噪声污染及其控制

,物理性污染控制,方彩霞 TelEmail:fangcaixia0606,第二章 噪声污染及其控制,城市环境噪声概述,声学基础,噪声的评价和标准,噪声控制技术吸声,噪声控制技术 隔声,噪声控制技术消声,掌握噪声的特点、分类、影响，噪声控制的途径； 掌握倍频程的定义，了解频谱分析、声音的波动方程，掌握声强、声功率、声压级、声强级、声功率级的定义； 掌握响度、响度级、A声级、等效连续A声级、昼夜等效声级、统计声级等的计算； 掌握混响时间和吸声降噪量的计算公式； 掌握单层匀质墙的隔声量计算，组合墙平均隔声量计算、隔声间降噪计算； 掌握扩张室和共振消声器消声量的设计计算。,本章目标,第一节 城市环境噪声概述,声音：物体的振动以波的形式在弹性介质中进行传播 的一种物理现象。 声音分为乐声和噪声: 乐声: 由按一定规律做周期振动物质发出的声音； 噪声: 由无规则、非周期振动物体发出的声音。,1、声音,（1）物理学观点 指各种频率和声强杂乱无序组合的声音。 （2）心理学观点 凡是人们不需要的声音。 （3）医学观点 医学上认为超过60分贝的声音。,2、噪声,噪声污染：噪声对周围环境造成不良影响。 中华人民共和国环境噪声污染防治法 定义环境噪 声污染：指所产生的环境噪声超过国家规定的环境噪声 排放标准，并干扰他人正常生活、工作和学习的现象。 噪声排放：指噪声声源向周围环境辐射噪音。 噪声敏感集中区域：指医疗文教科研区和以机关或居民 住宅为主的区域。,3、噪声污染,按人类活动方式分：,4、噪声分类,按发声机理分：,机械噪声：如锻锤、球磨机、电据等发出的声音。 空气动力性噪声：如通风机、鼓风机、压缩机等发出 的声音。 电磁噪声：如发电机、变压器等发出的声音。,主观性很强、有明显的相对性,取决于受害人的心 理和生理，属于感觉公害（感觉性）。,4. 噪声源的分布广泛而分散（分散性）。,3. 噪声污染没有后效作用。一旦噪声源停止发声， 噪声便会消失，无残余污染物，无积累（暂时性）。,2. 传播过程中发生能量的衰减，影响有限，属局部 性污染（局限性）。,噪声的特点,1,对人体的生理影响,2,3,4,5,对人体的心理影响,对孕妇和胎儿的影响,对生产活动的影响,对动物和物质结构的影响,噪声的影响,导致听力受损，耳痛、耳聋； 导致神经衰弱症以及消化系统方面的疾病； 3. 提高了心血管疾病的发病率； 4. 影响视觉系统，导致视力疲劳、视力减弱、眼痛等； 影响儿童的智力发育和心脑功能发育； 影响女性的内分泌机能； 振动与噪声往往相伴而生，对人体有双重性伤害。,对人体的生理影响,使人烦恼、激动、易怒，失去 理智；分散注意力，妨碍工作和休 息；易使人疲乏和烦躁，影响精力 集中和工作效率；由于噪声的掩蔽 效应，使人不易察觉一些危险信 号，从而易造成工伤事故。,对人体的心理影响,对孕妇和胎儿的影响,强烈噪声导致女性妊娠呕吐的发生率和妊娠高血压 综合症的发生率升高。 噪声使母体产生紧张反应，引起血管收缩，影响供 给胎儿发育所必需的养料和氧气。 低频噪声可以穿透人体腹壁和子宫壁，影响胎儿器 官发育，甚至可致畸胎。 噪声可导致出生儿体重偏轻。,噪声使人心情烦躁，容易疲劳，注意力分散，反应 迟钝，工作效率下降，工伤事故增多。由于噪声造成诸 多不良影响，很多国家都作了相应的规定。我国也制订 并公布了工业企业厂界噪声标准(GB12348-90) 和建筑施工场界噪声标准(GB12523-90)，对生产车 间和建筑施工现场等工作地点噪声作了明确规定。,对生产活动的影响,对动物和物质结构的影响,120分贝以上的噪声，可导致动物听觉器官、内脏器 官和中枢神经系统的病理性改变的损伤。 150分贝以上的强噪声，可使墙震裂、门窗破坏，甚 至可使烟囱和老建筑物发生坍塌，钢结构产生“声疲 劳”而损坏，高精密度的仪表失灵。,噪声污染的发生必须有三个要素：噪声源、传播途径和接受者。 原则上讲，噪声控制的优先次序是噪声源控制、传播途径 控制和接受者保护。,噪声控制原理：在噪声到达耳膜之前，采取阻尼、隔振、吸 声、隔声、消声器、个人防护和建筑布局等七大措施，尽力 减弱或降低声源的振动，或将传播中的声能吸收掉，或设置 障碍，使声音全部或部分反射出去，减弱噪声对耳膜的作用。,1. 从声源上降低噪声最根本和最有效的手段,选用内阻尼大和内摩擦大的低噪声新材料 改进机器设备的结构，提高加工精度和装配精度 采用高新技术，革新工作机构 改革生产工艺和操作方法,2. 从传播途径上降低噪声最常用的方法,采用闹静分开的办法降低噪声 利用地形和声源的指向性降低噪声 采用声学控制手段降低噪声,吸声声波在传播过程中发生摩擦和阻尼，能降低 10-15dB。吸声材料（内部多孔、孔孔相连通且这些孔 要与外界连通）：玻璃棉、泡沫塑料、吸声砖等。 隔声使声能受到阻挡而不能直接通过，能降低10-35dB。 隔声墙、隔声罩、隔声间和声屏障等。 消声只能降低空气动力设备的进排气口噪声或沿管 道传播的噪声，可降低20-40dB。主要有阻性、抗性及 复合性消声器等。,3. 在接收点进行防护 简单、经济,利用隔声原理，使强烈的噪声传不进耳内 防护用具：耳塞、耳罩、防护棉、防护头盔、防 护面具、防声蜡棉等。,根据降噪量和噪声的频谱特性，设计控制方案,进行工程评价，论证控制方案的可行性,调查声源及污染状况，获取有关噪声的物理量数据，分析噪声的频率特性和时域特性,根据声源和所在的环境，选择噪声允许标准,控制措施实施后，再进行测量，综合分析 评价是否达到控制目标,噪声控制的程序,第二节 声学基础,声源振动而发出声音的物体为声源。,声源振动时，带动相邻的空气分子，使之交替进行压缩 和膨胀运动。由于空气分子间有一定的弹性，又会影响 和促进周围相邻区域空气分子发生压缩与膨胀运动。如 此由近及远相互影响传递，就会把声源产生的振动以声 波的形式向外传播。,声波：声源的振动在空气或其它弹性介质中的传播。,表2-1 常用介质在室温下的声速近似值,频率一秒钟内介质质点振动的次数，用f 表示。,声速声波在介质中传播的速度，用c表示。,波长振动经过一个周期声波传播的距离，用表示。,大小与介 质有关,频程（频带）：将可听声的频率范围（20Hz20kHz）按倍数变化，划分为若干较小的频 段。n倍频程的定义为：,式中：f2、f1 任一频程的上限频率和下限频率，Hz n 频程倍数，为正实数； n=1，称为倍频程； n=1/3，称为1/3倍频程,噪声控制中，常用的有倍频程和1/3倍频程。,（一）频程,中心频率f0：上下限频率的几何平均值，即：,中心频率和带宽,频带宽度(f ): 上限频率、下限频率的差值。即：,带宽与中心频率值的关系为：,倍频程和1/3倍频程的带宽分别为：,频谱图：描述声音能量与频率关系的图。 频谱分析：将声源发出的声音强度(声压级、声强级、声功率级)按频率顺序展开，使其成为频率的函数，并研究声音强度随频率分布的变化规律。,线状谱,连续谱,复合谱,（二）频谱分析,三种频谱,低频噪声：噪声频谱中最高声级分布在350赫兹以下； 中频噪声：噪声频谱中最高声级分布在3501000赫兹之间； 高频噪声：噪声频谱中最高声级分布在1000赫兹以上。,波线：波的传播方向为波线。,波前：在任何时刻，波面有无数多个，最前方的波面为波前，即由波源最初振动状态传到的各点所连成的曲面。,平面波,球面波,波阵面（波面）：在波动过程中，振动相位相同的质点所构成的曲面。,声波的分类,按波阵面的不同，可分为平面 波、球面波和柱面波。,柱面波,平面波,球面波, 在各向同性介质中传播时，波线和波阵面垂直。, 在远离波源的球面波波面上的任何一个小 部份，都可视为平面波。,平面波：主要的研究对象，原因在于：在辐射声场的远场，各种类型的声波可近似为平面波；在管道中可产生理想的平面波；平面波具有其它类型声波主要的物理特性，但其理论分析相对简单。,按几何形状特点划分为：点声源、线声源、面声源。 点声源：声源尺寸相对于声波的波长或传播距离而言比较小、且声源的指向性不强时，则声源可近似视为点声源。 线声源：火车噪声、公路上大量机动车辆行驶的噪声，或者输送管道辐射的噪声等，远场分析时可将其看做由许多点声源组成的线状声源。这些线声源以近似柱面波形式向外辐射噪声。 面声源：例如，一个有许多建筑机械的施工场地。,声源的类型,瞬时声压：声音传播时，导致局部的空气发生压缩或膨胀，在压缩的地方压强增大，在膨胀的地方压强减小，从而导致在原来的大气压上发生了压强的改变，此压强变化即为声压。声场中某一瞬时的声压值成为瞬时声压。 有效声压：在一定时间间隔内将瞬时声压对时间求方均根值可得到有效声压。,（一）瞬时声压和有效声压,声阻抗率：某位置的声压与该位置质点振动的速率之 比，用Zs表示，仅与介质密度和声速有关，介质的固 有常数。,（二）声阻抗率,声能密度(D)：单位体积介质所含的声波能量。 平均声能密度:一个周期内声能密度的平均值。 (2-31),由式（2-31）可以看出，在理想介质中，平面波的平均声能密度与距离无关，在传播范围内处处相等，这也是理想媒质的特征之一。,（三）声能密度、声强和声功率,1.声能密度,声强：单位时间内，沿传播方向垂直通过单位面积的平均声能量，即单位面积上的声功率，用I表示。,2.声强和声功率,声功率：声源在单位时间内辐射的声能量，用W表示。,S1= S2,若媒质不吸收，相同的时间内通过围在同一束波线中的两个波阵面的总能量相等。,I1= I2,平面波,波线,平面波的声强与距离的关系：,声强不随传播距 离的增加而变化,声压级：声音的声压与基准声压之比，取以10为底的对数，再乘以20。声压级的单位为分贝，用dB表示。其数学表达式为：,（四）声压级、声强级和声功率级,pe 有效声压，Pa p0 基准声压， p0 =210-5 Pa,人耳可感觉的声压范围：2010-6Pa 20Pa,声强级： 声功率级：,其中：I 声强，W/m2 I0 基准声强， I0 =10-12W/m2,其中：W 声功率，W W0 基准声功率， W0 =10-12W,球面波的声强,波线,假设:声波在介质中传播时，介质不吸收声波。记某一时刻，声波从声源传播到距等效声源为r的某处，此时声波的波阵面是以声源为球心，r为半径的球面。若声源发出的总功率为W，则由声功率的定义有：,r,随着传播距离r的增加，波阵面上的声强按r平方规律衰减。,声压级和声功率级的关系：,对于球面波，单位时间内通过波阵面的声功率总是一定的，而声压的强弱与接收点位置有关。球面波的声压级随接收点与声源之间的距离增大而减小，距离增加1倍，则声压级降低6dB 。,对于空气介质：,全空间,半空间,声功率级相加： 设W、W1、W2、为总声功率和各声源声功率，则有： W=W1+W2+W3 + +Wn (2-45) 根据声功率级的定义，可得：,式中：W0为基准声功率， W0=10-12 W,(2-46),声强级相加： 设I、I1、I2、为总声强和各声源声强，则有： I=I1+I2+I3 + +In 根据声强级的定义，可得：,式中：I0为基准声强， I0=10-12 W/m2,(2-47),(2-48),声压级相加： 设p、p1、p2、为总声压和各声源声压，则有： 根据声压级的定义有 ，可得：,(2-49),(2-50),等式两边取对数，并经整理得总声压级：,(2-51),令Lp=Lp1-Lp2 (假定Lp1Lp2)，则合成的声压级为： 令 可得： Lp 与Lp的关系可以绘成图2-4所示的曲线，具体的数值关系列于表2-3.,(2-53),声源太多,分贝相加的步骤：按分贝值从大到小的顺序进行相加； 用第1个分贝值减第2个分贝值得Lp；根据Lp，查图2-4或 表2-3得Lp ，按照 ，计算出第1、2分贝值之 和；用第1、2个分贝值之和再与第3个分贝值相加，依次 加下去，直到两个声压级之差大于10dB以上，增加值可以忽 略不计，可停止相加，此分贝和即为所求。 分贝的相加：两个或更多的声源发出的声音 同一声源发出的各种频率的声波,声压级相减： 设背景噪声为LpB、背景噪声与被测对象的总声压级为Lp，被测 对象真实的声压级为Lps。令 LpB =Lp- LpB，则：,令 ,则有：,LpB 与Lps的关系见图2-5和表2-4所示,例2-4：在某点测得机器运转时声压级为90dB，当机器停止时声压级为86dB，求机器真实的声压级。 解：背景噪声：LpB= 86dB 机器和背景噪声叠加的声压级为： Lp= 90dB 则 LpB =Lp- LpB =（90-86）dB=4 dB 查表2-4或图2-5，可得 Lps =2.3 dB,设 、p1、p2、为平均声压和多次测量的声压，则有： 根据声压级的定义有 ，可得：,等式两边取对数，并经整理得平均声压级：,平均声压级,或,(一) 噪声在传播中的衰减,(二) 声源的指向性,1. 扩散引起的衰减,(一) 噪声在传播中的衰减,扩散衰减：由于波阵面扩展，导致声强减弱。,点声源辐射的球面波： 点声源辐射的半球面波： 从r1处传播到r2处的扩散衰减为：,式中：r 接收点与声源间的距离,(2-87),自由声场中，当声功 率不变时，声强与距 离的平方成反比的规 律减小。,（1）点声源辐射,设线声源长l，声源到测点距离为r0，当r0l/ 时，即声源为无限长线声源时，有：,(2-88),（2）线声源辐射,当r0 l/ 时，可将线声源视为点声源进行处理。,设矩形面声源边长为a、b，且a b，测点到声源中心距离为r0。 当r0a/ 时，声源辐射平面波，声压级衰减值为0； 当a/ r0 b/ 时，按无限长线声源计算； 当r0 b/时，按点声源计算。,（3）矩形面声源辐射,声波在空气中传播衰减的原因 (1) 声能转变为热能 空气压缩和膨胀，温度相应升高和降低，产生温度梯度，以热传导方式发生热交换； 空气中相邻质点运动速度不同而产生粘滞力； (2) 热弛豫声能耗散 声波扰动，使空气分子的平动能、转动能和振动能三种能量平衡破坏，建立新的平衡，声能被耗散。此过程称为热弛豫过程。,2. 空气吸收引起的衰减,声波在空气中传播的衰减常数 定义：空气中声波传播1m衰减的分贝数, dBm 。 意义：表示声波在空气中的衰减程度。 表2-5：大气中噪声传播的衰减声压常数a 表2-5 表明，空气对声波的吸收与空气的温度、湿度和声波的频率有关。,若声波在空气中传播的衰减包括扩散衰减和空气吸收衰减时，则 对点声源辐射的球面波和半球面波有 (2-89) 对无限长线声源有 (2-90) 式中: Lp1、 Lp2 分别为离声源 r1 、r2 处的声压级，dB； a声波在空气中的衰减系数。,植被种类、高度、配置、林带宽等密切相关。 树木越密、枝叶越茂盛、声波频率越高，衰减越明显。 阔叶或针叶树林对噪声的衰减量约15dB/10m。,声波由空气投射到疏松地面大部分能量通过土壤孔 隙传播并衰减。 刚性表面，如水泥地面对声波的吸收较小。,声波传播途径中遇到屏障和建筑物发生反射，噪声衰减。 空气中的尘粒、雾、雨、雪对声波的散射引起声能衰减。,植被,下垫面,屏障物,3. 其它原因引起的衰减,声源的指向性：声源发出的声波，在各个方向上的声 压分布并不一定相同，这种随方向分布的不均匀性， 称为声源的指向性。 指向性因数Q：声场中某点的声强，与同一声功率声 源在相同距离同心球辐射面上的平均声强之比。即：,式中：I, p 分别表示方向上距声源r处的声强(W/m2)和声压(Pa) 半径为r的同心球面上的平均声强(W/m2)和声压(Pa),(2-91),(二) 声源的指向性,指向性指数DI：指向性因数以10为底的对数乘以10， 即：,式中：Lp 距声源r处，某点的声压级(dB) 半径为r的同心球面上的平均声压级(dB),(2-92),(2-93),Q=1或DI=0的声源称为无指向性声源,第三节 噪声的评价和标准,（一）响度、等响曲线和响度级 （二）A声级和等效连续A声级 （三）昼夜等效声级 （四）统计声级 （五）更佳噪声标准（PNC）曲线 （六）噪声评价数（NR）曲线,（一）响度、等响曲线和响度级,人耳对强度相同而频率不同的声音有不同的响度感觉，即对于相同声压级但频率不同的声音，人耳听起来是不一样的。 描述声音大小的主观感觉量,响度（N） 描述声音大小的主观感觉量，单位为sone （宋） 定义：1000Hz纯音声压级为40dB时的响度为1 sone（大约相当于0.3m距离处耳语的响度） 响度级（LN） 定义：以频率1000Hz纯音的声压级40dB为基准声音，调节1000Hz纯音的声压级，使大量受试者判断，当某一频率的声音和1000Hz的纯音听起来同样响时，这时1000Hz纯音的声压级就定义为该待定声音的响度级。 单位:方(phon),图2-10 等响曲线,等响曲线,痛阈曲线,听阈曲线,响 度 级,响度与响度级的量化关系：,通过对许多听力正常人的测试统计，定义以响度级为 40phon的响度为参考，响度每增减一倍，响度级就增 减10phon。 即响度级为40phon时的响度为1sone，那么响度级为 50phon时的响度为2sone，响度级为60phon时的响度 为4sone，问：70phon,建立起的响度与响度级的关系式为：,响度N与响度级LN的关系式为：,响度不能直接测 量，通过计算得到,例：已知测得倍频带声压级，求响度及总响度。,解：,（二） A声级和等效连续A声级,图2-10 等响曲线,计权声级：对不同频率声音的声压级经过某一特定的加权修正后，再叠加计算得到噪声总的声压级。 A、B、C计权网络：分别模拟人耳对40phon、70phon、100phon纯音的响应，称为A声级、B声级和C声级，记作dB(A)、dB(B) 、dB(C) 。,1. 计权声级,图2-12 A、B、C计权网络的频率响应,表2-6 由平直响应到A、B、C计权的声级转换表,各频率下的声级等于相应频率的声压级加计权值。,能较好地反映人对各种噪声的主观评价，同人耳的 损伤程度也对应很好。 容易测量，广泛应用于噪声测量中，并成为许多更 复杂的噪声评价指标的基础。 能较好地反映稳态宽频带噪声。 国际公认用A声级作为保护听力和健康以及环境噪 声的评价量。,2. A声级,例：已知测得倍频带声压级，求A计权声级。,定义：某时段内的非稳态噪声的A声级，用能量平均的方法， 以一个连续不变的A声级来表示该时段内噪声的大小，即等能 量A声级，又叫等效连续A声级。,3. 等效连续A声级,计算公式1： A计权声压pA或A声级LA连续,2-97,计算公式2： A声级LA非连续离散,2-98,式中：ti第i段时间，h或min LAi ti时段内的A声级，dB(A）,对于等时间间隔取样，若时间划分的段数为N，则有：,2-99,把8小时工作日的A声级从小到大排列，略去78dB(A）以下的A 声级，第1段规定用中心声级80dB(A）代替7882dB(A），其 余各段依次类推，相邻段中心声级相差5 dB(A）。,计算公式3：工业噪声测量中的计算方法,表2-7 各段中心声级和暴露时间,(2-100),一天的等效声级可近似计算为：,例：某车间，工作人员在一个工作日内噪声暴露的累积时间分 别为90dB 计4h，75dB 计2h，100dB 计2h，求该车间的等效连 续A声级。 解：查表2-7得： 90dB噪声处在段数号n=3的中心声级段，t3=240min 100dB噪声处在段数号n=5的中心声级段， t5=120min 75dB噪声可以不予考虑。因此，根据公式2-100有：,例2-5：某工人一天工作8h，受噪声的影响状况如下：每小时4 次噪声达102dB(A），每次持续6min；1次达106dB(A），持续 时间1min，其余时间仅受背景噪声79dB(A）影响。求该工人一 天接触噪声的等效声级。 解：查表2-7得： 102dB(A)的段数n=5，t5=648=192min 106dB(A)的段数n=6， t6=18=8min 79dB(A)的段数n=1， t1=480-192-8=280min,昼夜等效声级：主要用于评估人们昼夜长期暴露在噪 声环境中所受的影响。符号：Ldn 数学表达式为：,(2-101),（三） 昼夜等效声级,等效连续声级不能表达出噪声随机的起伏程度，为了描述噪声随时间的变化特性，在噪声评价中采用累积概率来表示，称为统计声级（或累积百分声级），记作Lx。 记住！意义：表示在测量时间内高于Lx声级所占的时间为x%。例：,dBA，整个测量时间内噪声级高于70dBA的时间占10%； dBA，整个测量时间内噪声级高于75dBA的时间占50%； dBA，整个测量时间内噪声级高于50dBA的时间占90%。,（四） 统计声级,PNC曲线：适于室内活动场所稳态噪声的评价，以及有特别噪声环境要求的场所的设计。,（五）更佳噪声标准（PNC）曲线,例：根据倍频带声级得出噪声评价PNC曲线号数：,计算方法：对环境噪声取频带从31.5赫至8000赫共9个频带的声压级，由PNC曲线分别得到PNC号数，其最大值即为所测环境的噪声评价值。,因此确定此环境中的噪声达到PNC-35的要求。,弥补A声级反映频 率特性不足 以1kHz倍频带声 压级值作为噪声 评价数 噪声级范围：0130dB 频率范围：31.58000Hz内的 9个倍频程。,（六）噪声评价数（NR曲线）,方法一：已知噪声的频谱，由NR曲线查得各频带相应的NR，其中最大者（取整数）即为该噪声的NR值。 方法二：已知倍频带声压级，相应的NR值为：,NR数的确定方法,式中：Lp各中心频率下的声压级，dB a、b 各中心频率对应的系数，其值见表2-9,NR 数与A声级的关系：,2-105,例：已知测定一台风机的倍频程声压级如下表，要求对噪声治理后达NR80，计算该环境噪声的NR数以及各中心频率下应降低的分贝值。,环境噪声标准制定依据 考虑在不同环境场所对各类人群的保护； 防止噪声的污染危害； 兼顾目前的技术条件、经济的合理性。 依据以上原则，规定噪声排放的允许限值，形成了环境噪声标准。,（一）机电产品噪声标准 （二）工业企业噪声标准 （三）区域环境噪声标准,1.城市区域环境噪声标准 2.工业企业噪声卫生标准 3.室内环境噪声标准,（一）机电产品噪声标准,常见机械产品和家用电器的噪声标准,（二）工业企业噪声标准,工业企业厂界噪声标准（GB12348-90） （已废） 建筑施工场界噪声标准（GB12523-90） 铁路、机场、道路周围等环境噪声标准 工业企业厂界噪声测量方法（GB/T12349-90）（已废） 建筑施工场界噪声测量方法（GB12524-90） 工业企业厂界环境噪声排放标准（GB12348-2008）取代,1.工业企业厂界环境噪声排放标准（GB12348-2008）,0类标准：疗养区、高级别墅区、高级宾馆区； 1类标准： 以居住、文教机关为主的区域； 2类标准：居住、商业、工业混杂区及商业中心区； 3类标准：工业区； 4类标准：交通干线道路两侧区域。,2 建筑施工场界噪声标准（GB12523-90）,（三）区域环境噪声标准,1. 城市区域环境噪声标准,城市区域环境噪声标准（GB3096-93） 已废 城市区域环境噪声测量方法（GB/T14623-93）已废 声环境质量标准（GB3096-2008） 取代,声环境质量标准（GB3096-2008）中环境噪声限值,首次颁布： 社会生活环境噪声排放标准（GB22337-2008） 适用范围：营业性文化娱乐场所和商业经营活动 中可能产生的噪声排放限值和测量方法。,社会生活环境噪声排放标准 规定： 1、娱乐场所或商业设施等噪声源周边为居民住宅、医疗卫生、文化教育等需要保持安静区域的，噪声的边界限制为白天(6点到22点)55分贝，夜间(22点到次日6点)45分贝。 2、娱乐场所或商业设施等噪声源位于医院、学校、机关、科研单位、住宅等噪声敏感建筑物内，卧室类需要安静的房间， 白天的最高噪声限值为40分贝，夜间则不能高于30分贝。,2. 工业企业噪声卫生标准,工业企业噪声控制设计规范（GBJ87-85）,工业企业噪声控制设计标准； 规定了工业企业厂区内各类地点的噪声标准； 不同噪声强度下的工作时间限制值； 确定了车间内部的允许噪声级。,3. 室内环境噪声标准,（1）国际标准化组织（ISO）的环境噪声标准 规定：住宅区室内环境噪声的允许声级为3445dB，并 根据不同时间、不同地区等条件进行修正，其修正值也 有规定。,（2）我国民用建筑室内噪声标准,第四节 噪声控制技术-吸声,（一 ）吸声系数,吸声材料：能吸收消耗一定声能的材料。 吸声系数：材料吸收的声能与入射到材料上的总声能之比，符号为。 计算式为： 大小：介于01之间 意义：描述吸声材料或吸声结构的吸声特性。,影响 因素,材料的性质,材料的结构,使用条件,声波入射角度,吸声系数的影响因素,声波频率,同种吸声材料对不同频率的声波具有不同的吸声系数。 记住！平均吸声系数 ：工程中通常采用中心频率125Hz、250 Hz、500 Hz、1000 Hz、2000 Hz和4000 Hz六个倍频程的吸声系数的算术平均值表示某种材料的平均吸声系数。 通常，吸声材料 在0.2以上，理想吸声材料 在0.5以上。,吸声系数与声波频率：,入射吸声系数 工程设计中常用的吸声系数,混响室法吸声系数（无规入射吸声系数）T 驻波管法吸声系数（垂直入射吸声系数）0,吸声系数与声波入射角度：,混响室法吸声系数（无规入射吸声系数）,测量方法：在混响室中，使不同频率的声波以相等概率从各个角度入射到材料表面。 测试过程复杂，对仪器设备要求高，且数值往往偏差较大，但比较接近实际情况。 在吸声减噪作为实际设计的依据。,驻波管法吸声系数（垂直入射吸声系数）,简便、精确，但与一般实际声场不符； 用于测试材料的声学性质和鉴定； 设计消声器。,应用：测量材料的垂直入射吸声系数0，按表2-11， 将0换算为无规入射吸声系数T 。,表2-11 0与T的换算关系,定义：吸声系数与吸声面积的乘积 (2-108) 式中 吸声量，m2； 某频率声波的吸声系数； 吸声面积，m2。,【注】工程上通常采用吸声量评价吸声材料的实际吸声效果。,（二 ）吸声量（等效吸声面积）,若组成室内各壁面的材料不同，则壁面在某频率下的总吸声量A为：,总吸声量,式中 Ai第i种材料组成的壁面的吸声量，m2； Si第i种材料组成的壁面的面积，m2 i第i种材料在某频率下的吸声系数。,四大类主要的吸声材料： （1） 无机纤维材料 （2）有机纤维材料 （2）泡沫材料 （4）吸声建筑材料,（三 ）多孔吸声材料,例如：玻璃棉、岩棉及其制品,（1）无机纤维材料,玻璃棉板,玻璃棉管壳,例如：棉麻植物纤维及其木质纤维制品（软质纤 维板、木丝板等）,（2）有机纤维材料,软质纤维板,木丝板,例如：泡沫塑料和泡沫玻璃、泡沫混凝土等,（3）泡沫材料,泡沫塑料,泡沫混凝土,例如：膨胀珍珠岩、微孔吸声砖等,（4）吸声建筑材料,膨胀珍珠岩,声波的振动引起孔隙内的空气运动，由于空气分子之间 的粘性阻力，空气与筋络之间的摩擦阻力，使相当一部 分声能转化为热能而消耗。另外空气与筋络之间的热交 换也消耗部分声能。此外，声波在多孔性吸声材料内经 过多次反射进一步衰减，当进入多孔性吸声材料内的声 波再返回时，声波能量已经衰减很多，只剩下小部分的 能量，大部分则被多孔吸声材料损耗吸收掉。,1. 吸声原理,高频声波可使空气质点的振动速度加快，空气与筋 络的热交换也加快，使得多孔材料具有良好的高频 吸声性能。,高频声吸收效果好：,2. 吸声特性及影响因素,提问,吸声系数的影响因素有哪些？,材料（结构、性质、使用条件）和入射声波（入射角度和频率）,吸声频率特性:高频声吸收效果好，低频声吸收效果差。 记住！多孔吸声材料常用于中高频噪声的吸收。,（1）厚度对吸声性能的影响 （2）孔隙率与密度对吸声性能的影响 （3）空腔对吸声性能的影响 （4）护面层对吸声性能的影响 （5）使用环境对吸声性能的影响,吸声性能的影响因素,图2-15 不同厚度的超细玻璃棉的吸声系数,（1）厚 度,厚度增加一倍，吸声最佳频率向低频 方向近似移动一个倍频程。,低频时厚度越大，吸声系数越大。,理论证明：吸声材料层背后为刚性 壁面，最佳吸声频率出现在材料的 厚度等于该频率声波波长的1/4处。,实际使用：对于中高频噪声，一般 可采用2-5cm厚的成形吸声板，对 低频噪声可采用5-10cm厚的吸声板。,（2）孔隙率与密度,孔隙率：材料内部的孔洞体积占材料总体积的百分比。 孔隙率增大，密度减小，反之密度增大。 一个多孔吸声材料对应存在一个最佳吸声性能的密度范围。,若厚度不变，增大多孔材料 密度，可提高低、中频的吸 声系数，但比增大厚度所引 起的变化小。,5cm厚超细玻璃棉的密度变化对吸声系数的影响,（3）空 腔,空腔：留在材料层与刚性壁之间的一定距离的空气层。,图2-16 背后空气层厚度对吸声性能的影响,当腔深D近似等于入射声波的1/4波长时，吸声系数最大；等于1/2波长或其整倍数时，吸声系数最小。 一般推荐取腔深为510cm。,实际使用中，为便于固定和美观，往往要对疏松材质的多孔材料作护面处理。 护面层的要求：良好的透气性。 网罩塑料窗纱、塑料网、铁丝网、钢板网、铝板网等； 织物护面材料玻璃纤维布、阻燃装饰布等； 薄膜塑料薄膜、铝箔等； 穿孔板胶合板、塑料板、石膏板、钢板等。,（4）护面层,当护面材料的穿孔率超过 20% 时，影响可忽略不计。,温度,湿度,气流,温度引起声速、波长 及空气粘滞性变化， 影响材料吸声性能。 温度升高，吸声性能 向高频方向移动； 温度降低则向低频方 向移动。,通风管道和消声器内 气流易吹散多孔材料， 吸声效果下降； 飞散的材料会堵塞管 道，损坏风机叶片； 应根据气流速度大小 选择一层或多层不同 的护面层。,空气湿度引起多孔材 料含水率变化。 湿度增大，孔隙吸水量 增加，堵塞细孔，吸声系 数下降。 湿度较大环境应选用耐 潮吸声材料。,（5）使用环境,图2-17 薄板共振吸声结构示意图,(一)薄板共振吸声结构,机理：声波入射引起薄板振动，薄板振动克服自身阻尼和板-框架间的摩擦力，使部分声能转化为热能而耗损。当入射声波的频率与振动系统的固有频率相同时，发生共振，薄板弯曲变形最大，振动最剧烈，声能消耗最多。 结构,入射声波,薄金属板、胶合板、 硬质纤维板、石膏板等,薄板共振吸声结构的共振频率 式中 ： 板的面密度，kgm2， ，其中m为板密度， kg/m3，t为板厚，m； 板后空气层厚度，cm。,【讨论】 薄板厚度t : 36mm 空气层厚度D:310mm 共振频率: 80300Hz之间 吸声系数：0.20.5,分类：按薄板穿孔数分为 单腔共振吸声结构 多孔穿孔板共振吸声结构 材料：轻质薄合金板、胶合板、塑料板、石膏板等。,穿孔吸声板,(二)穿孔板共振吸声结构,特征：穿孔薄板与刚性壁面间留一定深度的空腔所组成的吸声结构。,又称“亥姆霍兹”共振吸声器或单孔共振吸声器,入射声波,结构：,1. 单腔共振吸声结构,封闭空腔壁上开一个小孔与外部空气相通； 腔体中空气具有弹性，相当于弹簧； 孔颈中空气柱具有一定质量，相当于质量块。,图 单腔共振吸声结构示意图,原理：入射声波激发孔颈中空气柱往复运动，与颈壁摩擦，部分声能转化为热能而耗损，达到吸声目的。当入射声波的频率与共振器的固有频率相同时，发生共振，空气柱运动加剧，振幅和振速达最大，阻尼也最大，消耗声能最多，吸声性能最好。,单腔共振体的共振频率 2-111 式中:c声波速度，m/s； S小孔截面积，m2； V空腔体积，m3； lk小孔有效颈长，m， 若小孔为圆形则有 式中: l颈的实际长度(即板厚度)，m； d 颈口的直径，m。 空腔内壁贴多孔材料时，有:,【讨论】单腔共振吸声结构使用很少， 是其它穿孔板共振吸声结构的基础。,改变孔颈尺寸或空腔体积，可得不同共振频率的共振器。,简称穿孔板共振吸声结构。 结构：薄板上按一定排列钻很多小孔或狭缝，将穿 孔板固定在框架上，框架安装在刚性壁上，板后留 有一定厚度的空气层。实际是由多个单腔（孔）共振器并联而成。,图2-19 多孔穿孔板共振吸声结构,小孔或狭缝,空气层,刚性壁,薄 板,2.多孔穿孔板共振吸声结构,多孔穿孔板共振吸声结构的共振频率 2-112 式中： c 声波速度，m/s； S 小孔截面积，m2； F每一共振单元所分占薄板的面积，m2； h空腔深度，m； lk小孔有效颈长，m； P 穿孔率，P = S/F。,圆孔正方形排列： 圆孔等边三角形排列： 平行狭缝： 以上各式中， B为孔间距， d为孔径。,穿孔率：穿孔面积之和与板的总面积之比,【讨论】 穿孔率P：110%，最高不超过20% 板厚l：213mm 孔径d：210mm 孔间距B：10100mm 板后空气层厚度h：6100mm 共振频率：100400Hz 吸声系数：0.20.5,2-112,吸声带宽f：设在共振频率f0处的最大吸声系数为，则在f0左右能保持吸声系数为/2的频带宽度。,为增大吸声系数与提高吸声带宽，可采取的办法： 空腔内填充纤维状多孔吸声材料； 降低穿孔板孔径，以提高孔口的振动速度和摩擦阻尼； 在孔口覆盖透声薄膜，增加孔口的阻尼； 组合不同孔径和穿孔率、不同板厚度、不同腔深的穿 孔板结构，以改善频谱特性。,结构特征：厚度小于1mm的金属薄板上穿孔，孔径小于1mm、穿孔率1%5%，安装方法同薄板共振吸声结构，后部留有一定厚度的空气层。常用的是单层或双层微穿孔板。,(三)微穿孔板吸声结构,薄板常用铝板或钢板制作，因板特别薄、孔特别小，为与一般穿孔板共振吸声结构相区别，故称作微穿孔板吸声结构。,图2-20 单层、双层微穿孔板吸声结构示意图,(一)室内声场,(二)室内声压级,(三)吸声降噪量计算,室内声场按声场性质分为： 直达声场：从声源直接到达接受点的直达声形成的 声场。 混响声场：经过壁面一次和多次反射后到达接受点 的反射声形成的声场。,(一)室内声场,扩散声场：房间内声能密度处处相同，而且在任 一受声点上，声波在各个传播方向作无规则分布 的声场。,扩散声场包含直达声场和混响声场，是由两声场叠加形成。,平均自由程,单位时间内，室内声波经相邻两次反射间的路程的平均值。 式中:d 平均自由程，m； V房间容积，m3； S室内总表面积，m2 声音在空气中的声速为c，则声波每秒平均反射次数n=c/d，即,平均吸声系数,设室内各反射面面积分别为 S1、S2、 Sn， 吸声系数为1、2、 n ，则室内表面的平均吸声系数 为,1. 室内声场的衰减,2. 混响时间,1. 室内声场的衰减,室内声场经12s即接近稳态（左侧曲线） 若声源停止，声音消失需要一个过程：首先直达声消失，混 响声逐渐减弱，直到完全消失（右侧曲线）。,当声音经过第1次反射后， 平均声能密度降低为：,当声音经过第n次反射后， 平均声能密度降低为：,由于在t秒内总反射次数为：,先只考虑壁面对声音的吸收：,则t秒后的平均声能密度为：,2-117,声波在空气中传播时，室内声能密度随传播距离按指数规律衰减。设t秒内传播距离为ct，经空气吸收后声能密度降为原来的e- ct，其中为声音衰减常数，单位为m-1。,2-119,只考虑壁面和空气吸收，t秒后平均声能密度：,则根据混响时间的定义可以得到 ：,2-120,2.混响时间,定义：室内声场达到稳态后，声源立即停止发声，室 内声能密度衰减到原来的百万分之一，即声压级衰减 60dB所需要的时间，记作 ，单位秒（s）。,当频率2000Hz时，值很小，可忽略不计，则：,伊林公式（Eyring公式）,伊林-米林顿公式（Eyring-Millington公式）,当频率2000Hz和 0.2时，有：,赛宾公式,房间V 一定，吸声量 ,A愈大，T60愈小。 通过调整各频率的平均吸声系数，获得各主要频率的“最佳 T60”，使室内音质达到良好。,(一)室内声场,(二)室内声压级,(三)吸声降噪量计算,(二)室内声压级,声源,接收处,直达声,混响声,1. 直达声场,当声源的声功率恒定时，单位时间内在某接收点处 获得的直达声能是恒定的。 一个各向发射均匀的点声源，声强:,指向性因数为Q的点声源，直达声声能密度为：,声能密度:,I=W/4r2,单位时间声源向室内提供的混响声能为：,2. 混响声场,经过壁面一次和多次反射的反射声形成的声场,室内声场达稳态时：,每秒钟内声波碰撞n次,每秒吸收的混响声能为：,令,设室内声场达稳态时，平均混响声能密度为 ，声波 每碰撞壁面一次，吸收的混响声能则为：,3. 室内总声场,设室内某点的平均声能密度为 ，则：,2-126,2-127,2-128,指向性因数Q取决于声源的指向性和在室内的位置 Q=1，点声源放置在房间中心； Q=2，点声源放在地面或墙面中间； Q=4，声源放在两墙面或墙面与地面的交线上； Q=8，在三面墙的交点上。,【讨论】,2-128,当 时，即 r 很小，声场以直达声为主； 当 时 ，即 r 很大，声场以混响声为主； 当 时，直达声声能密度与混响声声能密 度相等，这时r 称为临界半径，即： 当Q1时的临界半径又称为混响半径。,图2-22 室内声压级计算图,【例2-6】设在室内地面中心处有一声源，已知500Hz 的声功率级为90dB，同频带下的房间常数为50m2， 求距声源10m处之声压级。,解：(1)由声源位置可得其室内指向性因数Q=2。,图2-22 室内声压级计算图,A,B,-11,解：(1)由声源位置可得其室内指向性因数Q=2。 (2)由图Q2与r10m两线的交点A做垂线(虚线) ，与Rr=50m2的曲线交于B点，由B向左方作水平线与纵轴相交，从而确定 ，即： -11dB。 (3)计算距声源10m处的声压级Lp为： (dB),【例2-6】设在室内地面中心处有一声源，已知500Hz 的声功率级为90dB，同频带下的房间常数为50m2， 求距声源10m处之声压级。,(一)室内声场,(二)室内声压级,(三)吸声降噪量计算,(三)吸声降噪量计算,设吸声降噪前后室内平均吸声系数分别为 和 ；吸声量分别为A1和A2；混响时间分别为T1和T2，房间常数分别为Rr1和Rr2；某点声压级分别为Lp1和Lp2，则：,吸声前的声压级为：,吸声后的声压级为：,吸声降噪效果：,2-130,【讨论】,1.,2.,一般情况下，平均吸声系数都比1小得多，所以有：,2-132,2-133,混响时间可测，计算吸声降噪量，免除了计算吸声系数的麻烦和不准确,越大，噪声级降低越多，但处理后的平均吸声系数如要求0.5以上，则降噪处理所需要的成本大幅增加。,【例2-7】尺寸为14m10m3m，体积为420m3，面积为 424m2的控制室内有一台空调，安装在10m3m墙壁的中 心部位，试通过设计计算使距噪声源7m处符合NR-50曲线。,解： 记录控制室尺寸、体积、总表面积、噪声源的种类 和位置等； 记录噪声的倍频程声压级测量值； 记录NR-50的各个倍频程声压级； 计算需要降噪量； 处理前混响时间的测量值，并计算出处理前平均吸声系 数； 计算出处理后平均吸声系数； 参考各种材料的吸声系数，然后选材确定控制室各部分 的装修。,设计计算步骤见下表：,【例2-8】某厂冲床车间为钢筋混凝土砖混结构，槽形混凝土 板平顶，混凝土地面，墙面为水泥石灰粉刷砖墙。车间内配 置有860t冲床40台，80t和160t冲床各1台。在车间内中央一 点测定的噪声频率特性如图中曲线A所示，噪声频带较宽广， 车间内总声压级达到95dB，干扰严重，试设计降噪方案。,图2-23 冲床车间噪声频谱特性,（1）由图可知，200Hz 以上的频带噪声超过允许标准NR-85曲线，其中以250、500、1000、2000Hz 最为严重，因此，这些频带的噪声为吸声处理的重点，并取吸声峰值在500Hz附近。 （2）经测量，穿孔板共振吸声结构的吸声峰值位于500Hz附近，与设计要求基本相符。 （3）采用穿孔板共振吸声结构，吸声材料布置方式和结构如图所示。,解：,图2-24 吸声材料的布置和结构,穿孔板为孔径6mm、孔距 16mm、穿孔率11%的硬质纤维 板，内填厚50mm的超细玻璃 棉，外包棉花纸，容积密度为 20kg/m3，空腔厚度为0.5m。 穿孔板共振吸声结构悬挂在平 顶下，面积约为510m2，周围侧 墙采用软质纤维板（半穿孔） 吸声材料，面积约为170m2。,（4）现场测定处理前、后车间总吸声量A1、A2，计算得各频率噪声降低量如下表。,表2-13 各频率噪声降低量,吸声减噪技术小结,1、吸声减噪设计的原则 （1）总原则 应先对声源进行隔声、消声等处理，当噪声源不宜采用隔声措施，或采用了隔声手段后仍不能达到噪声的标准时，可采用吸声处理来作为辅助手段。,（2）基本原则 单独的风机房、泵房、控制室等房间面积较小，所需降噪量较高时，可对天花板、墙面同时作吸声处理； 车间面积较