NAE 噪声控制工程特刊丨适用于产品和机器设备的推荐性噪声标准

定期更新的国家和国际噪声标准可确保产品之间的一致性和准确性。由基于共识的标准组织制定的推荐性噪声标准定义了可靠且可重复的方法，以确保制造商（i）设计其产品以满足客户、市场和/或监管要求；（ii）获得符合其规格的组件；（iii）报告以与其竞争对手相同的方式测量的噪音值，以便购买者可以信任制造商提供的产品噪音水平值。使用这些标准可以产生更安静的产品，从而带来更好的工作条件、生活质量、工人健康以及竞争优势。 William Thomson，Lord Kelvin（1891, p. 80）总结了测量标准的重要性： 

• “测量就是知道。”
• “如果你不能测量它，你就无法改进它。”
• “当你能够测量你所谈论的内容并用数字表达它时，你就对它有所了解；但是当你不能测量它，不能用数字来表达它时，你的知识就很贫乏，不能令人满意。”

 产品噪音指标产品噪声有两个不同的方面：产品发出的噪声和从产品现场测得的噪声。

声压级对于设计目的很重要，在使用心理声学标准时，对于评估产品声音的烦扰方面也很重要。

产品发出的噪声的主要描述词是声功率级，由操作员位置处的发射声压级补充。两者都独立于产品所处的环境。这些声级对于设计目的很重要，并且在使用心理声学标准时，对于评估产品声音的烦扰方面（例如，突出的离散音调、粗糙度等）很重要。产品声功率级可用于比较不同厂家产品的噪音水平，如电脑、洗碗机、制造机械等。 在安装位置测量的产品产生的声音的描述是现场声压级，它考虑了声源位置和墙壁声音反射的影响。现场声压级是一个描述人所听到的声音，无论是用户、旁观者还是社区。 声功率级以分贝（dB）为单位测量，相对于1皮瓦；声压级以分贝（dB）为单位测量，相对于20帕。对于大多数产品，这两个声级是A加权的；也就是说，根据A加权曲线对声音进行频率加权，该曲线近似于人类对中级声音的听力，并以dBA为单位报告。 标准组织许多美国和国际组织制定了声学和噪声标准。 美国国家标准协会（ANSI）拥有声学、生物声学、机械振动和冲击以及噪声方面的认可标准委员会（ASC），所有这些标准委员会都由美国声学学会（ASA）管理。ASA成立于1929年，通过其声学标准化委员会（Blaeser和Struck 2019）赞助制定声学标准。标准化对ASA仍然很重要，六位ASA总裁和两位副总裁一直是该协会的标准领导者或董事（其中四位领导者也是NAE成员）就证明了这一点。 其他ANSI认可的具有声学或噪声标准的标准组织包括美国采暖、制冷和空调工程师协会（ASHRAE）、ASTM International（前身为美国测试和材料协会）、美国机械工程师协会（ASME）、空调、供暖和制冷协会（AHRI）和 SAE International（前身为汽车工程师协会）。George Maling（2021）在本期中进一步讨论了各种具有声学或噪声标准的组织。 国际标准化组织（ISO）下设相关技术委员会（TC）和分委员会（SC），包括TC43（声学）和TC43/SC1（噪声）。一些ISO标准是测量产品和设备噪声的基本声学标准。 国际电工委员会（IEC）为声学仪器以及电气、电子和相关技术制定标准，包括声学测量仪器、家用电器和风力风力机。 测量产品和设备噪声的基本标准基本产品声学标准包括测量各种产品和机械噪声的标准，概述了一般安装和操作条件。特定产品标准使用具有所需测量类型和测量不确定度等级的基本标准。测量不确定度等级的特点是精度（1 级）、工程（2 级）和测量（3 级）。特定于产品的标准还定义了用于测量发射声压级的产品安装和操作条件以及操作员位置。 ISO基本声功率级和发射声压级标准于1970年代初制定。WilliamW. Lang（NAE）是ISO小组的负责人，当时是制定这些标准的工作组的主席，他认识到需要有效、可靠和统一的测量方法。 声功率级测量：确定声功率级的 ISO 基本产品标准有两套。 

• ISO 3741到3747（使用声压级测量）（美国采用的这些ISO标准是ANSI/ASA S12.51–S12.57 系列）
• ISO 9614-1至9614-3（使用声强测量）（美国声强标准为ANSI/ASA S12.12）。

 ISO 3744、3747和9614-2中的方法满足工程级精度，这对制造商来说是有利的，尤其是对于法规要求；ISO 3741、3745和9614-3符合精密级精度。 ISO 3741–3747系列提供在混响测试室和场、消声室、半消声室（在反射平面上方具有消声特性的房间）、反射平面上的基本自由场以及混响环境中的原位测量。ISO标准还提供了对消声室和半消声室进行鉴定的标准。 ISO 3744（工程级）是产品特定标准中最常用的基本噪声标准，并在多个欧盟委员会法规和测试方法中被引用。正在修订以简化方法和程序，并删除大部分确定环境修正系数的规定，这些规定将纳入单独的更新ISO标准。 ISO 9295规定了确定高频范围内声功率级的方法。它可以作为标准的基础来测量发出超声波的产品的频率，例如一些医疗设备。 确定声功率级的ISO声强标准包括以下重要要求：­平稳的背景噪音和其他因素，使他们更难以执行重复性。但是，声强测量是一种有价值的工具，用于测试ISO 3741-3747系列中测试空间过大的产品，以及在产品中定位特定噪声源，并辅以产品操作条件的知识。 发射声压级测量：用于确定发射声压级的ISO基本产品标准（ISO11201–11205）具有不同的精度等级。他们的方法包括使用（i）在反射平面上的自由场中进行测量，可忽略、近似或准确的环境校正；（ii）从声功率级计算；（iii）声强测量。 产品和设备的声压级申明：ISO《声明（或发布）产品和设备声级的基本产品声学标准》（ISO 4871）要求为“保证”声级的测量值增加不确定度，或报告测量值和不确定度。 新批准的美国产品声压级声明标准（ANSI/ASA 12.61:2020）使用不同的方法来实现相同的结果。始终报告平均测量值，并可选择报告不确定度（例如，当监管机构要求时）。如果未报告不确定度值，则给出验证声明水平的方法。 与产品噪声相关的其他声学和噪声标准ISO标准（9613-2，室外声音传播的衰减）预测了在各种气象、地形、植被和障碍条件下的等效连续A加权声压级。软件程序实施本标准的计算方法，从风力发电机、应急发电机和变压器等声源的声功率级预测社区中的声压级。 ANSI/ASA S12.2提供了三种评估室内噪声的方法：使用现场A加权声压级的研究方法、使用扩展噪声准则（NC）曲线的工程方法和评估低频的方法。使用房间噪声标准（RNC）曲线的波动噪声。本标准的资料性附件给出了各种占用活动区域的推荐噪音水平标准；例如，教室的A加权声压级标准与ANSI/ASA S12.60（第1部分和第2部分）中关于教室声学的最大一小时声级标准相同。产品制造商可以使用这些标准来确定产品所在活动区域的声功率级。 产品特定噪声标准IT行业将噪音视为客户接受度和政府法规的一个因素。 信息技术产品：在二十世纪七十年代，信息技术（IT）行业认识到噪声是影响客户接受度和可能的政府法规的一个因素。国际IT噪声标准由行业、政府和用户根据美国和欧洲行业协会与ASA标准委员会合作制定的标准制定。ANSI S1.29-1979成为Ecma International^[1]标准 ECMA-74的基础，后者是ISO7779的基础。 ISO 7779和ECMA-74（均在全球范围内使用并在欧洲指令和法规中引用）包括针对A加权声功率和声压级的产品特定操作和安装条件。美国的等效标准是ANSI/ASA S12.10/Part 1。 当然，新的IT产品会定期推出，操作模式可能会随着产品的发展而变化，因此需要经常修订这些标准。由于ECMA-74的修订周期比ISO修订周期短得多，因此ISO 7779现在指的是当前版本的ECMA-74中的产品安装和操作条件。 IT行业也有声明噪音水平的标准：ISO9296及其更新的对应ECMA-109标准（第10版），其方法类似于ANSI/ASA S12.61。 IT行业还制定了用于确定小风扇的空气传播和结构传播声功率级的标准（分别为ISO 10302-1/ECMA-275-1和ISO 10302-2/ECMA 275-2）。安装在特殊声学“透明”增压室上的风扇可以在与安装在计算机系统中时类似的压力负载条件下运行。之前的风扇噪音描述词— — 空载条件下的排放声压级 — — 对于选择计算机产品中使用的风扇没有用处。 德国环境署蓝色天使（Blue Angel）^[2]是许多产品类型的环境标签（“德国生态标签”）。其噪声标准为A加权声功率级，IT设备按ISO 7779测量，按ISO 9296报告。2015年台式电脑的蓝天天使声功率级标准比2015年低10-13 dBA。1995年，测得的产品声功率级也有类似的降低，这可能归因于能源效率、源噪声控制技术、外壳设计以及全球统一的测量和声明标准（Beltman 2016）。 家用设备：家用电器和类似设备有许多的IEC特定产品噪声标准（IEC62704-1、-2和-3系列）。对于某些情况，A加权声功率级方法基于ISO 3744，具有特定于产品的操作和安装条件；声明标准基于ISO 4871。欧盟委员会要求电器的能源标签显示根据这些IEC标准确定的声明的A加权声功率级。 风力发电机：大型风力发电机发出的声功率级具有调制和“嗖嗖声”的特点。IEC 61400-11标准“风力发电机声学噪声测量技术”规定了确定A加权声功率级的方法。声压级是在单个麦克风位置测量的，并且假设半球分布来确定作为风力发电机电输出功率的函数的声功率级。 IEC风力发电机声功率级值用作计算机软件（基于ISO9613-2）的输入数据，用于预测住宅接收器的能量等效声压级。经验表明，在适当选择地面因素和项目中的其他设置的情况下，预测和测量的风力机能量等效声压级之间具有良好的一致性（Kaliski et al.2018）。在许多社区和州，批准安装风力发电机的标准要求使用基于ISO 9613-2的方法预测声压级。 其他产品类型：所描述的噪声测量标准的用途和应用表明了将此类标准用于其他类型产品的机会。 小型无人机系统：美国联邦航空管理局对小型无人机系统（UAS）进行监管。根据IT和风力发电机行业的经验，有人建议A加权声功率级可能适用于量化小型无人机噪声排放（Hellweg和Maling 2020），该方法具有以下优点： 

• 可以使用不同的测量方法，并且可以在室内或室外进行。
• 声功率级可以满足制造商、用户、公众和政府的需求。
• 社区声压级可以从声功率级预测。

 该建议的实施需要选择一种方法来确定各种操作模式的声功率级。 ASC S12（噪声）58工作组正在制定ANSI/ASA标准，以确定消声室中小型UAS（小于25公斤）的A加权声功率级，并且还在考虑进行室外测量。 欧盟委员会（2019年）颁布了一项关于小型UAS的授权法规，要求根据ISO 3744测量和发布A加权声功率级。它还对0.25-4 kg的小型UAS的最大A加权声功率级设置了限制。 ISO TC20/SC16（无人机系统）和ISO TC43/SC1（噪声）的联合工作组WG7已开始制定小型多旋翼无人机系统噪声测量标准。 干手器：最近对干手器的一项研究表明，当手在气流中时，现场测量的A加权声压级既非常响亮，又明显噪音更大（Keegan 2020a）。 至少有一家制造商的实验室在没有手在气流中的影响的情况下测量了噪声，并且没有测量操作员位置声压级，只测量了声功率级（Keegan 2020b）。制造商表示无法在操作员位置进行测量，因为该设备是在半消声室的地板上进行测试的。ISO 标准要求设计用于在墙上操作的设备安装在墙上以测量操作员位置声压级，因为测试室中的墙壁和反射面都会产生反射。 ISO 标准还要求以“代表典型使用中最嘈杂操作”的模式进行测试，因此声学测试期间干手器的操作模式应模拟手部干扰。 经验表明，在半消声室的便携式墙上测量壁挂式IT产品的操作员位置以满足ISO要求是可行的。 心理声学标准心理声学标准可以帮助制造商了解他们的产品将如何被用户感知，以减少设计过程中产品噪音的烦扰程度。用于定义噪声感知的心理声学参数包括响度、突出声调和音调以及粗糙度。 响度：有两个ISO标准包含计算响度的方法，第三个标准正在开发中：

• ISO 532-1：第1部分：Zwicker方法
• ISO 532-2：第2部分：Moore-Glasberg方法
• ISO/AWI 532-3（开发中）：第3部分：时变声音的Moore-Glasberg-Schlittenlacher方法。

 ANSI/ASA S3.4响度标准类似于ISO 532-2，并包含一个软件程序。 突出声调和音调：如果产品噪声的音调分量比可察觉性高出几分贝，并且被认为是突出的，则根据其他背景声音，噪声排放可能会令人讨厌。一些产品特定标准具有用于测量突出的离散声调或音调的方法。一些IT开发人员使用窄带数据来识别其产品中不需要的声音的来源。 信息技术行业：IT行业有三种方法，每种方法都使用窄带快速傅立叶变换（FFT）分析：两种用于突出的离散声调，一种用于突出的声调。一些IT开发人员还使用窄带数据来识别其产品中不需要的声音的来源。一些IT制造商在其组件（例如，硬盘驱动器和风扇）的采购规范中对突出的离散音有标准。 音调的最新标准是IT设备的ECMA-418心理声学指标：第1部分针对突出的离散音调，第2部分针对基于人类感知的模型。ECMA-418-1用确定音噪比和突出比的方法替换和更新了技术内容，ECMA-418-2提供了一种基于听力模型的突出音调方法（Sottek 2016）。 风力发电机：IEC61704-11标准使用FFT方法评估声压级测量的音调，以确定声功率级。 其他：其他方法在现场或实验室对产品噪声的一般或环境评估中评估音调成分。ISO/PAS 20065公开可用规范使用窄带FFT方法来确定噪声中音调的可听度和突出度。它正在作为技术规范进行修订，最终成为国际标准。ISO 1996-2“环境声压级的测定”中使用了它的方法来确定环境噪声中音调的可听度和突出度。 粗糙度：ECMA418-2使用基于听力模型（Sottek 2016）的方法来确定粗糙度及其是否突出。 总结噪声标准在静音产品的开发过程中非常重要，国家和国际法规中都引用了噪声标准，以确保测量的一致性并避免相互冲突的方法。由制造商、采购商和政府使用，它们会被不断地评估和更新，以便及时和负责任地对新的产品类型、技术和能力作出反应。噪声控制工程师在制定和实施此类标准以减少有害噪声影响和提高生活质量方面发挥了重要作用。 
参考文献Beltman M. 2016. Experience with noiseemission declarations and labels: Information technology industry. Buy Quiet­Symposium, International INCE, Aug 25, ­Hamburg. Blaeser S, Struck CJ. 2019. A history ofASA standards. ­Journal of the Acoustical Society of America 145(1):77–109. European Commission. 2019. DelegatedRegulation (EU) 2019/945 of 12 March 2019 on unmanned aircraft ­systems and onthird-country operators of unmanned aircraft ­systems. Official Journal of theEuropean Union 62(L 152). Hellweg RD Jr, Maling GC Jr. 2020. Noiseregulation: Federal standards or self-certification by the private sector? In:Engineering a Quieter America: UAS and UAV (Drone) Noise Emissions and NoiseControl Engineering Technology. Reston VA: INCE-USA. Kaliski K, Bastasch M, O’Neal R. 2018.Regulating and predicting wind turbine sound in the US. Proceedings,INTER-NOISE 2018, Aug 26–29, Chicago. Keegan NL. 2020a. Children who say handdryers “hurt my ears” are correct: A real-world study examining the loudness ofautomated hand dryers in public places. Paediatrics & Child Health25(4):216–21. Keegan N. 2020b. Hair dryer noise:Identifying the problem and proposing a solution. Plenary lecture, NOISE-CON2020, Nov 16–20 (online). Maling GC Jr. 2021. Resources for noisecontrol engineering. The Bridge 51(2):41–47. Sottek R. 2016. A hearing model approach totime-varying loudness. Acta Acustica united with Acustica 102(4):725–44. Thomson W. 1891. Popular Lectures andAddresses, Vol I. London: MacMillan. [1]  Formerly the European ComputerManufacturers Association [2]  https://www.blauer-engel.de/en/our-label-environment. 原文来源于美国国家工程院（National Academy of Engineering）噪音控制工程特刊，作者ROBERT D.HELLWEG JR。

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