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Noise Level Prediction in Industry (Oil & Gas, Power Generation, Process, etc.)

Most industrial activities create noise that can be harmful to the environment as well as to their workers. To minimize this effect, governments, associations, and companies have created regulations, standards, and codes to set the allowable noise both inside the sites, that can be harmful to the workers, as well as to the environment. In a lot of cases, during the planning phase, the plant owner and project management want to be sure that the noise levels are acceptable. Since the plant is not built yet, what can be done is creating a noise model to simulate the plant, so that the noise levels can be predicted. In this article, we will explore how we can do so.

The first thing we must know is how much noise does the noise sources inside of the plant will emit. The noise source is usually described in two ways which is Sound Power Level (Lw or SWL), and Sound Pressure Level (Lp or SPL) in certain distance, most commonly Lp in 1 m distance. There are multiple ways to get this information for certain noise sources. First, if the equipment type and model have been chosen, the equipment manufacturer will normally report the noise level in their datasheet. However, this is not usually the case with most of noise predictions since the noise study is normally done before the equipment suppliers are appointed. So, the second way to be able to predict the noise emission is by following empirical formulas that are developed by researchers. You can find such formulas in some textbooks, journals, and papers. For rotating parts, you will need its rated power and rotational speed to be able to estimate the noise emission. 

For example, in the speed range of 3000-3600 rpm, the noise level of a pump with drive motor power above 75 kW can be predicted using the following equation:

Suppose a pump with rotational speed of 3000 rpm and 100 kW, according to the formula, it can be estimated that the noise level at 1 m from the pump would be 92 dB. And suppose the noise source can be considered as point source on the ground (hemisphere propagation), the sound power level of the pump can be calculated using the following formula:

Where r is the distance from source to receiver

And in this case, the predicted Lw would be 100 dB.

Thirds, noise measurement to a similar equipment can also be an option to be able to determine the noise level of the new equipment. Another option, in some countries, there are noise emission limit for certain equipment, you can use that limit if it is applicable for your project.

After the Lw of all noise sources is obtained, we want to calculate the noise levels (the Lp) at the receivers. There are some standards which procedure can be followed to calculate this. Few of which are ISO 9613-2, NORD 2000, CNOSSOS EU, and many others. Most of the standards consider some factors to the calculation such as distance, atmospheric absorption, ground reflection, screening effect (from barriers and obstacles) and other factors such as volume absorption from vegetation, industrial site, etc. Most consultants and projects will require a software such as SoundPLAN to do this calculation.

Depending the project, there are few types of noise limit which compliance will need to be ensured. The most common ones are environmental noise limit, noise exposure limit, area noise limit and absolute noise limit. Besides, the noise level during emergency is also modelled so that the information can be used for safety and PAGA (Public Address and General Alarm) study.

Environmental noise limit is usually calculated for the plant’s contribution to the plant’s boundary as well as to the nearest sensitive receiver such as residential and school near the plant. How this is accessed depends on the regulation applicable on the plant area. In Indonesia for example, the noise limit for residential area is Lsm 55 dBA and industrial area is Lsm 70 dBA. Lsm is a measure like Ldn, but the night noise level addition is 5 dB instead of the 10 dB addition that most other countries, especially Europeans use. To ensure compliance with this regulation, the noise level at fence should be less than Lsm 70 dBA, and suppose there is a residential area nearby, the contribution from the site should be less than 55 dBA. It is also advisable to measure the existing noise level at the sensitive receivers to make the study more relevant to the situation. 

Noise exposure limit is the maximum exposure to noise that the workers get during their working period. In Indonesia, the noise exposure limit is 85 dBA for 8 working hours. To change the working hours, 3 dB exchange rate is used. For example, if the noise level in the plant is 88 dBA, then the workers can only work there for 4 hours, if it is 91 dBA, then the time limit is 2 hours, and so on. To extend the working hours on a noisy area, the options are to actually reduce the noise level by reducing the noise emission from the source or noise control at transmission (for example using barrier), or by usage of Hearing Protection Device (HPD) for the workers such as ear plugs and ear muffs. The noise exposure of workers after usage of HPD can be calculated using the following formula:

Where NRR is the noise reduction rating of the HPD in dB.

Different area might have different noise level limits, and therefore area noise limits are useful. For example, in an unmanned mechanical room, the noise level can be high, for instance 110 dBA. However, inside of the site office, the allowable noise level is much lower, for example 50 dBA. This noise level shall be calculated to ensure compliance with the noise limit. Different companies might have different limits for this to ensure their employees’ health and productivity. If the area is indoor and the noise source is outdoor, then the interior noise level can be estimated using standards such as ISO 12354-3. 

The absolute noise limit is the highest noise level allowable at the plant, and shall not be exceeded at any times, including emergency. In most cases, the absolute noise limit for impulsive sound is 140 dBA. To ensure compliance with this requirement, potential high-level noise shall be calculated, for example safety valves.

During emergency, different noise sources than normal situation will be activated, such as flare, blowdown valves, fire pumps, and other equipment. In such cases, the sound from the alarm and Public Address system must be able to be heard by the workers inside of the plant. Normally the target for the SPL from the PAGA system should be higher than 10 dB above the noise level. Therefore, the noise level during emergency in each area should be well-known. 

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疫情封城让动物难得摆脱噪音污染

近些年的疫情封城带来的效果可能成为了噪音污染方面前所未有的自然实验。世界上一些最大型的的发声动物——鸟类和鲸鱼——可能已经从更安静的环境中受益。

 

冠状病毒封城期间,交通运输量的下降导致世界各地的污染水平降低。此外,交通量的放缓也降低了另一个主要污染源:噪音。

据世界卫生组织 (WHO) 称,噪音污染影响了欧洲超过 1 亿人,仅在西欧,道路交通造成的过早死亡相当于损失了大约“160 万年健康寿命”。

排除对人类健康的干扰,噪音仍然是地球上其他居民(即动物)的一大污染源。

但是,在封城国家中的动物们究竟从噪音水平的下降中受益了多少呢?事实证明,这是一个很难回答的问题。

受益最大的将是鸟类

鸟类是迄今为止在城市中发现的最明显、最依赖声音的动物,它们将成为更安静的街道和公园的最大受益者之一。

鸟类通过声调相互发送信号是一种生存手段。如果没有鸣声、听声音和被人听见的能力,鸟类将很难找到配偶或保卫自己的领地免受捕食者的侵害。

有报道称,在封锁期间看到了更多的鸟类。鸟类学家表示,这是由于人们在家时对周围环境的认识增强。

人类活动影响鸟类的行为,甚至促使它们在一天中不太“繁忙”的时间进行交流。


在过去的一个世纪里,人为噪音的迅速增加使鸟类变得更加困难。

鸟类学家亨里克·布鲁姆 (Henrik Brumm) 负责鸟类交流和社会行为研究小组的研究工作。他表示,就像人类必须在大声的环境中说话一样,鸟类也必须大声鸣唱才能在当今喧闹的世界中进行正确的交流。

“这一切发生得非常快,”布鲁姆告诉德国之声。 “我们发现,当噪音水平升高时,鸟类需要大约 300 毫秒(即不到 1 秒)来重新调整。因此,当周围环境变得更吵闹时,它们也会唱得更大声。”

鸟儿变得更安静了吗?或许。布鲁姆说,众所周知,鸟类在周末的清晨会更安静地歌唱。原因是:可供竞争的流量较少。

由于欧洲处于封城状态,德国航空客运量减少了 90% 以上。此外,汽车交通量下降了 50% 以上,火车运行速度低于平时的 25%。

马克斯·普朗克研究所最近的一项研究还表明,长期交通噪音会对斑胸草雀的胚胎死亡率和生长产生负面影响。反过来,这可能意味着当前的封城与交配季节相一致,不仅会带来更多而且更健康的孵化。也就是说,只要他们的父母选择一个在封锁结束后仍然对人类安全的地方。

布鲁姆说,虽然在没有实时数据的情况下很难推测,但按理说,当前的安静期可能意味着鸟类的歌声可能比平时更轻柔,这已经是一个巨大的好处。

在陆地或海上,噪音对动物来说都是个坏消息

鸟类并不是唯一受益于噪音减少的动物。根据《生物学快报》杂志最近发表的一项研究,噪音污染会影响多种生物,包括青蛙、虾、鱼、哺乳动物、贻贝和蛇。

事实上,另一个因噪音污染而受到越来越多关注的栖息地是海洋。正如生物声学专家克里斯托弗·克拉克(Christopher Clark)在耶鲁大学环境杂志上所描述的那样,石油和天然气活动产生的噪音正在使整个海洋盆地充满“一场巨大的噪音风暴”。

虽然关于噪音污染和海洋生物的研究(就像鸟类学一样)还处于早期阶段,但 9/11 事件后几天进行的一项具有里程碑意义的研究发现,航运交通的减少似乎使鲸鱼变得更加平静。

研究人员检查了露脊鲸(一种长可达 15 米、重达 70 吨的须鲸)的粪便,发现美国和加拿大沿海水域中的船只较少与应激激素较低有关。

航运交通产生的噪音水平降低了 6 分贝,其中 20-200 赫兹的嗡嗡声尽管频率较低,但仍会扰乱海洋生物,其中 150 赫兹以下显着降低。

研究人员面临前所未有的时代

就像鸟类学家一样,海洋生物研究人员也发现了噪音与觅食和交配等行为中断之间的相关性。鲸鱼和鸟类一样,也有“面具”。也就是说,它们在噪音干扰下唱歌的声音更大,无论是高频声音还是低频声音。

英国环境、渔业和水产养殖科学中心 (CEFAS) 噪音和生物声学专家内森·麦钱特 (Nathan Merchant) 表示:“这些活动在海洋中留下了巨大的足迹。”

Source: https://www.dw.com/

噪音污染的来源——从航运到风电场,再到用于定位深海石油和天然气沉积物的地震气枪测试所产生的一系列强力爆炸——在海洋中比在陆地上更难逃脱。

“这与声音在水下的传播方式有很大关系。声音可以比在空气中传播得更远、更快,”麦钱特告诉德国之声。

例如,北美海岸附近的仪器可以检测远至巴西海岸的地震气枪测试。

由于许多游轮暂停,油轮交通受到油价暴跌的影响,并且由骨干船员进行钻井活动以遏制 COVID-19 的传播,海洋生物学家一旦获准返回,可能会发现大量数据场。

“就在我们说话的时候,我们在海上有水下噪音记录仪,但它们没有连接到陆地。因此,我们将在几个月后上船找出并取回数据,”麦钱特说。

到那时,更有趣的问题可能是,在一段意想不到的休息时间后,海洋生物如何应对突然重新引入的人类噪音。

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人类听觉

双耳听力可以定位声音来源,抑制噪音,例如更好地理解语音。为了定位声音,听觉感知的一个重要方面可以让我们适应房间,即空间听觉。人类定位声音有两个过程:单耳线索和不同线索。

  • 单耳提示

单耳提示是每只耳朵如何翻译捕获的声音信号。单声道提示是声源与头部相关传递函数 (HRTF) 脉冲卷积的结果。头部相关传递函数 (HRTF) 是声波从声源到耳朵传播的变换形式或头部相关脉冲响应 (HRIR)。 HRTF 也被定义为对从某个方向到达耳朵的声音进行修改的一种形式。这种转变涉及耳朵解剖结构的衍射和反射。 HRTF 还取决于声源相对于听者的位置,以便确定声源。

  • 差异提示

差异提示是指两耳之间的差异如何转化为声音信号。这些差异提示包含有关国际时差 (ITD) 和耳间声级差 (ILD) 的信息。 ITD是左耳和右耳声波到达时间的差异,而ILD是左耳和右耳之间的压力水平的差异。基于双工理论,ITD 值用于定位低频(低于 1.5 kHz)的声音,而 ILD 值用于定位高频(高于 1.5 kHz)的声音。环境声音在低频和高频范围内,因此人类听觉系统使用ITD和ILD。

ITD的基本原理如图1所示:

图 1 :耳间时差 (ITD) 原理

当声源为低频声波时,声波的传播会到达双耳,而声压级不会降低。这是因为声音的波长小于头部的尺寸。但两耳接收到的声音存在时间差。因此,低频声波与ITD有关。

ILD 的基本原理如图 2 所示。ILD 值受头部尺寸以及非常靠近头部的源的影响。当声源处于高频范围时,声音的波长小于头部的尺寸,声音会到达距离声源较近的耳朵。当声音到达另一只耳朵时,声音会被滞留或声波暂时无法传播,这种现象称为声影。最终到达另一只耳朵的声音会因声影现象而导致声压级下降。

Figure 2. Acoustic shadow phenomenon at high frequency

Written by:

Adetia Alfadenata

Acoustic Engineer

Geonoise Indonesia

support.id@geonoise.asia

 

Reference

  1. T. Potisk, “Head-Related Transfer Function,” 2015.
  2. X. Zhong and B. Xie, “Head-Related Transfer Functions and Virtual Auditory Display,” Soundscape Semiot. – Localis. Categ., 2014
  3. W. György, “HRTFs in Human Localization : Measurement , Spectral Evaluation and Practical Use in Virtual Audio Environment,” 2002.
  4. K. Carlsson, “Objective Localisation Measures in Ambisonic Surround- sound,” 2004.
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超声波于正确频率时会选择性地损害癌细胞

多年以来,医生们已经可以使用聚焦超声波来摧毁体内的肿瘤,因而无需进行侵入性手术。然而,当今诊所使用的治疗性超声波会无区别地损害癌症和健康细胞。

大多数基于超声波的疗法要么使用高强度光束加热并破坏细胞,要么使用在超声波之前注射的特殊造影剂,导致附近的细胞被粉碎。热量会伤害健康细胞和癌细胞,而造影剂仅对少数肿瘤有效。

加州理工学院和希望之城贝克曼研究所的研究人员开发了一种低强度超声方法,利用肿瘤细胞独特的物理和结构特性来靶向肿瘤细胞,并提供更具选择性、更安全的选择。通过降低强度并仔细调整频率以匹配目标细胞,该小组能够在不伤害健康血细胞的情况下分解几种类型的癌细胞。他们的研究结果发表在 AIP 出版社的《应用物理快报》上,这是一项新的研究。肿瘤切除术是新兴领域的一步,即根据癌细胞的物理特性挑选并杀死癌细胞。

靶向脉冲超声波利用癌细胞独特的机械特性来摧毁它们,同时保护健康细胞。

“这个项目表明,超声波可以根据癌细胞的机械特性来靶向癌细胞,”该论文的主要作者 David Mittelstein 说。 “这是一种令人兴奋的新型癌症疗法的概念证明,这种疗法不需要癌症具有独特的分子标记,也不需要与目标健康细胞分开。”

加州理工学院的一个固体力学实验室首先开发了肿瘤切除术的理论,其基础是细胞容易受到特定频率超声波的影响——就像训练有素的歌手可以通过唱出特定的音符来打碎酒杯一样。

加州理工学院的研究小组发现,在某些频率下,低强度超声波会导致癌细胞的细胞骨架分解,而附近的健康细胞却毫发无伤。

“仅仅通过调整刺激频率,我们就发现癌症和健康细胞的反应方式存在巨大差异,”米特尔斯坦说。 “关于确切的机制还有很多问题需要研究,但我们的发现非常令人鼓舞。”研究人员希望他们的工作能够激励其他人探索肿瘤切除术作为一种治疗方法,有一天可以与化疗、免疫疗法、放疗和手术一起使用。他们计划更好地了解受这种超声波影响的细胞中具体发生了什么。

 

Written by:

Phawin Phanudom (Gun)
Acoustical Engineer

Geonoise (Thailand) Co., Ltd.
Tel: +6621214399
Mobile: +66891089797
Web: https://www.geonoise.com
Email: phawin@geonoise.asia

Credit: Publishing AIP

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狗也会出现听力损失


就像人类一样,狗有时天生听力受损,或者由于疾病、炎症、衰老或暴露于噪音而导致听力损失。伊利诺伊大学厄巴纳分校兽医神经学家兼兽医临床医学教授卡里·福斯 (Kari Foss) 博士表示,狗主人和 K-9 饲养员在收养或照顾狗以及将狗带入嘈杂的环境时应牢记这一点。

在《伴侣动物医学主题》杂志上的一份新报告中,福斯和她的同事描述了三种工作犬的听力损失案例:猎犬、嗅探犬和警犬。三人中的一人患有永久性听力损失,其中一人对治疗有反应,第三人没有返回最初诊断的机构进行后续护理。

案例研究表明,那些与警察或猎犬一起工作的人“应该意识到狗靠近枪声,并可能考虑采取听力保护措施,”福斯说。市场上有几种类型的狗听力保护装置。

就像人类一样,大声的噪音会损害狗的中耳和内耳的脆弱结构。

福斯说:“最常见的是,噪音引起的听力损失是由于耳蜗中响​​应声波而振动的毛细胞受损造成的。” “然而,极端的噪音也可能会损坏耳膜和内耳内的小骨头,称为小骨。”

宠物主人或训犬师往往会注意到动物何时停止对声音或命令做出反应。然而,人们很容易错过这些迹象,特别是对于有一只或多只犬类伴侣的狗,福斯说。

“对于患有先天性耳聋的小狗,直到将小狗从窝里移走之前,可能不会注意到这些迹象,”她说。

福斯说,狗听力损失的症状包括在呼唤时无法做出反应、在通常会吵醒它们的声音中入睡、被以前不会打扰它们的巨大噪音吓到、过度吠叫或发出不寻常的声音。一只耳朵聋的狗可能会对命令做出反应,但可能很难找到声音的来源。

福斯说,如果宠物主人认为他们的宠物患有听力损失,他们应该让兽医对动物进行评估。由耳部感染、炎症或中耳息肉引起的听力损失可以得到治疗,并且在许多情况下可以得到解决。

福斯说,听力受损或失聪的狗可能会错过周围环境潜在威胁的线索。

“它们很容易受到未被发现的危险的影响,例如机动车辆或掠食者,因此在外出时应该受到监控,”她说。

福斯说,如果听力损失是永久性的,狗主人可以找到适应方法。

“主人可以使用眼神交流、面部表情和手势来与宠物交流,”她说。 “零食、玩具奖励和关爱会让狗对训练保持兴趣。”闪烁的灯可用于指示宠物进来。

福斯说,听力损失似乎不会影响狗的生活质量。“患有先天性听力损失的狗在成长过程中完全没有意识到它们与其他狗有任何不同,”她说。 “在以后的生活中失去听力的狗可能会更敏锐地意识到自己的听力损失,但它们适应得很好。嗅觉丧失对狗的生活的影响比听力丧失的影响要大得多。”

Written by:

Pitupong Sarapho (Pond)
Acoustical Engineer

Geonoise (Thailand) Co., Ltd.
Tel: +6621214399
Mobile: +66868961299
Email: pond@geonoise.asia

 

Credit: Diana Yates, University of Illinois at Urbana-Champaign

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铁路噪音

铁路运输或火车运输是当今主要的运输方式之一,用于运送旅客和货物。人们每天都会乘坐地铁系统、轻轨交通和其他类型的轨道交通形式的火车上下班和回家。这些类型的系统会对火车内的乘客以及环境产生噪音。在本文中,我们将讨论我们每天在火车内外听到的噪声源成分。

如果我们在火车上注意噪音,就会发现我们能听到的噪音源不止一种。列车车内噪声的主要来源是紊流边界层噪声、空调噪声、发动机/辅助设备噪声、滚动噪声和转向架气动噪声,如下图所示。

顺便说一句,我们编写并录制了雅加达地铁的声音。您可以查看下面的链接,帮助您更好地想象火车的情况。

Exploring Jakartan Public Transportation Through The Sound

滚动噪声是由轮雨接触处引起的轮轨振动引起的,是铁路噪声中最重要的组成部分之一。这种类型的噪音取决于车轮和轨道的粗糙度。两个部件的表面越粗糙,列车内部和外部的噪音水平就会越高。为了能够根据滚动噪声估计空气传播分量,我们必须考虑车轮和轨道的特性以及粗糙度。

另一种对铁路噪声影响很大的噪声成分是空气动力噪声,它可能由多个来源引起。这些类型的源对内部噪声和外部噪声的贡献可能不同。例如,在较低速度下,空气动力噪声对内部噪声的影响相当大,而对于外部噪声,如果火车速度相对较低,则空气动力噪声的贡献不大。例如,美国联邦铁路管理局(美国交通部)撰写的报告指出,空气动力源在时速约 180 英里(约 290 公里/小时)时开始产生显着噪音。低于该速度,外部噪声计算时仅考虑滚动噪声和推进/机械噪声。除了外部噪声之外,机械噪声也会影响内部噪声水平。该类别包括发动机、电动机、空调设备等。

为了进行铁路噪声测量,通常遵循几个步骤。对于火车经过噪声的测量,通常使用 ISO 3095 声学 – 铁路应用 – 测量轨道车辆发出的噪声。该标准共三版,首版于1975年发布,2005年、2013年再次修改批准。列车通过时常用的衡量标准有最大声级(LAmax)、声暴露级(SEL)和过境暴露级(电话)。

对于内部噪声,ISO 3381 铁路应用 – 声学 – 轨道车辆内部噪声测量中指定了常用的测试程序。该程序规定了几种不同条件下的测量,例如匀速列车、静止加速列车、减速车辆和静止车辆的测量。

Written by:

Hizkia Natanael

Acoustical Design Engineer

Geonoise Indonesia

hizkia@geonoise.asia

 

Reference:

D. J. Thompson. Railway noise and vibration: mechanisms, modelling and means of control. Elsevier, Amsterdam, 2008

Federal Railroad Administration – U.S. Department of Transportation, High-Speed Ground Transportation Noise and Vibration Impact Assessment. DOT/FRA/ORD-12/15. 2012

 

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Asia Noise News

声学术语

通过我们的术语表更好地了解声学。今天就让 Geonoise Asia 帮助您解决噪音问题!

 

Arranged by:

Adetia Alfadenata

Acoustic Engineer

Geonoise Indonesia

support.id@geonoise.asia

 

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声波在水下如何工作?

 

你知道吗?

声学不仅涉及声音在空气中的传播,还涉及声音在水中的传播。研究声音传播及其在水中的表现的学科称为水下声学。水下声学是科学的一个分支,它已经成为自第一次世界大战以来一直使用的技术。甚至在此之前,1490年,列奥纳多·达·芬奇在一篇文章中阐述了他的理论“如果你将你的船停在海洋中并你把一根长管的一侧放入水中,然后把耳朵放在另一侧,你就能从很远的地方听到船的声音。”这表明水声技术早已为人所知。

在第二次世界大战中,在军事案例中,水声学被用作通信平台,通过水传递信息。 1925年,水声学被用来根据获得的声波来测量海洋深度——它的用途之一就是找到坠入海底的飞机。随着时间的推移,许多技术被开发出来并进行了研究。

探鱼器导航工具也是渔民可以使用的应用程序之一。这些工具可用于渔民寻找海洋中的鱼群。我们还可以根据传播的声音的频率范围知道鱼群距船舶的距离和位置。

在工业中,水声学已被应用于确定海洋中石油和天然气的存在。使用的方法非常有效且高效。在灾害管理中,基于从海底检测到的次声波的传播,开发了海上海啸的早期检测。近年来,一项引起许多研究兴趣的技术是自主水下航行器(AUV)。 AUV是一种无人水下航行器,AUV可以识别水下生物和物理。使用AUV可以成为识别近岸水域形状状况的最佳选择,因为它可以长期运行。此外,使用AUV还可以避免对珊瑚礁和海洋生态系统的破坏。

水下研究的必要性相当高,特别是对于像印度尼西亚这样拥有广阔海洋的国家。采矿作业、珊瑚礁观测、海上石油勘探和海上事故需要水下声学研究。

波速是振动穿过介质的速率。声音在水中的传播速度比在空气中更快且传播距离更远,因为水的机械特性与空气不同。我们知道,声波在空气中传播的速度在333m/s到340m/s之间,声波在水中的传播速度是声波在空气中的传播速度的四倍。声波在水中的传播速度为 1500 m/s 至 1520 m/s。我们知道声音传播是由于介质中粒子的上下运动而发生的。在海上,海水深度越深,压力就越高。高压水粒子将被压缩,以便它们继续传播声音而不会损失太多能量。此外,水中的密度比空气中的密度高。这导致声音可以在水中快速传播且传播得很远。不幸的是,海水中的声速不是一个恒定值。随地点、季节、早晚以及水深的不同,其变化幅度很小(百分之几)。尽管声速的变化并不大,但它们对声音在海洋中的传播方式具有重要影响。然而,海水的温度也会影响声波的速度,温水比冷水传播得更快、更远。

根据温度的不同,海洋分为三层,即混合水、温跃层和深水。在温跃层中,温度从海洋的混合上层到更冷的深水迅速降低。在温跃层中,声波的速度随着海水的深度而减小。在温跃层以下的层中,温度再次恒定,压力增加。在这一层中,声波的速度再次随着海水深度的增加而增加。

Temperature ⇢


众所周知,波长与频率成反比。

从以上公式中可以看出,频率越低,波长越长。因此,20 Hz 声波在水中的长度为 75 m,而 20 Hz 声波在空气中的长度仅为 17 m,通常用于捕获水下声音的传感器是水听器或水下麦克风。

分贝作为声压的单位,是压力测量值与参考压力之间的比率。请注意,空气中的参考压力与水是不同的。因此,水中 150 分贝的声音与空气中 150 分贝的声音不同。在空气中,参考压力为20μPa,在水中,参考压力为1μPa。根据声压级方程,空气中的 dB 到水中的换算值为

水的特性阻抗约为空气的3600倍


因此,空气与水的换算系数为


例如,如果喷气发动机在空气中的声音为 135 分贝,那么在水中的声音为 197 分贝。

Written by:

Adetia Alfadenata

Acoustic Engineer

Geonoise Indonesia

support.id@geonoise.asia

 

Reference:

  • Urick, Robert J.1983.” Principal of Underwater Sound/3rd Edition”.McGraw-Hill Book Company
  • Nieukirk, Sharon.” Understandig Ocean Acoustic”.NOAA Ocean explorer Webmaster
  • Singh H, Roman C, Pizarro O, Eustice R. Advances in High Resolution Imaging from Underwater Vehicles. In: Thrun S, Brooks R, Durrant-Whyte H, editors. Robotics Research. vol. 28 of Springer Tracts in Advanced Robotics. Springer Berlin Heidelberg; 2007. p. 430–448
  • Pike, John.  “Underwater Acoustic”. Diakses secara online melalui https://fas.org/man/dod-101/sys/ship/acoustics.htm
  • Discovery of Sound in the Sea.”How does sound in air differ from sound in water?” diakses secara online melalui https://dosits.org/science/sounds-in-the-sea/how-does-sound-in-air-differ-from-sound-in-water/
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Asia Noise News Building Accoustics

噪音的颜色

声音是随机信号的集合,这些信号具有取决于声源的某些物理特性。声音的物理特性之一可以从形成的频谱中看出。有很多噪声可以根据频谱特征来区分,例如白噪声、粉噪声、布朗噪声、蓝噪声、紫噪声、灰噪声等。一般来说,在测量和音频测试中经常使用的是白噪声、粉红噪声和褐色噪声。

很多人都对白噪声非常熟悉,通常,空调发出的静态声音通过伪装背景噪音让我们入睡,总是被认为是白噪声,尽管从技术上讲,我们从空调风扇旋转中听到的声音不是白噪声。我们与白噪声联系在一起的许多声音实际上是粉红噪声、褐色噪声、绿噪声或蓝噪声。在音频工程的世界中,存在着各种类型的噪声颜色,它们具有自己独特的频谱,其产生是为了给音乐编曲、放松等留下丰富的印象。因此,本文将解释静态噪声并不总是白噪声。

以下是音频工程领域中非常熟悉且经常讨论的一些音色:

  1. 白噪声

日常生活中最常提到的嘈杂色彩是白噪声。白噪声被称为“白色”,象征着数学计算中均匀或平坦地包含所有频率的白光。这是从数学上说的,因为实际上它并不完全平坦。如果使用以下等式计算,则白噪声计算模式是均匀分布的:


因此,在白噪声的情况下,信号功率变为:

所得频谱呈恒定直线的形式,如下图所示,


所示的图表是一个对数函数,而不是线性函数,其中高频的频率范围比低频的频率范围更宽。这是可以听到的白噪声:

https://soundcloud.com/betabayu-santika/betabayus-white-noise

2. 粉红噪音

粉红噪声频谱按对数比例减小,但在按比例变宽的频带中具有相同的功率。这意味着粉红噪声在 40 至 60 Hz 频率范围内与 4000 至 6000 Hz 频段内具有相同的功率。由于人类在这样一个比例空间中听到声音,无论实际频率如何(40-60 Hz 听起来与 4000-6000 Hz 的音程和距离相同),双倍频率(一个八度音程)都被感知为相同的,因此每个八度音程都包含相同量的能量,因此粉红噪声通常用作音频工程中的参考信号。与白噪声相比,频谱功率密度每倍频程降低 3 dB(密度与 1/f 成比例)。因此,粉红噪声通常被称为“1/f 噪声”。有些人将粉色与红色和白色联系在一起,其中粉色比红色更亮,比白色更暗,因此它被描述为值接近 ~ 1 的减少光谱。从数学上讲,可以使用以下公式计算粉红噪声:


粉红噪声产生的曲线描绘如下:


粉红噪音将像下面的音频文件一样听到,

https://soundcloud.com/betabayu-santika/betabayus-pink-noise
3. 布朗噪声

布朗噪声颜色有几个名称,有些人称之为布朗噪声、布朗噪声或红噪声。布朗运动是由布朗运动(随机游走或醉汉游走)的发明者罗伯特·布朗发现的,其中布朗运动产生的噪声与红噪声/布朗噪声相同。被描述为比粉红和白光更暗的红光,所形成的光谱具有急剧下降的特征,超过粉红噪声的下降(1 / f2 或每倍频程下降 6 dB)。从视觉上看,红噪声值是粉噪声的边界,与白噪声一起,所以形成的频谱曲线如下:


布朗噪声听起来像下面的音频文件:

https://soundcloud.com/betabayu-santika/betabayus-brown-noise

4. 蓝色噪声

如果说红噪声和粉噪声的特征有所减弱,那么蓝噪声则相反。蓝噪声具有与粉红噪声成反比的上坡频谱曲线特征。在有限频率范围内,蓝色噪声的功率密度随着频率的增加(密度与 f 成正比)每倍频程增加 3 dB。在计算机图形学中,术语“蓝噪声”有时更宽松地使用,指具有最小低频分量且没有集中能量尖峰的任何噪声。这对于抖动来说可能是一个很好的噪声。切伦科夫辐射是几乎完美的蓝噪声的自然发生的例子,在介质折射率的渗透性近似恒定的频谱区域中,功率密度随频率线性增长。精确的密度谱由 Frank-Tamm 公式给出。在这种情况下,频率范围的有限性来自于材料可以具有大于1的折射率的范围的有限性。由于这些原因,切伦科夫辐射也呈现出亮蓝色。


蓝噪声产生的曲线如下:

蓝色噪音听起来像下面的音频文件:

https://soundcloud.com/betabayu-santika/betabayus-blue-noise

5. 紫色噪声

如果蓝色噪声与粉红噪声相反,那么紫罗兰色可以归类为与红色或布朗噪声相反。这可以从紫噪声的功率密度的增加看出,随着频率值的增加,紫噪声的功率密度为每倍频程 6 dB。紫噪声或通常也称为紫噪声的比例密度在有限频率范围内为 f2。紫噪声也称为微分白噪声,因为它是白噪声信号微分的结果。

紫噪声产生的曲线如下:


紫噪音听起来像下面的音频文件:

https://soundcloud.com/betabayu-santika/betabayus-violet-noise

6. 灰色噪声

灰噪声是一种随机白噪声,与相同的心理声学噪声曲线相关,或者可以说是逆 A 加权曲线,具有特定的频率范围,给人的印象或感觉是在所有频率上听起来都同样响亮。这与标准白噪声形成鲜明对比,标准白噪声在频率的线性范围内具有相同的强度,但由于人类等响度轮廓中的偏差而被认为不具有相同的响度。

灰色噪声产生的曲线如下:


灰色噪声听起来像下面的音频文件:

https://soundcloud.com/betabayu-santika/betabayus-grey-noise

Written by:

Betabayu Santika

Acoustic Design Engineer

Geonoise Indonesia

Beta@geonoise.asia

 

Sources:

Pics: Noise Curves By Warrakkk – Own work, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=19274696

Hartmann, William M. Signals, sound, and sensation. Springer Science & Business Media, 2004.

“Federal Standard 1037C”. Institute for Telecommunication Sciences. Institute for Telecommunication Sciences, National Telecommunications and Information Administration (ITS-NTIA). Retrieved 16 January 2018.

Lau, Daniel Leo; Arce, Gonzalo R.; Gallagher, Neal C. (1998), “Green-noise digital halftoning”, Proceedings of the IEEE, 86 (12): 2424–42, doi:10.1109/5.735449

Joseph S. Wisniewski (7 October 1996). “Colors of noise pseudo FAQ, version 1.3”. Newsgroup: comp.dsp. Archived from the original on 30 April 2011. Retrieved 1 March 2011.

 

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