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1、引言

最新版的IEC家電噪聲測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)IEC 60704.1（第四版），ISO 3745以及GB 6882-2016，對(duì)噪聲測(cè)試環(huán)境背景噪聲的要求有很大的變化。將關(guān)系到眾多測(cè)試機(jī)構(gòu)此前測(cè)試報(bào)告的有效性和消聲室以及測(cè)試儀器設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)符合性的重新判斷?；谶@一背景，本文針對(duì)背景噪聲的含義、來源以及測(cè)試、標(biāo)準(zhǔn)的比較諸方面進(jìn)行了分析。

1.1 背景噪聲的產(chǎn)生與定義

我們非常關(guān)注噪聲測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性，即測(cè)量值與實(shí)際值的偏差。偏差來源于很多方面，家電噪聲由于其數(shù)值較小，因此其中最主要的偏差來源于背景噪聲。在國(guó)際與國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)中，將除了被測(cè)聲源之外所有其他聲源貢獻(xiàn)的噪聲，稱為背景噪聲。背景噪聲主要包含兩部分，一部分是環(huán)境中其他聲源產(chǎn)生的噪聲，比如消聲室的環(huán)境本底噪聲，如圖1為某消聲室的環(huán)境本底噪聲測(cè)量結(jié)果，其中橫坐標(biāo)為各個(gè)頻段的中心頻率，縱坐標(biāo)為各頻段的本底噪聲大??；另一部分是測(cè)量?jī)x器帶來的電噪聲，這是人們往往忽略的一部分。比如對(duì)于傳感器來說，其本身的電噪聲基本上決定了量程的下限，表1展示了BK公司不同傳感器與前置放大器的組合的量程。

從背景噪聲的組成可知，在實(shí)際操作中其不可能被完全消除。因此在測(cè)試中，除了要測(cè)量被測(cè)聲源，還要測(cè)量背景噪聲，并判斷背景噪聲對(duì)測(cè)試到底會(huì)產(chǎn)生多大影響，來確定被測(cè)聲源的結(jié)果是否有效，是否需要修正。

1.2 背景噪聲對(duì)測(cè)試的影響

由于背景噪聲對(duì)不同種類的測(cè)試影響不一樣，因此對(duì)其要求也不一樣。比如在進(jìn)行某一特定頻段的噪聲測(cè)試時(shí)，對(duì)于該頻段上的背景噪聲有可能會(huì)對(duì)測(cè)試結(jié)果造成明顯影響。而對(duì)不在該頻段的背景噪聲，則完全不會(huì)影響測(cè)試。對(duì)于這類測(cè)試，只需關(guān)注被測(cè)頻段之內(nèi)的噪聲，不需要對(duì)被測(cè)頻段以外的背景噪聲做任何要求。然而在有些實(shí)驗(yàn)中，不論背景噪音是否處在被測(cè)聲音的頻段中，都會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響。例如在聲音的主觀評(píng)價(jià)中，由于人耳在聽音中，即使背景噪聲頻段和被測(cè)聲源不同，依然可以被人耳分辨出來。所以對(duì)背景噪聲的要求不能一概而論，要根據(jù)測(cè)試方法和測(cè)試目的來討論。

1.3 測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

在家電的噪聲測(cè)試中，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC 60704.1（第三版，第四版將要發(fā)布）、ISO 3745《聲壓法測(cè)定噪聲源聲功率級(jí)和聲能量級(jí) 消聲室和半消聲精密法》（與國(guó)標(biāo)GB6882等效），其對(duì)象為包括家用電器在內(nèi)的機(jī)器或者設(shè)備，因此是使用比較廣泛且具有代表性的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，很多具有針對(duì)性的標(biāo)準(zhǔn)也是參考此標(biāo)準(zhǔn)制定的。本文就針對(duì)此標(biāo)準(zhǔn)，探究其對(duì)背景噪聲的要求。

2、聲音的疊加原理

判斷背景噪聲的影響和修正需要使用聲音的疊加原理。在研究噪聲時(shí)，由于噪聲是一種隨機(jī)信號(hào)，瞬時(shí)信號(hào)在研究噪聲時(shí)沒有很大意義。一般使用時(shí)間平均聲壓或者聲壓級(jí)來描述噪聲的大小。當(dāng)一個(gè)噪聲與另一個(gè)噪聲疊加時(shí)，應(yīng)當(dāng)使用能量疊加的方法。即若聲源1發(fā)出的噪聲的平均聲壓為p1，聲源2發(fā)出的噪聲的平均聲壓為p2，則二者合成的噪聲的平均聲壓p為：

在聲音的測(cè)試中，測(cè)到的聲音即為被測(cè)聲源發(fā)出的聲音與同頻率范圍內(nèi)背景噪聲的疊加?？梢酝ㄟ^計(jì)算，得到被測(cè)聲源的噪聲與疊加了背景噪聲之后的總噪聲之間的差值，或者可以稱為修正值，設(shè)偏差值為lp',測(cè)量值為lp，則被測(cè)聲源的真實(shí)噪聲為lp-lp'。另外如果將被測(cè)噪聲聲壓級(jí)的測(cè)量與背景噪聲聲壓級(jí)的差值記為Δlp,可以通過計(jì)算得到lp'與的Δlp關(guān)系，其公式如下：

根據(jù)式（2）制作曲線如圖2所示。修正值越少，可以說背景噪聲對(duì)測(cè)試造成的偏差越小，結(jié)果越準(zhǔn)確?？梢酝ㄟ^該曲線判斷背景噪聲對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響程度。

3、標(biāo)準(zhǔn)解讀

3.1 第一版標(biāo)準(zhǔn)

第一版的ISO 3745發(fā)布于1977年，隨后在1986年我國(guó)在該標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上發(fā)布了第一版的GB 6882。在ISO3745:1977[2]和GB 6882-86[5]中，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了在被測(cè)聲源工作前后測(cè)量結(jié)果差值至少要大于等于6dB，另外如果差值在6dB與15dB之間，則需要按照給出的表格上的值對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行修正。將表格與圖2對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)表格中的修正值與圖中給出修正值完全一致，可見該表格是取圖中的整數(shù)值，簡(jiǎn)化為一個(gè)表格。國(guó)標(biāo)與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)在背景噪聲這一部分完全一樣。這是第一次引入相對(duì)值判據(jù)。需要注意的是，相對(duì)值判據(jù)的關(guān)鍵在于找到差值，而不是背景噪聲的絕對(duì)值，因?yàn)橄嗤笮〉谋尘霸肼晫?duì)不同大小的被測(cè)聲源，影響是不一樣的。

3.2 第二版標(biāo)準(zhǔn)

第二版的IOS 3745發(fā)布于2003年，我國(guó)也在2008年修訂了GB 6882。IOS 3745:2003[3]和GB/T 6882-2008[6]，將上一版相對(duì)值判據(jù)進(jìn)一步細(xì)化，引入修正值的計(jì)算公式，該公式與上文中通過理論推導(dǎo)出的式完全一致，該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)三種不同的測(cè)量情況提出了不同的處理方法。

一般來說，所有測(cè)點(diǎn)的所有被測(cè)頻帶上被測(cè)聲源的測(cè)量值與背景噪聲的差值應(yīng)≥10dB，如果大部分被測(cè)頻帶都不滿足該標(biāo)準(zhǔn)，則該測(cè)量值不能作為測(cè)試結(jié)果。如果頻帶上被測(cè)聲源的測(cè)量值與背景聲源的測(cè)量值在10～20dB之間，則需要根據(jù)給出公式對(duì)每個(gè)頻帶進(jìn)行修正。

如果測(cè)量目的是被測(cè)聲源的聲壓級(jí)，那么在某一測(cè)點(diǎn)上，即使少數(shù)幾個(gè)被測(cè)頻段的測(cè)量值與背景噪聲的差值小于10dB，該結(jié)果在修正后依然可以作為正式測(cè)試結(jié)果使用。修正方法是差值大于等于10dB的頻段按照給出公式進(jìn)行修正，小于10dB的頻段則取修正值為0.5dB。最后在測(cè)試報(bào)告中需要對(duì)該結(jié)果進(jìn)行說明，標(biāo)明該結(jié)果只體現(xiàn)了被測(cè)聲源的聲壓級(jí)上限值。

如果測(cè)量目的是A計(jì)權(quán)的聲功率級(jí)，而且此時(shí)有一些被測(cè)頻段上測(cè)量值與背景噪聲的差值小于10dB。那么需要分別進(jìn)行兩種計(jì)算得到聲功率級(jí)，第一種是計(jì)算所有被測(cè)頻段上的聲功率級(jí)，第二種是將所有差值小于10dB的頻段去掉，再計(jì)算剩余頻段上的聲功率級(jí)。最后將兩種計(jì)算得到的結(jié)果進(jìn)行比較，如果差值在0.5dB以內(nèi)，則將第一種計(jì)算的結(jié)果作為測(cè)量結(jié)果，并且認(rèn)為其完全符合標(biāo)準(zhǔn)要求。如果差值大于等于0.5dB，可以將第一種計(jì)算結(jié)果作為測(cè)量結(jié)果，但是標(biāo)準(zhǔn)上要注明該結(jié)果只體現(xiàn)了被測(cè)聲源聲功率級(jí)的上限值。

在第二版標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)于處于判據(jù)邊界上的情況增加了比較詳細(xì)的規(guī)定，但同時(shí)將測(cè)量值與背景噪聲的差值判斷值從6dB提高到了10dB。

3.3 第三版標(biāo)準(zhǔn)

第三版的ISO 3745和GB/T 6882分別發(fā)布于2012年和2016年。在ISO 3745:2012[4]和GB/T 6882-2016[7]中，不只是對(duì)背景噪聲的相對(duì)值判據(jù)進(jìn)行了調(diào)整，還首次引入了絕對(duì)值判據(jù)。

3.3.1 相對(duì)值判據(jù)

第三版的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)相對(duì)值判據(jù)進(jìn)行了如下調(diào)整：

（1）更改了判斷值，在中心頻率在250Hz到5000Hz的三分之一倍頻程頻段內(nèi)，判斷值為10dB，在其他頻段判斷值為6dB。

（2）更改了在邊界上的處理方法，在測(cè)量頻段聲壓級(jí)時(shí)，同樣是在有頻段滿足上述判據(jù)，有頻段不滿足時(shí)，將低于以A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)最高的頻段15 dB以上的所有頻段從被測(cè)頻段中剔除出去。

（3）在測(cè)量A計(jì)權(quán)聲功率級(jí)時(shí)，除應(yīng)用新的判斷值之外，其他處理方法沒有變化。

（4）需要注意的是，除了第一種一般的判斷，其他的判斷都需要在將背景噪聲修正之后進(jìn)行。而第三版標(biāo)準(zhǔn)的背景噪聲修正方法主要是針對(duì)判斷值的改變做了修改。另外對(duì)于測(cè)得噪聲與背景噪聲差值，不需要做修正的最小差值修改為15dB。

第三版國(guó)標(biāo)在相對(duì)值判據(jù)部分與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)完全相同?？梢钥吹皆谙鄬?duì)值判據(jù)方面，新版標(biāo)準(zhǔn)主要是在判斷值上進(jìn)行了修改。針對(duì)不同的三分之一倍頻程頻段，設(shè)定了不同判斷值。對(duì)不同頻率段進(jìn)行了進(jìn)一步的細(xì)化。

3.3.2 絕對(duì)值判據(jù)

在第三版標(biāo)準(zhǔn)中，除了前兩版中一直沿用的相對(duì)值判據(jù)外，最大的變化就是新加入了絕對(duì)值判據(jù)。首先需要注意的是，與相對(duì)值判據(jù)不同，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了絕對(duì)值判據(jù)只可以在測(cè)試聲功率級(jí)的時(shí)候使用。

在該判據(jù)中，首先標(biāo)準(zhǔn)給出了一個(gè)表格，該表格表示了在不同三分之一倍頻程頻率段內(nèi)無記權(quán)聲壓級(jí)的判斷值，根據(jù)該表格做成如圖3。圖4為在A記權(quán)下這一系列判斷值的大小。然后針對(duì)兩種情況以這一系列判斷值做判斷：

（1）在被測(cè)頻段內(nèi)，即使大部分頻段內(nèi)的背景噪聲無法滿足相對(duì)值判據(jù)10dB和6dB的要求，如果背景噪聲小于表格中給出的一系列判斷值，依然可以認(rèn)為背景噪聲符合標(biāo)準(zhǔn)要求，并且可以將被測(cè)聲源的被測(cè)值作為報(bào)告中的結(jié)果。但是在報(bào)告中需要特別標(biāo)注該結(jié)果只體現(xiàn)了該聲源聲壓級(jí)或者聲能量級(jí)的上限。

（2）如果即使在標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的最近距離來測(cè)試聲源的聲壓級(jí)，在一部分頻段上，測(cè)到的聲壓級(jí)沒有超過表格中的對(duì)應(yīng)判斷值，則可以以這一部分頻段作為基礎(chǔ)，以其鄰接的一系列頻段作為被測(cè)頻段，要求該系列頻段中，頻率最高和最低的頻段在之前測(cè)試中得到的聲壓級(jí)大于表格中的對(duì)應(yīng)判斷值?？梢詫⒃摫粶y(cè)頻段的聲功率級(jí)或者聲能量級(jí)作為測(cè)試結(jié)果寫入報(bào)告，但是需要說明情況并且標(biāo)明被測(cè)范圍。

對(duì)于絕對(duì)值判據(jù)，國(guó)標(biāo)與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)要求完全一致?？梢钥吹浇^對(duì)值判據(jù)主要是說明在測(cè)量聲功率時(shí)，背景噪聲甚至被測(cè)聲源的聲壓級(jí)小于等于聲壓級(jí)時(shí)，可以將這種情況看作符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

絕對(duì)值的提出主要有兩個(gè)現(xiàn)實(shí)意義:

首先，對(duì)于被測(cè)聲源，如果在最近的距離測(cè)量到的聲壓級(jí)還是沒有達(dá)到絕對(duì)值，那么滿足相對(duì)值判據(jù)的難度較大。圖3為根據(jù)絕對(duì)值判據(jù)的判斷值制作的圖表。圖4為A記權(quán)下判斷值的大小。從圖4可以看到從50Hz頻率段一直到12500Hz頻率段，絕對(duì)值判據(jù)規(guī)定的A記權(quán)聲壓級(jí)都在15dB以下，如果被測(cè)聲源對(duì)應(yīng)頻段的聲壓級(jí)在此范圍內(nèi)，那么滿足相對(duì)值判據(jù)的背景噪聲則非常低，在現(xiàn)實(shí)中比較難以達(dá)到。

其次，如果背景噪聲小于或者等于標(biāo)準(zhǔn)中給出的判斷值，那么即使不滿足相對(duì)值判據(jù)，測(cè)到的被測(cè)聲源的聲壓級(jí)上限依然是比較小的值，對(duì)于使用者不會(huì)造成明顯的困擾。如果以不同范圍將倍頻程譜進(jìn)行疊加，可以得到圖5、圖6。在兩圖中，疊加的初始頻段都為中心頻率為50Hz的頻段，兩圖的縱坐標(biāo)為疊加的結(jié)束頻段。從兩圖中可以看到不同頻段的判斷值疊加的總值，其中圖5為線性記權(quán)，圖6為A記權(quán)。從圖6中可以看到即使將一直疊加到中心頻率為12500Hz的頻段，A記權(quán)總聲壓級(jí)依然在22.5分貝左右。如果被測(cè)聲源滿足不了相對(duì)值判據(jù)，那么被測(cè)聲源的聲壓級(jí)上限則在30分貝左右，不會(huì)對(duì)人造成較大困擾。噪聲功率測(cè)試的初衷是檢測(cè)被測(cè)聲源發(fā)出的噪聲對(duì)人造成困擾的程度。隨著人們生活品質(zhì)的提高，對(duì)噪聲的要求也越來越高，但是要求的提高不是無止境的。對(duì)于產(chǎn)品的要求也是一樣，盡管每個(gè)人對(duì)于噪聲的主觀感受不同，但客觀上，如果產(chǎn)品發(fā)出的噪聲對(duì)人耳不會(huì)造成明顯困擾，那么應(yīng)當(dāng)說該產(chǎn)品符合使用標(biāo)準(zhǔn)。

4、兩種判據(jù)的選擇方式

國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)與國(guó)標(biāo)中都有一條注釋，說明絕對(duì)值判據(jù)已經(jīng)超過了聽閥值，即絕對(duì)值判據(jù)中給出的聲音大小是可以被人耳聽到的，因此該判據(jù)不適用于所有情況。這就引出一個(gè)問題，到底何時(shí)使用相對(duì)值判據(jù)，何時(shí)使用絕對(duì)值判據(jù)。關(guān)于這個(gè)問題，可以通過如下幾點(diǎn)判斷：

（1）只有在測(cè)量聲功率級(jí)或者聲能量級(jí)時(shí)，才可以使用絕對(duì)值判據(jù)，其他測(cè)量情況下只能使用相對(duì)值判據(jù)。這是標(biāo)準(zhǔn)中明確提出的。

（2）相比國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)標(biāo)另外增加了一條注釋，為我們提供了另外一個(gè)使用條件，即：相對(duì)值判據(jù)為優(yōu)先判據(jù)，在背景噪聲不滿足相對(duì)值判據(jù)時(shí)才可以使用絕對(duì)值判據(jù)[6]。對(duì)于這個(gè)注釋，雖然國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中沒有明確提及，但是事實(shí)上隱含了相同的意思。如前文所述，國(guó)際中說明了當(dāng)背景噪聲小于等于絕對(duì)值判據(jù)中，可以忽略6dB和10dB的要求，其含義就是在這種情況下可以忽略相對(duì)值判據(jù)而使用絕對(duì)值判據(jù)。在第二點(diǎn)中，要求被測(cè)聲源的最近距離上的聲壓級(jí)小于等于絕對(duì)值判據(jù)，該條件實(shí)際上是包含于前一條件的，因?yàn)槿绻粶y(cè)聲源的聲壓級(jí)小于等于絕對(duì)值判據(jù)，背景噪聲小于等于被測(cè)聲源聲壓級(jí)，那么背景噪聲一定小于等于絕對(duì)值判據(jù)，即符合前一條件。因此國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)標(biāo)在這一條件下是一致的。

（3）要根據(jù)測(cè)試目的和測(cè)試頻段來選擇。首先確定測(cè)試頻段，則關(guān)注點(diǎn)就可以放在測(cè)試頻段內(nèi)，可以忽略其他頻段。其次根據(jù)測(cè)試目的來選擇。如果噪聲測(cè)試的目標(biāo)是比較準(zhǔn)確的測(cè)量出被測(cè)聲源或者被測(cè)樣機(jī)的聲功率，有可能研發(fā)人員要使用該數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，確定設(shè)計(jì)改進(jìn)的效果，那么這時(shí)絕對(duì)值判據(jù)是不可以使用的，因?yàn)榻^對(duì)值判據(jù)只能給出聲功率級(jí)的上限，誤差比較大。反之，如果測(cè)試的目標(biāo)是測(cè)量被測(cè)樣機(jī)或者聲源發(fā)出的聲功率是否超過某一規(guī)定值，那么這種情況下是可以使用的。但是前提是規(guī)定值最好明顯大于判斷值。因?yàn)槿绻?guī)定值接近判斷值，則無法確定準(zhǔn)確的結(jié)果。

5、總結(jié)

對(duì)最新的第三版測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)（ISO 3745:2012和GB/T 6882-2016）給出兩種不同的背景噪聲評(píng)判依據(jù)，理解如下：

（1）任何機(jī)器都會(huì)發(fā)出一定的噪聲，當(dāng)噪聲低于一定的程度時(shí)，對(duì)人體的騷擾及環(huán)境污染的影響可以忽略。從此點(diǎn)出發(fā)，此時(shí)聲壓級(jí)測(cè)試變得無意義。這是絕對(duì)判據(jù)制定的主要依據(jù)。

（2）當(dāng)機(jī)器噪聲尤其是家電噪聲低于某一聲壓級(jí)時(shí)，對(duì)接收者主觀感覺影響最大的已經(jīng)不是聲壓級(jí)，而是其他噪聲參數(shù)，即所謂的主觀音質(zhì)參數(shù)，如噪度、尖銳度等。此時(shí)一味追求最低聲壓級(jí)的測(cè)試，已經(jīng)意義不大。

（3）當(dāng)然，機(jī)器或者部件發(fā)出的噪聲與其內(nèi)在的質(zhì)量有很大的關(guān)系。此時(shí)，聲壓級(jí)的測(cè)試變得很有意義。此種情形下，噪聲測(cè)試需要用相對(duì)判定法來判定測(cè)試環(huán)境的合格性。以保證低聲級(jí)時(shí)測(cè)試數(shù)據(jù)的可靠性。

（4）相對(duì)值判據(jù)在經(jīng)過三個(gè)版本標(biāo)準(zhǔn)的不斷修改細(xì)化后，對(duì)于被測(cè)聲源和背景噪聲都比較小的情況還是無法覆蓋。因此在第三版標(biāo)準(zhǔn)中引入了絕對(duì)值判據(jù)，實(shí)際上還是對(duì)相對(duì)值判據(jù)覆蓋不到的地方進(jìn)行了補(bǔ)充，使得標(biāo)準(zhǔn)適用面更廣。

對(duì)于相對(duì)值判據(jù)和絕對(duì)值判據(jù)，測(cè)試人員在使用前要首先確定測(cè)試條件以及明確本次測(cè)試的目的，然后才能確定應(yīng)當(dāng)使用哪種判據(jù)，并且要注意在操作中遵守標(biāo)準(zhǔn)的相應(yīng)要求。

本文作者

珠海格力電器股份有限公司 陳容健

上海交通大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院 楊振宇

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來源：《家電科技》2020年第五期