
聽聲知悅,聽的是什么聲才能悅耳呢?有哪些評價量能夠用來評價聲音呢?讓我們隨著這一部聲學演義的卷章慢慢道來。
A、C、Z計權聲級
標準等響曲線刻畫了我們聽覺系統隨頻率和強度變化的非線性特征,為了更好地反應噪聲測量結果與人耳聽覺反映的一致性,人們在40phon等響曲線的基礎上提出了A計權修正曲線,并將由此確定的聲級定義為A計權聲級(用dB(A)表示),A計權聲級被廣泛應用于噪聲的量度和評價中。雖然歷史上還曾經出現過B計權和D計權,但在IEC61672:2013中只定義了現在常用的三種計權A、C、Z計權。C計權以100phon的等響曲線為基礎,反應的是在較高聲級時人耳對低頻噪聲敏感性的提升。Z計權是Zero計權的簡寫,實際上是平直的不經過任何計權的意思。
圖1 等響曲線及A計權曲線
圖2 A、C和Z計權的修正量曲線
表1 A計權的1/3倍頻程修正值數值表
A計權修正值可以通過以下的公式進行計算:
或者:
雖然A計權聲級至今仍被廣泛使用,但A計權聲級的局限性也是顯而易見的。其實,我們從等響曲線的變化中也可以看出,A計權曲線是根據1933年Fletcher和Munson獲得的等響曲線制定的,與現行的等響曲線有較大的差異。另一方面,眾多研究表明A計權聲級在評價低頻噪聲成分時與人的主觀感覺出現了較大偏差。
從A計權和C計權的計權曲線的對比中可以看出,當噪聲低頻成分比較豐富時,則C計權聲級LC的值要大于A計權聲級LA的值;而當噪聲的頻譜成分以中高頻為主時,C計權聲級LC的值與A計權聲級LA的值就很接近。因此,C計權聲級LC和A計權聲級LA之差(即LC-LA)也往往被用來判斷噪聲的頻譜特征。國際上有很大一部分學者將兩者差值LC-LA>15dB作為將噪聲定義為低頻噪聲的判斷準則,并認為在LC-LA>15dB時用A計權聲級評價噪聲是不合適的。由此世界各國的學者提出了各種修正的評價參量,但沒有一個參量能獲得象A計權聲級這樣的廣泛認可。因此,采用A計權聲級有種“聊勝于無”的感覺。
既然沒有一個更好的評價量出現,而低頻噪聲的評價又是那么重要,于是一些國家的噪聲法規中提出了對低頻噪聲的頻譜限值要求,作為對A計權聲級的補充。我國的GB 22337-2008等標準中也對低頻噪聲提出了特別限定要求。
圖3 歐洲一些國家提出的低頻噪聲限值
NR和NC曲線
對室內噪聲更加細致的控制參量一般采用NR或NC曲線,在歐美對產品的噪聲要求以及室內噪聲設計要求中被廣泛使用。NR曲線的英文全稱叫Noise Rating Curve(噪聲評價曲線),是ISO根據Kosten和van OS[1]的研究結果提出的噪聲評價曲線。
NR曲線評價的一種方法就是將所測得的噪聲頻譜與NR曲線的標準頻譜對比,取與其相切的最大曲線值,并向上圓整到整數值,即為所測得噪聲頻譜的NR數。例如,測得如下表2的噪聲倍頻程頻譜值,將這些頻譜值畫在NR曲線圖中(如圖5),由此可以確定該噪聲與NR曲線最大相切點是2kHz處,對應圓整后的整數曲線值為58dB,所以我們說該噪聲滿足NR58的要求。
表2 某噪聲的倍頻程頻譜
圖5 圖線法進行NR曲線評價
由于NR曲線是由歐洲人提出的,因此NR曲線在歐洲國家被廣泛使用。而在美國卻主要采用Beranek提出的NC曲線[2-4]。NC曲線的英文全稱叫Noise Criterion Curve(噪聲評價數曲線)。對比NR和NC曲線可以發現, NR曲線的低頻到31.5Hz,而NC曲線低頻端僅到63Hz。著名聲學家Bies和Hansen[5]是這樣評述NC曲線的:“NC曲線是因應人居空間內的噪聲可接受程度評價而提出的。由于缺乏在31.5Hz處的定義,他并未能考慮低頻的轟轟聲 (rumble noise);而他在2000Hz以及高頻處過于寬松,又使得在評價空調噪聲時,他與主觀反應的相關性不是太好?!?/span>
圖6 NC評價曲線
NC曲線的評價方法與NR曲線是類似的。將表2中的數值去除31.5Hz的值后畫在NC曲線圖中,采用同樣的方法可以確定該噪聲符合NC57的要求。
圖7 圖線法進行NC曲線評價
為了彌補NC曲線在31.5Hz定義的缺失,Beranek在1989年又提出了平衡NC曲線,稱為NCB曲線 (Balanced NC Curve)[6]。在NCB曲線中,Beranek不僅把31.5Hz加了進去,而且索性進一步擴展到16Hz。但這似乎有點用力過猛的感覺,雖然Bies和Hansen在他們的經典之作中用了“NCB曲線大大超越了NC曲線”這樣的語句來贊美NCB曲線,但Beranek自己卻在書中[7]寫下這樣的語句:“NCB除了納入了ANSI標準中外,并未得到廣泛使用……, NCB曲線和NC曲線除了頻率范圍以外其實差異不大”。當然,作為進一步的彌補, Beranek也提出了與NR曲線頻段一致的PNC曲線 (Preferred NC Curve),這個名字來自于標準中定義的聲學測量和評價的優選頻率 (Preferred Frequency)。
但至今,被廣泛使用的噪聲評價曲線仍然是NR和NC曲線,其它一些曲線也只能是匆匆過客。