二、聲音的傳播特性前面討論了聲波在無限空間里自由傳播的規(guī)律，然而聲波在傳播路徑上常會遇到各種各樣的“障礙物”。例如，聲波從一種媒質(zhì)（ρ1c1，特性阻抗，與介質(zhì)的特性有關(guān)）進(jìn)入另一種媒質(zhì)（ρ2c2）時(shí)，后者對前一種媒質(zhì)所傳的聲波來講就是一種障礙物。本部分就討論聲波在兩種媒質(zhì)的平面分界面上的一些現(xiàn)象。（1）聲音的反射、折射Ⅰρ1c1Ⅱρ2c2piprpt0θiθrθt反射原理應(yīng)用：吸聲降噪Lawofreflection:theangleofincidenceisequaltotheangleofreflectionsinθisinθtsinθr==c1c1c2（2）.聲波的散射與衍射

散射：如果障礙物表面的起伏程度與波長相當(dāng)，或者障礙物的大小與波長差不多，入射聲波就會向各個(gè)方向散射。

衍射：聲波在傳播過程中，遇到障礙物（或孔、洞）時(shí)，當(dāng)聲波波長比障礙物或孔、洞的尺寸大得多時(shí)，能過繞過障礙物或孔、洞的邊緣前進(jìn)，并引起聲波傳播方向的改變。這一現(xiàn)象成為聲波的衍射。應(yīng)用：隔聲，減弱高頻噪聲的影響。1.衍射現(xiàn)象與聲波的波長和障礙物大小有關(guān)。

2.當(dāng)聲波波長比障礙物或孔、洞的尺寸小得多時(shí)，衍射不明顯，則在障礙物或孔、洞后會形成一個(gè)明顯的“影區(qū)”——障礙物（或孔、洞）后面聲波到達(dá)的較少。（3）.聲波的干涉若兩波頻率相同，振動(dòng)方向相同，位相相同或位相差固定，那么這兩列波迭加時(shí)在空間某些點(diǎn)上的振動(dòng)加強(qiáng)，而在另一些點(diǎn)上振動(dòng)則減弱或抵消，這種現(xiàn)象即波的干涉現(xiàn)象。三.聲場自由聲場：聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，在各個(gè)方向上都沒有反射，介質(zhì)中任何一點(diǎn)接受的聲音都只是來自聲源的直達(dá)聲，這種可以忽略邊界影響，由各向同性均勻介質(zhì)形成的聲場成為自由聲場。聲學(xué)研究中，通過設(shè)計(jì)制造一種自由聲場的環(huán)境——消聲室，來測量聲源的大小，特別是用于檢驗(yàn)各種機(jī)器產(chǎn)品的噪聲指標(biāo)。

擴(kuò)散聲場：聲波接近全反射狀態(tài)的聲場聲學(xué)研究中可以專門建造具有擴(kuò)散聲場性質(zhì)的房間——混響室，來用于各種吸聲材料吸聲系數(shù)和聲源的大小測量等。半自由聲場：介于自由聲場和混響聲場之間的一種聲場類型是實(shí)際工程中最經(jīng)常的情況。四、聲壓、聲強(qiáng)、聲功率1、聲壓（P）

聲壓：指介質(zhì)中的壓強(qiáng)相對于無聲波時(shí)的壓強(qiáng)的改變值，單位為：牛頓/米2或帕斯卡（Pa）（瞬時(shí)）聲壓p=(P-P0)P：有聲波時(shí)，大氣壓強(qiáng)P0:沒有聲波存在時(shí)，大氣處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)的壓強(qiáng)。（靜壓）（1大氣壓＝105pa）描述聲壓可采用其瞬時(shí)值、平均值、均方根值、最大值等，一般采用均方根值，也稱為有效聲壓。

有效聲壓（Pe）：在一定時(shí)間間隔中將瞬時(shí)聲壓對時(shí)間求均方根值。一般電子儀器測得聲壓就是Pe，因此，習(xí)慣上所指的聲壓往往就是指有效聲壓，一般未加特殊說明，就是Pe。一般地，聲壓越大，表示耳朵中鼓膜受到的壓力越大，是用力的關(guān)系來說明聲音的強(qiáng)弱。聽閾聲壓和痛閾聲壓：

聽閾聲壓：正常人耳能聽到的最低聲壓。1000赫純音的聲壓，其值為2×10-5Pa，就是聽閾聲壓。

痛閾聲壓：正常人的痛閾聲壓為20Pa。一般說話的聲壓約為0.02～0.03帕，可見聲壓與大氣壓相比是很小的，就好像海面上的小波浪與大海深度相比一樣。2、聲強(qiáng)（I）聲強(qiáng)：在垂直于聲波傳播的指定面上，單位時(shí)間內(nèi)通過單位面積的聲能,單位為W/m2。很顯然，聲強(qiáng)越大，表示聲音越大。正常人耳對1000赫純音的可聽聲強(qiáng)是10-12瓦/米2，這就是基準(zhǔn)聲強(qiáng)。該量可衡量聲音的強(qiáng)弱，越大，聽到的聲音越響。與離開聲源的距離有關(guān)，離聲源越遠(yuǎn)則聲強(qiáng)越小。聲強(qiáng)與聲壓的關(guān)系：

I＝P2/ρc

ρ—空氣密度，kg/m3；c—聲速，m/sρc—空氣的特性阻抗，瑞利，Pa·m/s（聲壓P易測，I不易測量）

聲壓只有大小，沒有方向；聲強(qiáng)是矢量，方向就是聲傳播的方向。3、聲功率（W）聲功率：是聲源在單位時(shí)間內(nèi)輻射的聲能量，單位為瓦。在噪聲監(jiān)測中，聲功率是指聲源總聲功率。它是一個(gè)恒量，與聲源的遠(yuǎn)近沒有關(guān)系。聲功率與聲強(qiáng)的關(guān)系為：

S—單位時(shí)間內(nèi)通過垂直于聲傳播方向的面積。人大聲說話的聲功率為50微瓦，上百萬人在天安門共喊口號的全部聲能才相當(dāng)于50瓦電燈泡，可見對噪聲從能量上實(shí)行綜合利用其價(jià)值不大。五、分貝、聲壓級、聲強(qiáng)級和聲功率級在聲學(xué)環(huán)境中我們會遇到聲強(qiáng)從弱到強(qiáng)范圍很寬的各種聲音，例如：通常講話的聲功率約有10-5瓦，而強(qiáng)力火箭的噪聲的聲功率高達(dá)109瓦，兩者相差1014數(shù)量級，聲壓也有107數(shù)量級變化。在聲學(xué)中普遍采用對數(shù)標(biāo)度來度量聲壓、聲強(qiáng)、聲功率，分別稱為聲壓級、聲強(qiáng)級和聲功率級，單位用分貝（dB）表示。1、聲強(qiáng)級LI＝10lg(I/I0)LI——聲強(qiáng)級（dB）；I——聲強(qiáng)（W/m2）;

I0——基準(zhǔn)聲強(qiáng)，空氣中，I0＝10-12

W/m2，是1000Hz聲音的可聽閾聲強(qiáng)，聲阻抗率ρ0c0＝400Pa·m/s2、聲壓級Lp＝10lg(P2/P02)＝20lg(P/P0)Lp——聲功率級（dB）；P——聲壓（Pa）；P0——基準(zhǔn)聲壓，

空氣中，P0為2×10-5Pa，該值是正常人耳對1000Hz聲音剛能聽到的最低聲壓。聲壓級代替聲壓的好處：從聽閾聲壓到痛閾聲壓一百萬倍的變化范圍只有0～120分貝的變化范圍了。3、聲功率級LW＝10lg(W/W0)LW——聲功率級（dB）；W——聲功率（W）；W0－基準(zhǔn)聲功率空氣中，W0為10-12W。聲強(qiáng)級與聲壓級的關(guān)系：六、噪聲的疊加和相減一般由幾個(gè)噪聲源發(fā)出的聲波或同一噪聲源的不同頻率成分的聲波都互不相干，那么，當(dāng)噪聲作用于空間某一點(diǎn)，將產(chǎn)生噪聲的疊加。1、聲強(qiáng)、聲功率、聲壓的合成聲功率和聲強(qiáng)是可以代數(shù)相加的：設(shè)兩個(gè)聲源的聲功率分別為W1和W2，那么總聲功率W總=W1+W2。兩個(gè)聲源在某點(diǎn)的聲強(qiáng)為I1和I2時(shí)，疊加后的總聲強(qiáng)I總=I1+I2。聲壓不能直接相加：空間某點(diǎn)的合成聲壓與各噪聲源在此點(diǎn)的聲壓值究竟存在何種形式的量化關(guān)系？2、噪聲級的疊加公式法：

當(dāng)多個(gè)不同的聲波同時(shí)作用于某一點(diǎn)時(shí)，該點(diǎn)的總聲強(qiáng)是個(gè)聲強(qiáng)之和，即

I＝I1＋I(xiàn)2＋I(xiàn)3＋…＋I(xiàn)n有n個(gè)不同的噪聲源，它們在某測點(diǎn)產(chǎn)生的聲強(qiáng)級分別為L1、L2、…Ln，那么總聲強(qiáng)級為多少呢？查表法：以上方法不好計(jì)算時(shí)，可改用下列方法：

可查分貝和增值表或分貝和增值圖（曲線）

由表查出兩個(gè)聲壓級差△L

＝│L1－L2│對應(yīng)的附加值，將它與較高的那個(gè)聲壓級相加，即得到所求的總聲壓級。當(dāng)有數(shù)個(gè)數(shù)值疊加時(shí)，按照從大到小的順序反復(fù)計(jì)算，如果兩差值超過15dB時(shí)，省略不計(jì)。當(dāng)L1≠L2(設(shè)L1＞L2)時(shí)，求L小結(jié)：1、兩個(gè)聲壓級相等時(shí)，合成L=LP1+10lg2=LP1+3dB，對于n個(gè)，合成LP=LP1＋10lgn2、兩個(gè)聲壓級不等時(shí)，疊加聲壓級最大不超過最大聲壓級的3dB。（LP1＞LP2，LP＜LP1+3）3、兩個(gè)聲壓級不等時(shí)，相差≥15dB以上時(shí)，增值很小，可以忽略不計(jì)，仍等于LP1。例如：LP1=90dB，LP2=75dB，合成LP=90dB4、多聲源疊加時(shí)，逐次兩兩疊加，與次序無關(guān)，但一般首先按聲壓級大小從高到低排序，再依次疊加，更易于計(jì)算。5.實(shí)際運(yùn)算時(shí)采用公式法或分貝和增值圖/表法，何種方法更簡單些，據(jù)實(shí)際情況而定。3、噪聲級的相減在有本底噪聲的環(huán)境里，被測對象噪聲無法測定——如何扣除背景噪聲問題——噪聲相減；

背景噪聲（本底噪聲）：除待測的噪聲外，存在的其它各種聲音。兩種方法：公式法、分貝相減圖/表法公式法設(shè)總噪聲級為L，背景噪聲為L1，被測對象的噪聲級為L2，由公式得:分貝相減圖/表法

分貝相減修正值L-L1（dB）345678910△L2（dB）32.21.71.310.80.60.45把△L2和(L-L1)的關(guān)系繪成曲線進(jìn)行求解。七、頻程（頻帶）對于連續(xù)譜信號，要求出每一頻率成分是不可能也是不必要的，在噪聲監(jiān)測中，通常把將可聽聲的連續(xù)聲譜(20～20000Hz)劃分為若干個(gè)部分（或較小的段落），每一部分用它的中心頻率為代表，將這樣劃分出來的頻率段叫做頻程（頻帶）。一般只要測出各頻帶的噪聲強(qiáng)度就可畫出噪聲頻譜圖。八、倍頻程實(shí)驗(yàn)表明，兩個(gè)不同頻率的聲音作相對比較時(shí)，有決定意義的是兩個(gè)頻率的比值，而不是差值，所以頻程劃分往往不是把整個(gè)頻率范圍等分，而是以每一段高端頻率和低端頻率的比值為一確定的常數(shù)來劃分。f上——上限頻率f下——下限頻率n——倍頻程數(shù)當(dāng)n＝1時(shí)，稱為倍頻程，n＝1/2時(shí)，稱為1/2倍頻程，n＝1/3時(shí)，稱為1/3倍頻程。倍頻程和1/3倍頻程較為常用。各倍頻程的中心頻率是上下限頻率的幾何平均值，即：倍頻程的中心頻率和頻帶劃分：中心頻率（Hz）10002000400080001000頻率范圍（Hz）710～14001400～28002800～56005600～1120011200～22400中心頻率（Hz）31.563125250500頻率范圍（Hz）22.4～4545～9090～180180～355355～710例：測量時(shí)采取包絡(luò)面測量方法，包絡(luò)面面積為S＝60平方米，求聲源的總聲功率級。中心頻率（Hz）631252505001K2K4K8K測量聲壓級（dB）83.288.685.585.081.978.073.072.4解：(1)求總聲壓級LPT＝92.6dB

(2)求總聲功率級

LWT＝LPT＋10lgS

＝92.6＋10lg60＝110.4dB

人耳的頻率響應(yīng)人耳對聲音的感覺不僅和聲強(qiáng)度大小有關(guān)也與頻率有關(guān)。聲級相同而頻率不同的聲音，聽起來會不一樣響：如，90dB高頻噪聲（如水泵噪聲）就比90dB低頻噪聲（如空調(diào)機(jī)噪聲）聽起來要響得多。——人耳對高頻聲敏感而對低頻聲不敏感的特性決定的。人耳對2k～5kHz的聲音最敏感；在低于1kHz時(shí)，人耳的的靈敏度隨頻率降低而降低，而在5kHz以上時(shí)，人耳的靈敏度也逐漸下降?！@也說明，不同頻率的聲音要使其聽起來一樣響，應(yīng)具有不同的聲壓級。

九、響度級和響度1、響度級（LN）考慮到人耳的頻率響應(yīng)特性，依照聲壓級的概念，引入一個(gè)既和聲壓級有關(guān)，又與頻率有關(guān)的物理量（主觀量）——響度級來衡量聲音響度，它的單位是phon（方）。“phon”就是以1kHz純音為基準(zhǔn)聲音，任何聲音如果聽起來和某個(gè)1kHz純音一樣響，那么這個(gè)1kHz純音聲壓級的分貝值就是該聲音的響度級phon值。通過采用響度級概念使人耳對頻率的響應(yīng)與客觀量聲壓級聯(lián)系起來，并定量的描述這種關(guān)系。等響曲線：人耳聽覺范圍內(nèi)一系列響度相等（聽覺上大小相同）的聲壓級與頻率關(guān)系曲線。在聽覺實(shí)驗(yàn)中，如果把某個(gè)頻率的純音與一定聲壓級的1000Hz的純音很快地交替比較，當(dāng)聽者感覺兩者一樣響時(shí)，把該頻率的聲壓級標(biāo)出時(shí)，便可連出一條曲線。這條曲線即為等響曲線。等響曲線是魯濱遜和達(dá)遜提出的，被ISO所推薦采用，所以又稱ISO等響曲線。等響曲線提供的信息：①可看出各個(gè)頻率的聲音在不同的聲壓級時(shí)，人們主觀感覺的聲音強(qiáng)度大小。例如：20dB的1kHz的聲音，響度級為60phon；等響度的4kHz的聲音，其聲壓級是52dB；100Hz等響度的聲壓級為67dB；30Hz等響度的聲壓級是90dB。②不同響度級的等響曲線之間是不平行的，較低響度的等響曲線彎曲得厲害些,較高響度時(shí)得等響曲線變化較小，在低頻聲，人耳對低強(qiáng)度聲感覺雖然很遲鈍；但在一定強(qiáng)度以上，則較小的強(qiáng)度變化將感到有較大的響度差別。

③人耳對不同頻率分布的聲音敏感性不同。對低頻聲較為遲鈍，對于頻率越低的聲音，人耳能聽到相同的聲音大小，它的聲壓級就越高，人耳對2－5KHz聲音敏感——噪聲控制中，首先應(yīng)降低中高頻噪聲。④高聲壓級時(shí)，曲線較為平坦。這說明聲音強(qiáng)度達(dá)到一定程度后，聲壓級相同的各頻率聲音幾乎一樣響，與頻率關(guān)系不大。也即高聲壓級時(shí)，人耳分辨高低頻聲音的能力變差。⑤圖中最下一條曲線是人耳剛能聽到聲音的響度，最上一條曲線為痛覺曲線120方（即1000Hz聲音，聲壓級120dB），高于此響度級人們聽不到聲音，但耳朵發(fā)痛。2、響度(N)

“phon”仍基于客觀量“dB”，只是反映了不同頻率聲音在不同強(qiáng)度下的等響感覺，并不能表示一個(gè)聲音比另一個(gè)聲音響多少的那種主觀感覺——響了幾倍或響度增強(qiáng)的百分比不能以該量表示。響度：定量反映聲音響亮程度（一聲音比另一聲音響了多少）的主觀量。是人耳判別聲音由輕到響的強(qiáng)度等級概念。單位為sone“宋”。

1宋是指聲音頻率為1kHz,聲壓級為40dB,且來自聽者正前方的平面波形的強(qiáng)度。響度與頻率、聲壓級、波形都有關(guān)。如果一個(gè)聲音聽起來比1sone這個(gè)大n倍（聲音的響度增加n倍），則聲音的響度為n宋。如，2sone的聲音是40phon聲音響度的2倍；4sone的聲音是40phon聲音響度的4倍；響度與響度級的關(guān)系對許多人平均(大量的聲學(xué)試驗(yàn))的結(jié)果，大約響度級每改變10phon，響度感覺增加一倍：40phon為1sone；50phon為2sone；60phon為4sone；70phon為8sone…它們的近似關(guān)系可用下列數(shù)學(xué)式表示（僅適用純音和窄帶噪音）：響度級（由于是一相對量）的合成不能直接相加（減），而響度可以相加。兩個(gè)聲音作用于同一點(diǎn)，計(jì)算該點(diǎn)響度級時(shí)，必須把單個(gè)響度級還原為響度，合成后再求響度級。例：兩個(gè)響度級分別為50方和60方的聲音作用于同一點(diǎn)，求該點(diǎn)總響度級。解：LN1=50方，LN2=60方，N1=2宋，N2=4宋N總=N1+N2=6宋L總=40+33.3lg6（lg6=0.778）=40+33.3×0.778=65.907≈66方

寬頻帶的連續(xù)譜噪聲的響度不能直接測量——解決思路，應(yīng)基于測量所得的聲壓級！有許多不同的方法，如ISO推薦了標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算方法（ISO532-1975）：Stevens和Zwicker方法。兩種方法的結(jié)果比較接近，我們介紹Stevens方法。Stevens方法：假定是擴(kuò)散聲場，以實(shí)際測量的倍頻程、1/2倍頻程或1/3倍頻程聲壓級為基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算。Stevens方法步驟：1、測量各頻帶（1/1，1/2,1/3倍頻程）的聲壓級。2、根據(jù)各頻帶中心頻率的聲壓級，利用圖確定各頻帶響度指數(shù)。3、利用下面公式計(jì)算總響度。Nt--總響度；

Nm--為各頻帶中響度指數(shù)最大者；k--與所選用的頻帶有關(guān)，對于倍頻程，k＝0.3；對于1/2倍頻程，k＝0.2；對于1/3倍頻程，k＝0.15。十、計(jì)權(quán)聲級相同聲壓級的聲音，因頻率不同人聽覺感受上響度不同。要用聲學(xué)儀器測得的量來表示人耳受到的響度的大小，是個(gè)非常復(fù)雜的問題。如何實(shí)現(xiàn)？解決思路：考慮到人耳聽某一種具有連續(xù)譜的噪聲，對其中的低頻聲和高頻聲感覺不靈敏，可以說，人耳實(shí)際上是一個(gè)濾波器。這樣，可在測量儀器上附加一個(gè)電路來衰減這種頻率的聲音，使儀器對低頻聲也變得像人耳一樣不靈敏，人耳對中高頻聲較靈敏，則這個(gè)附加電路可對噪聲的中高頻成分適當(dāng)加以提升，使得它對中高頻的聲音也變得像人耳一樣的靈敏，這樣的儀器測得的分貝值就和人耳的主觀響度感覺十分接近了。也即，為了使儀器測得的分貝值與人們主觀上的響度感覺有一定的相關(guān)性，可通過在儀器上安裝一個(gè)特定的附加的電路來實(shí)現(xiàn)，這附加電路是一種叫做“頻率計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)”的特殊濾波器。頻率計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)：為了能用儀器直接反映人耳對噪聲的主觀響度感覺，通過在噪聲測量儀器中安裝由電容器和電阻器等電子元件組裝成的一種特殊的濾波器，通過對噪聲不同頻率成分進(jìn)行一定的衰減和放大（提升），從而使噪聲測量儀器能直接測得和人耳的聽覺相關(guān)的響度變化。根據(jù)人耳的主觀反應(yīng)，對不同頻率給以適當(dāng)增減的方法，常稱為“頻率計(jì)權(quán)”。通過計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)或頻率計(jì)權(quán)測得的聲壓級，已不再是客觀物理量的聲壓級，而叫“計(jì)權(quán)聲壓級”（或“計(jì)權(quán)聲級”），簡稱聲級。單位dB。針對不同的應(yīng)用場合，常見的有四種不同的“頻率計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)”，分別叫A，B，C，D計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)，其中A，B，C計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)分別模擬人耳對40phon，70phon，100phon等響曲線的響應(yīng)。它們測得的聲級分別叫做A（計(jì)權(quán)）聲級，B（計(jì)權(quán)）聲級，C（計(jì)權(quán)）聲級，D（計(jì)權(quán)）聲級，其中D聲級專用于航空噪聲的測量。在噪聲測量儀器中的計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)一般都有A、B、C三種計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)，用何種計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)所測聲級應(yīng)標(biāo)明，無標(biāo)明的情況下則認(rèn)為是