《环境噪声控制工程》.ppt

环 境 噪 声 控 制 工 程,目 录,第一章 绪论 第二章 声波的基础知识第三章 噪声的传播和分贝的计算第四章 噪声评价和标准第五章 噪声的测量第六章 吸声和室内声场第七章 隔声第八章 消声器第九章 隔振与阻尼,第一章 绪论,噪声噪声的危害和影响环境声学研究的内容噪声分类环境噪声控制,第一节 噪声,噪声的定义物理学定义环境声学定义：凡是人们不需要的声音噪声控制：降低和减少可听声次声波：频率小于20Hz超声波：频率大于20kHz可听声：频率在20Hz与20kHz之间噪声污染的特点,第二节 噪声的危害,听力机构损伤 暂时性听阀迁移永久性听阀迁移暴震性耳聋诱发疾病对正常生活及工作的影响,第三节 环境声学研究内容,噪声污染规律的研究噪声评价方法和噪声标准的研究噪声控制措施的研究噪声测量设备和技术的研究,第四节 噪声的分类,按城市环境噪声分类 交通噪声、工业噪声、建筑施工噪声和社会生活噪声按发声机理分类机械噪声空气动力性噪声电磁噪声,第五节 环境噪声控制,噪声控制基本原理声源控制传播途径对接收者的防护城市环境噪声的控制行政管理措施规划性措施 区域规划、道路规划和控制城市人口密度,第二章 声波的基础知识,声波的产生描述声波的基本物理量频程和频谱声能量、声功率和声强声波的传播方程平面波和球面波声压级、声强级和声功率级声源的指向性,第一节 声 波 的 产 生,声源：发出声音的振动体。声波：在弹性媒质中，声音的机械振动由近及远的传播过程。声波传播的必要条件：弹性媒质的存在声场：声波存在的空间,声压：声波传播时大气中压强随着声波作周期性的变化，声扰动所产生的逾量压强就叫做声压。p=P-P0 P0为平衡状态下的大气压强。有效声压：在一定时间间隔中，瞬时声压对时间取均方根值为有效声压。,第二节 描述声波的基本物理量,频率：频率 f 为媒质质点每秒钟振动的次数。圆频率：2f波长：同一时刻，由于声波引起的传播媒质中密度最稠密（稀疏）的地点到邻近的最稠密（稀疏）的对应地点的距离，或者说两个声压最大（小）值地点之间的距离叫声波波长。,声速：振动状态或它具有的振动能量在媒质中自由传播的速度叫声速c。c=f c=331.4+0.61 t oC t 为摄氏温标下的温度。相位：任一时刻t的质点振动状态，包括振动的位移及运动方向或者压强的变化。,第三节 频 程 和 频 谱,频谱：声音的频率成分与能量分布的关系称为声音的频谱。频谱图：各个频率上声能量分布绘成的图形。通常频谱图以频率为横坐标，以频率对数为标度，以声压级为纵坐标。,频带：把宽广的声频范围划分为若干连续小区间，称其为频带或频程。频带划分方法恒定宽频带划分方法：保持频带宽度 f f2 f1不变恒定相对宽频带划分方法：保持频带的上下限之比为常数,第四节 声能量、声强和声功率,声能量：由于声扰动使媒质获得的能量声能量 媒质质点振动的动能 媒质 形变的势能 动能Ek任一时刻的势能Ep,平均声能密度 单位体积媒质所具有的平均动能和平均弹性势能之和。,声功率W 声源在单位时间内辐射的能量，单位为瓦。自由声场中，均匀辐射的声源的声功率为：声强 I 单位时间内通过垂直于传播方向单位面积的平均声能量，单位为W/m2。,第五节 平面波和球面波,波阵面 同一时刻相位相同的轨迹为波阵面平面波 波阵面与传播方向垂直的波。沿x方向传播的平面波方程 方程中P为声压，C为声速。上式的解为,简谐振动的平面波的方程 p为声场中某位置的瞬时声压；pA为声压幅值；为角频率；k为圆波数，,平面波质点振动速度和声阻抗率质点振动速度方程 上式中的uA为质点振动速度幅值；ue为质点质点速度的有效值,声阻抗率Zs 声阻抗率单位是Pa.s/m，是媒质所固有的一个常数。平面波的声能密度、声强和声功率声能密度声强,声功率球面波的瞬时声压和振动速度点声源：当声源很小，其几何尺寸比辐射声波波长小很多时，则其大小和形状可被忽略而视为一点，该声源可称为点声源。球面波：点声源发出的声波，其波阵面为同心球面。,球面波的瞬时声压和振动速度 上式中，A为声源辐射声波能力的常数。声压的振幅媒质质点振动速度为,球面声波的声强和声功率声阻抗率声强声功率,第六节 声压级、声强级和声功率级,声压级Lp：将待测声压的有效值Pe与参考声压P0的比值取常用对数，再乘以20，即 在空气中，参考声压P0210-5 帕,声强级LI：将待测声强I与参考声强I0的比值取常用对数，再乘以10，即 在空气中，参考声强I010-12 瓦/米2，是 与 参考声压P0相对应的声强,声功率级Lw：将待测声功率W 与参考声功率W0的比值取常用对数，再乘以10，即 在空气中，参考声功率W010-12 瓦，是 与 参考声压P0相对应的声功率,声压级、声强级和声功率级的关系声压级、声强级的关系 在一般情况下b的值很小，因此可以认为,声强级与声功率级的关系 对于自由声场中的球面波有：,第七节 声源的辐射,指向性声源 声源在各方向的辐射的声压或声强不相同，这种声源为指向性声源。指向性因数Q 声场中某点的声强与在同一声功率声源在相同距离同心球面上的平均声强之比。,指向性指数DI,例：测得离点声源较远的10米处的声压级为60dB，求该声源的声功率W。解：点声源发出的声波为球面波，球面面积 s4r2 由声压级、声强级和声功率级的关系 得到,第三章 噪声的传播和分贝的计算,声波的叠加平面波的反射、透视和折射声波的绕射噪声在传播中的衰减分贝的计算,第一节 声波的叠加,叠加原理：多列声波合成声场的瞬时声压等于每列声波瞬时声压之和。相干波 具有相同频率和固定相位差的声波称为相干波。,相干波的叠加相干波的合成声压相干波的合成平均声能密度,当当,干涉现象：两列相干波在空间某些地方振动始终加强，在另些地方始终减弱的现象。驻波：当两列具有相同频率和固定相位差的声波在同一直线上沿相反方向进行时，两列波相遇叠加形成的合成声波即驻波。驻波声场的特征：合成声波的声压随着空间位置的不同有极大值和极小值,不相干波合成声场的平均声能密度n列不相干波的合成声场的平均声能密度合成声场的总有效声压,第二节 平面声波的反射、折射和透射,垂直入射的反射和透射,假设分界面是无限薄，声压在边界处连续，所以在 x0处，有 pI pII pAipArpAt uI uII媒质I中的总声压为,两个媒质中的质点振动速度分别为,由边界条件可以得到 uAiuAruAt或声压反射系数rp：反射声波声压幅值PAr入射 声波声压幅值PAi之比 声压透射系数p：透射声波声压幅值PAt与入射 声波声压幅值PAi之比,当2 c2 1 c1时，媒质II比媒质I“硬”当1 c1 2 c2时，媒质II比媒质I“软”,斜入射的反射和折射,反射定律：反射线在入射 面（入射线与界面 线所在 的面）内，且与入射线位 于界面法线的两边，入射 角与 反射角相等，即 i r,折射定律：折射线在入射面内，且入 射角正弦 之比等于媒质I与 媒质II声速之比 全反射现象：当c1 c2时，t 总大于i，当i 增大至c时，t增加到90o，此时入射角再增大时，入射波全部反射回第一媒质，在第二媒质中无透射波，c称为全反射临界角。,温度对声传播的影响,温度对声传播的影响,已知：空气密度为1.21kg/m3，空气中声速为340 m/s，水的密度998 kg/m3，声速1483 m/s，声波斜入射时的入射角为10o。计算1)声波由空气入射到水面时的反射角和折射角；2)声波由水入射到水与空气交界面时的反射角和折射角。问哪种情况存在全反射临界角，其值为多少。,解：声波由空气入射到水面时的反射角是10o。折射角 声波由水入射到水与空气交界面时的反射角10o 折射角,第三节 声波的绕射,声波的衍射：声波在传播过程中遇到障碍物时，能够绕过障碍物的边缘前进，并引起声波传播方向的改变，称为声波的衍射或绕射。影响声波的绕射的因素与障碍物或孔洞的大小声波的频率,声波波长大于障碍物,声波波长小于障碍物,声波波长大于孔洞尺寸,第四节 噪声的衰减,扩散引起的衰减 假设声源是点声源，发出球面波或半球面波,线声源辐射的噪声面声源辐射的噪声 当 时声源辐射平面波，声压衰减值为零；当 时，按无限长声源处理；当 时，按点声源处理。,声传播过程中的附加衰减大气的声吸收低温下，由于空气的热传导和粘滞性而引起声波中能量的损失声波的能量被大气中分子的驰豫效应所吸收树林引起的声散射和吸收，屏障和建筑物产生的声反射风和大气温度梯度引起的声折射雾、雨、雪的声吸收不同地面覆盖物的吸收等,第五节 分贝的计算,分贝的相加 两个声源在该点的总声压pet 由声压级定义得到：所以，总声压级为：！同一声源发出的不同频率的声波也适用分贝叠加的公式,上式还可以改写为：分贝相减,例：在厂房内测得某机器的声压级为94分贝，厂房内背景噪声声压级为88分贝，求该机器的实际声压级。,解：LpT94 dB，Lp188 dB,例、测量某机器发出的噪声，各频带的声压级数据如表中所列，测量时采取包络面测量方法，包络面面积为60m2，求声源的总声功率级。解：,分贝的平均 或,练 习 题 一,试问夏天（40 oc）空气中声速比冬天（0 oc）时快多少？在两种情况下1000赫声波波长分别为多少？如果平面波声压保持不变，媒质密度也近似保持不变，求两种温度下声强变化的百分率。一平面波沿正x方向传播，同时有一平面波沿负x 方向传播，两声波的振幅相等，分别表示为 试计算两个声波构成的平面驻波声场中的平均声能密度。,第四章 噪声评价和标准,噪声评价方法噪声标准,第一节 噪声评价方法,响度级与等响曲线等响曲线：在一定条件下，听力正常者听起来同样响的各相应声压级按频率连成，得到的一组曲线，这样的曲线叫做等响曲线。响度级LN：将待定声音与频率为1000赫的纯音进行试听比较，以主观听觉相同时1000赫纯音的声压级为其响度级，单位是方（phon）。响度N：声音“响”的程度，叫响度，单位是宋（sone）,响度级与响度的关系斯蒂文斯（Stevens）法计算响度 根据各中心频率和频带声压级确定各频带的响度指数 式中F为带宽修正因子，Nm为各频带的响度指数中的最大值。,A计权声级：声级计根据响度为40方的等响曲线设计的滤波电路，称A计权网络，对经过这一网络修正后的声级即A 计权声级。,等效连续声级：用噪声能量按时间平均的方法来评价噪声对人的影响，即等能量声级，又叫等效连续声级。,某人一天工作8小时，其中4小时在90dBA下工作，3小时在85dBA下工作，1小时在80dBA下工作，计算等效连续A声级。解：,昼夜等效声级式中：Ld为昼间（7：0022：00）测得的噪声能量平均A声级 Ln为夜间（22：00 7：00）测得的噪声能量平均A声级,统计声级Lx：表示x的测量时间内所超过的噪声级。统计声级的标准偏差如果某噪声的统计特性符合正态分布，则等效声级与累积百分声级的关系为：,更佳噪声标准（PNC）曲线：对环境噪声取频带从31.5赫至8000赫共8个频带的声压级，由PNC曲线分别得到PNC号数，其最大值即为该噪声的评价值。NR评价曲线NR数的计算NR 数与A声级的关系,感觉噪声级感觉噪度：中心频率为1000赫的倍频带，声压级为40分贝，规定其感觉噪度为1呐。感觉噪声级,噪声掩蔽：由于噪声的存在，使听阀发生迁移，这种现象叫做掩蔽，听阀提高的分贝值即掩蔽值。更佳语言干扰级（PSIL)：用来确定稳定的背景噪声对交谈的干扰，等于500赫、1000赫、2000赫三个中心频率下声压级的算术平均值。,计权等效连续感觉噪声级LWECPN交通噪声指数：在24小时的周期内不连续进行大量的室外A 计权声压级测量。,噪声污染级 为声级的标准偏差，K为常数，通常取2.56对于随机分布的噪声，噪声污染级与等效连续声级和累计百分数声级之间的关系：,噪声冲击指数（NII）Pi 为全年或某段时间内受第i等级范围内昼夜等效声级影响的人口数；Wi为该等级的计权因子,环境噪声污染防治法产品噪声标准汽车定置噪声地铁车辆噪声噪声排放标准工业企业厂界噪声标准（GB12348-90）建筑施工场界噪声限值（GB12523-90）铁路及机场周围环境噪声标准（GB12525-90）和（GB9660-88）,第二节 环境噪声评价标准和法规,环境质量标准工业企业噪声卫生标准,例：某车间中，工作人员在一个工作日内噪声暴露累积时间分别为90分贝计4小时，75分贝计2小时，100分贝计2小时，求该车间的等效连续声级。解：,室内环境噪声标准城市区域环境噪声标准（GB3096-93）城市各类区域环境噪声最高限值,第五章 噪声测量,测量仪器声功率的测量环境噪声测量工业企业噪声测量,第一节 测 量 仪 器,声级计声级计的分类：精密声级计和普通声级计声级计的组成：传声器、放大器、衰减器、计权网络、电表电路,传声器,传声器：将声压转换为电压的声电换能器放大器：将微弱的电信号加以放大衰减器：将过强的输入信号衰减到合适的程度计权网络：为了使声音的客观量度和人耳听觉主观感受近似取得一致，在测量声音时，对所接收到的声音按频带设一定的衰减来模拟人耳的听觉特性。电表电路：将放大器输出的交流信号整流成直流信号,声级计的声校准器和主要附件声校准器防风罩鼻锥屏蔽电缆滤波器和频谱分析仪滤波器：让一部分频率成分通过，其它频率成分衰减掉的仪器频谱分析仪：用来对噪声进行频谱分析,电平记录仪和磁带记录仪实时分析和快速分析系统噪声声级分析仪实时分析仪快速傅立叶分析仪,自由场法在自由声场中，无指向性点声源的功率级为：实际测量时，用设定的测量表面上各测点的平均声压级求出声功率级,第二节 声功率的测 量,现场测量时，当测量房间的总吸声量A和测量表面积之比满足条件：K为环境修正值,混响室法 Q为声源指向性因素；R为房间常数，与房间面积和吸声系数有关。在混响室内离开声源一定距离，上式可近似写成,标准声源法标准声源：在一定频带内具有均匀声功率谱的特制声源标准声源比较法：测出待测声源周围各测点声压级，取平均值Lp。再在相同测点处测出标准声源的声压级并计算平均值Lpr，则可用下式计算LW声强的测量,第三节 环境噪声的测量,城市区域环境噪声的测量方法网格测量法：500m500m见方，不少于100个定点测量方法：优化选取有代表性的测点，进行长期噪声定点监测。Si为第i个测点代表的区域面积；S为整个区域面积,城市交通运输噪声测量车辆噪声测量 交通噪声测量：测点在道路一侧的人行道上，距马路沿20cm处，传声器距地面1.2m，读取数据不少于200个。城市环境噪声的长期监测 选择具有代表性的测点进行长期监测，一般不少于7个，分别布置在：繁华市区1个，典型居民区1个，交通干线两侧2个，工厂区1个，混合区2个,第四节 工业企业噪声测量,生产环境的噪声测量工业企业现场机器噪声的测量厂区的噪声测量厂区的噪声测量厂界的噪声测量,空气中距离机器2m处测得声源Pe0.6帕，问此处声强I、质点振动速度Ue、声能密度分别为多少。若机器为点声源，求声功率。飞机发动机的声功率级可达165分贝，为保护人耳不受损伤，应使人耳处的声压级小于120分贝，问飞机起飞时人应至少离开跑道多少米远？假定飞机为点声源。离机器2m远的地方测得噪声声压级的平均值为84分贝，求其声功率级、声功率以及距离机器10m远处的声压级为多少分贝。假定机器为点声源，所在空间无反射声。,