3.4 声音的频率

音乐中有高、低音之分，噪声中有尖锐的电锯噪声，也有低沉闷响的空气压缩机噪声。这又是为什么呢？实践表明，声源振动的快慢决定了其发声音调的高低。振动慢，音调低；振动快，音调高。一般电锯主要噪声的频率在1000Hz以上，听起来尖锐刺耳，818型高压风机主要噪声的频率在500Hz左右，听起来比电锯低沉些，而空气压缩机主要噪声的频率在200Hz左右，它发出的噪声更为低沉。实际上，任何机器运转的噪声都不止一个频率的声音，它们是从低频到高频无数频率成分的声音的组合。有的机器高频的声音多一些，听起来高亢刺耳，如电锯、铆钉枪，它们辐射的主要噪声的频率在1000Hz以上，这种噪声被称为高频噪声。有的机器低频率的声音多一些，如空压机、汽车，它们辐射的噪声低沉，其主要噪声频率多在500Hz以下，被称为低频噪声。而818型、927型高压风机噪声的主要频率成分分布在300～1000Hz范围内，这种噪声被称为中频噪声。有的机器较为均匀地辐射从低频到高频的噪声，如纺织噪声，这种噪声被称为宽频带噪声。

3.4.1 声学计权

人耳不是对所有频率的敏感度都相同，一般来说，人耳能够听到20Hz~20kHz的声音。很小的声音听不到，人耳刚刚能听到的声音叫听阈。很大的声音听起来受不了，叫痛阈。正常人耳对声音的频响特性会随着声音大小的变化而变化，如图3.1所示。通常，人耳在低频段和高频段对声音的感知能力不如中频段，在低声压级更明显，在高声压级时会被压平，如图3.1中各条曲线所示。声压级越小的区间，曲线越陡峭；声压级越大的区段，曲线越平坦。

正是因为人耳对不同的频率敏感度不一样，声压级的大小相同但频率不同的声音，听起来也不一样。所以，需要对真正听到的声压级通过增益因子进行修正。这是因为人体会改变声场的分布，人体和外耳会引起声音的反射、吸声和共振等。

为了使测量结果能够反映人们对噪声的主观感受，对声音信号通常需要进行频率计权和时间计权。常用的频率计权有A、B、C三种计权方式。时间计权通常也是一个重要的参数，对于变化缓慢的信号采用1000ms的时间常数，对于快速变化的信号则采用125ms的时间常数，对于脉冲信号则采用35ms的时间常数。

（1）频率计权

根据上面所述，人耳对不同频率声音的主观感受是不一样的。同样强度的声音，若其频率不同，则人耳的感受也不同。因此在进行声学分析时常常对频谱进行各种计权，常用的有A、B、C三种计权。除了这三种计权之外，还有所谓的“线性”计权或“Zero”计权，这两种计权方式实质上对测量的信号不做任何计权处理。

A计权得到的结果与人耳感觉十分接近，因此应用十分广泛，C计权则比较接近线性不计权的结果，B计权一般较少使用。三种计权曲线如图3.2所示。

（2）时间计权

时间计权通常用声级计测量，并且是时间计权与频率计权配合使用，才能使测量结果在一定程度上反映出人的主观感受特性。所谓的时间计权，实际上是对测量信号进行时间平均。通常时间平均特性包含三种方式，即“快”档（F）、“慢”档（S）和“脉冲”（I）。

对于连续的声音信号，通常用“快”档和“慢”档计权。“快”档计权的时间常数为125ms，“慢”档计权的时间常数为1000ms。对于稳态的连续声音信号，两种计权方式没有明显差异。但平均时间的长短不一样：如果被测声音波动较大，则用“慢”档平均得到的结果更稳定；如果平均时间长，会使峰值与峰谷测量产生误差。因此，为了准确地了解信号的实时变化，宜用“快”档计权。

对于脉冲声音，则宜用脉冲计权，对应的时间常数为35ms。在前文中说过：人耳对瞬时声波压力波动没有响应，但对动态声压的均方根值有响应，且平均响应时间间隔约为35ms。另一方面，人耳对短促脉冲声的响度感觉与对稳态声音的响度感觉不一样，脉冲声宽度越大，其响度感觉与稳态声响度越接近。

3.4.2 倍频程

如前述所说，人耳能听到的声频范围一般在20～20000Hz之间，这个范围内的声音称为可听声。在噪声控制工程中，所讨论的主要是可听声。

对于20~20000Hz的可听声，频率有1000倍的变动范围。为了方便起见，人们将这宽广的频率划分为若干个小段，这就是通常所说的频程或频带。频程有上限频率值、下限频率值和中心频率值，上下限频率之差称为频程带宽。实测发现，两个不同频率的声音做相对比较时，若频率提高1倍，听起来音调提高的程度也是相同的，即音调亦提高1倍。如880Hz声音的音调比440Hz声音的音调提高1倍，同样440Hz比220Hz的音调提高1倍。即对于两个频率的声音来说，有决定意义的是两个频率的比值，而不是其差值。因此频程的划分用其上限频率和下限频率的比值来表示，即

若n=1，则称为1倍频程；若n=1/3，则称为1/3倍频程。每个倍频程以中心频率称呼，中心频率与上、下限频率以及带宽之间的关系分别为

显然，频程的相对宽度都是常数，其绝对宽度则随着中心频率的增加而按一定的比例增加。

在噪声测量与分析中，最常用的是1倍频程和1/3倍频程。表3.1给出了1倍频程的中心频率及其频率范围。