第1章 聲環(huán)境設(shè)計基本知識
1.2 聲音的計量

1.3 人的主觀聽覺特性

1.2 聲計量
——聲音（聲波、聲能）的大小或強弱

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一、 聲功率、聲強、聲壓

1、聲功率W
單位時間內(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； 400萬人同時講話 ——相當(dāng)于一只40W燈泡。 廳堂設(shè)計——如何充分利用有限聲功率 很小

2、聲強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 ）
平面波的聲強與距離的關(guān)系

3、聲壓p
空氣質(zhì)點由于聲波作用而產(chǎn)生振動時所引起的大氣

壓力起伏，單位：N/ m2 或帕斯卡（pa）。
聲壓和聲強的關(guān)系——實驗研究

I = p2 / ρ 0 c
p —— 有效聲壓（N/ m2）。聲壓隨時間而變，每 一瞬間的聲壓稱瞬時聲壓；某段時間內(nèi)瞬時聲壓的均平 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、級的引入
1）正常人耳能感知的聲強和聲壓范圍很大。

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

相對單位——級—— 表示一個量與同類基準
量之比的對數(shù)。

1、聲功率級（Lw）
——聲功率與基準聲功率之比的對數(shù)的10倍，單位：

分貝（dB）。基準聲功率W0為10-12W。

W Lw ? 10 log10 (dB ) Wo
2、聲強級（LI）

——聲強與基準聲強之比的對數(shù)的10倍，單位：分
貝（dB）�；鶞事晱奍0為10-12W /m2 。

I LI ? 10 log10 (dB ) Io

3、聲壓級（Lp）——常用
——聲壓與基準聲壓之比的對數(shù)的20倍，單位：分
貝（dB）。基準聲壓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] 試證明聲強級與聲壓級，關(guān)系如何？ 利用聲強與聲壓關(guān)系、聲強級和聲壓級公式、 常溫下 ρ0 c約為400。

三、聲壓級的疊加

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

1、計算法
幾個聲源同時作用，某點聲能是各個聲源貢獻的能量的代數(shù)
和。因此其聲壓是各聲源貢獻的聲壓平方和的開根號。

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：

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個相同聲壓級相疊加)： Lp= Lp1+10lgn 當(dāng)n=2時，Lp= Lp1+10lg2= Lp1+3 兩個相同聲壓級相疊加，總聲壓級增加3dB。 例：2個聲壓級為75dB的聲音相疊加，總聲壓 級為78dB

2、圖解法
聲壓差 0 1

兩個聲壓級疊加，若聲壓級相差10dB，附加值 可忽略不計。
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個聲壓級為60dB和95dB聲音相疊加，總聲壓級為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組成的圖形。

聲壓級

頻率

①分離譜：弦振動產(chǎn)生的聲音。

②連續(xù)譜：談話、機器的噪聲，大多數(shù)自然聲。

聲音的頻譜：使用濾波器進行測量。

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

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

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

聲學(xué) 設(shè)計

②1/3倍頻程：將倍頻程再分成三個更窄的頻帶，劃分更 聲學(xué) 測量

3、頻譜分析——噪聲控制時，須了解噪聲由哪些頻
率成分組成，各頻率聲壓級如何，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，人聽起來響度感覺不一樣。 2）定義：以1000Hz純音為基準，測聽起來和它同樣響的 其他頻率的純音的各自聲壓級構(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
（1）線性聲級——L聲級

20 31.5 63

30dB 35dB 40dB 45dB 50dB

將各個頻帶的聲級疊加，得到線性聲級。 125
250

500
1K 2K

51dB
52dB 52dB

4K
8K 16K 20K L聲級

52dB
40dB 38dB 30dB 58.8dB

頻率

聲壓級
30dB 35dB

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

（2）A 聲級（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

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

8K
16K 20K A聲級

40dB
38dB 30dB

-1.1
-6.6 -9.3

38.9
31.4 20.7 58.1dB

A、B、C、D計權(quán)網(wǎng)絡(luò)

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

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

音樂類可 放寬到 80ms

①混響聲：直達聲到達后50ms以內(nèi)到達的反射聲會加強 直達聲。 可與直達 聲相比

②回聲：直達聲到達后50ms后到達的“強”反射聲會產(chǎn)
生“回聲” 。 ——聽起來象兩個聲音——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。計算此反射聲的延時為多少ms，
由此可判斷，該反射聲是否會形成回聲。 解： c=λf T=16/340=0.047s=47ms<50ms 故該反射聲不會產(chǎn)生回聲。

【例2】 70dB的直達聲后，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）人耳對一個聲音的聽覺靈敏度因另外一個聲音的存 在而降低的現(xiàn)象。 2）一個聲音的存在使另一個聲音聽閾提高的現(xiàn)象。

意義：敞開辦公室——背景噪聲（利用噪聲）

小節(jié)：聲計量；人耳主觀聽覺特性 重點：聲壓級的概念；時差效應(yīng)、掩蔽效應(yīng)。 難點：級的疊加；A聲級。