工业噪声监测(industrial noise monitoring)

使用相应的声学测量和分析仪器，以恰当的声学测量技术，获得相对准确地描述工业噪声状况的过程。

噪声度量参数主要有两类：一类是客观描述声波特性的物理量；另一类是与人耳的听觉特性有关的主观评价量。

噪声的物理量    客观描述噪声强弱的物理量一般用声压、声压级，声强、声强级，声功率、声功率级。

描述噪声的频率特性用频谱分析的方法。

声压    声波通过介质中某一点时，引起该处介质质点发生振动，压力产生起伏，与无声波时相比较，该点压力的改变量。

某一瞬时产生的声压称为瞬时声压。某一定时间间隔内，瞬时声压的方均根值称为有效声压：

式中户为有效声压，Pa；Pt为t时刻的瞬时声压，Pa；T为一定的时间间隔，s。

声压级    声场中，某一点的声压与基准声压比值的常用对数值的20倍。

式中Lp为某点的声压级，dB；p0为基准声压，等于2×10^-5Pa。

声强    在声场中某一点，单位时间内通过垂直于声波传播方向单位面积的声能。

声强与声压有密切关系。自由声场中，声传播方向上某一点的声强与声压有如下关系：

式中I为声强，W/m²；p为介质密度，kg/m³，c为介质中的声速，m/s。

声强级    声场中某一点的声强与基准声强比值的常用对数值的10倍。

式中L_I为声强级，dB；10为基准声强，等于10^-12W/m²。经证明，常温常压下以空气为介质的自由声场中，同一点的声压级与声强级近似相等。

声功率    声源在单位时间内发射的总声能。

声功率是表征声源辐射声能本领大小的物理量。它与声强的关系为：

式中W为声功率，W；S为包围声源的假想封闭曲面，m²；In为声强在面积元dS法线方向的分量，W/m²。自由声场中，点声源作球面辐射，此时，

式中为沿半径方向传播的平均声强，W/m²；r为球面至声源中心的距离，m。如果声源处在开阔空间的地面上，声波只向半球面辐射，此时，

声功率级    声源的声功率与基准声功率比值的常用对数值的10倍。

式中Lw为声功率级，dB；W0为基准声功率，10^-2W。

频谱分析    根据噪声的频谱，分析噪声的频率成分与相应的能量强度(Lp、Lw或L_I)了解噪声的性质。频谱分析对于深入研究噪声的产生、传播、接收和对接收者的影响有很重要的作用，并可为噪声控制进行声学设计提供依据。

(1)频谱。按照复音中频率成分与其相应的能量强度的分布关系所绘制的图形或表。声波在介质中传播时，介质质点每秒钟完成全振动的次数称为频率，单位为赫兹(Hz)，人耳可听声(即通常所指的声音)的频率范围在20～2×10⁴Hz。通常的噪声都含有多个频率成分，属于复音。

(2)频带。为了研究的方便，将整个可听声的频率范围划分为若干个段落，每一个具有一定频率范围的段落称为一个频带或频程。划分的方法常用两种：一种是恒定带宽，即保持每一频带的上限频率与下限频率之差为一定值，通常带宽为4～20Hz，这种划分方法常用在频率变化不大的范围内作频谱分析；另一种为恒定相对带宽，保持每一频带的上、下限频率之比为一常数，这种方法常用在频率变化宽广的范围内作频谱分析。频带的宽度常采用倍频带和l/3倍频带的划分方法。上限和下限频率之比为2¹的频带称为1倍频带(倍频带)，它的中心频率为上限和下限频率的几何平均值。常用的倍频带中心频率有31.5、63、125、250、500、1k、2k、4k、8k、16kHz，包括了整个声频范围。实测时常用其中的8～9个。把1个倍频带按频率比等分为3份，就得到1/3倍频带，其上限和下限频率之比为。实测工业噪声时，一般使用倍频带的分析方法，必要时采用1/3倍频带或恒定带宽的分析方法。

(3)频带声压级、频带声功率级。声音在某一频带中的频带声压级是该频带内所有声能的有效声压级。声源的某一频带声功率级是该频带内所有声能的有效‘声功率级。使用倍频带或1/3倍频带声压级(声功率级)时，须指明频带划分方法与中心频率。图1是某一噪声源的倍频带声压级频谱图。

噪声的主观评价量    从噪声对人的心理与生理影响的角度来量度噪声的方法。

工业噪声中常用的主观评价方法有A声级、C声级、等效A声级和噪声评价数。

声级    声场中某一点的各频带声压级按照特定的L_A时，记作dB(A)。如某设备的噪声级为95dB(A)，说明是用A声级度量噪声强度为95dB。C声级记作L_C，dB；约等于声音各频带声压级的总合成值，相当于声音的客观度量，并可用来和A声级数值对照，了解低频噪声的影响。

等效A声级某一段时间内A声级的能量平均值，即：

式中L_Aeq为等效A声级，dB；一般常简称为等效声级，表示为L_eq单位记为，dB(A)；T为总时间，min(h、s)；L_A为瞬时A声级，dB；对于等间隔采样所得的N个A声级测定值则有：

式中L_Ai为第i个A声级，dB。

若工作时间内分别接触几个不同的A声级时，L_eq的计算为：

式中L_Ai表示第i个噪声的A声级，dB；Ti表示相对于L_Ai的累积作用时间，min(h)，i=1、2、……、n。

噪声评价数考虑噪声听力损失、语言干扰和烦恼三方面效应而给出的对噪声的评价指数。符号为NR或N。可由噪声评价曲线(ⅣR曲线)查得(图3)。噪声各频带的声压级都低于各条曲线中最低的一条曲线的号数就是该噪声的NR数。

NR曲线的噪声级范围是0～130dB，频率为31.5～8kg个倍频程，每条曲线的号数是1kHz倍频程的声压级数值。相邻两条曲线的间隔为5dB。NR曲线较好地体现了高频声对人影响大，低频声对人影响小的特点。频率计权后合成的总声压级，又称计权声级。由声级计的A计权网络测得的声级为A计权声级，简称A声级；由声级计的C计权网络测得的声级为C计权声级，简称C声级。A、C声级的频率计权值见表1。

A声级用于量度稳态声场，记作L_A，dB；不写明。

一个噪声的A声级值与噪声评价数的关系近似为：

主要是监测工矿企业中的设备噪声、生产环境噪声和非生产场所的噪声。

噪声测量和分析仪器噪声测量和分析的仪器种类很多，最基本、最常用的是声级计和频谱分析仪。

声级计    由传声器、衰减器、放大器、计权网络以及有效值检波器和指示器等组成的声级(声压级)测量仪器。其中计权网络是具有特定频率响应的滤波器。它的作用是当噪声通过时，可以使不同频带的声音按人耳的听觉特性或增强或减弱或保持不变(表1)。声级计的类型见表2。

声级计外形见图2。

为了保证测量的准确，声级计在使用前后必须校准。常用的声学校准器有活塞发声器和声级校准器等。它们的工作频率和产生的声压级是固定的。

频谱分析仪    由带通滤波器和声级计组成。带通滤波器的作用是只允许某个特定频带的声音通过。它的通带宽度决定频谱分析仪的类型。常用的频谱分析仪有倍频带或1/3倍频带分析仪等，可以测得噪声的频带声压级，以便进行频谱分析。

此外，噪声测量和分析仪器还有噪声测量计、频率分析仪、恒定带宽分析仪、实时分析仪、声级记录仪、磁带记录仪、快速傅里叶变换处理机及微处理机等，使用这些可以大大提高监测，分析工业噪声的速度与精度。

为了得到正确可靠的测量数据，测量仪器的性能都应符合工业噪声有关测量标准中的规定。一般皆应符合国家标准《声级计的电声性能及测试方法》，对积分声级计、标准声源等另有专门的规定。

工业噪声测量标准    为了便于执行工业噪声的控制标准和设计规范，统一工业噪声的测量而制定的工业噪声的测量技术、方法、条例及规范等。根据不同的测量对象，需要按照与之相适应的测量标准进行，这样所测结果方有科学性、可靠性与可比性。

国际标准化组织(ISO)和一些国家所制定的工业噪声测量标准(部分)见表3。ISO与各国还制定了不同种类声源如电动机类、风机类、机床类等等的测量规范。

自1988年起，ISO正在组织对ISO3740系列(ISO3740-3747)噪声发射测量标准进行修订。正在制订的有关工业噪声测量标准有工人操作岗位的噪声测量标准，代号为ISO11200系列。正在修订的还有关于噪声标签的标准ISO4871，它要求在每台机器设备上附加噪声标签，上面注明该机器的噪声(声功率级或1m处声压级)大小。

中国是ISO的正式成员国，参照IS0标准并结合本国实际制订的主要工业噪声测量标准见表4。其他尚有不同种类的具体声源如木工机床、纺织机械、金属切削机床、齿轮装置等等的噪声测量标准，此外还有一些仍在制订中。

噪声测量技术    主要包括仪器的选择与使用、测点选取和消除干扰等几个方面。

仪器选择应根据测量的目的、评价参数、声源和声场的特性以及环境状况选择仪器。

稳态环境噪声可用普通声级计；非稳态环境噪声要求测量噪声的统计参量，应采用积分声级计，或用可以进行定时取样的数字式声级计，或用普通声级计进行人工等间隔读数取样。

在实验室条件下，可采用精度较高的精密测量仪器，在现场，可采用普通便携式仪器。

普通稳态噪声的频谱分析可采用倍频带频率分析仪；对包含纯音成分的噪声，则宜使用1/3倍频带或窄带分析仪。对瞬态噪声(如冲床加工等脉冲声)应采用脉冲声级计测量脉冲峰值，或使用磁带记录仪在现场录音，然后在实验室使用示波器观察脉冲波形，测量峰值，必要时使用实时分析仪，进行频率分析。

仪器校准测量仪器需定期送国家计量部门检定，合格后方可使用。噪声测量系统在测量前后都要用声学标准器进行校准。声级计常用的电容传声器灵敏度一般变化不大，当测量精度要求不高时，在测量现场，可只用声级计内部的电气校正信号校正声级计。

仪器操作一般仪器的测量读数应是衰减器、量程器与表头指示器的综合值。衰减器的正确使用可以提高信噪比。通常尽量减少输入衰减器的衰减量，使输出衰减器处于尽可能大的衰减档位，并使表头指示的数值在0～10dB的范围内，以得到准确的测量数据，并保护仪器的指示器在突然增强的噪声作用下不致损坏。

测点选取测点的分布根据不同测量目的的相应噪声测量标准来确定。

消除干扰主要是减少外界环境条件对噪声测量的影响。(1)减少反射声的影响。测点应远离其它设备或墙体等反射面。(2)消除或修正背景噪声(本底噪声)的影响。背景噪声是与待测声源存在与否无关的噪声，即当待测声源停止运转后测得的该环境的噪声。若声源噪声高于背景噪声10dB以上时，背景噪声对测量没有影响；若测得总噪声与背景噪声差值小于10dB时，按表5进行修正，待测声源噪声级等于测得的总噪声级与修正值之和；若差值小于3dB，不能用表5进行计算，需用其他方法获得待测噪声。(3)减少风噪声的影响。风吹过传声器会产生风噪声，在室外测量时，应使用防风罩。如风速在5.5m/s以上时，停止测量。

机器设备噪声测量    通常包括工业企业生产现场的生产机器设备噪声测量与工业产品的噪声测量。测量的量主要为声功率级与A声级。

现场机器设备噪声测量测量的目的通常是为了进行噪声污染源调查，判定现场机器噪声的大小与进行噪声治理。

需要测量机器设备的A声级与频带声压级时，测点的选择依据相应的测量标准进行，准确程度达到工程法或准工程法或简测法的要求即可，对于未制定测量标准，或现场测试声学环境达不到上述要求者，可参考表6选择测点，原则是传声器尽可能距声源近一些，使机器的直达声远大于背景噪声或反射声，最好大于背景噪声10dB，至少大于3dB。测点均匀地布置在机器周围空间。测量风机、空压机、内燃机和燃气轮机等进气噪声的测点应选在进气口轴向上，距管口平面0.5m或1m，或等于管口直径处。排气噪声的测点，选取在与排气口轴线呈45°或90°的方向上，距管口中心0.5m或1m，或等于管口直径处。对于特大或有危险性的设备，测点距离可根据具体情况选择更远些的距离。也可使用声级计的专用延伸电缆仅将传声器置于距声源较近处。机器的A声级或声压级以各测点A声级或声压级的能量均值(式12)表示。当各测点最大读数与最小读数相差在5dB以内时，以算术均值代替。

式中为各测点A声级或声压级的平均值，dB；Lpi为第i个测点的A声级或声压级值，dB；n为测点个数；i=1、2、……、n。

现场测量机器设备的声功率级时，依据《噪声源声功率级的测定》标准(表4)进行，方法有两种：(1)绝对法(包络法)。传声器位于包络声源基准体的测量表面上。声源基准体是一个假想的最小矩形六面体，它正好包围住声源(可以略去不是声源主要发声部件的凸出部分)，底面在反射平面上。测量表面是在声源设备周围设置测点的假想面。有半球形与矩形两种(图4、5)。半球形测量表面一般用于尺寸不大的机器设备。半球中心为声源几何中心在反射面的垂直投影。设基准体的三边长为lx、ly、lz(垂直高)，则球形半径，一般不能小于1m(工程法与准工程法)。

对于简易法，球形半径至少为基准体最大尺寸的两倍。若采用矩形测量表面，其各边平行于基准体的各边，测量距离(测量表面与基准体表面间的最短距离)一般取1m。根据声源设备的大小与指向性，按照测量标准在测量表面均匀地选择数点至数十点和声压级最高的一点进行测量。两种测量表面的声功率级均采用下式进行计算：

式中Lw为声源的A声功率级或频带声功率级，dB；为各测点消除背景噪声影响后的A声级或频带声压级的能量平均值，dB；S0为基准面面积，等于1m²；S为测量表面面积(不计地面)，m²；K1为环境温度与气压修正值(偏离标准环境条件(20℃、100kPa)引起的修正值，简易法不用此项修正，dB；K2为环境声学状况的修正值(偏离理想的半自由声场测试环境引起的修正值)，dB，可按下式计算：

式中A为测量房间的吸声量，，Sv为测量车间的总表面面积，m²；为测量车间的平均吸声系数。在工程法，测量房间应满足A/S>6，准工程法为4≤A/S≤6，简易法为A/S≥1。否则可采取缩小测量距离、周围增加吸声面积(现场可用全部打开窗户等办法。敞开的窗户的吸声系数为1)来减小反射声，或变换测量方法与测量环境等。

声源的总声功率级用下式计算：

式中Lw0为总声功率级，dB；Lwi为第i频带的声功率级，dB，i=1、2、…、n。

(2)标准声源法。标准声源是一个在一定频带内具有均匀声功率谱的特制声源，它的声功率级已经精确测定为Lwr，如果它和待测设备在同样条件或同样测点处产生的平均声压级分别为和，可得待测声源的声功率级Lw为：

标准声源法主要有置换法和比较法两种测量方法。置换法是在条件许可时，将待测设备移开，用标准声源在同样的测点上测量。比较法是当待测设备不便移动时，把标准声源放在厂房的另一点，周围反射面的位置与设备附近差不多，作相似点的测量，或将标准声源放在待测声源上边或靠在旁边，但误差较大。

此外，近年来声强测量技术已有较大发展，这种方法不需要专门的实验室与条件，并且可在多个声源同时工作的情况下，测得指定声源的声功率，较测量声压级方便得多，并已研制出使用方便的声强计，但尚未得到实际应用。

工业产品噪声测量    各工业企业生产的能够发射噪声的产品的噪声测量。产品一般指机电设备。测量结果用声功率级和A声级表示。用作(1)表征工业产品的声学性能，是产品的质量指标之一；(2)制定噪声控制措施的依据；(3)预计某机器在给定房间或环境中产生的噪声。测量方法按测试的声学环境是自由声场、半自由声场或混响声场可分为消声室法、半消声室法和混响室法；按照测量的准确程度可分为精密法、工程法、准工程法与简易法。精密法与部分工程法(混响声场)需要在专门的测试室中进行，而其余工程法、准工程法与简易法可以在户外或大的车间内进行。测点选择及数据处理按相应测量标准进行(表4)。

生产环境噪声测量    一般指对生产场所中工人操作地点的噪声测量，各国遵循本国的测量标准进行。

测点选择在按工艺流程设计的厂房、车间内，或工种分工明显的生产环境中，选在工人的操作岗位或工人观察生产过程而经常工作、活动的范围内；在工种区分不明显的车间，原则上选取各工种的操作岗位，有困难时，选择主要生产工种的操作岗位。传声器置于人耳高度，指向影响较大的声源，若难于判别声源方位，可将传声器竖直向上。

测量内容对于稳态噪声，用一般声级计测量A声级，需要时测量C声级，一次测量读取5s内的平均数。对于非稳态噪声，用积分声级计或噪声剂量计测量日等效A声级，或用一般声级计按相应规定读数与计算。

非生产场所噪声测量    包括工业企业非生产场所的室外与室内的噪声测量、厂界噪声测量。

室外噪声测量    测点沿生产车间与非生产性建筑物外侧选取，距生产车间外侧3～5m，距非生产性建筑物外侧1m。传声器距地面高1.2m，指向影响较大的声源。测量的量及读取测量值的方法，同生产环境噪声的测量。

室内噪声测量    包括办公室、设计室、会议室、医务室、托儿所、仓库等的室内噪声测量。在室内居中位置附近选3个测点，取其噪声的平均值。传声器放置、测量的量及读取测量值的方法均同室外噪声测量。

厂界噪声测量    测点选在法定厂界外1m，高度1.2m以上的噪声敏感处。如厂界有围墙，测点应高于围墙。若厂界与居民住宅相连，厂界噪声无法测量时，测点应选在居室中央，室内限值比相应标准值低10dB(A)。测点绕厂界外lm包络线布置，具体数目及间距视实际情况而定。对于中小型工厂，测点间隔可参考选取50～100m；对于大型工厂可取100～200m。凡对厂外造成较大影响处，如厂内有较强的噪声源或厂外为居民住宅、学校等对噪声敏感建筑，均应作重点监测。测量的时间分为昼、夜两部分，在工业企业正常工作的时间内进行。测量的量为等效A声级；对于稳态噪声测取1min；对于周期性噪声测取l个周期；对于非周期性非平稳噪声测量正常工作时间内的等效A声级。

除上述外，工业企业的区域环境噪声测量各国按照本国城市区域环境噪声测量标准进行。中国制定有《城市区域环境噪声测量方法》。