第1章 聲環(huán)境設(shè)計(jì)基本知識(shí)
1.2 聲音的計(jì)量

1.3 人的主觀聽覺特性

1.2 聲計(jì)量
——聲音（聲波、聲能）的大小或強(qiáng)弱

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一、 聲功率、聲強(qiáng)、聲壓

1、聲功率W
單位時(shí)間內(nèi)向外輻射能量，單位：W或μW。 ——聲源本身一種特性。 人正常講話 —— 50?W； 400萬(wàn)人同時(shí)講話 ——相當(dāng)于一只40W燈泡。 廳堂設(shè)計(jì)——如何充分利用有限聲功率 很小

2、聲強(qiáng)I
聲波傳播過程，單位面積波陣面上通過的聲功率，

單位：W/m2。

①球面波：遵循距離平方反 比定律
球面波的聲強(qiáng)與距離的關(guān)系

I = W/4π r2 （W/m2）
②平面波：不隨距離而變化

I = W/S（ W/m2 ）
平面波的聲強(qiáng)與距離的關(guān)系

3、聲壓p
空氣質(zhì)點(diǎn)由于聲波作用而產(chǎn)生振動(dòng)時(shí)所引起的大氣

壓力起伏，單位：N/ m2 或帕斯卡（pa）。
聲壓和聲強(qiáng)的關(guān)系——實(shí)驗(yàn)研究

I = p2 / ρ 0 c
p —— 有效聲壓（N/ m2）。聲壓隨時(shí)間而變，每 一瞬間的聲壓稱瞬時(shí)聲壓；某段時(shí)間內(nèi)瞬時(shí)聲壓的均平 方根值稱有效聲壓——通常所指聲壓。 ρ 0 —— 空氣密度（kg/ m3），一般為1.225 kg/ m3;

c —— 空氣中的聲速（m/ s）。

二、級(jí)的引入
1）正常人耳能感知的聲強(qiáng)和聲壓范圍很大。

2個(gè) 原因

1000Hz聲音，聽覺下限P=2×10-5N/m2，I = 10-12W/m2；
上限P=20N/m2，I=1W/m2。

2）人耳對(duì)聲音強(qiáng)弱變化的感受并不與聲強(qiáng)、聲壓成正比，
而與聲強(qiáng)、聲壓的對(duì)數(shù)近似成正比。

相對(duì)單位——級(jí)—— 表示一個(gè)量與同類基準(zhǔn)
量之比的對(duì)數(shù)。

1、聲功率級(jí)（Lw）
——聲功率與基準(zhǔn)聲功率之比的對(duì)數(shù)的10倍，單位：

分貝（dB）�；鶞�(zhǔn)聲功率W0為10-12W。

W Lw ? 10 log10 (dB ) Wo
2、聲強(qiáng)級(jí)（LI）

——聲強(qiáng)與基準(zhǔn)聲強(qiáng)之比的對(duì)數(shù)的10倍，單位：分
貝（dB）�；鶞�(zhǔn)聲強(qiáng)I0為10-12W /m2 。

I LI ? 10 log10 (dB ) Io

3、聲壓級(jí)（Lp）——常用
——聲壓與基準(zhǔn)聲壓之比的對(duì)數(shù)的20倍，單位：分
貝（dB）�；鶞�(zhǔn)聲壓P0為2×10-5N/m2 。

P Lp ? 20 log10 (dB ) Po
下限： P = 2×10-5 N/m2 ， Lp = 0 dB
上限： P = 20 N/m2 ， Lp = 120 dB

“0dB” 不是沒有 聲音

[思考] 試證明聲強(qiáng)級(jí)與聲壓級(jí)，關(guān)系如何？ 利用聲強(qiáng)與聲壓關(guān)系、聲強(qiáng)級(jí)和聲壓級(jí)公式、 常溫下 ρ0 c約為400。

三、聲壓級(jí)的疊加

——引入
提出問題：10dB+10dB=? 0dB+0dB=? 0dB+10dB=? 答案分別：13dB，3dB，10dB。

1、計(jì)算法
幾個(gè)聲源同時(shí)作用，某點(diǎn)聲能是各個(gè)聲源貢獻(xiàn)的能量的代數(shù)
和。因此其聲壓是各聲源貢獻(xiàn)的聲壓平方和的開根號(hào)。

p?

p ? p ??? p
2 1 2 2

2 n
P P ? 10 20 P0

P Lp ? 20 log10 (dB ) Po
2 2

L

總聲壓級(jí)：

P P 1 ?P 2 ? ... ? P n Lp ? 20 lg ? 20 lg Po Po ? ? 20 lg ? ?10 ?
Lp 1 20

2

? ? ? ? ?10 ? ? ? ?

2

Lp 2 20

? ? ? ? ... ? ?10 ? ? ? ?

2

L

pn 20

? ? ? ?

2

np 2 np p Lp ? 20lg ? 20lg ? 20lg ? 10lg n p0 p0 p0

特例：設(shè)Lp1= Lp2= Lpn (n個(gè)相同聲壓級(jí)相疊加)： Lp= Lp1+10lgn 當(dāng)n=2時(shí)，Lp= Lp1+10lg2= Lp1+3 兩個(gè)相同聲壓級(jí)相疊加，總聲壓級(jí)增加3dB。 例：2個(gè)聲壓級(jí)為75dB的聲音相疊加，總聲壓 級(jí)為78dB

2、圖解法
聲壓差 0 1

兩個(gè)聲壓級(jí)疊加，若聲壓級(jí)相差10dB，附加值 可忽略不計(jì)。
0 3.0 2.5 0.1 3.0 2.5 0.2 2.9 2.5 0.3 2.9 2.4 0.4 2.8 2.4 0.5 2.8 2.3 0.6 2.7 2.3 0.7 2.7 2.3 0.8 2.6 2.2 0.9 2.6 2.2

2
3 4 5 6 7 8

2.1
1.8 1.5 1.2 1.0 0.8 0.6

2.1
1.7 1.4 1.2 0.9 0.8 0.6

2.1
1.7 1.4 1.1 0.9 0.8 0.6

2.0
1.7 1.4 1.1 0.9 0.7 0.6

2.0
1.6 1.4 1.1 0.9 0.7 0.6

1.9
1.6 1.3 1.1 0.9 0.7 0.6

1.9
1.6 1.3 1.1 0.9 0.7 0.6

1.9
1.5 1.3 1.0 0.9 0.7 0.6

1.8
1.5 1.2 1.0 0.8 0.7 0.5

1.8
1.5 1.2 1.0 0.8 0.7 0.5

9
10

0.5
0.4

0.5
-

0.5
-

0.5
-

0.5
-

0.5
-

0.5
-

0.4
-

0.4
-

0.4
-

2個(gè)聲壓級(jí)為60dB和95dB聲音相疊加，總聲壓級(jí)為95dB。

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四、聲音的頻譜及頻程

1、頻譜：表示某種聲音頻率與聲壓級(jí)組成的圖形。

聲壓級(jí)

頻率

①分離譜：弦振動(dòng)產(chǎn)生的聲音。

②連續(xù)譜：談話、機(jī)器的噪聲，大多數(shù)自然聲。

聲音的頻譜：使用濾波器進(jìn)行測(cè)量。

2、頻帶（頻程）
頻譜常根據(jù)需要分成若干個(gè)頻帶，最常用：倍頻帶和1/3
倍頻帶。

①倍頻程：將可聞?lì)l率范圍內(nèi)20~20Hz分為十個(gè)倍頻帶， 其中心頻率按2倍增長(zhǎng)，共十一個(gè)：

16 31.5 63 125 250 500 1k 2k 4k 8k 16k
細(xì)，其中心頻率按倍頻的1/3增長(zhǎng)： 12.5 16 20 25 31.5 40 50 63 80 100 125 160 ...

聲學(xué) 設(shè)計(jì)

②1/3倍頻程：將倍頻程再分成三個(gè)更窄的頻帶，劃分更 聲學(xué) 測(cè)量

3、頻譜分析——噪聲控制時(shí)，須了解噪聲由哪些頻
率成分組成，各頻率聲壓級(jí)如何，哪些頻率突出，從
而首先處理這些成分，以便有效降低噪聲。

低頻：125Hz；250Hz 中頻：500Hz； 高頻： 1000Hz； 2000Hz； 4000Hz；
幾種噪聲的頻譜

1.3 人的主觀聽覺特性
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一、人耳的主觀感覺 二、人耳的主觀聽覺特性

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一、人耳主觀感覺 1、等響曲線
1）引入：人耳對(duì)不同頻率聲音敏感程度不一樣，低于
1000Hz和高于4000Hz的聲音，靈敏度降低�！�— 不同 頻率，相同聲壓級(jí)，人聽起來響度感覺不一樣。 2）定義：以1000Hz純音為基準(zhǔn)，測(cè)聽起來和它同樣響的 其他頻率的純音的各自聲壓級(jí)構(gòu)成一條曲線。

單位：“方”。
單一頻 率

40方等響
20 31.5 63 125 250 500 1K 2K 87dB 75dB 58dB 45dB 43dB 42dB 40dB 36dB

4K
8K

32dB
48dB

等響曲線

2、聲級(jí)
（1）線性聲級(jí)——L聲級(jí)

20 31.5 63

30dB 35dB 40dB 45dB 50dB

將各個(gè)頻帶的聲級(jí)疊加，得到線性聲級(jí)。 125
250

500
1K 2K

51dB
52dB 52dB

4K
8K 16K 20K L聲級(jí)

52dB
40dB 38dB 30dB 58.8dB

頻率

聲壓級(jí)
30dB 35dB

加權(quán)值 加權(quán)后
-50.5 -39.4 -20.5 -4.4

（2）A 聲級(jí)（LA）
1、

定義：使用40方等響曲

20 31.5

63
125 250 500 1K 2K 4K

40dB
45dB 50dB 51dB 52dB 52dB 52dB

-26.2
-16.1 -8.6 -3.2 0 1.2 1.0

13.8
28.9 41.4 47.8 52 53.2 53

線作為計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)對(duì)頻譜進(jìn)
行加權(quán)，之后再進(jìn)行頻帶 疊加。 2、特點(diǎn)：對(duì)500Hz以下的 聲音有較大衰減，以模擬 人耳對(duì)低頻不敏感的特性。 單位：dB (A)。

8K
16K 20K A聲級(jí)

40dB
38dB 30dB

-1.1
-6.6 -9.3

38.9
31.4 20.7 58.1dB

A、B、C、D計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)

A：模擬人耳響應(yīng)，40方等響曲線作為計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)。 B：以70方等響曲線作為計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)，低頻衰減比A聲級(jí)小。 C：以85方等響曲線作為計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò),整個(gè)可聽范圍內(nèi)衰減小。 D：參考100方等響曲線，主要用于航空噪聲測(cè)量。

二、人耳的主觀聽覺特性
1 、哈斯效應(yīng)(Hass effect)——時(shí)差效應(yīng)
1）定義：人耳對(duì)聲音的感覺在聲音消失后會(huì)暫留一段時(shí) 間。如果到達(dá)人耳的兩個(gè)聲音時(shí)間間隔小于50ms，那 么就不會(huì)覺得聲音是斷續(xù)的。

音樂類可 放寬到 80ms

①混響聲：直達(dá)聲到達(dá)后50ms以內(nèi)到達(dá)的反射聲會(huì)加強(qiáng) 直達(dá)聲。 可與直達(dá) 聲相比

②回聲：直達(dá)聲到達(dá)后50ms后到達(dá)的“強(qiáng)”反射聲會(huì)產(chǎn)
生“回聲” 。 ——聽起來象兩個(gè)聲音——聲缺陷——消除

【例1】：室內(nèi)距聲源8m處的聽眾接收到一來自后墻

的反射聲，其聲程為16m。計(jì)算此反射聲的延時(shí)為多少ms，
由此可判斷，該反射聲是否會(huì)形成回聲。 解： c=λf T=16/340=0.047s=47ms<50ms 故該反射聲不會(huì)產(chǎn)生回聲。

【例2】 70dB的直達(dá)聲后，哪組最易出現(xiàn)回聲。

①20ms65dB； ②70ms64dB；
③80ms45dB； ④30ms75dB；

2、掩蔽效應(yīng)（masking effect)
從兩方面定義： 1）人耳對(duì)一個(gè)聲音的聽覺靈敏度因另外一個(gè)聲音的存 在而降低的現(xiàn)象。 2）一個(gè)聲音的存在使另一個(gè)聲音聽閾提高的現(xiàn)象。

意義：敞開辦公室——背景噪聲（利用噪聲）

小節(jié)：聲計(jì)量；人耳主觀聽覺特性 重點(diǎn)：聲壓級(jí)的概念；時(shí)差效應(yīng)、掩蔽效應(yīng)。 難點(diǎn)：級(jí)的疊加；A聲級(jí)。