噪聲的主觀評價

噪聲的主觀評價 - 概述噪聲對人的心理和生理的影響是非常複雜的，是多方面的（如煩惱、語言干擾、行為妨害等），甚至有時噪聲的客觀量不能正確反映人對噪聲的主觀感覺，而且因人而異。因而人們需要一些統計上能正確反映主觀感覺的評價量，並把這些主觀評價量同噪聲的客觀物理量建立起聯繫，這是噪聲主觀評價的任務。在噪聲主觀評價的研究發展史上，曾提出過許多評價量，但近年來人們趨向用聲級來評價噪聲，原因是聲級較好地反映了噪聲對語言的干擾和引起的煩擾，用聲級來估計噪聲性聽力損失也很合適，而且聲級容易測量。但由於A計權所依據的等響曲線經過多次修正後發生了很大的變化，A計權的地位也正逐漸下降。

要將噪聲的主觀評價建立在科學的基礎上，首先就要測量人耳對各種頻率聲音響度的感覺特性。人們早就知道，不同人對低頻聲或高頻聲的敏感性差別很大，但對這一特性進行定量測定還是在20世紀30年代開始的。H.弗萊徹和W.A.芒森在1933年用各種頻率的純音對許多受試人進行了測量，繪出了一組反映人耳主觀感覺的等響曲線。1956年D.W.魯賓森和R.S.達德森測得的等響曲線為國際標準化組織（ISO）所接受 (ISO/R226-1961)。此外,還有人用窄帶噪聲和倍頻帶噪聲測出等響曲線，並得到純音與頻帶噪聲的關係。

根據噪聲頻譜進行響度的計算，S.S.斯蒂文斯曾在1956年提出了噪聲響度計算法，後來E.茨維克提出了用1/3 倍頻帶譜曲線求面積計算響度的方法。這兩種方法都為國際標準化組織所接受(ISO/R532-1966)。

不論用何種方法求響度，都須要進行繁瑣的計算。為了能用儀器直接讀出反映人的主觀響度感覺的評價量，R.W.楊等人提出了用電子網絡模擬在不同聲強下的人耳頻率特性，以便用儀器（聲級計）直接測量噪聲主觀評價量，測得結果稱為計權聲級或簡稱聲級。通用的有A、B、C聲級（見噪聲測量儀器）。在測量噪聲時，人們逐漸發現用計權網絡測出的聲級更接近人耳對噪聲總的評價。聲級現已被國際標準化組織和絕大多數國家採用，作為噪聲主觀評價的主要指標。

但由於A計權所依據的等響曲線經過多次修正後發生了很大的變化，A計權的地位也正逐漸下降。

隨着噴氣式飛機的出現，環境噪聲問題日益突出。為了正確評價飛機噪聲和交通噪聲，提出了不少評價方法。其中最重要的是K.D.克里特的用感覺噪聲級(LPN)評價機場附近噪聲的方法。這一方法已為國際標準化組織所採用(ISO/R507-1970)。以後發展起來的許多評價方法,大致可以分為兩大類。一類是以聲級為基礎的，如等效聲級、晝夜等效聲級、統計聲級、噪聲污染級、評價噪聲級等；另一類則是以感覺噪聲級為基礎的，如有效感覺噪聲級、有效連續感覺噪聲級，以及D聲級等。

此外，關於評價噪聲對語言可懂度的影響有L.L.白瑞納克於1947年提出的語言干擾級；關於評價各類房間室內背景噪聲的，則有白瑞納克於1957年和1971年分別提出的噪聲標準曲線和優先標準曲線。國際標準化組織通過了綜合評價噪聲造成的聽力損失、語言干擾和煩惱三種效應的噪聲評價數，後者證明在一般情況下噪聲評價數可摺合為分貝數。

噪聲的主觀評價方法很多，下面介紹其中常用的幾種。這些評價方法既是獨立的，又是相互聯繫的。

某一聲音的響度級是在人的主觀響度感覺上與該聲音相同的800赫窄帶聲（或純音）的聲壓級,以方為單位。如67分貝100赫的聲音，由於人的主觀響度感覺同800赫的60分貝相同，故其響度級為60方。

利用與基準聲音比較的方法，可以得到整個可聽聲範圍的純音的響度級。該曲線為國際標準化組織所採用，所以又稱ISO等響曲線。

響度是對一給定聲音的數量表示，它與正常聽力者對該聲音的主觀響度感覺成正比。以40方為1宋,響度級每增加10方，響度即增加1倍。如50方為2宋,60方為4宋等。其計算式為：

N=2或LN=40+10 log2N　 (1)

式中N為響度；LN為響度級。

設置計權網絡的原意是:對55分貝以下的聲級用A計權（相應於40方等響曲線）計量；對55～85分貝的聲級用B計權（相應於70方等響曲線）計量;對85分貝以上的聲級用C計權(相應於100方等響曲線)計量。但後來不少學者開始探討使用聲級作為噪聲評價的主要指標。如1967年J.H.博茨福德研究了 580個工廠噪聲的測量資料，提出了聲級可以代替倍頻帶聲壓級評價噪聲的結論,並發現用聲級來計量噪聲和噪聲的語言干擾級及煩惱度有較大的相應性。與此同時，有人分析研究了噪聲暴露和聽力損失的關係,發現用聲級來估計噪聲引起的聽力損失與噪聲評價曲線(NR)同樣可靠。這樣,聲級已為國際標準化組織和絕大多數國家用作對噪聲進行主觀評價的主要指標。而設置計權網絡的原意，卻很少應用。對穩定不變的噪聲，用聲級來評價是非常方便的。但當噪聲隨時間變動時，用一個聲級值就不能概括其特性了。這樣就引出了等效聲級。

某一段時間內的聲級按能量的平均值稱為等效連續聲級,簡稱等效聲級或平均聲級。用公式表示為：式中Leq為等效聲級，單位為分貝；T為總時間；L為瞬時聲級。計算等效聲級,是把聲級劃分為幾個區間加以處理：

(2)

式中Pj為第j個聲級區間內持續的時間在總時間間隔中所佔的比例；Lj為第j個區間的中心聲級值（分貝）。

如果噪聲是穩態的,等效聲級就是該噪聲的聲級。

等效聲級是衡量人的噪聲暴露量的一個重要物理量。國際標準化組織已採用等效聲級的評價方法，許多國家的環境噪聲標準也以等效聲級為評價指標。

美國環境保護局推薦晝夜等效聲級 (Ldn)用於環境噪聲評價。它考慮噪聲在夜間對人的影響特別嚴重，對夜間噪聲進行增加10分貝的加權處理。其計算式為：

(3)

式中

Ld是白天（7:00～22:00）的等效聲級；Ln為夜間(22:00～7:00) 的等效聲級。晝夜等效聲級自使用以來，獲得了較大的成功。1978年美國T.J.舒爾茨總結了各國11項噪聲調查結果，發現高煩惱人數的百分率同晝夜等效聲級有很好的相關性。會話干擾、睡眼乾擾以及廣播電視收聽干擾等效應與晝夜聲級之間也有依賴關係。

噪聲污染級是綜合能量平均值和變動特性（用標準偏差表示）兩者的影響而給出的對噪聲（主要是交通噪聲）的評價數值，以分貝為單位。其計算式如下：

LNP=Leq+2.56σ　(4)

式中LNP為噪聲污染級；Leq為等效聲級;σ為標準偏差。在正態分佈條件下

LNP=L50+d+d2/60　(5)

d=L10－L90分貝，L10是隻有10%的時間超過的聲級,其他類推。

交通噪聲指數的定義為：

TNI=L90+4(L10－L90)－30　 　(6)

式中TNI為交通噪聲指數。對於正態分佈的交通噪聲，等效聲級可用下式簡化計算：

Leq≈L50+0.115σ2或Leq≈L50+d2/60式中d=L10－L90。

某一噪聲的感覺噪聲級是在“吵鬧”上與該聲音相同的中心頻率為800赫的窄帶噪聲的聲壓級。它是基於“煩惱”而不是基於“響度”的主觀分析。同樣響度的聲音使人感到煩惱的程度並不完全一致，人們對於頻帶寬度較窄的、斷斷續續的、強度大的和突發的噪聲,特別感到煩躁不安。 計算感覺噪聲級的步驟如下:首先查出頻帶聲壓級的對應噪度，再計算總噪度。對於倍頻帶

(7)

對於1/3倍頻帶

(8)

式中Nt為總噪度,單位為吶；Ni為第i個頻帶聲壓級相應的噪度；Nm為Ni中的最大值。然後按照總噪度計算感覺噪聲級：

LPN=33.3lgNt+40　 　(9)

單位為 PNdB。相應於40PNdB的等噪度曲線時，所測得的D聲級讀數上加7分貝，即約為感覺噪聲級。

在感覺噪聲級的基礎上，考慮持續時間和純音修正，建立有效感覺噪聲級(EPNL)，其定義為

EPNL=PNLT最大+D式中PNLT最大為考慮噪聲頻譜中的分立成分而得到的最大感覺噪聲級；D為噪聲作用持續時間的修正值：

PNLT最大=PNL+F式中F為考慮噪聲中純音成分的修正值。

在有效感覺噪聲級EPNL的基礎上，考慮白天、晚上、夜間的不同效應等因素，對飛機噪聲應用有效連續感覺噪聲級(WECPNL)，其定義為 WECPNL=EPNL+10lg(N1+3N2+10N3)-39.4式中N1為白天(7:00～19:00)的次數;N2為晚上(19:00～22:00)的次數;N3為夜間(22:00～7:00)的次數。大多數飛機的有效感覺噪聲級可用下式近似求得：

EPNL=L+13而有效感覺噪聲級為： WECPNL=L+10lg(N1+3N2+10N3)-27對於一定時間內（如一天）反覆多次的飛機噪聲，可用噪聲和數量指數NNI評價。式中岧PN為重複的LPN的平均值；N為飛機在一定時間內反覆出現的次數。此外，還有眾多的飛機和機場噪聲評價量。如：式中N為飛機起飛或降落次數。

國際標準化組織於1961年公佈了一組噪聲評價曲線（NR線）。它的噪聲級範圍是0～130分貝，頻率範圍是31.5～8000赫九個倍頻帶。倍頻帶聲壓級與噪聲評價數N的關係如下式：

Lp=α+bN　(10)

式中α、b為常數，其數據見表1。 　在與各頻帶聲壓級相應的N數中最大者,即為該噪聲的噪聲評價數。

噪聲主觀評價的主要方法如表2