噪声第二章-声学基本知识2

1、 聊城大学环境与规划学院聊城大学环境与规划学院李李 聪聪2013.10.82.5 声源的辐射声源的辐射n 2.6 声波在传播过程中的衰减声波在传播过程中的衰减章节内容章节内容n声源的辐射声源的辐射n声波声波的空气吸收的空气吸收衰减衰减本课的重点难点本课的重点难点2.5 声源的辐射声源的辐射2.5.1 点声源在自由空间中的辐射点声源在自由空间中的辐射2.5.2 点声源在半自由空间中的辐射点声源在半自由空间中的辐射2.5.3 半自由空间中的线声源半自由空间中的线声源2.5.1 点声源在自由空间中的辐射点声源在自由空间中的辐射n自由声场自由声场理论上说是没有边界的、媒质均匀而各向同理论上说是没有边界

2、的、媒质均匀而各向同性的声场。在自由声场中，声波在任何方向性的声场。在自由声场中，声波在任何方向传播都没有反射，如室外开阔的旷野、消声传播都没有反射，如室外开阔的旷野、消声室等均属自由声场。室等均属自由声场。在自由声场中，以声源为中心的球面对称地向各个方在自由声场中，以声源为中心的球面对称地向各个方向辐射声能。在离源点向辐射声能。在离源点r处，球面面积处，球面面积S=4r2，声强，声强I和声功率和声功率W之间存在简单关系：之间存在简单关系：2 24 4r rW WS SW WI I 声强级为声强级为1 11 1l lg g2 20 04 41 1l lg g1 10 0l lg g1 10 0

3、4 41 1l lg g1 10 01 14 4l lg g1 10 0l lg g1 10 02 20 02 20 00 00 00 02 20 0 r rL Lr rW WW Wr rI IW WW WW WI Ir rW WI II IL LW WI I 声压级约等于声功率级，因此声压级约等于声功率级，因此r处的声压级近似为：处的声压级近似为：从距离从距离r r1 1传播到距离传播到距离r r2 2，声强级或声压级的衰减量：，声强级或声压级的衰减量：1111lglg2020p p r rL LL LW W1 12 22 21 12 22 21 1lglg2020lglg1010lglg1

4、0102 21 1r rr rr rr rI II IL LL LL LI II I 若已知若已知r1处的声压级，则处的声压级，则r2处的声压级为：处的声压级为：12lg2012rrLLpp由上式可知，若由上式可知，若r22r1，则，则L6dB。即在点声源的。即在点声源的声场中，距声源的距离加倍，声级衰减声场中，距声源的距离加倍，声级衰减6dB，这是用，这是用来检验声源是否可作为点声源处理的简便方法。来检验声源是否可作为点声源处理的简便方法。例：已知在离开声源例：已知在离开声源20m处的声压级处的声压级L185dB，求，求在离声源在离声源60m的地方声压级为多少？的地方声压级为多少？解：解：)

5、 )( (7 75 51 10 08 85 52 20 06 60 0l lg g2 20 08 85 5l lg g2 20 01 12 21 12 2d dB Br rr rL LL Lp pp p 现实中，声源在自由空间中辐射声波时，其强现实中，声源在自由空间中辐射声波时，其强度分布具有指向性，即不同方向相同距离上，度分布具有指向性，即不同方向相同距离上，声压级不同。声压级不同。考虑声源考虑声源 的指向性，则在某一的指向性，则在某一角方向上，角方向上，r处声压级为：处声压级为：1 11 1l lg g2 20 01 1, , D Dr rL LL Lw wp p DI（指向性指数）（指向

6、性指数）=10lgR 。R （指向性因数）：离点声源相同距离处，某一（指向性因数）：离点声源相同距离处，某一角方向上角方向上I 和所有方向上平均声强级的比。和所有方向上平均声强级的比。飞机在空中飞行时，在它的前后左右上下各方向等飞机在空中飞行时，在它的前后左右上下各方向等距离上测得的声压级是不相同的。距离上测得的声压级是不相同的。当声源放置在刚性地面上时，声音只能向半空间当声源放置在刚性地面上时，声音只能向半空间辐射，半径辐射，半径r的半球面面积为的半球面面积为2r2，因此对半空间，因此对半空间接收点：接收点：22 rWI声强级为声强级为LI =LW -20lgr -82.5.2 点声源在半自

7、由空间中的辐射点声源在半自由空间中的辐射当距离足够远时，就可将球面波近似看成平面波，当距离足够远时，就可将球面波近似看成平面波，于是有于是有LI Lp。则若用声压级来表示，可得。则若用声压级来表示，可得r处的处的声压：声压： Lp=LW-20lgr-8 （dB）对于指向性指数为对于指向性指数为DI的声源：的声源： 2.5.2 点声源在半自由空间中的辐射点声源在半自由空间中的辐射8 8l lg g2 20 01 1, , D Dr rL LL Lw wp p 线声源：一长列火车、公路上的长车队、辐射噪线声源：一长列火车、公路上的长车队、辐射噪声的长输气管道等；声的长输气管道等； 2.5.3 半自

8、由空间中的线声源半自由空间中的线声源n单位长度声功率为单位长度声功率为，dx段声功率段声功率dW= dx,对距离对距离r1的的p点的声压平方贡献点的声压平方贡献声源无限长或声源无限长或p点靠近线源中部，且点靠近线源中部，且r0远小于线源远小于线源长度时：长度时：当当P点距声源的距离点距声源的距离r0远大于声源的长度远大于声源的长度时，则时，则=2-1很小，由图可知，很小，由图可知，r1 = ， r1= r0因此：因此：2.6 声波在传播过程中的衰减声波在传播过程中的衰减2.6.1 空气吸收衰减空气吸收衰减2.6.2 地面吸收衰减地面吸收衰减2.6.3 气象条件对声传播的影响气象条件对声传播的影

9、响n空气吸收：空气吸收：声波在空气中传播时，因空气的声波在空气中传播时，因空气的粘滞性和热传导，在压缩和膨胀过程中，使粘滞性和热传导，在压缩和膨胀过程中，使一部分声能转化为热能而损耗，称为空气吸一部分声能转化为热能而损耗，称为空气吸收。这种吸收称为经典吸收。收。这种吸收称为经典吸收。n弛豫吸收：弛豫吸收：所谓弛豫吸收是指空气分子转动所谓弛豫吸收是指空气分子转动或振动时存在固有频率，当声波的频率接近或振动时存在固有频率，当声波的频率接近这些频率时要发生能量交换。能量交换的过这些频率时要发生能量交换。能量交换的过程都有滞后现象，这种现象称为弛豫吸收。程都有滞后现象，这种现象称为弛豫吸收。2.6.1

10、 空气吸收衰减空气吸收衰减n对于噪声控制工程，可以采用下面的半经验对于噪声控制工程，可以采用下面的半经验公式来估算声波在空气中传播时声压级的衰公式来估算声波在空气中传播时声压级的衰减量，在减量，在2020时：时： 8 82 210104 4. .7 7 d df fA Aa a声波的频声波的频率，率，Hz相对湿度相对湿度传播距离传播距离mn对于不同温度，可采用下式来估算：对于不同温度，可采用下式来估算： TfTfC CA AT TA Aa aa a 1 1) ), ,2020( () ), ,( (与与20相差相差的摄氏温度的摄氏温度=410-6例例n点声源在空气湿度点声源在空气湿度20%，气

11、温，气温20OC时辐射噪时辐射噪声。已知距声源声。已知距声源20m处处500Hz,4000Hz处声压处声压级分别是级分别是100 dB，问，问120m，800 m处两频率处两频率处声压级？处声压级？(仅考虑随距离发散引起的衰减和仅考虑随距离发散引起的衰减和空气吸收引起的衰减空气吸收引起的衰减)r1=20m120m800mf5004000500400020lg(r2/r1)15.615.63232衰减常数0.276.70.276.7空气吸收衰减0.276.72.152.3100100) )( (lglg20201 12 21 12 21 12 2r rr rr rr rL LL Lp pp p

12、离声源较近的地方，随距离发散引起的衰减占主导，离声源较近的地方，随距离发散引起的衰减占主导，离声源较远的地方，空气吸收高频的噪声衰减快，而低离声源较远的地方，空气吸收高频的噪声衰减快，而低频噪声衰减不明显。频噪声衰减不明显。可见，低频噪声能够传播很远，在很大范围内形成噪声可见，低频噪声能够传播很远，在很大范围内形成噪声污染，故对低频噪声污染要重视。污染，故对低频噪声污染要重视。120m800mf50040005004000Lp284.177.165.915.9当地面是非刚性表面时：当地面是非刚性表面时：地面吸收将会对声传播产生附加衰减，但短距地面吸收将会对声传播产生附加衰减，但短距离（离（30

13、-50m30-50m）其衰减可以忽略，而在）其衰减可以忽略，而在50m50m以上以上应予以考虑。应予以考虑。2.6.2 地面吸收衰减地面吸收衰减声波在厚的草地上面或穿过灌木丛传播时，在声波在厚的草地上面或穿过灌木丛传播时，在频率为频率为1000Hz时的附加衰减较大，可高达时的附加衰减较大，可高达 25/100m dB。附加衰减量的近似计算公式为附加衰减量的近似计算公式为：声波的频率声波的频率传播距传播距离，离，m r r3 31 1. .0 0l lg g1 18 8. .0 01 1 f fA Ag g声波穿过树木或者森林时，不同树林的衰减声波穿过树木或者森林时，不同树林的衰减相差很大，在相

14、差很大，在1000赫兹时：赫兹时：浓密的常绿树树冠浓密的常绿树树冠 23 dB100m地面上稀疏的树干地面上稀疏的树干 3 dB100m各种树林平均的附加衰减大致为：各种树林平均的附加衰减大致为：d df fA Ag g3 3/ /1 12 20 01 1. .0 0 当声源与接收点之间存在密实材料形成的障碍物时当声源与接收点之间存在密实材料形成的障碍物时会产生显著的附加衰减，这样的障碍物称为会产生显著的附加衰减，这样的障碍物称为声屏障声屏障2.6.4 声屏障衰减声屏障衰减声波遇到屏障时会产生反射、透射和衍射三种声波遇到屏障时会产生反射、透射和衍射三种传传播现象播现象屏障的作用：屏障的作用：阻

15、挡阻挡直达声的传播，直达声的传播，隔绝透射声，隔绝透射声，并使衍射声有足够的衰减并使衍射声有足够的衰减。声屏障的附加衰减与声源及接收点相对声屏障的附加衰减与声源及接收点相对屏障的位置、声屏障的高度及结构以及声屏障的位置、声屏障的高度及结构以及声波的频率密切相关。波的频率密切相关。n雨、雪、露等对声波的散射会引起声能雨、雪、露等对声波的散射会引起声能的衰减。但这种因素引起的衰减量很小的衰减。但这种因素引起的衰减量很小，大约每，大约每1000m1000m衰减不到衰减不到0.5dB0.5dB，因此可，因此可以忽略不计。以忽略不计。n风和温度梯度对声波传播的影响很大。风和温度梯度对声波传播的影响很大。

16、2.6.3 气象条件对声传播的影响气象条件对声传播的影响n空气中温度不均匀时，造成空气的密度空气中温度不均匀时，造成空气的密度不均匀：温度高，密度小，为波疏介质不均匀：温度高，密度小，为波疏介质； 温度低，密度大，为波密介质温度低，密度大，为波密介质； n声波从波密介质向波疏介质传播时，声声波从波密介质向波疏介质传播时，声线远离法线线远离法线；n声波从波疏介质向波密介质传播时，声声波从波疏介质向波密介质传播时，声线靠近线靠近法线；法线；温度梯度对声波的折射温度梯度对声波的折射为什么声音在晚上要比晴朗的白天传播的远为什么声音在晚上要比晴朗的白天传播的远一点？一点？n地面对运动空气的摩擦，使近地面的风有一地面对运动空气的摩擦，使近地面的风有一个梯度，顺风和逆风传播的声速产生梯度。个梯度，顺风和逆风传播的声速产生梯度。 风速对声波传播的影响风速对声波传播的影响顺风时，顺风时，对对地面声速叠地面声速叠加风速。风加风速。风速随高度增速随高度增加风速增大，加风速增大，声波弯向地声波弯向地面，传播远面，传播远。逆风时，逆风时，对