声学基础

噪声测试讲义第一章声学基础知识第一节声音的产生与传播一、声音的产生首先我们看几个例子：敲鼓时听到了鼓声，同时能摸到鼓面的振动；人能讲话是由于喉咙声带的振动；汽笛声、喷气飞机的轰鸣声，是因为排气时气体振动而产生的。

通过观察实践人们发现一切发声的物体都在振动，振动停止发声也停止。

因此，人们得出声音是由于物体的振动产生的结论。

二、声源及噪声源发声的物体叫声源，包括一切固体、液体和气体。

产生噪声的发声体叫噪声源。

三、声音的传播声音的传播需要借助物体的，传声的物体也叫介质，因此，声音靠介质传播，没有介质声音是无法传播的，真空不能传声，在真空中我们听不到声音。

声音的传播形式（以大气为例）是以疏密相间的波的形式向远处传播的，因此也叫声波。

当声振动在空气中传播时空气质点并不被带走，它只是在原来位置附近来回振动，所以声音的传播是指振动的传递。

四、声速声音的传播是需要一定时间的，传播的快慢我们用声速来表示。

声速定义：每秒声音传播的距离，单位：M/s。

在空气中声速是340 m/s，水中声速为 1450m/s ，而在铜中则为 5000m/s。

可见，声音在液体和固体中的传播速度一般要比在空气中快得多，另外，声速还和温度有关。

第二节人是怎样听到声音的一、人耳的构造人耳是由外耳、中耳和内耳三部分组成，各部分具有不同的作用共同来完成人的听觉。

耳朵三部分组成结构见彩图。

外耳，包括耳壳和外耳道，它只起着收集声音的作用。

中耳，包括鼓膜、鼓室、咽鼓管等部分。

由耳壳经过外耳道可通到鼓膜，这里便进人中耳了。

鼓膜俗称耳膜，呈椭圆形，只有它才是接受声音信号的，它能随着外界空气的振动而振动，再把这振动传给后面的器官。

鼓室位于鼓膜的后面，是一个不规则的气腔。

有一个管道使鼓室和口腔相通，这个管道叫咽鼓管。

咽鼓管的作用是让空气从口腔进人中耳的鼓室，使鼓膜内外两侧的空气压力相等，这样鼓膜才能自由振动。

鼓室里最重要的器官是听小骨。

听小骨由锤骨、砧骨和镫骨组成，锤骨直接与鼓膜相依附，砧骨居中，镫骨在最里面，它们的构造和分布就象一具极尽天工的杠杆，杠杆的前头连着鼓膜，后头连着内耳。

它们能把鼓膜的振幅变小而压力扩大后传给内耳。

内耳的基本功用是感受由鼓膜送来的振动。

内耳由不管听觉的三个半规管和专管听觉的螺旋状骨组织──耳蜗组成。

半规管与听觉没有关系，是一种平衡器官。

负责听觉的耳蜗，内部有一张薄膜，膜上布有听觉神经末梢──23500根神经纤维，它们通过听觉神经与脑髓膜相联系。

耳蜗内部充满了胶质的液体，从鼓膜传来的振动由耳蜗内部的胶质液体传递给薄膜上的神经纤维，引起听觉神经末梢的兴奋，并由听神经及大脑皮层的有关部位进行加工分析，这样就产生了听觉。

二、人听到声音的过程上面我们讲了声音在空气中是以疏密相间的波的形式向远处传播的，实际上这种疏密相间的传播过程也是声压高低的传播过程，密部压强大，疏部压强小，这种变动的压力传人人耳，就会引起耳膜震动。

因此，外界传来的声音能引起鼓膜振动，这种振动经听小骨及其他组织传给听觉神经，听觉神经把信号传给大脑，人就听到了声音。

三、耳聋耳聋分两类，一是传导性耳聋，它是由于人耳的传导部分出现了障碍引起的，鼓膜损坏，听小骨损伤，这类耳聋可治疗。

另一种是神经性耳聋，它是由于听觉神经系统受到损伤，这类耳聋不可治愈。

第三节声音的特征一、音调和频率1、音调：指声音的高低或粗细，与频率有关。

2、频率：物体每秒振动的次数叫做频率，它的单位是赫兹，符号Hz，频率是用来描述物体振动快慢的物理量。

3、音调与频率的关系：音调的高低是由发声体振动的频率决定的。

振动频率越高，音调越高，人们听到的声音越尖细；振动频率越小，音调越低，人们听到的声音越粗钝。

不同物体的振动频率不同，同一物体的振动频率也可以调节。

二、响度和振幅1、响度：指声音的强弱或大小，由振幅决定。

2、振幅：物体振动的幅度，发声体振动时，偏离原来位置的最大距离叫振幅。

3、影响响度大小的因素⑴响度与振幅有关：振幅越大，声音的响度就越大。

⑵响度还与距离发声体的远近有关。

距发声体越近，响度越大；距发声体越远，声音越发散，人耳感觉到的声音响度越小。

（3）另外人听到声音响不响还和发声体的频率有关。

我们平时所说的声音“大小”是指响度，而声音“高低”一般是指音调。

三、音色音色也叫音品：反映了声音的品质与特色，音色由发声体的材料、结构决定。

不同发声体的材料不同、结构不同，发出的声音的音色也就不同。

我们能分辨出不同的人，不同的乐器就是根据它们的音色而分辨出来的。

四、人的听觉范围人能否听到声音和两个因素有关，一个是和发声体的频率有关，一个是和声波的强度有关。

1、频率范围对于人耳，只有20—20000Hz的振动才能产生声音的感觉。

低于20Hz或高于20000Hz的振动人耳是听不到的。

如：蝴蝶飞行时翅膀震动发出的声音人耳听不到，因为蝴蝶每10s振翅30次低于20Hz.人能听到声音的频率范围为20—20000Hz。

2、压强范围虽然人能听到声音的频率范围为20—20000Hz，但这一范围内任一频率的声波必须在它的声压超过最小值（听阈压）时才能引起人耳的听觉，不同频率的声波有不同的听阈压，医学上把1000 Hz纯音，人刚能听的声音的声压2X10-5Pa定义为听阈压。

同样，当声压超过某一最大值（痛阈压）时就会引起人耳的痛觉，不同频率的声波的痛阈压却相差不大，医学上把1000 Hz纯音，引起人耳的痛觉声音的声压20Pa定义为痛阈压。

3、超声波与次声波人们把频率低于20Hz的声音称为次声波，频率高于20000Hz的声音为超声波。

它们都超出了人类听觉的范围，所以人类听不见超声波和次声波。

能产生次声波的声源有：火山爆发、地震、风暴、核爆炸、导弹发射等。

次声波有极大的破坏力，能使机械设备破裂、建筑物遭到破坏等。

有些动物不但能听到部分次声波，还能听到超声波，蝙蝠，海豚, 鲸都能发出超声波；另外，通电的晶体可以高频振荡，产生超声波。

第四节、噪声及噪声的物理参数当今社会有四大污染：水污染、大气污染、固体废弃物污染及噪声污染。

一、噪声1、从物理角度看，发声体做无规则振动时发出的声音叫噪声。

从环保角度看，凡是妨碍人们正常休息、学习和工作的声音，以及对人们要听到的声音产生干扰的声音，都属于噪声。

因此，一句话来概括：人们不需要的声音叫噪声2、噪声的来源：⑴工业噪声；⑵交通噪声；⑶居民噪声。

二、噪声的物理参数1、声压和声压级1）压强：是单位面积上受到的压力叫压强；公式：p=F/S；压强的单位是帕斯卡，简称帕（即牛顿／平方米）。

2）声压：是声音产生的压强，就是在垂直于声波的传播方向上，单位面积上引起的大气压的变化。

声波是疏密波，在空气中传播时，它使空气时而变密——压强增高；时而变稀——压强降低，这种在大气压上起伏的部分就是声压。

声压是衡量声音强弱的一个物理量，通常用P来表示．单位是帕。

声音越强，声压就越大；反之，声压就越小。

3）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，日常我们所说的声压和电子仪表所测的声压都是有效声压。

4）声压级：是表示声音强弱的一种方法，就是把声压的有效值取对数来表示声音的强弱方法，这个对数值就是声压级。

定义：声压级就是指该点的声压与参考声压的比值取常用对数再乘以20的值，度量它的单位是分贝，符号为dB。

参考声压是P０＝2×10-5帕，相当于1000Hz纯音的听阈压。

公式：Ｌp＝20ｌｇ（P／P０）dB。

为什么人们又引出声压级这个物理参数呢，这里说明一下：一方面是因为人耳刚刚能听到的微弱声音到难以忍受的强烈噪声，声压相差数百万倍，而且仅是一个大气压的几十亿分之一到几千分之几，显然，用声压作单位来衡量声音的大小是很不方便的。

为了实用方便，人们考虑到对如此广阔的能量范围使用对数标度的可能性。

另一方面．从声音的接收来看，人耳有一个很奇怪的特性，即当耳朵接收到声振动以后，主观上产生的响度感觉，不是正比于声压的绝对值，而是近似地与声压的对数成正比，而且，人耳受到声音的损伤程度也和声压的对数比较接近。

因此，声学上普遍使用对数标度来度量声压，称之为声压级，其定义是声压平方和l000Hz纯音的听阈压平方的比值的对数，单位是B(贝尔)。

B是一个很大的单位，用起来不方便。

因此，人们又把贝尔分成10份，取1份作常用单位，这就是分贝，记作“dB”。

听阈压2X10-5Pa相当于0dB，痛阈压20Pa相当于120dB。

20分贝以下的声音，一般来说，我们认为它是安静的，当然，一般来说15分贝以下的我们就可以认为它属于"死寂"的了。

20-40分贝大约是情侣耳边的喃喃细语。

40-60分贝属于我们正常的交谈声音。

60分贝以上就属于吵闹范围了，70分贝我们就可以认为它是很吵的，而且开始损害听力神经，90分贝以上就会使听力受损，而呆在100-120分贝的空间内，如无意外，一分钟人类就得暂时性失聪（致聋）。

其中汽车噪音介乎80-100分贝，以一辆汽车发出90分贝的噪音为例，在一百米处，仍然可以听到81分贝的噪音2、?声强和声强级1）、声功率声功率是指单位时间内声源向外辐射的总的声能量，用W表示，单位为瓦(W)。

2）、声强声强即是声音强度的简称，它代表声音能量的多少。

声学中，声强是指单位时间内，声音通过垂直于声音传播方向的单位面积上的声能量，声强用I表示，它的单位是W／m2。

? 声强和声压一样都是表示声音强度的物理量，只是描述的角度不同，因此，对人耳来说声强也有一个上下限：人耳可闻阈的强度10-12瓦／米2；痛觉阈的强度1瓦／米2，可见声强变化范围也是很大的。

3）、声强级同声压级一样，为了简化表示，通常用声强级来表示声强。

听觉系统能够感觉到的声音强度变化范围极大，从刚刚能引起人耳听阈的强度到最大可耐受的强度用能量计算可相差一万亿倍，如此大的数字，计算起来相当的不便利。

为了计算简便，声音的强度用对数(指数学里以10为底的对数，又称常用对数）关系表达比较方便。

人对声音强弱的感觉并不是与声强成正比，而是与其对数成正比的。

由此引出另一个概念——声强级。

??定义：?某一处的声强级，是指该处的声强与参考声强的比值取常用对数的值再乘以10的值，单位为分贝，符号为dB。

参考声强是Ｉ０＝10-12瓦／米2。

公式：ＬＩ＝10ｌｇ（Ｉ/Ｉ０）dB。

一般人对强度相差十分之一贝尔的两个声音便可区别出来，因此用贝尔的十分之一来作为声强的单位则更为方便，这个单位称为分贝尔（decibel），简称分贝（dB）。

为了直观对比，人们把声压、声强、声功率对级的换算列一张表，对同一个声音而言，声压级和声强级二者值是相等的（在声速和空气密度不变的情况下）。

第五节噪声评价参数一、噪声评价及任务噪声评价就是指对不同强度的噪声及其频谱特性等对人的心理和生理所产生的危害与干扰程度的量度。