(dāng)今社會(huì),人的壓力越來(lái)越大,耳朵也越來(lái)越敏感,聲音也越來(lái)越左右著我們的情緒,噪聲監(jiān)測(cè)也隨之提上日程。如何快速掌握噪聲監(jiān)測(cè)的相關(guān)知識(shí),那么就請(qǐng)隨我一起開(kāi)啟輕松的學(xué)習(xí)之旅吧!
 
首先,我們先從相關(guān)概念學(xué)起。
 
聲音
聲音是一種振動(dòng)波。聲音通過(guò)空氣傳播、被我們聽(tīng)到,本質(zhì)上就是空氣分子的振動(dòng)傳到了耳朵里,引發(fā)鼓膜的振動(dòng)。所以,聲音的大小,其實(shí)反映的是這種振動(dòng)的強(qiáng)度。
 
頻率
頻率就是物體在一秒鐘之內(nèi)振動(dòng)的次數(shù),單位是赫茲,字母Hz。也可以理解為頻率是每秒經(jīng)過(guò)一給定點(diǎn)的聲波數(shù)量。其實(shí)頻率就是我們認(rèn)為的聲音的音高。頻率在20 Hz~20000 Hz之間的波,才是可以被人耳識(shí)別的聲音。高于這個(gè)范圍的波稱為超聲波;低于這一范圍的波稱為次聲波。
 
聲壓
由于空氣振動(dòng)會(huì)引起大氣壓強(qiáng)的變化,所以確切地說(shuō),我們應(yīng)該用壓強(qiáng)變化的程度來(lái)描述一個(gè)聲音的大小,這就是“聲壓”的概念,它的單位是Pa。但從可以聽(tīng)到的強(qiáng)度最小的聲音,到強(qiáng)度大到能夠引起痛覺(jué)的聲音,聲壓強(qiáng)度的絕對(duì)值相差一千萬(wàn)億倍。顯然,用聲強(qiáng)的絕對(duì)值表示聲音的大小是不方便的,所以就用到我們后面的聲級(jí)。
 
聲級(jí)
聲級(jí)簡(jiǎn)單理解就是聲級(jí)是聲壓級(jí),即聲壓所處的一個(gè)級(jí)別,是人們對(duì)聲音強(qiáng)弱的主觀感覺(jué)相一致的物理量,單位為分貝。按專業(yè)來(lái)說(shuō)聲級(jí)是聲音經(jīng)過(guò)聲級(jí)計(jì)中不同而設(shè)計(jì)的計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)(特殊電路)修正過(guò)的總聲壓級(jí)值。近似于人耳對(duì)聲音各頻率成分感覺(jué)程度綜合成的總聲壓級(jí)數(shù)值。所以聲級(jí)一般也叫計(jì)權(quán)聲級(jí)。
 
分貝
分貝為兩個(gè)數(shù)值的對(duì)數(shù)比率,這兩個(gè)數(shù)值分別是測(cè)量值和參考值(也稱為基準(zhǔn)值)。“分貝”并不反映聲音的絕對(duì)響度,它是以某一個(gè)聲音為基準(zhǔn),描述聲音響度的相對(duì)關(guān)系。我們將某一個(gè)聲壓值定義為“標(biāo)準(zhǔn)值”(0分貝),這是一個(gè)固定的值;任何一個(gè)聲音,都和這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)值相除,取結(jié)果的對(duì)數(shù)(以10為底),再乘以20,這樣算出來(lái)的就是這個(gè)聲音的分貝。
 
噪聲
從物理定義而言,振幅和頻率上無(wú)規(guī)律的震蕩稱之為噪聲。從環(huán)境保護(hù)角度而論,凡是人們所不需要的聲音統(tǒng)稱為噪聲。
 
在了解了一些基本概念的情況下讓我們開(kāi)始學(xué)習(xí)專用的概念吧。
 

 

頻率計(jì)權(quán)
 
為了能用儀器直接反映人的主觀響度感覺(jué)的評(píng)價(jià)量,有關(guān)人員在噪聲測(cè)量?jī)x器——聲級(jí)計(jì)中設(shè)計(jì)了一種特殊濾波器,叫計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)測(cè)得的聲壓級(jí),已不再是客觀物理量的聲壓級(jí),而叫計(jì)權(quán)聲壓級(jí)或計(jì)權(quán)聲級(jí),也習(xí)慣簡(jiǎn)稱為聲級(jí)。
 
聲級(jí)計(jì)的頻率計(jì)權(quán)通常有A、B、C、D計(jì)權(quán),這是為了模擬人耳聽(tīng)覺(jué)在不同頻率處有不同的靈敏度而在聲級(jí)計(jì)的電路內(nèi)設(shè)計(jì)的不同的計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)測(cè)得的聲壓級(jí)叫做計(jì)權(quán)聲壓級(jí),如A計(jì)權(quán)聲壓級(jí),也稱A聲級(jí);不通過(guò)計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)的稱為線性聲壓級(jí),目前用Z計(jì)權(quán)聲壓級(jí)表示。
 
A計(jì)權(quán)聲級(jí)是模擬人耳對(duì)55dB以下低強(qiáng)度噪聲的頻率特性;B計(jì)權(quán)聲級(jí)是模擬55dB到85dB的中等強(qiáng)度噪聲的頻率特性;C計(jì)權(quán)聲級(jí)是模擬高強(qiáng)度噪聲的頻率特性;D計(jì)權(quán)聲級(jí)是對(duì)噪聲參量的模擬,專用于飛機(jī)噪聲的測(cè)量。
 
幾乎所有環(huán)境和工作場(chǎng)所噪聲測(cè)量都需要A計(jì)權(quán),這在國(guó)際和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和指南中都有規(guī)定。A計(jì)權(quán)濾波覆蓋了10Hz至20kHz的整個(gè)音頻范圍。A計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)是使用廣泛的頻率計(jì)權(quán),B、C計(jì)權(quán)很少使用。
 
時(shí)間計(jì)權(quán)
 
在現(xiàn)實(shí)生活中,噪聲種類繁多,包括穩(wěn)態(tài)噪聲、瞬態(tài)噪聲以及脈沖噪聲等,針對(duì)不同噪聲測(cè)量又引入了時(shí)間計(jì)權(quán)。時(shí)間計(jì)權(quán)實(shí)際上是對(duì)測(cè)量信號(hào)進(jìn)行時(shí)間平均。通常時(shí)間平均特性包含四種方式,即“快” (Fast)檔、“慢”(Slow)檔、“脈沖”(Impulse)檔和“峰值保持”(Peak)檔。
 
(1)對(duì)于連續(xù)的聲音信號(hào),通常用“快”檔和“慢”檔計(jì)權(quán)。“快”檔計(jì)權(quán)的時(shí)間常數(shù)為125ms,一般用于測(cè)量波動(dòng)較大的不穩(wěn)態(tài)噪聲和交通運(yùn)輸噪聲等??鞕n接近人耳對(duì)聲音的反應(yīng)。“慢”檔計(jì)權(quán)的時(shí)間常數(shù)為1000ms,—般用于測(cè)量穩(wěn)態(tài)噪聲,測(cè)得的數(shù)值為有效值。對(duì)于穩(wěn)態(tài)的連續(xù)聲音信號(hào),兩種計(jì)權(quán)方式?jīng)]有明顯差異。但如果被測(cè)聲音波動(dòng)較大,由于計(jì)權(quán)時(shí)間長(zhǎng)短不一樣,則用“慢檔”計(jì)權(quán)得到的結(jié)果更穩(wěn)定。但是由于平均時(shí)間長(zhǎng),會(huì)使峰值與峰谷測(cè)量產(chǎn)生誤差。因此,為了準(zhǔn)確地了解信號(hào)的實(shí)時(shí)變化,宜用“快”檔計(jì)權(quán)(快檔接近人耳對(duì)聲音的反應(yīng),隔聲室的本底噪聲測(cè)量時(shí)宜選用快檔、A計(jì)權(quán))。
 
(2)“脈沖”檔時(shí)間常數(shù)為35ms,用于測(cè)量持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的脈沖噪聲,如沖床、按錘等,測(cè)得的數(shù)值為最大有效值。“峰值保持”的時(shí)間常數(shù)小于20ms,用于測(cè)量持續(xù)時(shí)間很短的脈沖聲,如槍、炮和爆炸聲,測(cè)得的數(shù)值是峰值即最大值。
 
頻率計(jì)權(quán)與時(shí)間計(jì)權(quán)的關(guān)系
 
時(shí)間計(jì)權(quán)通常用于聲級(jí)計(jì)測(cè)量中與頻率計(jì)權(quán)配合使用,才能使測(cè)量結(jié)果在一定程度上反映出人耳的主觀感受特性。
 
聲級(jí)計(jì)
 
理解了上面的聲級(jí)和計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò),聲級(jí)計(jì)就比較好理解了,就是應(yīng)用計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)測(cè)量噪聲的儀器,測(cè)出來(lái)的數(shù)值就是聲級(jí)的數(shù)值,單位為分貝。
 
聲級(jí)計(jì)是最基本的噪聲測(cè)量?jī)x器,它是一種電子儀器,但又不同于電壓表等客觀電子儀表。在把聲信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)時(shí),可以模擬人耳對(duì)聲波反應(yīng)速度的時(shí)間特性;有不同靈敏度的特性以及不同響度時(shí)改變特性的強(qiáng)度特性。聲級(jí)計(jì)是一種主觀性的電子儀器。
 
按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 3785.1-2010、IEC 61672-1:2013,聲級(jí)計(jì)按照精度,分為1級(jí)聲級(jí)計(jì)和2級(jí)聲級(jí)計(jì),1級(jí)和2級(jí)聲級(jí)計(jì)的技術(shù)指標(biāo)有相同的設(shè)計(jì)目標(biāo),主要是最大允許誤差、工作溫度范圍和頻率范圍不同,2級(jí)要求的最大允差大于1級(jí)。2級(jí)聲級(jí)計(jì)的工作溫度范圍0℃~40 ℃,1級(jí)為-10℃~50℃。2級(jí)的頻率范圍一般為20Hz~8kHz,1級(jí)的頻率范圍為10Hz~20kHz。
 
聲級(jí)計(jì)的工作原理如下:
聲級(jí)計(jì)由傳聲器、前置放大器、信號(hào)處理器和顯示屏組成。傳聲器將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換為等效的電信號(hào)。適合于聲級(jí)計(jì)的傳聲器類型是電容式傳聲器,其精度、穩(wěn)定性和可靠性都很高。傳聲器產(chǎn)生的電信號(hào)很弱,所以先用前置放大器對(duì)其進(jìn)行增強(qiáng),然后再由主處理器進(jìn)行處理。信號(hào)處理包括按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)(例如IEC 61672-1,聲級(jí)計(jì)符合該標(biāo)準(zhǔn))對(duì)信號(hào)進(jìn)行頻率計(jì)權(quán)和時(shí)間計(jì)權(quán)。
 

 

傳聲器
 
傳聲器是把聲壓信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)的裝置,就是我們所說(shuō)的話筒,它是聲級(jí)計(jì)的傳感器。常見(jiàn)的傳聲器有晶體式、駐極體式、動(dòng)圈式和電容式數(shù)種。
 
1)動(dòng)圈式傳聲器由振動(dòng)膜片、可動(dòng)線圈和變壓器等組成。振動(dòng)膜片受到聲波壓力以后開(kāi)始振動(dòng),并帶動(dòng)著和它裝在一起的可動(dòng)線圈在磁場(chǎng)內(nèi)振動(dòng)以產(chǎn)生感應(yīng)電流。該電流根據(jù)振動(dòng)膜片受到聲波壓力的大小而變化。聲壓越大,產(chǎn)生的電流就越大,聲壓越小,產(chǎn)生的電流也越小。
 
2)電容式傳聲器主要由金屬膜片和靠得很近的金屬電極組成,實(shí)質(zhì)上是一個(gè)平板電容。金屬膜片與金屬電極構(gòu)成了平板電容的兩個(gè)極板,當(dāng)膜片受到聲壓作用時(shí),膜片便發(fā)生變形,使兩個(gè)極板之間的距離發(fā)生了變化,于是改變了電容量,位測(cè)量電路中的電壓也發(fā)生了變化,實(shí)現(xiàn)了將聲壓信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)的作用。電容式傳聲器是聲學(xué)測(cè)量中比較理想的傳聲器,具有動(dòng)態(tài)范圍大、頻率響應(yīng)平直、靈敏度高和在一般測(cè)量環(huán)境下穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn),因而應(yīng)用廣泛。由于電容式傳聲器輸出阻抗很高,因而需要通過(guò)前置放大器進(jìn)行阻抗變換,前置放大器裝在聲級(jí)計(jì)內(nèi)部靠近安裝電容式傳聲器的部位。
 
雖然知識(shí)點(diǎn)眾多,但總結(jié)以上學(xué)習(xí)點(diǎn),其實(shí)幾點(diǎn)是我們需要關(guān)注的:環(huán)境監(jiān)測(cè)的頻率計(jì)權(quán)基本為A計(jì)權(quán),頻率計(jì)權(quán)與時(shí)間計(jì)權(quán)是配合使用的,聲級(jí)計(jì)的傳聲器為電容式麥克風(fēng)。下面附圖各類聲環(huán)境功能區(qū)環(huán)境噪聲等效聲級(jí)限值供大家參考,方便設(shè)定使用環(huán)境的報(bào)警限值。
 

 

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