环境噪声控制工程实用教案

1、第一章 绪论(xln)v 噪声v 噪声的危害和影响(yngxing)v 环境声学研究的内容v 噪声分类v 环境噪声控制第1页/共94页第一页，共95页。第一节 噪声(zoshng) 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(shngyn) 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2页/共94页第二页，共95页。第二节 噪声(zoshng)的危害 听力机构( jgu)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3页/共94页第三页，共95页。

2、第三节 环境声学(shngxu)研究内容 噪声污染规律的研究 噪声评价方法(fngf)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4页/共94页第四页，共95页。第四节 噪声(zoshng)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(f shn)机理分类 机械噪声 空气动力性噪声 电磁噪声第5页/共94页第五页，共95页。第五节 环境噪声控制(kngzh) 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(chngsh)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(chngsh)人口密度第6页/共9

3、4页第六页，共95页。第二章 声波(shn b)的基础知识 声波的产生 描述声波的基本( jbn)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7页/共94页第七页，共95页。第一节 声 波 的 产 生 声源(shn yun)：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：声波存在的空间第8页/共94页第八页，共95页。 声压：声波传播时大气中压强随着声波作周期性的变化(binhu)，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

4、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。201Tepp dtT第9页/共94页第九页，共95页。第二节 描述声波(shn b)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(bchng)：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(bchng)。第10页/共94页第十页，共95页。 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

5、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(yndng)方向或者压强的变化。 第11页/共94页第十一页，共95页。第三节 频 程 和 频 谱 频谱：声音的频率(pnl)成分与能量分布的关系称为声音的频谱。 频谱图：各个频率(pnl)上声能量分布绘成的图形。通常频谱图以频率(pnl)为横坐标，以频率(pnl)对数为标度，以声压级为纵坐标。Lp（dB）纯音谱f（Hz）Lp（dB）连续谱f（Hz）Lp（dB）复合谱f（Hz）第12页/共94页第十二页，共95页。 频带：把宽广的声频(shn pn)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

6、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21212nffff f第13页/共94页第十三页，共95页。第四节 声能量(nngling)、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(dngnng) 媒质 形变的势能 动能(dngnng)Ek 任一时刻的势能Ep20012kEV u0ppEpdV 第14页/共94页第十四页，共95页。 平均声能密度 单位体积(tj)媒质所具有的平均动能和平均弹性势能之和。0/kpDEEV第15页/共94页第十五页，共95页。 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

7、匀辐射的声源的声功率为： 声强(shn qin) 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。 DVIDcS tWIS第16页/共94页第十六页，共95页。第五节 平面波和球面波 波阵面 同一(tngy)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222221tpcxp12pctxctx第17页/共94页第十七页，共95页。 简谐振动的平面波的方程 p为声场(shn chn)中某位置的瞬时声压；pA为声压幅值； 为角频率；k为圆波数，,cosAp x tPtkx2kc第18页/共94页

8、第十八页，共95页。 平面波质点振动速度(sd)和声阻抗率 质点振动速度(sd)方程 上式中的uA为质点振动速度(sd)幅值；ue为质点质点速度(sd)的有效值0coscosAAPutkxutkxc02AAAepucuu第19页/共94页第十九页，共95页。 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(chngsh)。 平面波的声能密度、声强和声功率 声能密度 声强0spZcu220/eDpc20ePIc第20页/共94页第二十页，共95页。 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(fsh)声波波长小很多时，则其大小和形状可被忽略而视为一

9、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。2200eeeepWSSp uScuc第21页/共94页第二十一页，共95页。 球面波的瞬时声压(shn y)和振动速度 上式中，A为声源辐射声波能力的常数。 声压(shn y)的振幅 媒质质点振动速度为( , )cos()cos()AAp r ttkrptkrrAApr01( , )cos()cos()AAu r ttkrutkrc r第22页/共94页第二十二页，共95页。 球面(qimin)声波的声强和声功率 声阻抗率 声强 声功率222001122eAPAIPcrcc22024WI SIrAc第23页/共94页第二

10、十三页，共95页。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(bzh)取常用对数，再乘以20，即 在空气中，参考声压P0210-5 帕 dBPPLep0lg20dBPLp94lg20第24页/共94页第二十四页，共95页。 声强级LI：将待测声强I与参考声强I0的比值取常用对数(chngyng-dush)，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 dBIILI0lg10dBILI120lg10第25页/共94页第二十五页，共95页。 声功率级Lw：将待测声功率W 与参考声功率W0的比值(bzh

11、)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 dBWWLW0lg10dBWLW120lg10第26页/共94页第二十六页，共95页。 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(ky)认为220200010lg10lg.40010lgIpppIpLIpIcLLbcpILL 第27页/共94页第二十七页，共95页。 声强级与声功率级的关系(gun x) 对于自由声场中的球面波有：dBSLLSIWWWISWLWIIlg101lg101lg10000020lg11WILLrdB第28页/共94页

12、第二十八页，共95页。第七节 声源(shn yun)的辐射 指向性声源 声源在各方向(fngxing)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。22IpQIp第29页/共94页第二十九页，共95页。 指向性指数(zhsh)DI10lgppDIQDILL第30页/共94页第三十页，共95页。 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(qimin)波，球面(qimin)面积 s4r2 由声压级、声强级和声功率级的关系 得到 WLPWWpWWrLLrL

13、L1.001011lg2011lg20SLLLWIplg10第31页/共94页第三十一页，共95页。第三章 噪声的传播(chunb)和分贝的计算 声波的叠加 平面波的反射(fnsh)、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32页/共94页第三十二页，共95页。第一节 声波(shn b)的叠加 叠加原理：多列声波合成声场的瞬时声压(shn y)等于每列声波瞬时声压(shn y)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。 niinppppp121第33页/共94页第三十三页，共95页。 相干(xinggn)波的叠加 相干(xinggn)波的合成声压 相干(xing

14、gn)波的合成平均声能密度02221212211112201122cos() 2cos()sinsintancoscostAtAtAAAAAAAApptppppppppp式中12122120cos()AAtppDDDc第34页/共94页第三十四页，共95页。当当210, 2 , 4 ,12AtAAppp121220AAtppDDDc210, 3 ,12AtAAppp121220AAtppDDDc第35页/共94页第三十五页，共95页。 干涉现象(xinxing)：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(xinxing)。 驻波：当两列具有相同频率和固定相位差的声波在同一

15、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第36页/共94页第三十六页，共95页。 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(yuxio)声压12tDDD123tnDDDDD2222221231 neteeeeneiipppppp第37页/共94页第三十七页，共95页。第二节 平面声波(shn b)的反射、折射和透射 垂直(chuzh)入射的反射和透射I1 c1II2 c2xo pt pr pi2211211,coscoscosckckxktPpxktPpxktP

16、pttrrii第38页/共94页第三十八页，共95页。假设分界面是无限薄，声压在边界处连续(linx)，所以在 x0处，有 pI pII pAipArpAt uI uII媒质I中的总声压为11coscosIirAiArpppptk xptk x第39页/共94页第三十九页，共95页。两个(lin )媒质中的质点振动速度分别为11111 11 12222coscoscoscoscoscosIirAiArAiArIItAtAtuuuutk xutk xpptk xtk xccuuutk xptk xc第40页/共94页第四十页，共95页。由边界条件可以得到(d do) uAiuAruAt或声压反射

17、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1 12211AiArAtpppcc第41页/共94页第四十一页，共95页。 当2 c2 1 c1时，媒质(mizh)II比媒质(mizh)I“硬” 当1 c1 2 c2时，媒质(mizh)II比媒质(mizh)I“软”221 1221 122221 1 2 ArpAiAtpAipccrpccpcpcc声压反射系数声压透射系数2221 11221 11 12212221 1 4 ritiIccrIccIccIcc声强反射系数声强透射系数第42页/共94页第四十二页，

18、共95页。 斜入射的反射(fnsh)和折射 I1 c1II2 c2o pt pr piritv 反射定律：反射线在入射v 面（入射线与界面 线所在(suzi) v 的面）内，且与入射线位v 于界面法线的两边，入射v 角与 反射角相等，即v i r第43页/共94页第四十三页，共95页。v 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v v 全反射现象：当c1 c2时，t 总大于i ，当i 增大至c时，t增加(zngji)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。21sinsinccti第44页/共94页第

19、四十四页，共95页。温度(wnd)对声传播的影响第45页/共94页第四十五页，共95页。温度对声传播(chunb)的影响第46页/共94页第四十六页，共95页。第47页/共94页第四十七页，共95页。 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(shu min)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。第48页/共94页第四十八页，共95页。 解：声波由空气(kngq)入射到水面时的反射角是

20、10o 。 折射角 声波由水入射到水与空气(kngq)交界面时的反射角10o 折射角otticc2.4910sin3401483sinsin121oo3.210sin148334012第49页/共94页第四十九页，共95页。第三节 声波(shn b)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(kngdng)的大小 声波的频率第50页/共94页第五十页，共95页。声波(shn b)波长大于障碍物声波(shn b)波长小于障碍物入射反射入射反射第51页/共94页第五十一页，共95

21、页。声波波长(bchng)大于孔洞尺寸入射透射反射入射透射声波波长小于孔洞尺寸反射第52页/共94页第五十二页，共95页。第四节 噪声(zoshng)的衰减 扩散引起(ynq)的衰减 假设声源是点声源，发出球面波或半球面波11lg20,42rLLrWIWp接收点声源接收点声源8lg20,22rLLrWIWp221120lgpprLLr第53页/共94页第五十三页，共95页。 线声源辐射(fsh)的噪声 面声源辐射(fsh)的噪声 当 时声源辐射(fsh)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。221110lgpprLLr0ar0abr0br第54页/共94页

22、第五十四页，共95页。 声传播(chunb)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287.410af dA620,1410aaAATTf第55页/共94页第五十五页，共95页。第五节 分贝(fnbi)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(shn b)也适用分贝叠加的公式20010pLpp0.1110l

23、g10piTnLpiL2222221231 neteeeeneiipppppp第56页/共94页第五十六页，共95页。上式还可以(ky)改写为：分贝相减ppTLpLppLLLLL1 . 01 . 0101lg10)101lg(101110.10.110lg(1 10)10lg 1 10ptpBTTLLptpBLLppppspsLLLLL 第57页/共94页第五十七页，共95页。 例：在厂房内测得某机器( j q)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( j q)的实际声压级。解： LpT94 dB， Lp188 dBdBLLLsppT7 .9226. 1941dBLs26

24、. 1101lg1088941 . 0第58页/共94页第五十八页，共95页。 例、测量某机器发出的噪声，各频带(pndi)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：频带中心频带中心频率（频率（Hz）631252505001k2k4k8k声压级声压级（dB）83.2 88.6 85.5 85.0 81.9 78.0 73.0 72.4dBSLLLTipTPWiLp5 .110lg107 .92)10lg(10811 . 0第59页/共94页第五十九页，共95页。 分贝(fnbi)的平均 或0.11110lg10pinLpiLn0.1110

25、lg1010lgpinLpiLn第60页/共94页第六十页，共95页。练 习 题 一 试问夏天（40 oc）空气(kngq)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。kxtPpcos01kxtPpcos02第61页/共94页第六十一页，共95页。第四章 噪声评价(pngji)和标准v 噪声(zoshng)评价方法v 噪声(zoshng)标准第6

26、2页/共94页第六十二页，共95页。第一节 噪声评价(pngji)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( jnxng)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）第63页/共94页第六十三页，共95页。 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(pnl)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

27、带的响度指数中的最大值。1nmimiNNFNN0.140224010logNLNNLN第64页/共94页第六十四页，共95页。中心频率中心频率（Hz）63 125 250 500 1k2k4k 8k声压级（声压级（dB） 77827873757680 60响度指数响度指数（宋）（宋）510108121525 8第65页/共94页第六十五页，共95页。 A计权声级：声级计根据响度为40方的等响曲线(qxin)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。第66页/共94页第六十六页，共95页。 等效连续声级(shn j)：用噪声能量按时间平均的方法来评价噪声对人的影响，

28、即等能量声级(shn j)，又叫等效连续声级(shn j)。 0.10110lg10AtLeqLdtTiiLiieqttLiA1.0101lg100.1110lg10ALeqLN第67页/共94页第六十七页，共95页。 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( j sun)等效连续A声级。 解：dBALeq88103104101341lg10801.0851.0901.0第68页/共94页第六十八页，共95页。 昼夜(zhuy)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：

29、00 7：00 ）测得的噪声能量平均A声级 10375.010625.0lg10)10(1.01.0ndLLdnL第69页/共94页第六十九页，共95页。 统计(tngj)声级Lx：表示x的测量时间内所超过的噪声级。 统计(tngj)声级的标准偏差 如果某噪声的统计(tngj)特性符合正态分布，则等效声级与累积百分声级的关系为：dBLLLLeq602901050niiLLn1211第70页/共94页第七十页，共95页。 更佳噪声(zoshng)标准（PNC）曲线：对环境噪声(zoshng)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(zo

30、shng)的评价值。 NR评价曲线 NR数的计算 NR 数与A声级的关系5ALNRdBApLabN第71页/共94页第七十一页，共95页。 感觉噪声级 感觉噪度：中心频率为1000赫的倍频带(pndi)，声压级为40分贝，规定其感觉噪度为1呐。 感觉噪声级dBNLNPNLN2401.0log10402mniimNNFNN1第72页/共94页第七十二页，共95页。 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(yn li)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

31、。 320001000500LLLPSIL第73页/共94页第七十三页，共95页。 计权等效连续感觉噪声级LWECPN 交通(jiotng)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。dBALLLTNI304909010第74页/共94页第七十四页，共95页。 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(linx)声级和累计百分数声级之间的关系：KLLeqNPniiLLn1211109025010901090160NPeqNPLLLLLLLLLL第75页/共94页第七十五页，共95页。 噪声冲击指数（NII） Pi

32、为全年或某段时间内受第i等级范围内昼夜等效声级(shn j)影响的人口数；Wi为该等级的计权因子iiiPWTWP总计权人口iiPTWPNII第76页/共94页第七十六页，共95页。 环境噪声污染防治法 产品噪声标准 汽车(qch)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(biozhn)和法规第77页/共94页第七十七页，共95页。 环境质量标准 工业企业(qy)噪声卫生标准 噪声暴露时噪声暴露时间（间（h）8

33、4211/2 1/4 1/8 1/16新建企业容新建企业容许噪声级许噪声级85 88 91 9497 100 103 106现有企业噪现有企业噪声级声级90 93 96 99 102 105 108 111最高噪声级最高噪声级不超过不超过115第78页/共94页第七十八页，共95页。 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(fnbi)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：7 .944801201024010lg1080215213eqL第79页/共94页第七十九页，共95页。 室内(sh ni)环境噪声标准 城市区域环境噪声标

34、准（GB3096-93） 城市各类区域环境噪声最高限值类别类别昼间昼间夜间夜间0504015545260503655547055第80页/共94页第八十页，共95页。第五章 噪声(zoshng)测量v 测量仪器v 声功率的测量v 环境噪声测量v 工业企业(qy)噪声测量第81页/共94页第八十一页，共95页。第一节 测 量 仪 器 声级计 声级计的分类：精密( jngm)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、电表电路传声器前置放大器输入衰减器输入放大器输出衰减器计权网络滤波器输出放大器检波器指示表头第82页/共94页第八十二页，共95页。 传声器：将声压转换为电压

35、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(shch)的交流信号整流成直流信号第83页/共94页第八十三页，共95页。 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(yq) 频谱分析仪：用来对噪声进行频谱分析第84页/共94页第八十四页，共95页。 电平记录仪和磁带记录仪 实时(sh sh)分析和快速分析系统 噪声声级分析仪 实时(sh sh)分析仪 快速傅立叶分析仪第85页/共94页第八十五页，共95页。 自由场法 在自由声场(shn chn)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0010lg10lg/WWpWLWLLS S20lg11WpLLr第86页/共94页第八十六页，共95页。 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(hunjng)修正值KSLLpW0lg106AS第87页/共94页第八十七页，共95页。 混响室法 Q为声源指向性因素；R为房间常数，与房间面积