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环境物理污染控制工程技术噪声振动部分,任文堂（北京市劳动保护科学研究所 北京 100054）,第1章 噪声与振动污染控制工程基础 1.1 噪声与振动计量与评价1.1.1 噪声与振动的基本概念：熟悉主要物理量和单位,声压级 式中 基准声压，210-5 Pa；声压有效值，Pa。,人耳对频率为1000Hz的声音的可听阈（即人耳刚刚能察觉到声音的存在）约为210-5 Pa；微风吹动树叶的声音约为210-4 Pa；普通谈话声约为210-2 Pa；刚刚使人耳产生疼痛感觉的声压（痛阈声压）约为20Pa。声压级通过对数压缩：数字简单；和人的生理感觉特性一致。,声功率级,(简单介绍声压、声强、声功率概念区别）,式中 基准声功率，w0=10-12 w,声压级：表述空间固定位置的声能量；声功率级：表述声源辐射的声能量;声强级:表述空间固定位置的声能量及传播方向.,振动加速度级式中 加速度有效值，m/s2；基准加速度，m/s2。,振动级振动级指修正的加速度级，用表示，即：式中 修正的加速度有效值，可以通过下式计算得到：式中 表示频率为的振动加速度有效值，m/s2；修正值，见教材表1-1-8垂直与水平振动的修正值。,（简要介绍速度、位移、加速度）,噪声与振动控制工程中的常用评价量,A声级,纯音等响曲线,由测得的频带声压级计算出A声级，计算式如下：,等效声级,累积百分声级,累积百分声级又称统计声级，指在测量时间内所有超过声级所占的n%时间，单位为dB。在噪声统计工作中，常常用表示规定时间内噪声的平均峰值，称为峰值声级，用 表示规定时间内平均噪声值，称为中值声级，用 表示规定时间内的背景噪声，称为本底声级。(举例说明在环境噪声中的应用）,声压级的叠加、修正和平均,声压级的叠加:声级平均：,级计算的基本原则：能量叠加,利用图表进行级计算,相同声压级的声音叠加后分贝数的增值,不同声压级叠加的修正曲线,修正项（dB）,声压级的差值（Lp1-Lp2）（dB）,1.2 声源及其特性（熟悉声源及其分类；掌握点声源、线声源和面声源的基本特性）,机械噪声源由于机械设备运转时存在不平衡，各零部件之间因偏差或表面缺陷而相互撞击、摩擦产生的交变机械作用力使设备金属板、轴承、齿轮或其它运动部位发生振动而辐射出噪声的声源称为机械噪声源。空气动力性噪声源由于机械零件和周围及封闭媒质（空气）之间交互作用而辐射出噪声的声源称为空气动力性噪声源。电磁噪声源 由于机械构件受到电场或磁场力的作用，导致磁致伸缩和电磁感应的发生，铁磁性物质或构件发生振动而辐射噪声的声源称为电磁噪声源。,1.3 声波在空气中传播的基本规律及衰减特性,声波的衰减声源发出的噪声在媒质中传播时发生反射、折射和衍射等现象，其声压或声强将随着传播距离的增加而逐渐衰减。这些衰减通常包括声能随距离的发散传播引起的衰减、空气吸收引起的衰减、地面吸收引起的衰减、屏障引起的衰减和气象条件引起的衰减等，总衰减量可表示为：,(介绍声波反射、折射和干涉）,点声源、线声源和面声源的基本特性 声源的类型按其几何形状特点划分可分为点声源、线声源、面声源。点声源线声源面声源,和声源尺寸、距离等因素有关,混响和混响时间混响时间：定义为声压级降低60分贝所用的时间。,赛宾公式：,式中 T 混响时间，s；S 房间内总表面积，m2；V 房间的总容积，m3；房间内表面的平均吸声系数,1.4 噪声和振动的测量分析（熟悉噪声及振动测量的基本要求、方法、仪器，以及背景噪声的修正方法；掌握声级计、频带滤波器和环境振级计的使用：）,基本测量系统,基本测量系统,1、选择正确的测试规范 声源、环境噪声质量、噪声排放标准、噪声暴露、设备与工程2、测量参数的选择 A声级、L声级、频谱（倍频带、1/3倍频带、窄带、功率谱）、等效声级、统计声级、声暴露级 3、声级计特性的选择 快、慢、峰值、最大均方根等4、环境影响 周围反射物、背景噪声、人体的屏蔽和反射、电磁场影响、湿度影响5、气候条件影响 风噪声本底噪声，风罩、风锥；雪等地面吸收和反射6、背景噪声修正,噪声测量技术,背景噪声修正,表背景噪声（振动）修正值,环境噪声测量方法,GB/T 14623城市区域环境噪声测量方法 声环境质量测量标准，等效A声级Leq,Ld,Ln;GB 10071 城市区域环境振动测量方法 GB 12348 工业企业厂界噪声测量方法 GB 12524建筑施工厂场界测量方法GB12525 铁路边界限值噪声测量方法,环境噪声标准,GB/T 3096城市区域环境噪声标准 声环境质量测量标准，等效A声级Leq,Ld,Ln;GB 10070 城市区域环境振动标准 声环境质量测量标准GB 12348 工业企业厂界噪声标准 排放标准GB 12523 建筑施工厂场界限值 排放标准 GB12525 铁路边界噪声限值及其测量方法 排放标准,第2章 噪声与振动污染防治工程实践,2.1 吸声降噪原理和工程吸声材料(结构)被广泛地用于噪声控制工程和建筑声学的厅堂音质控制中。在噪声控制工程中主要应用为：降低含有声源的房间和其它封闭空间的内部噪声；降低由外部传递到房间和其它封闭空间内的噪声；降低声屏障等噪声控制设备对于某一特定方向的反射声；使用在消声器中降低噪声的传递；使用在隔声结构中，提高复合结构的隔声量。,吸声材料（结构）的类型及其特性,吸声系数定义,降噪系数（NRC）,房间平均吸声系数,吸声量也称等效吸声面积,吸声材料和吸声结构(掌握多孔吸声材料的吸声机理；熟悉薄板和微穿孔板吸声结构与空间吸声体的特性及其适用条件)1、多孔材料吸声机理 给出的是声波入射到多孔材料表面时的吸声现象。当声波入射到材料表面时，一部分在材料表面上反射，一部分则透射到材料内部向前传播。在传播过程中，引起小孔或间隙中的空气运动，同形成孔壁的固体筋络发生摩擦，由于粘滞性和热传导效应将声能转变为热能而耗散掉。影响吸声性能因素 材料厚度增加提高低频吸声系数；密度增加提高低频吸声系数；背后空腔影响；材料护面层影响,2、薄板共振吸声结构,将不透气的薄板固定在刚性壁前一定距离处，就构成了板共振吸声结构。这个由薄板和空气层组成的系统可以视为一个由质量块和弹簧组成的振动系统，当入射声波的频率和系统固有频率接近时，板就产生共振，由此引起的内部摩擦将声能转换为热能耗散掉。其主要吸声范围在共振频率附近区域。式中 c声速，m/s；空气密度，kg/m3；m板的面密度，kg/m2；D 空气层厚度，m。,3.微穿孔板共振吸声结构 微穿孔板吸声结构，是由板厚和孔径在1毫米以下，穿孔率为13%的微穿孔板和板后空腔组成的。由于微穿孔板的孔小且穿孔率低，同普通穿孔板相比，声阻要大得多，而声质量要小得多，因此在吸声系数和有效吸声频带宽度方面都要优于穿孔板吸声结构。微穿孔板吸声结构的主要吸声机理是，声波入射时，空气在小孔中摩擦而消耗声能。单层微穿孔板吸声结构的共振频率表达式为：式中 c声速，m/s；p穿孔率，%；D腔深，mm;t 板厚，mm;d孔径，mm。4空间吸声体 空间吸声体是一种悬挂式的吸声结构。它不是和墙面等刚性壁面组合而成的吸声结构，而是自成系统，用于降低室内噪声或改善室内的音质条件。,不同形状吸声体,室内声场分析熟悉室内的声压级与直达声、混响声的关系；熟悉混响时间和室内平均吸声系数的关系,房间常数：,吸声降噪效果的估算 掌握吸声降噪效果的估算、吸声降噪的适用条件及其工程设计对于这种扩散声场，吸声处理前后，相应的声压级差为：L10lg(A2/A1)或 L10lg(T1/T2)混响时间：定义为声压级降低60分贝所用的时间。,吸声降噪的设计原则与程序 采用吸声降噪措施应注意的基本设计原则有以下几个方面：（1）只有在房间内平均吸声系数很小时，吸声降噪才能有较好的效果。（2）在较高的平均吸声系数的基础上，进一步提高平均吸声系数，其效果和所付代价并非成正比，应适可而止。（3）由于材料的吸声系数和频率有关（通常使用的材料在中高频率有较好的吸声系数），应根据噪声的频率特性来选择吸声处理的材料和结构（4）如果有可能，应尽量靠近噪声源附近的表面进行吸声处理。（5）选择吸声材料和吸声结构时，要充分考虑防潮、防火、防尘、耐腐蚀等方面的要求。（6）安装时应考虑采光、通风、照明及装饰性等方面的功能要求。吸声降噪的设计中，应包括以下工作内容：（1）实测或预测房间内的噪声级和频谱特性。（2）确定室内的吸声降噪量，包括声级和频谱。（3）确定各频带所需的降噪量。（4）测量或估算房间内原有的房间常数或平均吸声系数，求出处理后应有的房间常数或平均吸声系数。（5）选定吸声材料或吸声结构，根据其类型、容重、厚度等参数查出相应的吸声系数。（6）确定吸声降噪处理的面积和安装方式。,典型室内声场和专用声学实验室,自由声场和消声室 消声室是在房间内部表面采用特殊的高吸收处理（通常采用吸声尖劈），使房间内部足够大的空间保持无反射的自由声场的声学专用实验室。由于试验的要求，通常又要采取必要的隔声和隔振措施，以保证有较低的背景噪声。扩散声场和混响室 如果封闭房间有足够的声扩散和较长混响时间，房间各点的声能量分布均匀，声传播方向也是随机分布的，这是典型的扩散声场。混响室是专门设计的具有这种扩散声场的声学实验室。一个合乎规范的混响室，不仅要有较长的混响时间，而且在各频率上比较均匀。房间壁面的吸声系数要小于0.06,，房间的长、宽、高比例合适，要有足够大的体积（一般要大于200立方米），体积越大，低频的声场扩散性能越好。,2.2 隔声降噪原理和工程,Wi=WrWtWe 透射系数来表示:在噪声控制工程中，常采用隔声量（又称传声损失）来表 示隔声结构的隔声效果：,组合间壁复合隔声量,等隔声量原则；孔、缝隙隔声影响,单层壁的隔声特性掌握常用单层隔声材料的隔声技术、隔声特性和质量定律 单层均匀密实壁，它的隔声量的基本特性是在相同激发频率下，随着面密度的增加而增加；在同样密度时，随着频率的增加而增加。,质量定律：,垂直入射：,随机入射：,吻合效应,吻合效应的产生是由于壁面在入射声波激发下，产生受迫弯曲振动，当某一频率的入射声波波长在壁面上的投影等于壁面结构的弯曲波波长时，产生了波的吻合，由于壁面的弯曲振动，隔声量明显下降，即产生了吻合效应,双层壁的隔声掌握双层隔声结构的隔声特性及改善其隔声性能的方法,双层壁的隔声,增加双层壁隔声量方法：增加空气层厚度；充填阻性材料；避免刚性连接。,隔声设计的基本模型 熟悉各类隔声结构和隔声屏障的设计和应用,（1）当噪声源由围护隔声结构内向自由空间传播时：式中 R隔声结构的隔声量，dB；LW声源的声功率级，dB；LP接收点的声压级，dB；S隔声结构内表面积，m2；A隔声结构内的吸声量，m2；r隔声结构至接收点的距离，m。,（2）当噪声源在自由空间中向围护隔声结构内部传播时式中 R隔声结构的隔声量，dB；LW声源的声功率级，dB；LP接收点的声压级，dB；S隔声结构内表面积，m2；A隔声结构内的吸声量，m2 r隔声结构至声源的距离，m。,（3）当外部扩散声场向围护隔声结构传播时：式中 R隔声结构的隔声量，dB；Lp1隔声结构外扩散声场的声压级，dB；LP2隔声结构内接收点的声压级，dB；S隔声结构的表面积，m2；A隔声结构内的吸声量，m2。,（4）当声源在一个隔声结构内通过对向窗向另一个隔声结构内传播时式中 R1声源所在隔声结构的窗子的隔声量，dB；R2接收点所在隔声结构窗子的隔声量，dB；LW声源声功率级，dB；LP接收点的声压级，dB；S1声源所在隔声结构的窗子的面积，m2；S2接收点所在隔声结构的窗子的面积，m2；A1声源所在隔声结构内的吸声量，m2；A2接收点所在隔声结构内的吸声量，m2；r两扇窗子间的距离，m。,隔声降噪工程的设计和计算 1、隔声罩的设计和应用2、隔声间的设计和应用3、隔声窗,式中：R 隔声量；L1、L2 F室分别为室内外声级；S 隔声结构的面积；A 内部吸声量。,3、声屏障声屏障插入损失,菲涅耳数；声波波长，m;d声源和接受点间的距离，m;A声源和声屏障顶端的距离，m;B接受点和声屏障顶端的距离，m,2.3 消声降噪原理和工程 熟悉各类消声器的消声机理、特性及其适用范围,常用消声器的原理和特征,消声器声学性能的评价,插入损失DIL：消声器的插入损失是指在声源与测点之间插入消声器前后，排气口辐射声功率级之差。如果插入消声器前后，测点和管口、周围环境的相对位置保持不变，则可以用在这些测点所测得的消声器安装前后的平均声压级差来代替。消声器插入损失的测量如图所示。其数学表达为：DIL=Lw1Lw2 或 DIL=Lp1Lp2式中 Lw1安装消声器前辐射的声功率级，dB；Lw2 安装消声器后辐射的声功率级，dB；,了解消声器性能的基本测量方法,传递损失DTL：消声器的传递损失是指消声器进口端入射声的声功率级与消声器出口端透射声功率级之差，单位是dB。传递损失的数学表达式为：DTL=Lw1Lw2 式中 Lw1入射消声器的声功率级，dB；Lw2 消声器透射的声功率级，dB。,消声器评价方法,试验室测量方法可以准确地测量一定气流速度、温度和压力条件的倍频带或1/3倍频带的插入损失（DIL）、总压力损失（P）和气流再生噪声（LW）,通常具有较好的试验结果再现性。但其缺点是对于某些消声器，很难模拟现场的高温、高压、高速气流和声源阻抗，因而造成和实际应用效果之间的测量误差。无气流静态方法适合小型消声器和消声器模型消声特性的研究开发，测量评价量是倍频程或1/3倍频程插入损失（DIL）和A计权插入损失。现场测量方法由于声源阻抗、气流状态和实际一致，其测量和实际工程效果有较好一致性。各类消声器，包括放空排气消声器、内燃机消声器等，均可找到合适的现场测试条件。但对消声器的空气动力性能、气流再生噪声测量，该方法却往往不能胜任。一些专业性消声器试验标准，例如汽车、内燃机、气动工具等消声器试验方法。,试验室测量方法,无气流静态方法,（1）阻性消声器 采用阻性吸声材料，降低气流噪声。,阻性消声器传递损失,式中：U 内衬吸声材料的管道周长；S 管道的通流面积，单位：m2；内衬套材料的吸声系数。,别洛夫公式：,阻性消声器的上限失效频率及解决方法,气流对消声效果的影响：声传播影响；气流再生噪声,不同类型阻型消声器不同形式结构：包括：直板式；折板式；声流式；蜂窝式等,抗性消声器 采用气流管道阻抗变化，反射和消耗声能。,声源 扩张室 共振腔 闭管 开管,扩散型消声器 通过节流降低压力和流速，控制噪声。,扩张室消声器,单节扩张室消声器的传递损失,式中：L-扩张室长度，m-膨胀比，k-波数。P470页,当 f=nc/2L 时：消声量最小，DTL=0,当 f=0.25(2n+1)c/L 时：消声量最大，DTL=10 log 1+0.25(m-1/m)2,上限失效频率,通过频率,最大频率,多节扩张室消声器利用1/2和1/4扩张室长度的插入管、不同长度的扩张室组合获得宽频带消声。,共振式消声器,旁支共振腔消声器,共振频率 式中：c-声速传递损失 式中：G=a2/V(t+1.6a)，孔的传导率。,频率比 f/f0,2.4 隔振原理和工程熟悉各类隔振器材的性能特点及应用技术,隔振器材或隔振器分类,隔振基本原理积极隔振和消极隔振,振动传递比：=隔振效率：,l隔振效率曲线,当远 小于 1，即图中AB段时，T1，说明干扰力可以通过隔振装置全部传递至基础，装置未起到隔振作用。当0.2 时，即图中BC段，此时 T1，这说明隔振措施极不合理，不仅不起隔振作用，反而放大了振动的干扰，甚至发生共振，这在隔振设计中是应注意避免的。当 时，即图中CD段，干扰力的频率大于隔振系统固有频率的倍，T1，干扰力部分通过隔振装置，隔振系统起到隔振效果，一般地越大，越小，隔振效果越好。,隔振设计方法 掌握隔振设计的基本方法 1、确定振动传递比根据设计原则和有关资料，以及实际工程需要确定振动传递比。简单隔振（质量弹簧系统）系统的振动传递比由下式计算：2、外部激发频率（旋转机械）：3、确定固有振动频率根据现场隔振要求，由扰动力频率以及振动传递比可以确定隔振系统的固有振动频率4、选择系统参数,阻尼减振,常用阻尼材料分类,阻尼系数,自由阻尼复合层的耗损因子,阻尼材料的损耗因子；分别是基板和阻尼材料的弹性模量；、分别是基板和阻尼材料的厚度。,2.5噪声和振动污染的综合治理,选择和采用低噪声工艺对空气声 隔声装备声源布局 隔声屏障选择和采用低噪声机器设备隔声罩 合理规划 消声器 吸声处理 隔声屏障 隔声间壁等 对固体声 振动隔离 浮筑地板 建筑构件联接方式,噪声控制措施建议,噪声控制的基本程序,噪声源测量和分析:声源分布、声源声学特征、声源工作特征 传播途径调查和分析:传播途径种类：固体声、空气声,传播途径数量 受影响区域调查:危害状况、允许标准，本底噪声 确定降噪量:总降噪量，各声源、传播途径降噪量 确定噪声控制方案:声源控制、传播途径控制 设计施工 噪声控制工程评价:声学测量评价，经济性和适应性评价,根据考试大纲和考试样题必须熟悉和掌握的内容,一、噪声计量和评价量要求：熟悉噪声与振动的主要物理量和单位、掌握噪声与振动控制 工程中的常用评价量。重点内容：绝对值和级的计算和转换；P340,6.（P53题1）声级的叠加、平均；P340,6（P54题3）由频谱计算A声级；P346,7 等效声级计算；P347,8 统计声级计算 P351,11（P97，题11）,二、声源和传播特性 P355,1.2要求：熟悉声源及其分类、掌握点声源、线声源和面声源的基本特性。重点内容：环境噪声源分类：交通噪声、工业噪声、建筑施工噪声；按噪声机理分类：机械、空气动力、电磁 点声源、线声源和面声源的距离衰减特性,三、噪声及振动测量 P373要求：熟悉噪声及振动测量的基本要求、方法、仪器，以及背景噪声的修正方法。重点内容：测量基本要求；背景噪声的修正方法,四、吸声降噪要求：熟悉主要吸声器材的性能与评价，掌握多孔吸声材料的吸声机理；熟悉薄板和微穿孔板吸声结构与空间吸声体的特性及其适用条件。熟悉室内的声压级与直达声、混响声的关系；熟悉混响时间和室内平均吸声系数的关系。掌握吸声降噪效果的估算、吸声降噪的适用条件及其工程设计。重点内容：吸声系数、平均吸声系数、降噪系数、吸 声量计算；（P55，题4）P386390多孔吸声材料特性；（P55，题5）薄板和微穿孔板吸声结构的共振频率计算；房间混响时间计算及其和各参数关系；P352,13（P56，题1）（P58，题6）吸声处理的效果计算。P429,4（P91，题4）、（P93，题6）,五、隔声降噪要求：熟悉主要隔声器材的性能与评价；掌握常用单层隔声材料的隔声技术、隔声特性和质量定律；掌握双层隔声结构的隔声特性及改善其隔声性能的方法；熟悉各类隔声结构和隔声屏障的设计和应用。重点内容：隔声量P392（传声损失）、透射系数、复合结构隔声量的概念和计算（P90，题1）、（P90，题2）单层壁质量定律；P433,2（P54，题2）双层壁隔声特性；各类隔声结构设计和应用；隔声罩、隔声间、隔声屏,P451461,六、消声降噪要求：熟悉主要消声器材的性能与评价；熟悉各类消声器的消声机理、特性及其适用范围；掌握各类消声器的设计和应用。重点内容：阻型消声器特性和计算-别洛夫公式 P463,2（P57，题5）（P92，题5）共振消声器共振频率计算；扩张室消声器计算：最大消声频率、通过频率、最大消声量、上限失效频率（P98，题12）P469,2.,七、隔振与阻尼要求：掌握振动隔离的基本方法和提高隔振效率的基本原则；熟悉各类隔振器材的性能特点及应用技术；掌握隔振设计的基本方法。重点内容：隔振效率曲线；P407（P91，题3）隔振设计方法,包括激发频率、系统共振频率；隔振效率计算 P497,2（P54，题2）、（P96，题10）,八、噪声和振动污染的综合治理 P508,2.5要求：熟悉声、振动源控制技术和敏感目标的防护技术；掌握噪声和振动传播途径控制技术；掌握噪声和振动污染综合治理设计技术。重点内容：噪声综合治理：确定标准、声源控制、传播途径控制、敏感目标的防护；（P94，题8）（P95，题9）声源识别的排队，对高噪声源强化控制；噪声控制的等能量原则；噪声综合治理的科学性、合理性,习题讲解,（一）专业知识题1、环境法规与标准P34 题65、物理污染防治工程题P53-（1）单项选择题1-5（2）多项选择题1-6（二）专业案例题 P90-题1-6，8-12,谢谢!Thank You!,