声音的标尺：计权网络，NR和NC那点事

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　　听声知悦，听的是什么声才能悦耳呢?有哪些评价量能够用来评价声音呢?让我们随着这一部声学演义的卷章慢慢道来。

　　A、C、Z计权声级

　　标准等响曲线刻画了我们听觉系统随频率和强度变化的非线性特征，为了更好地反应噪声测量结果与人耳听觉反映的一致性，人们在40phon等响曲线的基础上提出了A计权修正曲线，并将由此确定的声级定义为A计权声级(用dB(A)表示)，A计权声级被广泛应用于噪声的量度和评价中。虽然历史上还曾经出现过B计权和D计权，但在IEC61672:2013中只定义了现在常用的三种计权A、C、Z计权。C计权以100phon的等响曲线为基础，反应的是在较高声级时人耳对低频噪声敏感性的提升。Z计权是Zero计权的简写，实际上是平直的不经过任何计权的意思。

　　图1 等响曲线及A计权曲线

　　图2 A、C和Z计权的修正量曲线

　　表1 A计权的1/3倍频程修正值数值表

　　A计权修正值可以通过以下的公式进行计算：

　　或者

　　虽然A计权声级至今仍被广泛使用，但A计权声级的局限性也是显而易见的。其实，我们从等响曲线的变化中也可以看出，A计权曲线是根据1933年Fletcher和Munson获得的等响曲线制定的，与现行的等响曲线有较大的差异。另一方面，众多研究表明A计权声级在评价低频噪声成分时与人的主观感觉出现了较大偏差。

　　从A计权和C计权的计权曲线的对比中可以看出，当噪声低频成分比较丰富时，则C计权声级LC的值要大于A计权声级LA的值;而当噪声的频谱成分以中高频为主时，C计权声级LC的值与A计权声级LA的值就很接近。因此，C计权声级LC和A计权声级LA之差(即LC-LA)也往往被用来判断噪声的频谱特征。国际上有很大一部分学者将两者差值LC-LA>15dB作为将噪声定义为低频噪声的判断准则，并认为在LC-LA>15dB时用A计权声级评价噪声是不合适的。由此世界各国的学者提出了各种修正的评价参量，但没有一个参量能获得象A计权声级这样的广泛认可。因此，采用A计权声级有种“聊胜于无”的感觉。

　　既然没有一个更好的评价量出现，而低频噪声的评价又是那么重要，于是一些国家的噪声法规中提出了对低频噪声的频谱限值要求，作为对A计权声级的补充。我国的GB 22337-2008等标准中也对低频噪声提出了特别限定要求。

　　图3 欧洲一些国家提出的低频噪声限值

　　NR和NC曲线

　　对室内噪声更加细致的控制参量一般采用NR或NC曲线，在欧美对产品的噪声要求以及室内噪声设计要求中被广泛使用。NR曲线的英文全称叫Noise Rating Curve(噪声评价曲线)，是ISO根据Kosten和van OS[1]的研究结果提出的噪声评价曲线。

　　图4 NR评价曲线

　　NR曲线评价的一种方法就是将所测得的噪声频谱与NR曲线的标准频谱对比，取与其相切的最大曲线值，并向上圆整到整数值，即为所测得噪声频谱的NR数。例如，测得如下表2的噪声倍频程频谱值，将这些频谱值画在NR曲线图中(如图5)，由此可以确定该噪声与NR曲线最大相切点是2kHz处，对应圆整后的整数曲线值为58dB，所以我们说该噪声满足NR58的要求。

　　表2 某噪声的倍频程频谱

　　图5 图线法进行NR曲线评价

　　由于NR曲线是由欧洲人提出的，因此NR曲线在欧洲国家被广泛使用。而在美国却主要采用Beranek提出的NC曲线[2-4]。NC曲线的英文全称叫Noise Criterion Curve(噪声评价数曲线)。对比NR和NC曲线可以发现， NR曲线的低频到31.5Hz，而NC曲线低频端仅到63Hz。著名声学家Bies和Hansen[5]是这样评述NC曲线的：“NC曲线是因应人居空间内的噪声可接受程度评价而提出的。由于缺乏在31.5Hz处的定义，他并未能考虑低频的轰轰声 (rumble noise);而他在2000Hz以及高频处过于宽松，又使得在评价空调噪声时，他与主观反应的相关性不是太好。”

　　图6 NC评价曲线

　　NC曲线的评价方法与NR曲线是类似的。将表2中的数值去除31.5Hz的值后画在NC曲线图中，采用同样的方法可以确定该噪声符合NC57的要求。

　　图7 图线法进行NC曲线评价

　　为了弥补NC曲线在31.5Hz定义的缺失，Beranek在1989年又提出了平衡NC曲线，称为NCB曲线 (Balanced NC Curve)[6]。在NCB曲线中，Beranek不仅把31.5Hz加了进去，而且索性进一步扩展到16Hz。但这似乎有点用力过猛的感觉，虽然Bies和Hansen在他们的经典之作中用了“NCB曲线大大超越了NC曲线”这样的语句来赞美NCB曲线，但Beranek自己却在书中[7]写下这样的语句：“NCB除了纳入了ANSI标准中外，并未得到广泛使用……, NCB曲线和NC曲线除了频率范围以外其实差异不大”。当然，作为进一步的弥补， Beranek也提出了与NR曲线频段一致的PNC曲线 (Preferred NC Curve)，这个名字来自于标准中定义的声学测量和评价的优选频率 (Preferred Frequency)。

　　但至今，被广泛使用的噪声评价曲线仍然是NR和NC曲线，其它一些曲线也只能是匆匆过客。

　　参考文献：
　　[1] Kosten and van Os. Community reaction criteria for external noises. National Physical Laboratory Symposium, 12, 1962
　　[2] L. L. Beranek et al. Ventilation System Noise. J. Acoust. Soc. Amer. 25, 313–321 (1953)
　　[3] L. L. Beranek. Criteria for Office Quieting. J. Acoust. Soc. Amer. 28, 833–852 (1956)
　　[4] L. L. Beranek. Revised Criteria for Noise in Buildings. Noise Control 3, 19–27 (Jan. 1957)
　　[5] Bies & Hansen. Engineering Noise Control –Theory and practice. pp171-172, 4th eds.
　　[6] L. L. Beranek. Balanced noise-criterion (NCB) curves. J. Acoust. Soc. Amer. 86, 650–664 (1989)
　　[7] L. L. Beranek. Noise and Vibration Control Engineering-Principles and Applications. pp895, 2005.

　　来源：朗德科技微信公众号(ID：landtop-tech)