关键要点

• 定义： 尽管ISO 1996术语中更倾向于使用“残余声”（无特定声源时的环境噪声），但“背景噪声”常被通用。它通常用噪声参数的统计值表示，如LA90（测量时间内90%时间超过的声级）。
• 测量： 由于背景噪声通常包含脉冲噪声或纯音等复杂特性，简单的声压级（SPL）测量通常不够，需要进行详细的频率分析（倍频程或1/3倍频程）以及基于能量的等效连续声级（LAeq）测量。
• 噪声控制规划： 背景噪声往往是工作空间总噪声的重要组成部分。在决定采取个别噪声控制措施之前，必须先测量背景噪声。
• 环境影响： 背景噪声是进行噪声测量时需考虑的两个主要环境影响之一，另一个是声反射。
• 有效性阈值： 当背景噪声比被测声源的声级至少低10 dB时，测量精度可控制在0.5 dB以内。
• ISO 1996-2 修正要求： 当残余声压级比实测声压级低3 dB以上时，必须对测量值进行修正。

定义

“环境声”、“残余声”和“背景噪声”等基础概念是描述声学环境的核心，但常常被混淆和误用。本部分依据权威国际标准，系统分析这些关键术语，阐明其明确的定义、上下文角色及相互关系。

什么是背景噪声？

背景噪声 定义为来自非目标声源的、可能影响特定声源声学测量精度的噪声。背景噪声通常来自次要声源，如通风系统或压缩机，并且会显著增加总噪声，特别是在工业环境中。在声学中，背景声指的是当所评估的声源关闭时测量到的噪声级。

什么是环境噪声？

环境声 是指在特定时间、特定情况下存在的所有声音的总和。它由远近所有声源的声音组成。根据BS 4142，环境声级是当特定声源活动时，残余声和特定声源的综合效果的度量。

实际上，环境噪声是特定环境中所有声源共同产生的总噪声。 这个总噪声包括工厂噪声、道路交通噪声、鸟鸣和流水声等所有成分。被调查的特定声源的噪声只是更广泛环境噪声的一个组成部分。 因为几乎所有环境都包含众多声源，所以在一个测量点，环境噪声由许多不同的贡献者产生。

什么是残余声？

残余声是指当被调查的特定声源不存在或被抑制到不再贡献的程度时，在评估点剩余的环境声。这是没有关注声源的现有声环境或声景。相应的度量为残余声级，表示为 L_r = L_Aeq,T。

当无法关闭特定噪声源以直接测量残余声（没有特定声源时剩余的声音）时，需要采用替代方法，统计分析在量化底层噪声环境方面起着至关重要的作用。

例如，在评估高速公路的噪声时，声源无法抑制。在这种情况下，ISO 1996-2（附录I）指出，直接测量残余声可能很困难，可能需要替代方法，例如使用L95百分数声级作为底层本底噪声的近似值。

BS 4142 提供了另一种方法：在与评估点不同的位置进行测量，且该位置的残余声必须证明与评估点具有可比性。这种方法需要严格的论证，证明替代位置在声学上具有可比性。关键因素包括：确保该位置与其他主要残余声源的距离相同、与特定声源有隔声屏障、地面覆盖物相似，并且在相同的气象条件下进行测量。

什么是背景声级？

背景声级 (L_A90,T) 是评估影响的关键指标，它本质上是统计定义的，即残余声在给定时间间隔内超过90%时间的A计权声压级。

最常见的混淆点在于“残余声”和“背景声级”之间。区别至关重要：残余声是特定声源关闭时的整个声环境。 背景声级 (L_A90,T) 是从残余声中推导出的特定统计指标。它不是残余声的平均值，而是对其典型、安静时段的度量，BS 4142将其作为评估新工业或商业声影响的主要参考。 因此，逻辑层次是：残余声（物理现象）被测量，以产生背景声级（统计描述符）。

什么是本底噪声？

术语“本底噪声”是指声学测量系统（如声级计或分析仪）组件自身产生的最小可测信号或内部噪声水平。 这种固有噪声设定了无法可靠进行有效声学测量的下限。

例如，声级计系统的本底噪声由测量电子设备的几个因素组成（如麦克风自噪声、前置放大器噪声）。实际被测信号与仪器本底噪声之间的关系决定了信噪比 (SNR)。

准确的声学测量要求关注的信号远高于这个最小值。根据ISO 1996-2:20217，对于所有测量，测量系统（声级计）的背景噪声应至少比被测声低5 dB。

什么是信噪比 (SNR)？

从背景噪声概念直接导出的一个基本指标是信噪比 (SNR)。根据IEC 60268-16 (3.35) 的定义，信噪比是信号（语音或测试信号）声压级与背景噪声声压级之差。 这个比率是测量有效性的主要决定因素，无论是量化声功率测试中高于本底噪声的余量，还是建模语音的感知清晰度。

背景噪声的重要性

背景噪声是声学工程中的一个关键因素，它既在概念上定义为不需要的声音，也在技术上定义为当感兴趣声源不活动时存在的残余声场。 正确识别、测量和修正确保声级测量的有效性和准确性至关重要。

为了使噪声测量（尤其是声压级）被认为可靠和准确，声源产生的特定噪声必须显著超过不需要的背景噪声的水平。测量程序完全基于总测量噪声与单独背景噪声之间的差异。

背景噪声的典型组成部分有哪些？

测量到的背景噪声的典型组成部分（来源）多种多样，可根据其来源分类：

• 机械和公用系统
  背景噪声通常由设施基础设施产生，特别是在工业或室内环境中。
  • 机械系统 (HVAC): 暖通空调系统被明确列为常见的室内噪声源。通风系统也多次被提及是导致背景噪声的声源。
  • 其他机械: 常见来源通常包括压缩机和循环泵。车间外部的其他机械也可能对环境声有所贡献。
• 环境和室外声源
  建筑物或测试区域外部产生的声音通常会渗透到测量位置，构成环境噪声的一部分。
  • 交通和施工: 这些被列为背景噪声的典型组成部分。交通噪声被特别提及为一种环境噪声。
  • 自然和其他声音: 更广泛的环境噪声包括水波声和动物的生物声学噪声。警报声也被列为特定的外部声音。
• 人员活动和语音
  在有人活动的环境中，人员活动对背景噪声级有显著贡献。
• 电子和固有噪声
  与测量设备和装置相关的电气或固有噪声也构成背景噪声的一部分，特别是本底噪声。
  • 电子设备噪声: 包括来自电子设备的噪声，它会增加本底噪声。
  • 电气干扰和热噪声: 背景噪声可能涉及热噪声（约翰逊-奈奎斯特噪声），这设定了声学测量和记录设备的最终电子本底噪声极限。工程师有时会使用电气滤波器从测量信号中消除已知频率，以减轻电气干扰。
• 制作/录制中的背景声
  在录音背景下，背景声的一个特定组成部分是有意捕捉的：
  • 房间氛围音 (Presence): 这是拍摄现场捕捉到的背景氛围或“寂静”，在后期制作中用于平滑剪辑和保持连续性。

背景噪声：在声学和音频领域的应用

• 测量有效性与修正： 背景噪声被认为是进行声压测量时必须考虑的主要环境影响之一。
• 噪声控制规划与实施： 在决定个别噪声控制措施前，必须先检查和绘制背景噪声图，因为它往往对总测量噪声有显著贡献。
• 声强测量技术： 与标准声压方法相比，声强测量在处理背景噪声方面具有明显优势。
• 心理声学与安全： 在高噪声环境中，背景噪声会造成事故风险，因为“掩蔽”这种心理声学现象会使人听不到警告信号或呼喊声。

背景噪声对环境健康的影响

背景噪声，从根本上定义为不需要的声音，在听觉、生理和心理领域对人类健康构成重大且广泛的威胁。 最严重的物理影响是长期暴露于大噪声中导致的不可逆听力损伤，这会损害内耳的听觉毛细胞，导致听力能力逐渐下降。

风险随着声级和暴露时间增加；超过85 dB的噪声可能导致听力损伤，范围从暂时性阈值偏移到永久性听力损失。此外，强烈的可听噪声影响心血管和内分泌系统，影响血液循环并引起压力。非听觉的身体反应包括瞳孔放大、心率增加、肾上腺素和皮质酮等激素的产生，以及血管收缩。

噪声是一个世界性的环境问题，导致普遍的睡眠障碍、烦恼和不良健康影响，降低效率并导致疲劳。烦恼程度高度主观，取决于听者对噪声源的态度。特定特性会加剧这些影响：突然的脉冲噪声引起更大的烦恼，且对听力非常有害；而低频噪声（典型的大型柴油发动机）难以隔绝，且通常比简单的声压测量所预期的更令人烦恼。关键是，噪声还可能通过掩蔽警告信号或呼喊声造成事故风险。

背景噪声也严重损害沟通和心理健康，范围从轻度烦恼到显著的语言干扰。

为什么语音清晰度 (STI) 对健康至关重要？

高背景噪声会显著降低语音清晰度 (STI)，影响沟通，并可能掩蔽警告信号。 对于正常对话，工作区域的声级最好不超过65至70 dB。超过N85噪声等级（NR值）的噪声会严重干扰语音清晰度。噪声水平还可能通过掩蔽警告呼喊或信号造成事故风险。高于N75的噪声等级通常被认为对电话通信不利。

背景噪声如何与语音相互作用？

背景噪声主要通过降低信噪比 (SNR) 来起作用，使期望信号变得不那么突出，难以清晰感知。 当背景噪声与信号（如语音）具有相似的频率内容时，它会掩蔽信号，使部分语音无法听清。

声音掩蔽

背景噪声在工作场所和环境声学中非常重要，因为它会产生掩蔽这种心理声学效应，即当一个声音足够大时，另一个较安静的声音实际上被“淹没”了。这种物理现象被解释为较响的背景噪声导致听者听阈的偏移。在职业和环境安全中，背景噪声在工作环境中构成严重的事故风险，因为它可能大到足以掩蔽重要的警告信号或口头指令。此外，背景噪声水平，特别是低于N85噪声等级的水平，已知会严重干扰语音清晰度。由于掩蔽影响主观感知，这些效应被纳入高级噪声标准和方法中，例如E. Zwicker提出的方法，旨在根据客观声压级测量来确定噪声环境的总响度和烦恼度。

噪声等级 (NR)

噪声等级 (NR) 根据旧版ISO 1996-1971的定义，是一组建议的噪声控制标准，主要用于以声压级频谱曲线（倍频程频带）的形式评估烦恼度和健康风险。例如，N85标准特别重要，因为低于N85的噪声水平可能严重干扰语音清晰度，而高于N85的噪声水平可能导致听力损伤。

在声学上，背景噪声会引起掩蔽，降低语音清晰度，这与N85标准评估的沟通影响直接相关；在实践中，在能准确确定噪声水平并将其与任何噪声等级标准 (N) 进行比较之前，必须测量背景噪声并进行数学修正，因为如果声源噪声仅比单独的背景噪声高不到3 dB，测量结果被认为不可靠。此外，在计算相关参数如评级水平 (Lr) 以量化烦恼度时，一些评估标准会将这个计算出的水平直接与背景噪声（通常作为L90测量）进行比较，以确定相对限值。

背景噪声测量

精确量化环境、残余和背景声需要一个严谨的方法框架，包括标准化的数据采集程序、克服常见现场挑战的策略，以及对测量不确定度的批判性认识，如BS 4142和ISO 1996-2等标准详述的那样。
为确保结果可靠且可重复，声学测量必须遵循严格的程序指南。典型设置包括：

• 仪器: 设备必须满足高精度标准，包括1级声级计（符合IEC / BS EN 61672-1）、声校准器，必要时还需1级滤波器。
• 传声器位置: 为减少反射，传声器应距离地面1.2 m至1.5 m，且距离除地面外的任何显著反射面至少3.5 m (BS 4142)。
• 天气条件: 当风速超过5 m/s时应谨慎测量，必须始终使用有效的风罩，因为风致噪声会污染数据。
• 现场校准: 必须检查测量系统在每次测量开始和结束时的校准。漂移不超过0.5 dB被认为是结果有效的可接受范围。
• 代表性: 测量时间间隔必须足以获得所评估期间背景声级的代表性值。目标是量化典型值，考虑白天与夜间、工作日与周末之间可能发生的变化。

应对测量挑战

一致的测量是理解和管理背景噪声的关键。 目标是在尝试降低噪声之前量化环境声级。由于背景噪声通常包含脉冲噪声或纯音等复杂特性，简单的声压级 (SPL) 测量通常不够，需要使用时间平均等效连续级 (LAeq,T) 或详细的频率分析（倍频程或1/3倍频程）。测量最好在相关条件下（例如，房间无人 vs. 有人）使用校准的声级计 (SLMs) 进行。

对于波动或间歇性的声音，选择真正有代表性的测量时间间隔至关重要。 持续时间必须足以捕获典型的声学条件，以推导出可靠的背景声级值 (L_A90,T)，如BS 4142所述。

在传统的环境影响声压级测量 (BS 4142) 或建筑声学测量 (ISO 16283-1) 中，背景噪声是需要仔细测量和修正的污染源。相反，对于声强测量，稳态背景噪声的影响可以通过该技术的物理原理在很大程度上被抵消，从而即使在嘈杂环境中也能准确描述声源特性。

背景噪声指标

一般测量要求和修正

实践中，测量背景噪声需要在被测机器或声源关闭的情况下获取噪声水平。 还必须最小化其他环境因素的影响，如风噪，通常通过使用风罩。与声反射一起，背景噪声是进行噪声测量时必须考虑的两个主要环境影响。

为确保存在背景噪声时声学测量的有效性，必须遵循特定的标准和修正程序：

• 有效性阈值: 为了测量无需修正即可达到0.5 dB以内的精度，来自不期望声源的噪声（背景噪声）必须比所考虑声源发出的噪声水平至少低10 dB。
• 修正要求: 如果总测量噪声（声源加背景）与单独背景噪声之差在3 dB到10 dB之间，则必须进行修正。
• 不可靠测量: 如果总噪声与背景噪声之差小于3 dB，则背景噪声水平过高，无法获得可靠的声源单独噪声值。
• 频带分析: 如果在频带（如1/1倍频程）中进行测量，每个频带中测量的背景噪声应同样比该频带中的声源噪声至少低10 dB。

通过L50和L90或L95测量值计算环境背景噪声

ISO 1996-2:2017 (附录 I) 给出了两种估算残余（背景）声的方法。首先，当测试声源在总测量时间内贡献5%或更少时，95%时间超过的声级 (L95) 可以视为残余声压级的代表。其次，如果残余声可以被视为高斯分布，则可以通过L50和L90或L95根据Leq,Gauss公式计算等效残余声级。

建筑声学中的背景噪声

在建筑声学领域，特别是根据PN-EN ISO 16283-1测量隔声时，背景噪声被视为测量污染源。此处，背景噪声定义为接收室中除源室中运行的测试扬声器外的所有声源的声音。它的存在会掩蔽通过测试隔断传播的声音，导致对隔断隔声性能的高估。

测量使用1/3倍频程频带。在每个三分之一倍频程或倍频程频带中，测得的组合信号（信号加背景）与背景噪声水平之差应至少为6 dB，最好大于10 dB；如果噪声不稳定，则增加平均时间以获得稳定的估计值。当背景噪声不够低于信号时，必须通过能量相减来修正测量值。

标准规定了明确的修正程序以考虑这种污染：

• 如果测得的信号加背景噪声水平比单独的背景噪声高6 dB到10 dB，则应用数学修正以分离信号水平。
• 如果差值等于或小于6 dB，则信号被本底噪声过度掩蔽，无法进行可靠计算。该标准随后要求将结果报告为限值。这是通过对组合水平应用1.3 dB的修正来实现的，结果明确标记为最小性能值（例如，R' ≥ X dB），以表明真实隔声至少如此，但无法精确确定。

声功率测量中的背景噪声

对于精度级测量，例如在混响室中进行声功率测定，确保精度的特定且不容妥协的背景噪声标准至关重要。ISO 3741:2010 标准将背景噪声修正 (K1) 定义为应用于测量声压级的正式修正因子 (ISO 3741:2010)。此修正的适用性受严格标准约束：

• 对于典型范围边缘的频带（200 Hz及以下；6,300 Hz及以上），背景噪声水平必须至少比声源的声压级低6 dB。
• 对于中频范围（250 Hz 到 5,000 Hz），背景噪声水平必须至少比声源的声压级低10 dB。

如果无法满足相对标准，但只要背景噪声水平低于ISO 3741表2中规定的绝对最大值，测量仍可符合标准。这允许在无法实现6 dB或10 dB差值的情况下对安静声源进行有效测量。

背景噪声对语音清晰度 (STI) 的影响

语音传输指数 (STI) 是一种旨在量化人类理解潜力的指标。 STI模型依赖于几个与背景噪声相关的关键概念：

• 背景噪声: 包括所有在没有测试信号时剩余的声音 (IEC 60268-16, 3.32)。
• 信噪比 (SNR): 信号声压级与背景噪声声压级之差 (IEC 60268-16, 3.35)。
• 有效信噪比 (SNReff): 一个更复杂的指标，表示测试信号的强度调制水平与所有失真的强度水平之差。这些失真包括环境噪声、混响和听觉掩蔽效应 (IEC 60268-16, 3.36)。与仅考虑背景噪声的基本SNR不同，SNReff通过考虑所有降低语音信号时间保真度的因素（包括混响和固有听觉效应）提供了更全面的度量。

在STI测量 (IEC 60268-16)中，背景噪声必须精确测量为125 Hz 至 8 kHz 七个倍频程频带中的等效连续声压级 (Leq)。

 

 

 

哪些仪器和设置很重要？

• 仪器: 校准过的声级计 (SLM)，最好是积分平均型，符合IEC 61672等标准。
• 频率计权: A计权 (dBA) 最常用于人类感知，广泛应用于背景噪声评估。
• 时间计权: '快' (125ms) 用于 LAFmax。
• LN 统计: LAeq值在LN类别上的统计分布。
• 位置: 远离反射面（至少1米）测量，并对多个位置取平均值以获得代表性结果。

如何将测量转化为决策？

将测量值（例如，LAeq, LA90, NC评级）与针对特定空间及其用途（例如，教室、办公室、音乐厅）制定的既定标准或目标标准进行比较。 如果水平超过目标，识别主导频带和来源以指导缓解策略。对于音频，计算SNR并确定其是否足以保证清晰度（例如，语音通常需要 >15-20 dB）。

示例: 办公室在工作时间测得45 dB(A) Leq。附近桌面的语音为60 dB(A)。SNR约为15 dB (60-45)。如果良好清晰度的目标是SNR > 20 dB，则可能需要降噪或语音增强。

背景噪声降低

背景噪声来源于空间内外各种声源，包括建筑系统 (HVAC)、外部环境噪声 (交通)、设备 (电子设备) 和人类活动。 有效降低通常需要结合控制声源、阻断传播路径以及优化收听环境或录音设置。常见的噪声控制层级是：

• 声源控制: 静音或修改产生噪声的物体本身（例如，更安静的风扇、隔离设备）。
• 路径控制: 阻挡或吸收声音传播（例如，绝缘、屏障、声学板）。
• 接收者控制: 保护听者（例如，耳塞）或优化捕捉（例如，麦克风技术）。

房间声学显著影响感知到的背景噪声。房间大小、形状和表面材料等因素影响声音的反射和衰减 (混响)，这会放大或掩蔽背景噪声。

有哪些快速见效的声源控制方法？

• 暖通空调: 检查是否有嘎嘎声，清洁过滤器，如有可能调整风扇速度，或考虑管道内衬/消音器。
• 设备: 将嘈杂的电脑或电器移入柜子或更远处。在机器下方使用隔振垫。
• 活动: 在共享空间中设立安静区域或时段。

如何利用房间优势？

• 吸音: 添加柔软家具（地毯、窗帘）、声学墙板或天花板瓦片，以吸收声音反射，降低整体混响和噪声积聚。针对首次反射点。
• 隔音: 密封门窗周围的缝隙以阻挡外部噪声。改进墙体/窗户结构以获得更好的声传输等级 (STC)。
• 布局: 将工作区或听音区远离已知噪声源。在开放式办公室中使用隔断或分区。

降噪策略示例：声源、路径、房间、捕捉

声景概念

声景设计超越了单纯的降噪；它涉及平衡声音以增强环境的主观体验，通过保留期望的声音（声景标志），并结合与平衡声音，创造出有吸引力和激励性的声学环境。 因此，声景是一个整体的环境规划框架，它利用降噪措施来处理背景噪声，同时动员科学家、社会科学家、建筑师和城市规划者的才能，为整体声学改进定义原则。