《物理性污染控制》噪声污染及其控制课件

1、物理性污染控制东华大学环境科学与工程学院第二章噪声污染及其控制第1页，共53页。上次课回顾：绪论部分物理环境；环境物理学产生、发展、学科体系、研究特点；物理性污染及其特点、研究内容；第1章 噪声评价及标准 噪声污染防治研究内容 噪声污染的来源、分类、特点、危害、控制途径； 噪声的基础知识 声音的形成及相关基本物理量（频率、波长、声速、声压、声压级、声强、声强级、声功率、声功率级） 频谱、频程、n倍频程、中心频率值、带宽第2页，共53页。上一讲回顾：3(1) 有效声压（Pa）：(2) 声速（m/s）：(3) n 倍频程：“介质特性的函数”第3页，共53页。上一讲回顾：4(4) 质点振动速度有效值

2、（m/s）：(5) 声阻抗率(Pas/m) ：“介质固有常数”第4页，共53页。5(6) 平均声能密度： (7) 声强（W/m2） ： (8) 声功率（W） ：上一讲回顾：“表征声源特性的不变量”第5页，共53页。6上一讲回顾：(9) 声压级(dB)：(10) 声强级(dB)：(11) 声功率级(dB)：“衡量声音的相对强弱”第6页，共53页。1 噪声污染防治研究内容2 声波的基础知识3 噪声的特性和计算4 噪声的标准和测量方法5 噪声评价第二章 噪声污染及其控制第7页，共53页。3 噪声的特性和计算3.1 声场3.2 声波的叠加3.3 平面波的反射、透射、折射与衍射3.4 噪声在传播中的衰减

3、第二章 噪声污染及其控制第8页，共53页。近场3.1 声场自由声场：各向同性的均匀介质形成的声场 半自由声场：所处范围较大，各种反射可忽略，只剩地面反射 扩散声场：混响声场(各个方向传来的声波频率相等，声音的相位无规则，并且室内各处的声压级几乎相等，声能密度也处处相等)噪声的特性与计算 远场辐射表面比较大的声源，在离声源的距离与声源的几何尺寸可以比拟的范围声源的尺寸比较小，距离比波长大很多的声场第9页，共53页。 声级的单位dB（分贝）是对数单位，因此声级的求和叠加不能像一般的自然数直接进行，应按能量相叠加的关系进行运算。3.2 声波的叠加噪声的特性与计算第10页，共53页。3.2 声波的叠加

4、3.2.1 相干波的叠加瞬时声压的叠加：噪声的特性与计算声波的叠加原理是：多列声波合成声场的瞬时声压等于每列波瞬时声压之和。用数学式表示为：第11页，共53页。1.3 噪声的传播特性3.2 声波的叠加3.2.1 相干波的叠加噪声的特性与计算声能量的叠加并不是简单的算术相加第12页，共53页。从式（1-63）看出，与时间t无关，又因在声场中某固定点的x1、x2为定值，所以为定值。这种具有相同频率、相同振动方向和固定相位差的声波称为相干波。对于相干波133.2 声波的叠加3.2.1 相干波的叠加第13页，共53页。1.3 噪声的传播特性3.2 声波的叠加3.2.1 相干波的叠加2npAt(2n+1

5、)干涉现象：两列相干波在空间某些地方振动始终加强，而在另一些地方振动始终减弱的现象。声压值随空间不同位置有极大值和极小值分布的周期波叫驻波，其声场称为驻波声场。驻波的极大值和极小值分别称为波腹和波节。当pA1与pA2相等时，驻波现象最明显。噪声的特性与计算第14页，共53页。1.3 噪声的传播特性3.2 声波的叠加3.2.1 不相干波的叠加（噪声）（相干波）“干涉现象”噪声-不相干波（相位差随时间无规则变化）频率相同，振动方向相同，存在固定相位差频率相同，相位差变化；频率不同，相位差固定；频率不同，相位差变化。噪声的特性与计算以两列具有相同频率、而不存在固定相位差的声波为例第15页，共53页。

6、1.3 噪声的传播特性3.2 声波的叠加3.2.1 不相干波的叠加（噪声）有效声压叠加：瞬时声压的叠加：噪声的特性与计算第16页，共53页。1.3 噪声的传播特性3.2 声波的叠加3.2.2 声压级的叠加（不相干波）（1）有效声压叠加：声压级：若噪声的特性与计算第17页，共53页。1.3 噪声的传播特性3.2 声波的叠加3.2.2 声压级的叠加（1）有效声压叠加：噪声的特性与计算n=2时,两个相同声压级的叠加是增加3dB,而不是增加一倍：第18页，共53页。19【例题】某测点处测得噪声源的声压级如表所示，试求该测点处的总声压级。f0（Hz）631252505001000200040008000

7、Lp （dB）8487909596918580不同频率声波的叠加第19页，共53页。（2）声压级相减：背景噪声：机器：总声压级：3.2 声波的叠加3.2.2 声压级的叠加噪声的特性与计算第20页，共53页。（2）声压级相减(图表法)：背景噪声：机器：总声压级：3.2 声波的叠加3.2.2 声压级的叠加噪声的特性与计算设：Lpt-LpB01234567891011-1213-1415 Lps32.52.11.81.51.21.00.80.60.50.40.30.20.1第21页，共53页。223.2 声波的叠加3.2.3 声强级相加噪声的特性与计算第22页，共53页。233.2 声波的叠加3.2

8、.4 声功率级相加噪声的特性与计算第23页，共53页。课后习题1、车间有5台机器，在分别单独工作时在某点测得声压级分别为70、80、50、90、40dB，那么同时工作时该点的声压级是多少？2、厂房内测得某机器的声压级为94dB，厂房内背景噪声声压级是88dB，求这一机器的实际声压级？第24页，共53页。3.3 平面波的反射、透射、折射与衍射3.3.1 声波的反射、透射、折射 声波在传播过程中遇到障碍物是会发生反射、折射、衍射现象，同时在一定条件下声波会发生干涉现象。 声波从一个介质进入另一个介质，后者对前者来说是一个障碍物，此时在其交界面上发生一部分声波被反射回去，另一部分进入另一介质，这就是

9、声波的反射与折射现象。 设各声线与法线所夹的锐角分别为： 入射角、反射角、折射角 （1）声波的反射和折射 噪声的特性与计算第25页，共53页。3.3 平面波的反射、透射和折射与衍射3.3.1 声波的反射、透射与折射噪声的特性与计算斜入射垂直入射第26页，共53页。各角度满足以下关系: 声波的反射、折射定律若 c1，则 ，即折射线偏离法线，若 ， 折向法线。 界面处不同介质内声压连续、法向振动速度相同条件（1）声波的反射和折射 噪声的特性与计算第27页，共53页。 声波发生折射的原因是由于在不同介质中特性阻抗不同引起的。若在同一种介质中声速不同则声线也会发生偏转。 例如声音在大气中传播，白天由于

10、太阳的照射，使地面及地面附近的空气温度上升，比高处温度高，所以低层声速大，高层声速低，这样声音声级向上弯曲。晚上则相反，地面温度低，声速小，高层温度高，声速大。故向下弯曲，折向地面，所以夏日晚上声音传播的距离比白天传的距离远。（1）声波的反射和折射 3.3 平面波的反射、透射和折射3.3.1 声波的反射与透射噪声的特性与计算第28页，共53页。29 在晴朗的白天，大气温度随高度增高而下降，声速将随高度增加而降低，声线向上空弯曲，声源辐射的噪声在距声源一定距离的地面上方掠过，在较远处形成声影区。而夜间正好相反，声线向下弯曲。（枫桥夜泊：夜半钟声到客船）第29页，共53页。30 有风时，声速应叠加

11、上风速。由于风速一般随高度增加而增大，因此顺风时，叠加的结果使声速随高度增加而增大，声线向地面弯曲；当逆风时，叠加的结果正好相反，声线将向上空弯曲，距声源一定距离处形成声影区。第30页，共53页。为进一步讨论反射和折射的能量关系引入以下参数： 声压反射系数： 声压透射系数 ：声强反射系数： 声强透射系数： 3.3 平面波的反射、透射和折射3.3.1 声波的反射与透射噪声的特性与计算第31页，共53页。垂直入射声波的声压反射系数和透射系数3.3 平面波的反射、透射和折射与衍射3.3.1 声波的反射与透射与折射噪声的特性与计算当x=0时第32页，共53页。3.3 平面波的反射、透射和折射与衍射3.

12、3.1 声波的反射与透射与折射噪声的特性与计算由于声波在分界面上反射和透射的大小与入射、反射和透射声波声压大小无关，仅与两媒质的声特性阻抗有关 声压反射系数声压透射系数第33页，共53页。讨论： ，则不反射声波，声波全部透过界面进入第二介质中，称为全透射。此时的入射角 全透射角 ，只要两种介质的特性阻抗相同，垂直入射的声波即可产生全透射现象。 当折射角 此时声波全部反射进入第一种介质，此时的入射角 称为全内反射角。：当 为一般的反射、折射情况，反射折射同时存在。 3.3.1 声波的反射与透射噪声的特性与计算第34页，共53页。(1) 称为“硬边界”.当 远大于 ，刚性硬边界，发生全反射，在媒质

13、II中也没有透射声波。 (2) 小于 ，称为“软边界”.当 远小于 ，为“十分软边界”，全透射 (3) 两媒质的特性阻抗即决定了声波的传播、反射与折 射的基本特性.3.3 平面波的反射、透射和折射与衍射3.3.1 声波的反射与透射与折射噪声的特性与计算第35页，共53页。不同介质的特征决定了声波的反射系数、透射系数。为了达到很好的隔声效果，则应有好的反射率，低的透射率。 3.3 平面波的反射、透射和折射与衍射3.3.1 声波的反射与透射与折射噪声的特性与计算第36页，共53页。3.3.2 声波的衍射 当声波越过障碍物的边缘时，声波的传播方向会发生偏转而绕过障碍物，这种现象称为声波的衍射。3.3

14、 平面波的反射、透射和折射与衍射噪声的特性与计算当声波频率较低，波长较长时，而障碍物或孔洞的尺寸比波长小很多时，这时候声波能绕过障碍物或透过孔洞继续传播（图a）。当声波频率较高，波长较短时，而障碍物或孔洞的尺寸比波长大很多时，衍射不明显，形成声影区（图b）第37页，共53页。声波通过障碍物或障碍物的小孔时先发生弯曲再扩展开来的现象衍射3.3.2 声波的衍射3.3 平面波的反射、透射和折射与衍射第38页，共53页。 衍射的情况与障碍物的尺寸和波长的比值有关。对于同一障碍物来说，声波波长越小则越不易越过障碍物，声影区越大，隔音效果越好。 即一个障碍物对高频声的隔音效果好，对低频声的隔音效果差。3.

15、3.2 声波的衍射3.4 噪声在声波中的衰减第39页，共53页。403.4.1 扩散衰减声源辐射噪声时，波阵面随距离增加而增大，声强随传播距离的增加而衰减。由于波阵面扩展，而引起声强减弱的现象称为扩散衰减。3.4 噪声在声波中的衰减点声源辐射：球面波或半球面波的扩散衰减。半自由声场：第40页，共53页。41点声源辐射：球面波或半球面波的扩散衰减。3.4.1 扩散衰减3.4 噪声在声波中的衰减线声源辐射：一般为道路交通噪声。 线声源长度l，声源到测点D距离为r0，当声源为无限长声源时（r0l/）：第41页，共53页。42矩形面声源： 边长ab，测点D距声源中心距离为r0： 当r0a/，声源辐射平

16、面波，声压级衰减值为0分贝； 当a/ r0b/，按点声源考虑。3.4.1 扩散衰减3.4 噪声在声波中的衰减第42页，共53页。43空气压缩膨胀的变化，相应出现温度的升高和降低（温度梯度），以热传导方式发生热交换，声能变成热能；空气中相邻质点的运动速度不同产生粘性力，使声能变成热能；热弛豫过程造成的声能耗散。能量转换过程中的滞后现象，使声速改变，声能被吸收。3.4.2 空气吸收衰减3.4 噪声在声波中的衰减第43页，共53页。443.4.2 空气吸收衰减3.4 噪声在声波中的衰减衰减常数：空气中声波传播1m衰减的分贝数，单位：dB/m。 衰减常数与频率、温度、相对湿度有关。第44页，共53页。

17、45第45页，共53页。46噪声在传播中的衰减点声源辐射的球面波和半球面波：无限长线声源：3.4 噪声在声波中的衰减第46页，共53页。473.4.3 地面吸收引起的衰减3.4 噪声在声波中的衰减 开阔的平地、大片的草地、灌木树丛、丘陵、河谷等均会对声波传播产生附加衰减。 当地面是非刚性表面时，短距离声能的衰减可以忽略，70米以上时不可忽略。 在厚草地或穿过灌木丛传播时衰减 Ag1（0.18lgf-0.31）d (dB)式中：f声波频率，Hz； d传播距离，m； 在厚草地或穿过灌木丛传播时，频率为1000Hz的附加衰减较大，可高达25dB/m，穿过树木或森林的声衰减 Ag20.01f1/3d

18、(dB)从浓密的常绿树树冠1000Hz时有23dB/m的衰减，到地面上稀疏的树干只有3dB/m甚至更小的附加衰减。第47页，共53页。483.4.4 声屏障衰减3.4 噪声在声波中的衰减 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。这样的障碍物称为声屏障。声屏障可以是专门建造的墙或板，也可以是道路两旁的建筑物或低凹路面两侧的路堤等. 声波遇到屏障时的反射、透射、折射等声学现象，屏障的作用就是阻止直达声的传播，隔绝透射声，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屏障的位置、屏障的高度及结构，以及声波的频率密切相关。一般而言，屏障越高，声源及接收点离屏障越近，声波频率越高，声屏障的附加衰减越大。后续课程将详细介绍声屏障的设计原则。 第48页，共53页。49温度：3.4.4 气象条件对声传播的影响3.4 噪声在声波中的衰减第49页，共53页。50风：3.4.4 气象条件对声传播的影响3.4 噪声在声波中的衰减第50页，共53页。【例题3】半自由声场中，一点声源辐射半球面波。气温20C、相对湿度20%。距声源