噪声控制工程

184/184噪声操纵工程讲义TOC\o"1-4"\h\z绪论 5第一篇 噪声基础知识 5第一章概述 51.1噪声及其危害 51.1.1噪声 51.2噪声的操纵 61.2.1操纵的原则 61.2.2 操纵的措施 6第二章：环境声学的差不多概念 72.1声波的产生及描述方法 72.1.1声波的产生 72.1.2描述的物理量 72.2 声波类型和声场类型 72.2.1波动方程及其几个概念 72.2.2 声波类型 82.2.3声场的类型（各声场的特点） 9第三章声压级、声强级、声功率级及其计算 93.1声能量、声强、声功率 93.2级的概念 103.2.1声压级、声强级和声功率级 103.2.2声压级的相加 113.2.3声波的相减 113.2.4声压级的平均 11第四章噪声频谱特性和噪声传播过程中的一些现象 124.1噪声频谱特性 124.2声波的反射、透射、折射和衍射 124.2.1垂直入射声波的反射和透射 124.2.2斜入射声波的反射和折射 134.2.3大气中声波的折射 134.3声波的衍射 144.3 声波在传播中的衰减 144.3.1随距离的发散衰减（扩散衰减） 144.3.2 空气汲取衰减 144.3.3 声屏障引起的衰减 154.3.4其他衰减 154.4声源的指向性 154.5声波的叠加和驻波 15第五章 噪声的评价和标准 165.1 噪声的评价量 165.1.1等响曲线、响度级和响度 165.1.2斯蒂文斯响度 165.1.3计权声级和计权网络 165.1.4等效连续A声级和昼夜等效声级 175.1.5累计百分数声级 175.1.6更佳噪声标准（PNC）曲线和噪声评价数（NR）曲线 185.1.7 交通噪声指数 185.1.8噪声污染级 185.1.9噪声冲击指数 185.1.10噪声掩蔽 185.1.11语言清晰度指数和语言干扰级 195.2环境噪声评价标准和法规 195.2.1环境噪声污染防治法 195.2.2产品噪声标准 205.2.3噪声排放标准 205.2.4环境质量标准 20第六章 噪声与振动的测试和监测 206.1 常用噪声测量仪器 216.1.1声级计 216.1.2频谱分析仪和滤波器 226.1.3磁带记录仪 226.1.4读出设备 226.2 环境噪声监测方法 226.2.1都市区域环境噪声测量 226.2.2道路交通噪声测量 236.2.3都市环境噪声长期监测 246.2.4机动车辆噪声测量方法 246.2.5工业企业噪声测量 246.3振动及其测量方法 25第二篇 噪声操纵技术 26第一章吸声和室内声场 261.1 室内声学的一些差不多知识 261.1.1室内声场和扩散声场 261.1.2平均吸声系数与室内声音衰减 271.1.3扩散声场中的声能密度和声压级 281.1.4混响和混响时刻的计算 291.1.5吸声降噪量 301.2吸声材料 311.2.1吸声差不多知识 311.2.2吸声材料的分类 321.3吸声结构 331.3.1薄板共振吸声结构 341.3.2穿孔板共振吸声结构 341.3.3 微穿孔吸声结构 36第二章隔声 362.1隔声的差不多知识 362.1.1几个差不多概念 362.1.2隔声的评价 372.1.3插入损失 373. 2单层匀质墙的隔声性能 372.2.1隔声的质量定律 372.2.2单层匀质墙隔声的频率特性 382.2.3吻合效应 382.3多层墙的隔声 392.3.1双层墙的隔声 392.3.2多层复合墙的隔声 402.4隔声间 412.4.1隔声间的降噪量 412.4.2隔声门 412.4.3隔声窗 422.5隔声罩 422.5.1隔声罩的插入损失 422.5.2隔声罩的设计要点（见教材p166页面） 422.6声屏障 422.6.1声屏障的插入损失？以李教材为准 422.6.2声屏障的设计要点 42第三章消声器 433.1消声器的分类、评价和设计程序 433.1.1对消声器的差不多要求 433.1.2消声器声学性能评价量 433.1.3消声器的分类 443.1.4消声器的压力损失 443.1.5设计程序 453.2阻性消声器 453.2.1声波在阻性管道中的衰减 453.2.1高频失效频率 453.2.2阻性消声器的种类 463.2.3气流对阻性消声器声学性能的阻碍 463.2.4阻性消声器的设计 473.3抗性消声器 483.3.1扩张室式消声器 483.3.2共振式消声器 523.4微穿孔板消声器 523.4.1消声原理及其结构 523.4.2消声量的计算 533.5扩散消声器 533.5.1小孔喷注消声器 533.5.2多孔扩散消声器 543.5.3节流减压消声器 543.5.4引射掺冷消声器 54第四章 隔振技术及阻尼减振 554.1振动对人体的阻碍和评价 554.1.1振动对人的阻碍 554.1.2振动的评价 554.2振动操纵的差不多方法 564.3隔振原理 574.3.1振动的传递和隔离 574.3.2隔振效果的评价 574.3.3隔振元件 574.3.4阻尼减振 58第三篇噪声治理工程设计规范与实例 593.1噪声操纵设计程序和设计的一般规定 593.1.1噪声操纵的工作程序 593.1.2工业企业噪声操纵设计的一般规定 603.1.3民用建筑噪声操纵设计的一般规定 623.1.4噪声治理工程设计中要注意的一些问题 63绪论当前的环境污染要紧有水污染、大气污染、固体废物污染、噪声污染，因此噪声操纵工程是环境工程中的一门重要专业课，噪声基础知识这篇是整个环境噪声操纵工程的基础，后二篇差不多上以这篇为基础的，因此这一篇是此门功课的重中之重。本篇的特点是概念多，理论性强，数学公式多，计算多，为了学好后二篇我们有必要经历一些概念与公式。概述1.1噪声操纵工程这门课在环境工程中的地位目前我国约有229家高校开有环境工程那个专业，排在前四位依次是的清华大学、浙江大学、哈尔滨工业大学、华南理工大学，它专业课一般由四部分组成：水污染操纵工程、大气污染操纵工程、固体废物的处理与处置、噪声操纵工程，因此它是环境工程的一门重要的专业课，同时也是环境污染四大公害之一：水、气、渣、噪声。只是由于它是一种物理性污染，没有后续性、危害的作用时刻长、人有较强的耐受性，它才没有引起人们的足够的重视。但目前由于都市化的加剧、交通运输业的飞速进展、第三产业的兴起，噪声污染越来越广泛和严峻，目前它是环境污染投诉中的最多的。随着经济的进展，人们生活水平的提高，人们对生活环境的质量也越来越高，我认为学好噪声操纵工程这门功课是大有可为的。目前噪声治理工程投资占环保投资的15—20%，而在“十五”期间环保投入占GDP的1.5%，特不是我国1997年颁布的《中华人民共和国噪声污染防治法》中列出的四大噪声（工业噪声、建筑施工噪声、交通噪声、社会生活噪声）还远未得到有效的操纵，因此你们以后有宽敞的舞台去发挥你们的聪慧才智。那个地点讲一点题外话，你们要热爱环境工程那个专业，因为这是一个专门有进展前途的专业，但目前的要紧问题是就业率不是专门高，然而随着世界环境的进一步恶化，环境爱护已成为世界的一个主题。我国在环保领域的投资青年提高，以湖南省建污水处理站为例讲明另一个是环境爱护的作用在生活中也日益体现出来，如在新建的高新技术区，达不到环境要求的项目就不能进入，如去年天津经济技术开发区在招商引资时，对项目入区申请实行“环保一票否决”，已连续有3个能耗高、污染大的项目被挡在开发区大门之外，涉及投资额为5700万元。最为能体现环境爱护法规作用的是去年环境总局掀起的“环境风暴”—三件事件（所体现出来的是前所未有的）一是整顿环评人员，实行环境阻碍评论人员职业资格证，是砍掉不合格环评单位。2004年底，国家环保总局对全国的198家甲级和728家乙级环境阻碍评价单位进行考核。对考核不合格的68家环境阻碍评价单位严肃处理，吊销山西军工环保应用技术研究所等8家单位证书，降低内蒙古大学等4家单位评价范围，暂停山西临汾市环境爱护应用技术研究所等11家单位业务并限期整改，通报批判16家，暂缓发证29家。二是，“两控区”——酸雨操纵区和二氧化硫（SO2）操纵区内的46家火电厂，因至今未启动脱硫项目工程而被通报。在其于次日出示的一份文件中，这些电厂被要求“在指定的时刻表内完成脱硫项目建设，否则，项目所在地区、电力集团和企业的新建、改建、扩建火电项目将暂停审批。年内投入

数十亿元资金进行脱硫项目建设。”三是：叫停30个非法开工项目，要紧是没有进行环境阻碍评价或没有通过几乎个个差不多上数亿乃至上百亿元的规模，如金沙江溪洛渡水电站，装机容量1260万千瓦，是中国仅次于三峡电站的第二大水电站(三峡电站的装机容量为1820万千瓦)，静态总投资446亿元；另一个被停建的电站——三峡地下电站，其装机容量也达到420万千瓦，静态总投资为69.97亿元。值得关注的是，这次曝光的违法工程绝大多数是电力项目，这事实上向电力行业再次敲响警钟：“电荒”之后的电站项目建设，在一定程度上已处于无序状态。1.2噪声与振动操纵行业的进展与展望噪声与振动操纵行业作为环境爱护相关产业的一个部分，得到了专门大的进展。上个世纪六十年代只有几个生产厂家生产消声器等单件产品，产品只有数十种，产值仅几百万元，有关科研设计单位只有几个；七十年代生产厂家有几十家，产品上百种，产值上千万元；八十年代噪声与振动操纵生产厂家一百三十多家，产品六百余种，产值约一亿元；九十年代，从事噪声与振动操纵的生产、科研设计单位有四百余家，产品千余种，年产值约五亿元。到现在，噪声与振动操纵行业更是有了突飞猛进的新进展，所生产的产品如消声器、吸声材料和结构、隔声构件、隔振器、阻尼减振材料、噪声与振动测量仪器等，已差不多能满足国内噪声与振动操纵的需要，有部分产品还出口国外。

展望我国噪声与振动操纵行业的今后进展动向，我以为会有如下特点：

1随着我国都市对人居环境的要求不断提高，都市中的工业污染源也在走向外迁（如北京首钢的整体外行迁）、规范和集中的时期，因此工业污染源的噪声与振动操纵会从以往的环境治理的主导地位，退居到较次要的地位。就环境噪声而言，都市道路和都市铁路噪声将成为环境治理的重点，声屏障和隔声窗将可能成为治理手段中的热点产品。从开放式声屏障、局部封闭全封闭声屏障到高效隔声窗及通风隔声窗，各种各样的新型隔声、吸声材料都可能使用到这些产品中去，新的研究课题和有用技术将使噪声与振动操纵行业制造出经济、有用、美观大方和具有高声学性能的相关产品。

2由于我国正处于经济成长期，大兴土木建设时期，大量的建筑不断涌现，这些建筑中有许多是安装集中式空调的，为保证使用时不污染声环境，就必须安装消声器。因此生产大量空调消声器是噪声与振动操纵行业又一热点。改进传统空调消声器的材料、结构和进一步提高其消声性能，是摆在噪声与振动操纵行业面前的又一新任务。

3传统住宅的内墙是采纳砖墙，隔声性能较好。近年来，由于砖墙的禁止使用，不得不用轻质隔墙代替，但是其隔声性能总不能尽人意。研制高隔声性能的轻质隔墙是噪声操纵的新课题，噪声与振动操纵行业要从开发新材料、新型隔声结构入手，尽快解决这一问题。4在现有住宅内，特不是高层住宅内，建筑配套设备如水泵、冷冻机、电梯等对住宅内的住户都可能造成噪声和振动污染。操纵这些设备的噪声和振动对住宅的阻碍，是噪声与振动操纵行业义不容辞的责任。

5超低噪声冷却塔的研制和生产，一直是噪声与振动操纵行业的追求，应该讲，冷却塔的噪声在各方面的努力下，有一定程度的降低。然而离使用实际的要求尚有相当距离，这是我们进一步努力的目标。

6生产低噪声产品，从声源来降低噪声是噪声与振动操纵行业的长期愿望。为此，我们也进行了一些努力，取得了一些成绩，然而与国外相比差距还较大，这仍是我们要努力的方向。

7从我国噪声与振动操纵行业生产的产品来讲，其原理和技术上与国外产品差距并不大，然而从质量上，特不是工艺水平上尚有差距。解决这一问题，除须进一步提高产品质量，加强质量治理外，提高加工设备精度，改进加工工艺是重要的环节。另外，提高厂家整体治理水平，加大产品技术含量也是重要的途径。这从我国深圳中雅机电实业公司和上海申华声学装备有限公司不断扩大生产规模、提高产品质量的成长过程也能够得到充分证明。

8噪声与振动操纵行业的进展，必须依靠科学技术，采纳新技术、新工艺、新材料，制造质量好、能耗低、价格合理的适合市场需求的产品，是我们追求的目标。当前，噪声与振动操纵行业在产品的标准化、系列化和通用化方面还有许多工作要做，只有做好这些工作后，才可能提高噪声与振动操纵行业的整体水平，这是我们要为之奋斗的共同目标。

9随着我国改革开放力度不断加大，特不是进入WTO后，与国际的交流和联系也大大增强，有关噪声与振动操纵的新技术、新工艺、新材料，也开始不断进入我国市场。一方面是对噪声与振动操纵行业的竞争，但另一方面增加了我们学习的机会，增强我们改革的决心，我们要利用好这一大好机遇，促进我国噪声与振动操纵行业的进一步进展。

总之，我国噪声与振动操纵行业通过历年的努力，已取得了长足的进步。今后，还须我们进一步努力，困难奋斗，去争取更大进展。

任重而道远，前景是美好的。1.1噪声及其危害1.1.1噪声1.定义：噪声的定义可从生理学、物理学、环保的角度来定义，从生理学的观点来定义人们不需要的声音统称为噪声；从物理学的观点来定义是不和谐的声音叫做噪声，它是各种不同频率和强度的声音无规则的杂乱组合，它给人以烦躁的感受，与乐音相比，它的波形曲线是无规则的。环保部门把危害人们躯体健康、干扰学习、工作和睡眠的声音，统称噪声。2.特点：噪声定义的主观性专门强、有着明显的相对性，例如音乐，你觉得专门悦耳，他在考虑问题时却觉得专门讨厌，也确实是它随人的心理、主观感受等的不同而不同。3.噪声污染及其特点：被测试环境的噪声级超过国家或地点规定的噪声标准限值，并阻碍人们的正常生活、工作、或学习的声音，就形成噪声污染。它的特点有四个，其一是噪声污染属于物理性污染，它只会造成局部性污染，一般可不能造成区域性和全球性污染，而象水污染和大气污染就会造成区域性和全球性污染，象美国的二氧化硫就随风飘到加大，而叛国又气拒绝在《京都义定书》上签字，该条约在今年的2月1日生效；噪声污染没有残余污染物，噪声源停止运行后，污染就立即消逝；噪声的声能是噪声源能量中专门小的部分，噪声再利用的价值不大，因此，人们对声能的回收不重视；噪声一般不直接致命或致病，它的危害是慢性的和间接的。3.噪声的种类：在噪声操纵学的范畴里，噪声能够从专门多方面来分类，例如为区分由于自然现象和人为产生的噪声，可分为自然噪声和人为噪声；又如按频率分布可把噪声分为低频（＜500Hz＝、中频（500～1000Hz）和高频（＞1000Hz）。（A）客观环境里的噪声，假如按其总的来源可大体划分为自然噪声和人为噪声两大类。前者是大自然里人为因素之外的所有噪声，比如风声、雨声等，而后者要紧指随着工业和科学技术的进展，各种机械、电器和交通噪声等。（B）按噪声的发声机理可分为机械噪声、空气动力性噪声、电磁噪声。由于机械的撞击、磨擦、转动而产生的叫做机械性噪声，如织机、球磨机、电据等发出的声音；凡高速气流、不稳定气流以及气流与物体相互作用产生的噪声叫空气动力性噪声，如通风机、空压机等发出的声音；电磁噪声是由电磁场的交替变化，引起某些机械部件或空间容积振动产生的，如发电机、变压器等发出的声音。（C）按都市环境噪声分类：可分为交通噪声、工业噪声、建筑施工噪声、社会生活噪声。4噪声的危害1．噪声关于人耳的损害当进人噪声环境时，会感到噪声刺耳；离开噪声环境后，耳朵还嗡嗡作响，难以听清；过段时问后，能够逐渐恢复听力，这叫听觉适应，是人体对环境噪声的一种爱护性反应．听觉适应是有一定限度的．在较强的噪声持续作用下，听觉敏感性能够下降15—50分贝；离开噪声环境后，听觉恢复时刻需数小时，这种现象称为听觉疲劳，这是听觉器官的功能性变化．假如长时刻遭受过强的噪声刺激，就会引起内耳的退行性变化，导致器质性损伤，形成噪声性耳聋．一般认为听力下降30分贝以上，确实是产生噪声性耳聋的先兆．在极强烈的噪声作用下，可造成噪声外伤，鼓膜破裂出血，双耳完全失听．2．噪声对全身各系统的损害噪声长时刻作用于中枢神经，可使神经失调，植物神经紊乱，产生头痛、头晕、耳鸣、心悸、失眠或嗜睡、神经衰弱症候群，严峻者甚至精神错乱．噪声关于心血管系统有着明显的损害，据报导，不仅噪声级较高的车间工作人员高血压发病率专门高，而且在闹市中被噪声困扰的居民高血压发病率也较高．噪声可致心肌损害（猝cu死）血液中白血球增加，据统计，在噪声较大的行业里工作的人胃溃疡病发病率高于安静环境者五倍．噪声可使视觉灵敏度降低20％、色觉灵敏度发生变化，关于视野也有阻碍，清晰度下降．噪声关于基础代谢、免疫力、内分泌、皮肤温度、皮肤电阻等都有阻碍．噪声还能够阻碍胎儿体重．能够使胎儿畸形等．3．噪声干扰生活、学习和工作．据研究结果，两组纺织工人在同一噪声环境中工作，只是其中一组戴上防止噪声的护耳器，而另一组不戴，结果，第一组的产量比第二组的高，当噪声级达80分贝时，绝大多数工人工作效率降低．噪声关于脑力工作干扰更甚，它使注意力不能集中，干扰甚至打断思路，阻碍作品制造，阻碍科学研究．有人对电话交换台进行调查，发觉噪声从50分贝降至30分贝，差错率减少42％．在噪声严峻的环境中工作，还容易产生工伤和交通事故．据测量，发觉在40—45分贝噪声刺激下，脑电波呈觉醒反应．噪声关于睡眠深度有明显的阻碍．噪声关于谈话的干扰，是人们都有体会的，噪声级与谈话的声级接近时，可干扰正常谈话．超过10分贝交谈就专门困难了．普遍谈话声是60分贝，噪声级若达65分贝，就得提高嗓门才能交谈，假如噪声高过90分贝，确实是大声喊也听不清．在打电话时，噪声65分贝以上就专门困难了．我国工业迅速进展，噪声急剧增加，如不及早防治、将成为社会一大公害．应当积极贯彻我国噪声卫生标准，积极进行防护．5.特强噪声对仪器设备和建筑结构的危害。1.2噪声的操纵1.2.1操纵的原则要坚持“预防为主”、“防治结合”、“三同时”、科学性、先进性和经济性的原则。我们一方面要依靠科学技术来“治”，另一方面必须依靠法律来“防”，同时对新建工业企业的噪声操纵设施与主体工程同时设计、同时施工、同时投产，尽量做到技术可行、经济合理。操纵的措施1.行政治理措施：这表现在立法与制定标准和条例上，如我国的《环境爱护法》中关于噪声就有专门的章节来规定，同时1996年全国人大通过了《中华人民共和国环境噪声污染防治法》（1997年3月1日起实施）制定了《工业企业噪声卫生标准》（）、《都市区域环境噪声标准》（GB3094－93）等。2.规划性措施：包括区域规划（都市布局应按功能分区，妥善安排工业、交通运输、居住等用地的相对位置。）、道路规划（为降低都市噪声，要减少穿行市中心的车辆）、操纵都市人口密度（ρ为人口密度，人/km2,Ldn为昼夜等效声级）、加强绿化工作，加大绿化面积。3.针对噪声传播要素的措施1）噪声源：在声源处抑制噪声，这是最全然的措施，要紧是改革生产工艺和技术革新，用低噪声工艺代替高噪声工艺，同时研究降低噪声源辐射噪声的激振力和噪声辐射部件对激振力的响应。由于技术条件和经济条件的阳制，从声源上根治往往是不可能的，许多原有设备还需要在相当长时刻内发挥作用．因此，对噪声源采取一些操纵技术，仍然具有重要而普遍的意义．噪源对策技术如下表：2）传播途径：（1）远离噪声源．人远离噪声源或者让噪声源远离人，使噪声在远距离传播中衰减．点声源、线声源和面声源随距离的衰减规律都能够用公式计算出来．例如：点声源至某两点之间的距离分不为r1和r2，且即当距离由r1变为r2时，其衰减量为△LdB．若r2=2r1，则由式(12)能够算出△L≈6(dB)．（2）改变噪声指向．噪声在低频时，一般无指向性，但随着频率的增高，其指向性也随着增加．因此，关于高频噪声，改变指向是一项操纵噪声的、行之有效的对策。这就象大气污染操纵中要求考虑学年主导风向，办公楼、生活区建在上风向。（3）筑墙操纵噪声的传播．如图2所示，S、O、R分不为噪声源、墙顶端和接收点．墙对噪声的衰减量可用下式表示：这确实是声屏障，道路声屏障工程渐成行业热点在降低交通干线噪声、工业生产噪声和社会环境噪声中发挥着独特的作用。特不是随着近年来都市轨道交通和高等级公路的加速建设，各类道路声屏障也得到日益广泛的普及，逐渐成为环保行业的工程热点之一。由式（l3）看出，衰减量与声频或波长有关，与墙高度也有关．筑墙衰减噪声，在有用中被考虑的限度为25dB．若在墙上贴吸声材料或在房间挂吸声板，也能有效地衰减噪声．（4）大气、树木和草地可消弱噪声的传播．噪声由气温高处向气温低处折射、由上风处向下风处折射。依照这一规律，噪声源应设置在低温处和下风处．绿化都市，不仅能够减弱噪声的传播，而且能够防止空气污染．3）噪声接收器的防护措施：对人，要紧是佩带对听力爱护作用的耳塞、耳罩、头盔等；关于周密仪器设备，可产安置在隔声间内或隔振台上。最后，介绍一下有源减噪法研究的新进展：这一方法由美国声学专家奥尔逊（Olscn）提出，但由于技术水平限制，一直没有取得实际进展．电子技术的进展，使这一方法有了实现的可能．何谓有源减噪法呢？确实是用传声器接收某一声场的声音，通过放大、操纵，使它再放出一个与原声场位相相反的声音，则这两个声音因位相相反而互相消弱，甚至完全抵消．用数学式子表示即：Acosωt＋Acos(ωt－π)=0（14）英国南安普顿大学和法国马赛技术物理中心，都依照这一原理研究出了防噪声耳罩．耳罩中放一个传声器和声源．由于在耳罩范围内声音的位相几乎相同，能够用传声器鸣起再加以放大，反相后再传入耳罩，可把噪声差不多抵消．注意无源噪声的操纵技术第二章：环境声学的差不多概念2.1声波的产生及描述方法2.1.1声波的产生1.声源：声音是由物体的振动而产生的，因此凡能产生声音的振动物体统称为声源。从物体的形态来分，声源可分为固体、气体、液体声源等。2.声波的形成：当声源振动时，就会引起声源周围弹性媒质――空气分子的振动。这些振动的分子又使其周围的空气分子产生振动。在弹性媒质中，物体的机械振动由近及远的传播过程叫声波。声波能够在空气、液体、固体中传播，但在噪声操纵中要紧涉及在空气中的传播。我们在此要注意：声波在空气中的传播，空气质点本身并不曾随声波一起传播，只是在它的平衡位置来回振动。故声音的传播，实质是振动的传播，传播出去的是物质的能量，而非物质本身。（画图讲明）3.产生声音感受的条件：（1）具有一定声能的振动（2）有传播声波的媒质（气体、固体、液体）（3）产生振动的频率必须在20-20000Hz内。2.1.2描述的物理量声音是一种波动，因此它就必定具有波的所有性质，能够用通常描述波动的物理量进行描述，通常用频率、波长、相位、声速和声压来描述。声压：当声波在空气中传播时，会形成弹性媒质（空气）的疏密相间的状态，当媒质密集时，这部分的空气压强P会比平衡状态下的静态压强P0大，当媒质稀疏时，这部分的空气压强P会比平衡状态下的静态压强P0小，即在声波的传播过程中，空气压强随着声波作周期性变化。因此能够用声扰动在空气中所产生的逾量压强p来表述声波的状态：p=P－P0，那个逾量压强p称为该点的瞬时声压，单位是帕斯卡（Pa）。区分有效声压2.相位：是指任一时刻t的质点振动状态，包括运动方向、振动位移、压强变化等，它描述质点运动状态。关于简谐振动，沿x正方向传播的平面声波一般用ωt－kχ+φ来表示，其中ω＝2лf为角频率，t为时刻，k=ω/c称为波数，φ为初相位在实际使用中适当选取时刻的起始值或适当选取x轴的坐标原点，使其等于0。3.波长：在同一时刻，从某一个最稠密（或最稀疏）的地点到相邻的另一个最稠密（或最稀疏）的地点之间的距离称为声波的波长，记为λ，单位为米。4.周期、频率：振动重复1次的最短时刻间隔称为周期，记为T，单位为秒，周期的倒数，即单位时刻内的振动次数，称为频率。5.声速：媒质质点在声源激发下产生的振动状态在媒质中自由传播的速度为声速，记为c，在一定的媒质中，声速与媒质的温度有关，在空气中声速与空气温度的关系是c=331.4+0.61t(m/s),t为空气媒质的温度，我们在实际应用中能够取15℃空气声速即340m/s，就能满足一般工程精度要求。声波类型和声场类型2.2.1波动方程及其几个概念在声学中，一般用声压p来描述声波，在均匀的理想流体媒质中的用小振幅声波波动方程描述声传播规律，它是一个二阶偏微分方程，是在运动方程（牛顿第二定律）、连续性方程、状态方程三个定律的基础上推导出来的。那个方程是在满足以下假设条件的基础上推导出来：假设媒质为理想流体，声波在这种媒质中传播时没有能量耗损，在媒质中不存在粘滞性；假设声扰动之前媒质宏观上是静止且均匀的，压强P0和密度ρ0差不多上常数。假设声传播过程媒质膨胀压缩产生的温度差可不能引起媒质相邻部分发生热交换，即声传播过程为绝热过程。假设媒质中传播的是小振幅声波，即满足声压p比静态压强P0小的多；质点振动速度u比声速c小的多；质点位移ξ比声波波长λ小的多；媒质密度的相对变化远小于1，即（ρ－ρ0）/ρ0<<1。在波动方程中，声压p是空间坐标（x,y,z）和时刻t的函数，记为p(x、y、z、t)，描述不同地点、不同时刻声压的变化规律。波阵面：是指空间同一时刻相位相同的各点的轨迹曲线。声场：空间中存在声波的区域称为声场。声线：也称为声射线，是声源发出的代表能量传播方向的直线，它与波阵面常用来描述声波的传播，当声波频率较高，传播途径中遇到的物体的几何尺寸声波波长大专门多时，能够不计声波的波动特性，直接用声线来处理，后面我们谈到的声像就用声线来正理的。声阻抗率：指声场中某位置的声压与该位置的质点振动速度的比值，它代表的不是声能转化为热能，而是代表着能量从一处向另一处转移，即传播损耗。用公式表示为Zs=p/u。声波类型依照声波传播时波阵面的形状不同能够将声波分成平面声波、球面声波、柱面声波等类型。平面声波假如声源是一块无限大的平面，而且声源上每一点都处于同一相位，定义声音传播方向为x，则声场在空间的y\z两个方向是是均匀的，即声压、质点振动等物理量在垂直于x轴的同一平面上处处相等（亦即波阵面垂直于X轴），不随y、z值而变化。这时波动方程简化为我们把这种声波的波阵面是垂直于传播方向的一系列平面时，叫平面声波，它的声线是相互平行的一系列直线。活塞在管中运动所辐射的声波是典型的平面声波，关于沿正x方向传播的简谐平面声波有以下三个差不多公式：1）瞬时声压：p(x,t)=P0cos(ωt－kχ),P0为声压振幅2）质点振动速度：ux=U0cos(ωt－kχ)，式中U0＝P0/ρ0c为质点振动的速度振幅。3）声阻抗率：Zs=p/u＝ρ0c，只与媒质的密度和媒质中的声速有关，而与声波的频率、幅值等无关，故又称为ρ0c为媒质的特性声阻抗。（2）球面声波当声源的几何尺寸比声波波长小专门多时，或测量点离开声源相当远时，则能够将声源看成一个点，称为点声源（在噪声操纵工程中大都声源可作为点声源来处理）。因为在各向同性的均匀媒质中，各方向上声的传播速度相等，点声源辐射声波在距声源同一距离的球面上相位处处相等，波阵面是一系列同心球面，这种声波称为球面声波。它的波动方程为：1）瞬时声压：p(r,t)=P0/r×cos(ωt－kχ),P0/r为声压振幅,随传播距离r的增加而减少，二者成反比关系。2）质点振动速度：u=U0cos(ωt－kχ)，式中U0＝P0/ρ0cr为质点振动的速度振幅。3）声阻抗率：Zs=p/u＝ρ0c，与平面声波的相同。（3）柱面声波假如声源在一个尺度上特不长，例如繁忙的公路，比较长的运输线，都能够看成是线声源实例，这类声源形成的声波波阵面是一系列同心圆柱，它的波动方程为，其中r为径向半径。2.2.3声场的类型（各声场的特点）声场可分为自由声场、半自由声场、扩散声场。1.自由声场：均匀、各向同性的流体媒质中，若声场不受边界的阻碍，或者声场的边界在无穷远处，这时的声场叫自由声场，理想的自由声场是不存在的，因为人们生活的空间总存在边界，当边界的阻碍小到能够忽略不计时，能够近似认为，如在声学研究中人工建立的全消声室。2.半自由声场：假如存在一个全反射面，反射面上方不存在边界的阻碍，则称为半自由声场。扩散声场：也称为混响声场，声波在室内等封闭空间内传播时，存在许多反射面，声波通过壁面和室内物体多次反射，不断改变传播方向，使室内声的传播完全处于无规状态。假如在室内任何一点，各个方向传来的声波几率相等，声音的相位无规，如此的声场叫。第三章声压级、声强级、声功率级及其计算3.1声压、声能量、声强、声功率声压声能量声波在媒质中传播，一方面使媒质质点在平衡位置附近往复运动，产生动能；另一方面又使媒质产生了压缩和膨胀的疏密过程，使媒质具有形变的势能，这两部分能量之各确实是由于声扰动使媒质得到的声能量。声场中单位体积媒质所含有的声能量称为声能密度，记为D，单位为焦耳每立方米。3.声强单位时刻内通过垂直于声波传播方向单位面积的平均声能量叫声强，一般用I表示，单位为W/m24.声功率声源在单位时刻内辐射的声能量叫声功率，声功率用W表示，单位为瓦。关于在自由空间中传播的平面声波：它们的关系为声能密度：声强：声功率：pe声压的有效值，它是瞬时声压对时刻t取圴方根值，即，经积分和开方得.，人耳听到的声压为有效值。S为平面声波波阵面的面积。3.2级的概念由于声音的强度变化范围相当宽，直接用声功率和声压的数值来表示专门不方便，同时人耳对声音强度的感受并不正比于强度的绝对值，而更接近正比于其对数值。因此，在声学中普遍使用对数标度。3.2.1声压级、声强级和声功率级1.声压级声压级常用Lp表示，定义见教材P222.声强级声强级常用LI表示，定义为，3.声功率级3.2.2声压级的相加这涉及到两种情况，一种是要求多个声源在某点产生的总声压级，另一种是要求某一个声源发出的各种频率声波在某点的总声压级。这就要用到级的相加，一般情况下，噪声是由不同频率、无固定相位差的声波组成，因此不发生干涉现象，这时声波叠加确实是声波能量的叠加，。以两个声源为例来推导：由声压级的定义得：，那么，又据声压级的定义得总声压级为，对应n个声源的一般情况有，假如n个声源的声压级相等，那么有LPt=Lp+10lgn例1：在某点测得几个噪声源单独存在时的声压级分不为84dB、87dB、90dB、95dB、96dB、91dB、85dB、80dB，求这几个噪声源同时存在时该点的总声压级是多少？解：由得例2：有一声源，在某一点测得各中心频率的声压级如下，求该点的总声压级？中心频率/Hz63125250500100020004000声压级/dB70778088909584解：由得3.2.3声波的相减在噪声测量的过程中，经常会受到外界噪声的干扰，在噪声测量中，待测噪声以外的其他声音统称为背景噪声，扣除背景噪声是获得真正声源引起噪声值的必要步骤。假如在有背景噪声存在的情况下测得某声源的声压级为LPt，声源停止发声后测得背景噪声的声压级为LpB,则机器的真实噪声声压级Lps为3.2.4声压级的平均在计算声源的指向性指数时，需要计算平均声压级；关于某一点的多次测量结果也需要计算平均声压级，这涉及到分贝平均的问题。分贝的平均是以分贝和的公式为基础来进行计算的，计算公式如下：假如待平均的各分贝值中，最大值Lpmax和最小值Lpmin之差等于或小于10dB，一般都采纳近似的计算方法。当Lpmax－Lpmin≤5dB时，可用算术平均值作近似计算，即，当5≤Lpmax－Lpmin≤10时，可用下式计算在这一节里，所有的关于分贝计算的问题差不多上用声压级推导出来的，由于推导公式时以能量叠加原理为基础，因此所有的关于分贝计算的公式也都同样适用球场的强级和声功率级的运算。第四章噪声频谱特性和噪声传播过程中的一些现象4.1噪声频谱特性1.噪声的频谱：实际生活中的声音专门少是单个频率的纯音，一般多是由多个频率组合而成的复合声。关于声源发出的声音，将它的声压级、声强级或声功率级按频率顺序展开，使声音的强度成为频率的函数并考察其变化规律叫频率分析。通常以频率（或频带）为横坐标，以反映相应频率成分强弱的量（声功率级、声压级、声强级）为纵坐标，把频率与强度的对应关系用图形表示，这种图称为声频谱，或简称频谱。常见的频谱图类型有三种：线状谱――是由一些离散频率的声音组成，在频谱图是一系列不连续的竖直线段，一些乐器发出的声音就属于线状谱；连续谱是一定频率范围内含有连续频率成分的谱，在频谱图中是一条连续的曲线，大部分噪声差不多上连续谱；复合谱是连续频率成分和离散频率成分组成的。2.频程：人耳可听阈的频率范围大约是20Hz－20000Hz，关于如此宽敞的范围，为研究问题方便，在声学中一般把声频范围划分成若干个小区间，称其为频程，也叫频带或频段。实验表明，当两个不同频率的声音作比较时，具有决定意义的并不是两个频率的差值，而是两个频率的比值。倍频程数n和频率f的关系是，各倍频程的中心频率值f是指倍频程的上限频率和下限频率的几何平均值，即,可得到定义Δf=f2－f1Ⅱρ2c2ρ1Ⅱρ2c2ρ1c1Iρ1c14.2.1垂直入射声波的反射和透射而两种媒质的分界面是无限薄的，因此声压和质点振动速度在两种媒质的分界面x=0处是连续的。我们定义声压反射系数为反射声压幅值与入射声压幅值之比，记为γp,定义透射声压幅值与入射声压幅值之比为声压透射系数，记为4.2.2斜入射声波的反射和折射画图讲明斜入射时的反射和折射与声波垂直入射到两媒质的交界面上一样，按照界面上声压连续、法向质点振动速度连续的边界条件，能够得到闻名的斯涅耳反射和折射定律。斯涅耳反射定律：反射线在入射线与界面法线所在的平面内，且与入射线位于法线的两边，反射角与入射角相等，记为 斯涅耳折射定律：折射线在入射面内，且入射角正弦与折射角正弦之比等于媒质1中声速C1和媒质2中声速C2之比，记为。可见，当两种媒质中声速不同时，声波就会发生折射。折射角θt随c1/c2而变化，假如c1、c2一定，则折射角θt随入射角θi而变化。即使是同一种媒质中，如因某种缘故引起声速的分布不同，声波也会发生折射。上式表明若两种媒质声速不同，声波传入媒质Ⅱ时方向就要改变。当c2＞c1时会存在某个θi值，θie=arcsin(c1/c2)使得θt=л/2。即当声波以大于θie的入射角入射时，声波不能进入媒质Ⅱ而形成声波的全反射。θie称为全反射临界角。依照边界条件：两媒质界面的声压与质点速度应连续，即：pi＋pr＝ptuicosθi+urcosθr=utcosθt因此得到反射系数rp和透射系数通常入射声波在界面上失去的能量（包括透射到媒质Ⅱ中去的声能）与入射声能之比称为吸声系数α由于能量与声压的平方成正比，有：rp的值与入射方向有关。4.2.3大气中声波的折射当大气在垂直方向存在温度梯度时，会引起声波的折射。夜晚许多地点都存在逆温，这时大气温度随高度增高而增高，由知，声速随之增大，折射角也在增大，即声波传。播方向向地面弯曲；而在晴朗的白天，气温通常随高度增高而降低，声速随之减小，折射角也在减小，声波传播方向向上弯曲，地面上形成一定的声影区，用图来讲明。风也会引起声波的折射，当有风时，实际声速c应是无风时的声速与风速的矢量和，即，而风速一般随高度的增加而增大，因此，顺风时实际声速随高度增加而增大，即声线向地面弯曲；逆风时实际声速随高度增加而减小，即声线向上弯曲，地面上形成一定的声影区。4.3声波的衍射声波在传播的过程中会遇到障碍物或孔洞，当声波的波长比障碍物或孔洞的尺寸大得多时，声波能够绕过障碍物或孔洞的边缘前进，同时，声波的传播方向将发生改变，这种现象称为声波的衍射。声波的衍射与声波的频率、波长和障碍物的大小有关。当障碍物或孔洞的尺寸比声波的波长小的多时，声波专门容易绕过障碍物或孔洞接着传播。当障碍物或孔洞的尺寸比声波的波长大时，声波的衍射现象就专门不明显，而在障碍物后或孔洞的外侧形成声波无法达到的声影区，这确实是隔声屏障的工作原理。声波在传播中的衰减声在传播过程中将产生反射、折射、衍射等现象，并在传播过程中引起衰减。这些衰减通常包括声能随距离的发散传播引起的衰减Ad和空气引起汲取引起的衰减Aa，地面汲取引起的衰减Ag,屏障引起的衰减Ab和气象条件引起的衰减Am等。可用公式A＝Ad＋Aa＋Ag＋Ab＋Am4.3.1随距离的发散衰减（扩散衰减）在传播过程中，声音不断衰减，引起衰减有多种缘故，首先声音随传播距离的增加而衰减。前已述及，当测点距离比较远时，一般声源都能够视作点声音源，声波以球形波方式向四面八方传播。随着声波传播距离的增大，波阵面在增大在，则单位面积上所通过的声能量减小。以最简单无指向性声源为例如图；当声源放置在刚性地面上时，声波只能向半空间辐射，现在，从上两式中能够看出，声强随声波传播距离的增加而按平方反比的规律减弱。这种由于波面的扩大而引起声音强减弱的现象，称为声波的扩散衰减。若用声压级来表示，可得r处的声压：全空间：半空间：因此，从r1处传播到r2处的发散衰减：空气汲取衰减空气汲取引起声波的衰减要紧有三个缘故，它与空气的温度、湿度、和声波的频率有关：一是声波在空气中传播时，由于相邻质点的运动速度不同，分子间的粘滞力使一部分声能转变为热能；二是声波在空气中传播时，空气产生周期性的压缩和膨胀的疏密变化，相应出现空气温度的升高和降低，温度梯度的出现导致热交换，使一部分声能转变为热能；三是弛豫汲取，它是指空气分子转动或振动进存在固有频率，当声波的频率接近这些频率时要发生能量交换，它能声速改变，声能被汲取。它的计算除能够用教材上的公式计算外，还能够用声压衰减常数α有关，它的单位为dB/m即指在空气中声波传播1m衰减的分贝数。能够用Aa=α（r2－r1）来计算。声屏障引起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。如此的障碍物称为声屏障。声波遇到屏障时会产生反射、透射和衍射三种传播现象。屏障的作用确实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。具体的计算后面我们要学到。4.3.4其他衰减还有其他一些缘故引起声音衰减，如空气中的尘粒、雾、雨等对声波的散射，只是阻碍比较小，每100m距离约衰减0.5dB。树木和草坪对声波的散射和汲取作用同样会引起声波的衰减，4.4声源的指向性理想点声源在均匀媒质中辐射声波的声压、声强等量在各个方向上差不多上相同的，声源不具有指向性。一般声源，实际上能够看作是许多点声源的叠加，该声源辐射声波在各个方向上可能是不同的，这种声源被称为有指向性的声源，它们的波阵面不是以声源为圆心的球面，而是复杂的曲面。声源的指向性对声波的传播特性有阻碍，缺乏声源指向性数据就无法准确预测声波实际传播情况。声源的指向性和声源的尺寸和形状、发声机理有关，需要通过实际测试才能够掌握。声源的指向性还与声波的频率有关，声波的频率越高，声源的指向性就越强。声源的指向性常用指向性因数和指向性指数来表示。声源的指向性因数是指声场中某点(方向)的声强与同一声功率的点声源在相同半径的球形波阵面上的平均声强之比，记为Q，计算公式为，式中分不表示某声源在θ方向上距声源r远处的声强和声压；分不表示同一声功率的点声源在半径为r的球形波阵面上的平均声强和声压。声源的指向性指数等于指向性因数取以10为底的对数乘以10，记为DI，由定义及上式得：DI=10lgQ,一般地有：关于无指向性的声源，Q=1，DI=0指向性因数与点声源放在室内的位置有关，若点声源放置在房间中心，Q=1；假如声源放在地面或墙面中间，声能量只辐射入半个球面空间，同样距离的点，声能增加一倍，Q=2；声源放在两个墙面或墙面与地面的交线上，Q=4；在三面的交点上，Q=8。声源位置特点Rθ空间点声源均匀地向空间辐射声能1声源置于地面声源能量的一半辐射入空中2置于两墙或墙与地面夹角向1/4空间辐射4置于房屋夹角处向1/8空间辐射84.5声波的叠加和驻波在实际生活中，若干个声源的声波同时在一个空间传播，这就涉及到多列声波的叠加。声波的叠加原理是：各声源所激起的声波可在同一媒质中各自保持其原有的振幅、波长、振动方向等特性，媒质质点的振动是各列波单独存在时激发的振动的和，其余见教材。噪声的评价和标准噪声的评价量人们对噪声的主观感受与噪声强弱、噪声频率、噪声随时刻的变化、人的生理和心理等因素有关，如何才能把噪声的客观物理量与人的主观感受结合起来，得出与主观响应相对应的评价量，用以评价噪声对人的干扰程度，这是一个复杂的问题。噪声的评价量确实是在研究了人对噪声反应的方方面面的不同特征提出的。5.1.1等响曲线、响度级和响度人们对噪声的主观感受与噪声的声压和频率有关，在实际的生活中，人们简单地用“响”、“不响”来描述声波的强度，但这一描述与声波的强度又不完全等同，为了定量地确定声音的轻或响的程度，就引入了响度级这一参量。当某一频率的纯音和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声音的响度级，符号为LN，单位为方(phon)，它有两个特点：1.用响度级做为表示声音大小的量中，能够把声压级和人的主观感受联系并统一起来；2.响度级反映出不同频率的声音具有等响感受的特性，但响度级不能表示一个声音比另一个声音响多少倍或轻多少倍的问题。等响曲线的定义见教材P39面，结合图3－1听阈与痛阈。实际上响度级的方值是1000Hz声音声压级的分贝值，所不同的是，响度级的方值与其分贝值的差异随频率而变化，它不能线性地表明不同响度级之间主观感受上的轻响程度，为了解决这一矛盾，我们又引入了响度这一概念，响度确实是声音响亮的程度，记为N，单位为宋(sone)。规定响度级为40方时的响度为1宋，它们的关系可用下列公式表示：（响度不能直接测量，在20－120方响度级之间的纯音和窄带噪声）5.1.2斯蒂文斯响度我们上面讲的等响曲线、响度级和响度仅适用于简单的窄带噪声，面实际声源产生的声波是宽带噪声，同时不同的频率之间还会产生掩蔽效应，…5.1.3计权声级和计权网络由于人耳对高频声比较敏感，而对低频声不敏感，即声压级相同的声音会因为频率的不同而产生不一样的主观感受。为了使声音的客观量度和人耳的听觉主观感受近似取得一致，通常对不同频率声音的声压级经某一特定的加权修正后，再叠加计算可得到噪声总的声压级，此声压级称为计权声级。计权网络是近似以人耳对纯音的响度级频率特性而设计的，通常采纳的有A、B、C、D四种计权网络，由于A计权的频率响应与人耳对宽频带的声音的灵敏度相当，目前A计权已被所有治理机构和工业部门的治理条例所普遍采纳，成为最广泛应用的评价参量。由噪声各频带的声压级和对应频带的A计权修正值，就可计算出噪声的A计权声级，式中Lpi――第I个频程的声压级；⊿I――第I个频程A计权网络修正值一。5.1.4等效连续A声级和昼夜等效声级前面讲到的A计权声级关于稳态的宽频带噪声是一种较好的评价方法，但关于一个声级起伏或不连续的噪声，A计权声级就专门难确切地反映噪声的状况，对这种噪声要采纳噪声能量按时刻平均的方法来评价，为此提出了等效连续A声级，它又称为等能量A计权声级，它等效于在相同的时刻间隔T内与不稳定噪声能量相等的连续稳定噪声的A声级，记为Leq,其计算公式可有以下四种方式：（1）测量为连续（2）测量为非连续（3）等时刻取样（4）划段计算昼夜等效声级：由于同样的噪声在白天和夜间对人的阻碍是不一样的，而等效连续A声级评价量并不能反应人对噪声主观反应的这一特点。为了考虑噪声在夜间对人们苦恼的增加，规定在夜间测得的所有声级均加上10dB作为修正值，再计算昼夜噪声能量的加权平均，由此构成昼夜等效声级，用符号Ldn,用公式表示为：5.1.5累计百分数声级非稳态噪声尽管能够用等效连续A声级来评价，但噪声的随机起伏程度却没有表达出来，这种起伏程度能够用累计百分数声级Ln来评价，它表示在测量时刻内高于Ln声级所占的时刻为n%，用L10＝70dB来讲明。累计百分数声级Ln一般吸用于较好正态分布的噪声评价，关于统计特性符合正态分布的噪声，其累计百分数声级与等效连续A声级之间有近似关系：。5.1.6更佳噪声标准（PNC）曲线和噪声评价数（NR）曲线交通噪声指数交通噪声指数TNI是都市道路交通噪声评价的一个重要参量，其定义为：TNI＝4(L10－L90)+L90－30，讲明三项的意义，TNI只适用于机动车辆噪声对周围环境干扰的评价，而且限于车流量较多及附近无固定声源的环境，关于车流量较少的环境，L10和L90差值较大，得到的TNI值也专门大在，使计算数值明显地夸大了噪声的干扰程度。5.1.8噪声污染级5.1.9噪声冲击指数5.1.10噪声掩蔽5.1.11语言清晰度指数和语言干扰级5.2环境噪声评价标准和法规我们研究噪声的目的是为了操纵噪声，那么噪声应该操纵到什么程度才算合理？要想把噪声完全消除掉，既不可能，又没必要。噪声操纵的目的依照冠盖如云需要和可能，用最经济的方法把噪声限制在某种合理的范围内。制订噪声标准的差不多动身点是爱护大多数人不受侵害，决不是从人们“最理想”的要求动身制订的。我国目前的环境噪声法规有环境噪声污染防治法，环境噪声标准能够分为产品噪声标准、噪声排放标准、环境质量标准几大类。5.2.1环境噪声污染防治法制定时刻：它是在1996年10月经第八届全国人民代表大会通过。制定目的：是为了爱护和改善人们的生活环境，保障人体健康，促进经济和社会的进展。内容：共为八章六十四条，从污染防治的监督治理、工业