在震動(dòng)和噪音檢測中，對于人體接觸的震動(dòng)和人耳聽見的聲音，往往須要通過考慮人體對震動(dòng)和噪音的主觀感悟，來評(píng)價(jià)震動(dòng)和噪音的大小。
通常情況下，對于相同幅值并且不同頻度的震動(dòng)或噪音聲音的利用與噪聲的控制，人體覺得的硬度是不同的。諸如，人體各部位對震動(dòng)的敏感頻度包括：身體水平1~2Hz，身體垂直4~8Hz，手指6~8Hz，眼珠60~90Hz，顱骨100~200Hz，胸腹系統(tǒng)3~6Hz，頭胸肩系統(tǒng)20~30Hz。而對于聲音則在2000~的范圍較為敏感。
在震動(dòng)評(píng)價(jià)中，主要包括人體的計(jì)權(quán)剖析以及四肢系統(tǒng)的計(jì)權(quán)剖析。在應(yīng)用這種計(jì)權(quán)時(shí)，因?yàn)槭褂玫膰H或國外標(biāo)準(zhǔn)不同，往往會(huì)造成剖析結(jié)果的差別，本文將做簡單的比較和討論。
在噪音評(píng)價(jià)中，傳統(tǒng)使用的計(jì)權(quán)聲壓級(jí)主要考慮人耳對聲音的生理體會(huì)程度，而近年逐步盛行的聲品質(zhì)剖析評(píng)價(jià)中，除了更確切地反映生理體會(huì)，還更多考慮了人的心理體味。
人體震動(dòng)計(jì)權(quán)
1.身體計(jì)權(quán)
震動(dòng)檢測中對人體的計(jì)權(quán)主要為了研究、評(píng)價(jià)和比較震動(dòng)環(huán)境對人體的影響。人體震動(dòng)座標(biāo)系以腎臟為直角座標(biāo)原點(diǎn)，以背-胸軸為X軸，右側(cè)-一側(cè)軸為Y軸，腳-頭軸為Z軸。
按照:1997標(biāo)準(zhǔn)，對人體在X、Y和Z方向的頻度計(jì)權(quán)可適宜人體的坐、立和臥三種體位，共有7種計(jì)權(quán)形式，其中同時(shí)適宜三種體位的人體水平（包括X和Y方向）和垂直（即Z方向）計(jì)權(quán)最為常用，這兩種計(jì)權(quán)曲線如圖1所示。
圖1人體震動(dòng)計(jì)權(quán)系數(shù)
在對人體震動(dòng)進(jìn)行計(jì)權(quán)剖析時(shí)，往往使用1/3外頻程譜的方式。其頻度軸按1/3外頻程進(jìn)行界定，幅值以震動(dòng)加速度有效值的量級(jí)（簡稱振級(jí)）表示，如下式所示。
式中，a0為參考加速度，等于10-6m/s2。
研究人體震動(dòng)計(jì)權(quán)的頻度范圍通常在0.25~160Hz。從計(jì)權(quán)曲線上可以看出人體在X和Y方向的敏感頻度為1~2Hz，在Z方向的敏感頻度為4~8Hz。
2.手傳計(jì)權(quán)
在評(píng)價(jià)通過手或手臂傳遞到手指系統(tǒng)的機(jī)械震動(dòng)時(shí)，手傳計(jì)權(quán)可反映人體四肢系統(tǒng)對不同頻度震動(dòng)的覺得度，適宜人手握住或伸掌按壓處于震動(dòng)狀態(tài)的機(jī)械結(jié)構(gòu)。-1:2001中對此有詳盡描述和定義，手傳計(jì)權(quán)曲線如圖1所示。
對手傳震動(dòng)的計(jì)權(quán)剖析也經(jīng)常使用1/3外頻程譜的方式，幅值以加速度有效值的振級(jí)表示，同上式。研究手傳震動(dòng)的頻度范圍通常在4~，從計(jì)權(quán)曲線上可見胸口系統(tǒng)的敏感頻度大概為8~16Hz。
3.計(jì)權(quán)標(biāo)準(zhǔn)的比較
在實(shí)際使用中因?yàn)槭褂貌煌臉?biāo)準(zhǔn)，可能促使人體震動(dòng)計(jì)權(quán)的結(jié)果存在一定的差異。在:1985中除了定義了人體震動(dòng)計(jì)權(quán)特點(diǎn)，還給出了易于記憶的近似計(jì)權(quán)系數(shù)，GB/:1992中則使用該近似計(jì)權(quán)系數(shù)。而在:1997和:2005中不再提供該近似系數(shù)，但是其確切系數(shù)也與先前的版本稍有不同，但是提供了含帶限混頻器的系數(shù)。因而選擇不同標(biāo)準(zhǔn)時(shí)則會(huì)得到不同的結(jié)果。對于手傳計(jì)權(quán)的系數(shù)也存在完全相同的情況。
表1中列舉了最新ISO標(biāo)準(zhǔn)與GB標(biāo)準(zhǔn)中使用系數(shù)的不同，后者為含帶限的確切系數(shù)，前者為易于記憶的近似系數(shù)。圖2~4為不同系數(shù)的曲線比較。
從中可以看出在個(gè)別頻帶中的計(jì)權(quán)系數(shù)可能會(huì)相差3dB以上。據(jù)悉在手傳計(jì)權(quán)系數(shù)中，最新的ISO標(biāo)準(zhǔn)高考慮帶限混頻器，因此在6.3Hz以下的頻帶是衰減的，這點(diǎn)與先前的標(biāo)準(zhǔn)有較大區(qū)別。
表1震動(dòng)計(jì)權(quán)系數(shù)的比較(5~50Hz)
圖2身體X/Y震動(dòng)計(jì)權(quán)系數(shù)的比較
圖3身體Z震動(dòng)計(jì)權(quán)系數(shù)的比較
圖4手傳震動(dòng)計(jì)權(quán)系數(shù)的比較
4.震動(dòng)曝露評(píng)價(jià)
震動(dòng)曝露主要用于評(píng)價(jià)人體長時(shí)間持續(xù)曝露于一定的震動(dòng)環(huán)境，尤其是震動(dòng)環(huán)境處于變化狀態(tài)。一般可使用等效連續(xù)均方根值A(chǔ)eq和等效連續(xù)振級(jí)Leq來表示。
式中，ae(t)為某時(shí)間t的加速度均方根值，m/s2。
聲音計(jì)權(quán)剖析
因?yàn)槿硕纳順?gòu)造等特征，人對聲音的主觀覺得與客觀測量的響度之間有極其復(fù)雜的關(guān)系。可使用音調(diào)指標(biāo)來描述人對聲音強(qiáng)弱的主觀體會(huì)，而等音調(diào)曲線如圖5所示，可見音調(diào)除了與頻度有關(guān)，并且與信噪比大小有關(guān)。實(shí)際應(yīng)用中往往使用簡化的計(jì)權(quán)聲壓級(jí)，僅僅對頻度進(jìn)行計(jì)權(quán)估算，來近似人耳的真實(shí)感悟。
1.計(jì)權(quán)聲壓級(jí)
目前成為國際標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)權(quán)網(wǎng)路有A、B、C、D幾種。其中A、B和C計(jì)權(quán)曲線分別為、和三條等響曲線的反曲線，符合這三種音調(diào)下聲音的主觀體會(huì)。實(shí)際使用中A計(jì)權(quán)最為常用，幾乎成為一切檢測的基礎(chǔ)，而B和C計(jì)權(quán)則不太符合普通聲學(xué)環(huán)境下的人體體會(huì)而較少使用。
噪度和覺得噪音級(jí)是專門用于評(píng)價(jià)客機(jī)的主觀量，反映噪音造成的干擾程度。D計(jì)權(quán)為40noy等噪線的反曲線，是符合的用于客機(jī)噪音檢測的計(jì)權(quán)形式。
據(jù)悉還有SI計(jì)權(quán)（語言干擾級(jí)，Level）表示噪音對語言通信的干擾程度，使用500到的外頻程聲壓級(jí)平均值來估算，語言干擾級(jí)可拿來反映滿意可懂度（可懂度不高于95%）的正常攀談的最大距離。
圖5純音等響曲線
2.聲曝露評(píng)價(jià)
聲曝露主要用于評(píng)價(jià)人體長時(shí)間持續(xù)曝露于變化的噪音環(huán)境。當(dāng)噪音為非穩(wěn)態(tài)噪音時(shí)，某個(gè)瞬時(shí)測得的聲壓無法代表整個(gè)觀測期間的聲壓，這時(shí)可用等效連續(xù)A聲壓LAeq來表示，相當(dāng)于將一定期間內(nèi)起伏不定的噪音等效成能量相等的一個(gè)連續(xù)穩(wěn)定噪音。
式中，p0為基準(zhǔn)信噪比，等于20uPa。
而A計(jì)權(quán)聲曝露級(jí)LEA則將時(shí)間間隔T內(nèi)的總聲能量表示為1s的等效量，如下式，可以拿來比較不同噪音風(fēng)波。
式中，T0為基準(zhǔn)持續(xù)時(shí)間，等于1s。
據(jù)悉，對于環(huán)境噪音的評(píng)價(jià)還經(jīng)常包括累計(jì)百分聲壓LN、交通噪音指數(shù)TN1和噪音污染級(jí)Lnp等，均可以反映一段較長時(shí)間內(nèi)的總體噪音水平。
其中聲音的利用與噪聲的控制，累計(jì)百分聲壓LN是指在規(guī)定觀測時(shí)間T內(nèi)，有N%的時(shí)間的聲壓超過某一LA值，這個(gè)LA值就是累計(jì)百分聲壓LN，單位分貝。評(píng)價(jià)城市區(qū)域環(huán)境噪音常用L10、L50和L90，有些國家也使用L5和L95。
交通噪音指數(shù)TN1定義如下，其中L10和L90是在24小時(shí)戶外測得的A聲壓的基礎(chǔ)上統(tǒng)計(jì)得到的。
噪音污染級(jí)LNP定義如下，其中σ為觀測時(shí)間公測量值的標(biāo)準(zhǔn)誤差。
圖6為一段時(shí)間公測量某高噪音廠房環(huán)境中的噪音變化曲線，以及上述各類熱阻指標(biāo)。
圖6某高噪音廠房內(nèi)的環(huán)境噪音評(píng)價(jià)
聲品質(zhì)剖析
計(jì)權(quán)聲壓級(jí)僅僅在一定硬度的噪音水平上可以反映人的體會(huì)，對于其他大小的聲音則具有較大的偏差。因而現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，越來越多地使用聲品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行噪音評(píng)價(jià)和改進(jìn)。
因?yàn)槿硕鷮β曇纛l度具有掩蔽效應(yīng)，某純音頻度附近的某個(gè)頻帶范圍內(nèi)的聲音會(huì)對該純音形成掩蔽效應(yīng)，即該純音被其他聲音所吞沒。依照此特性，在聲品質(zhì)剖析中則將人耳觸覺范圍界定為24個(gè)臨界頻帶(Band)，符號(hào)為z，單位為Bark。
而在聲壓剖析中，經(jīng)常將人耳觸覺頻度范圍按1/3外頻程方法進(jìn)行界定，在280Hz以上二者對于頻帶的界定比較接近，而高于280Hz的頻度范圍，每位臨界頻帶相當(dāng)于若干個(gè)1/3外頻程頻帶的組合。可見，在較高頻率范圍內(nèi)，1/3外頻程頻帶較為接近于人耳的掩蔽效應(yīng)，而低頻范圍內(nèi)則界定過細(xì)，超出了實(shí)際人耳對頻度的敏感能力。
音調(diào)是最基本的聲品質(zhì)參數(shù)，是觸覺判定聲音強(qiáng)弱的屬性，依據(jù)它可以把聲音排成由輕到響的順序，它主要依賴于造成觸覺的信噪比，同時(shí)也與聲音的頻度和波形有關(guān)，音調(diào)的符號(hào)為N，單位為宋(sone)。聲壓級(jí)定義為，依照聽力正常者判定為等響的純音的聲壓級(jí)，符號(hào)為Ln，單位為方(phon)，音調(diào)級(jí)與音調(diào)之間可以直接換算。由和提出的音調(diào)估算模型早已成為國際標(biāo)準(zhǔn)，而且目前其他的聲品質(zhì)參數(shù)仍未被標(biāo)準(zhǔn)化。圖7為水壺?zé)兴^程的聲音音調(diào)譜陣剖析。
圖7水壺?zé)兴^程的音調(diào)譜陣
當(dāng)聲音的音調(diào)不大時(shí)，人的主觀體會(huì)愈發(fā)傾向于心理覺得。因而對于產(chǎn)品的聲品質(zhì)評(píng)價(jià)還包括尖銳度、波動(dòng)度、粗糙度等指標(biāo)。
綜合多種熱阻反映人對噪音的主觀體會(huì)是聲品質(zhì)剖析的重要目標(biāo)，主要使用苦惱度（PA、，又稱厭惡度、騷擾度等）指標(biāo)，再者還有愉悅度等。這類綜合熱阻未能完善確切統(tǒng)一的模型，目前國外外的大批學(xué)者針對苦惱度進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)和建模研究，而且多集中在針對某一特定噪音環(huán)境下的苦惱度建模。
在DASP軟件中，目前關(guān)于苦惱度的剖析使用如下公式。
其中，N5為以sone為單位的累積比率音調(diào)，wS為反映尖銳度的系數(shù)，wFR為反映波動(dòng)度和粗糙度的系數(shù)。
結(jié)束語
與人直接接觸的震動(dòng)噪音問題，往往須要對人的主觀評(píng)價(jià)參數(shù)進(jìn)行估算。人體震動(dòng)問題相對簡單，主要反映生理體會(huì)，但是有相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，只不過在估算時(shí)須要注意使用不同標(biāo)準(zhǔn)可能造成結(jié)果有一定誤差。而聲音問題則復(fù)雜得多，除了與生理覺得有關(guān)，還須要考慮心理體會(huì)，而聲水景的概念更是關(guān)注聲音風(fēng)波的社會(huì)性和人文性。目前像計(jì)權(quán)聲壓級(jí)、響度等估算模型早已被標(biāo)準(zhǔn)化，并且能反映多種體會(huì)的綜合熱阻還須要進(jìn)一步的研究和推進(jìn)，目前距離實(shí)際應(yīng)用還須要大量的工作。