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第1章低频噪声及相关领城研究进展7此，研究一种适用于低频噪声的评价方法是非常必要的。到目前为止，采用现场调查方法最多的还是针对机场、道路交通等低频噪声源的研究。由于调查方法的限制，早期的调查受到了多种因素的干扰，因此并未取得理想的结果5,8]1978年，Schultz)建立了一个交通噪声主观烦恼数据库，该数据库包含了24个来自多个国家的调查。其后，Fields分别于1991年[o1与1994年[1对数据库进行了补充。同时，Schul-tz还提出利用高烦恼率描述交通噪声主观感受的方法。1990年，Kryter2)对数据统计及样本筛选等方法进行了修改。直至今日，这套方法仍被广泛应用。随着我国高速铁路、风力发电和特高压交直流输电技术产业的快速发展，这3种低频噪声源也逐渐受到重视。1996年，Lambert等[3]对法国的高速铁路噪声主观烦恼进行了现场调查，结果发现，在昼间，等效连续A声级与主观烦恼度的相关性较好；在夜间，超过70dBA的噪声事件数或持续时间长度与主观烦恼度的相关性较好。2004年，Pedersen等[s)对瑞典的风电场噪声主观烦恼进行了现场调查，结果发现等A声级下，风电场噪声的主观烦恼要高于交通噪声。2009年，Pedersen等[6]在荷兰又进行了类似的调查，结果发现风电产业受益者的主观烦恼明显低于其他人。1.2.2低频噪声的生理效应众所周知，高声压级的噪声能够造成听力损失，所以人们最早开始关注的低频噪声生理效应就是听力损失。1973年，Nixon等]的研究证实了低频噪声暴露能够造成人体暂时性听力阈移(TTS),暴露剂量越大，TTS恢复所需的时间越长。1978年，Burdick等)将南美栗鼠暴露在声压级为120dB的低频噪声下三天后，观察到了南美栗鼠的永久性听力阈移(PPT),因此，提出长时间的高声级低频噪声暴露可能会造成人体的PPT。现有的研究表明，高声级低频噪声的短期暴露会造成人体的TTS,但会在短期内恢复，而关于人体长期噪声暴露效应的研究文献较少。现有生理效应实验研究用暴露声源声压级基本上都远远高于实际环境中声源。除了对听觉的影响，低频噪声可通过引起人体振动而影响其他器官。Brown等[68,9，o]利用频域为3~100Hz声压级为107B的低频噪声开展了相关研究，其将一根弹性带连接人体，并在弹性带的另一端上安装加速计，以测量人体振动。同时，他们还在被试的胸骨、胃等部位外面安装了加速计。声源暴露开始后，人体产生了振动，其中胸腔的振动最为明显。这种振动一般人很难察觉到，并且是长期的效应，容易引发人体的一些慢性病。低频噪声可对血压与心率产生影响，这一点已在实验室研究中得到证实[1,2)。同时，1986年，Cohen等]发现，生活在洛杉矶飞机航线下方的儿童血压偏高。1991年，Zhao等)通过对低频噪声职业暴露的调查，发现了长期暴露可引发人体的血管收缩，Nus等[]的调查也得到了类似结论。l993年，Babisch等]发现，长期暴露于较高声压级道路噪声下，会略微提高人的心脏病发病率。人在睡眠过程中对噪声是比较敏感的，所以低频噪声对睡眠的影响也是人们关注的焦点之一，大量证据表明低频噪声可影响人们的睡眠质量，78，)。1989年，Nagai等[8o]通过对高速公路噪声的研究发现，低频噪声可造成窗户等振动，此时其比中高频噪声对睡眼的影响更大。值得一提的是，睡眠对人体非常重要，低频噪声影响睡眠质量后，会间接引起其他疾病，比如神经衰弱、偏头疼、内分泌失调等。8低频噪声1.3低频噪声控制技术根据声学系统的三个组成环节，噪声控制技术一般分为对声源的控制、对传播环节的控制，以及对接收器的控制。而根据技术实施方法，噪声控制技术又可分为吸声技术、隔声技术、消声技术、隔振技术及阻尼减振等。在此，介绍几种近年来正在发展的针对低频噪声污染的若干控制技术。如针对变压器的有源降噪技术。变压器噪声主要来自于铁心的磁致伸缩导致的振动，主要频率为100Hz的基频和200Hz、300Hz及400Hz等谐频。1998年，Teoh等[81]提出一套基于声波叠加原理的主动降噪方法，即将两个频率相同、波幅相等、相位差为180°的信号相互叠加，令其产生干涉现象以达到降噪目的，该方法首先通过传感器对变压器噪声信号进行采样，将声信号转化为电信号，接着采用数字电路或模拟电路处理电信号[]，以得到与噪声相位相反的电信号，再通过功率放大器与电子声源产生这一信号。这一方法为针对频率较为集中的稳定低频噪声源的控制提供了思路，具有很好的应用前景。利用有源降噪技术开发的主动式降噪耳机83，)。传统的被动式降噪耳机只是单纯依靠隔声材料将外部噪声与耳朵隔绝开来，其对高频噪声比较有效，但低频噪声降噪效果并不理想。主动式降噪耳机，利用设在耳机上的传声器拾取环境噪声信号，经过分析后产生相位相反的噪声信号，利用声波干涉原理达到降噪的目的，此类耳机对低频噪声的降噪效果也比较好。在实际环境中，低频噪声经常被其他噪声所掩蔽，不易为人们所察觉。1992年，Landstr6m等[85]研究发现，在存在音调的通风噪声中加入声调所在频段的粉红噪声对主观感受的改变有积极作用。2005年，Yang等[6]也发现，声环境的舒适度很大程度上受声源类型所影响，声压级较高但愉快的声音可能使声环境更舒适。2006年，Genell等[8]对卡车内噪声的研究也发现，高低频成分的适当平衡会使卡车内的低频噪声听起来更舒服。因此，Zwicker等[8]提出，当人们受低频噪声影响，并且该声源无法减小时，可通过提高背景噪声增加其对低频噪声的掩蔽效果，以减小人的不悦感，但增加的背景声必须考虑其频域与声压级，否则可能会产生更大的不适感[8町。在欧洲，地铁在运行过程中，列车车厢内会同步播放专门设计的音量随列车车速增加而增加的背景音乐，用于提高车厢内乘客的声舒适度。Blazier28]在采用Room Criterion MarkⅡ(RC MarkⅡ)方法评价供热、通风和空调系统(Heating,Ventilating,and Air-Conditioning system,HVAC)引起的室内噪声时，从频谱平衡的角度进一步提出了质量评价指数(QualityAssessment Index,QAI)的概念，认为QAI小于5dB的声环境是比较合适的，该方法之后被应用于室内声品质的改造。从这一点上不难认识，我们投入大量资金去降低噪声有时会显得得不偿失，因为在一定环境中，噪声级不是越低越好，这时可适当调整策略，在不降低噪声级甚至噪声级有所增加情况下，合理的调控噪声的时域和频域特性，降低噪声的主观烦恼度或改善声的舒适度，不失为一种更好的选择。事实上，这一研究领域正成为环境噪声领域的一个热点。第1章低频噪声及相关领域研究进展91.4低频噪声评价与管理1.4.1低频噪声评价方法(1)基于A声级的评价方法目前，A声级是应用最为广泛的噪声评价量。但是，A计权网络对低频段噪声的衰减较多，因此并不适用于低频声的评价[13,3s,o。Persson等3.1研究结果表明对于频带较宽的低频噪声，当无计权声压级达到65dB时，A计权声压级应获得3dB的补偿值，当无计权声压级达到70dB时，A计权声压级应获得6dB的补偿值。Kjellberg等]于l984年也得出相似的结论。1997年，Kjellberg等22又发现，当Le一LA大于15dB时，A计权声压级需获得6dB的补偿值，才可较好地反映受声者的主观烦恼（再次研究验证可以达到70.7%的预测正确率)。鉴于A计权曲线对声音的低-20频部分衰减较大，Inukai等[9)提出了LF-40曲线与LF2曲线，分别用于评价低声压级LF2的低频噪声和高声压级的低频噪声。LF-60LF2高声级低频噪音LFLF低声级低频噪音曲线与LF2曲线相对于A计权曲线减少-80AA计权了对低频成分的衰减，如图1-6所示。-100(2)基于NR曲线的评价方法5102040651252505001962年，Kosten和Vanos!9参考等响曲线与语音干扰程度提出了NR曲线，图1-6LF曲线与LF2曲线用以评价室内噪声（见图1-7）。1971年，NR曲线正式被国际标准化组织(ISO)接受并推广使用。I978年，Challis等)指出NR曲线不适合于评价高声压级的低频噪声，并将NR曲线的频率下限从31.5Hz拓展至16Hz,建立了NRM曲线。Broner等1]以带宽为10Hz的低频噪声为声源进行了主观烦恼度实验，发现当中心频率位于35Hz至45Hz之间时，噪声的主观烦恼度会出现一个峰值，由此说明该频带的声音比其他频带的声音更烦恼，Kraem-er9]也得到了相似的结论。之后，Broner等根据研究结果对NR曲线进行了修正，并针对低频噪声提出了LFNR曲线[6]。(3)基于NC曲线的评价方法1957年，Beranek9)以等响曲线和语言干扰程度为基础，提出了NC曲线（见图1-8）。其具体求法是对噪声进行倍频程分析后，再在NC曲线上画出频谱图，该噪声的NC值就等于各个倍频带声压级中，接触到最高NC曲线的数值。由于低频噪声声压级一般随频率增加衰减较为显著，NC曲线对频率集中的低频声评价具有缺陷。为此，Beranek98]于1971年提出了噪声评价PNC曲线。1989年，Beranek2)又提出了NCB曲线（见图1-9）。该曲线将NC曲线和PNC曲线的低频端从31.5Hz向下延伸到16Hz。这是因为在低频噪声（如空调系统噪声)中，低于31.5Hz倍频带的成分是不可忽视的。10低频噪声120105100100950858080757070606050504540353025202010531.5631252505001000200040008000图1-7NR曲线80100Balanced Noise Crirerion CurvesNCB Curves8060NC-650NC-6050NC-55604030NC-355NC-302020NC-25Threshold ofNC-200031252505001000200040008000315631252505001000200040008000倍频带中心频率/Hz倍频带中心频率/Hz图1-8NC曲线图1-9NCB曲线(4)基于RC曲线的评价方法Blazier9]研究了200余例室内噪声测量数据后提出RC曲线，该曲线已被美国采暖、通风与空调工程师学会(ASHRAE)推荐为室内声环境设计依据。以RC曲线为基础，Blazier8,1o]又提出了RC MarkⅡ曲线（见图1-10），并从频谱平衡的角度提出了质量评价指数(QAI)的概念。