环境噪声控制工程

环境噪声控制工程第1页，课件共95页，创作于2023年2月目录 第一章绪论第二章声波的基础知识第三章噪声的传播和分贝的计算第四章噪声评价和标准第五章噪声的测量第六章吸声和室内声场第七章隔声第八章消声器第九章隔振与阻尼第2页，课件共95页，创作于2023年2月第一章绪论噪声噪声的危害和影响环境声学研究的内容噪声分类环境噪声控制第3页，课件共95页，创作于2023年2月第一节噪声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4页，课件共95页，创作于2023年2月第二节噪声的危害听力机构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5页，课件共95页，创作于2023年2月第三节环境声学研究内容噪声污染规律的研究噪声评价方法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6页，课件共95页，创作于2023年2月第四节噪声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机理分类机械噪声空气动力性噪声电磁噪声第7页，课件共95页，创作于2023年2月第五节环境噪声控制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人口密度第8页，课件共95页，创作于2023年2月第二章声波的基础知识声波的产生描述声波的基本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9页，课件共95页，创作于2023年2月第一节声波的产生声源：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λ第10页，课件共95页，创作于2023年2月声压：声波传播时大气中压强随着声波作周期性的变化，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。第11页，课件共95页，创作于2023年2月第二节描述声波的基本物理量频率：频率f为媒质质点每秒钟振动的次数。圆频率ω：ω＝2πf波长：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λ。第12页，课件共95页，创作于2023年2月声速：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=λfc=331.4+0.61toCt为摄氏温标下的温度。相位：任一时刻t的质点振动状态，包括振动的位移及运动方向或者压强的变化。第13页，课件共95页，创作于2023年2月第三节频程和频谱频谱：声音的频率成分与能量分布的关系称为声音的频谱。频谱图：各个频率上声能量分布绘成的图形。通常频谱图以频率为横坐标，以频率对数为标度，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14页，课件共95页，创作于2023年2月频带：把宽广的声频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：保持频带宽度Δf＝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第15页，课件共95页，创作于2023年2月第四节声能量、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＋媒质形变的势能动能Ek任一时刻的势能Ep第16页，课件共95页，创作于2023年2月平均声能密度单位体积媒质所具有的平均动能和平均弹性势能之和。第17页，课件共95页，创作于2023年2月声功率W

声源在单位时间内辐射的能量，单位为瓦。自由声场中，均匀辐射的声源的声功率为：声强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。

第18页，课件共95页，创作于2023年2月第五节平面波和球面波波阵面同一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。上式的解为第19页，课件共95页，创作于2023年2月简谐振动的平面波的方程

p为声场中某位置的瞬时声压；pA为声压幅值；ω为角频率；k为圆波数，第20页，课件共95页，创作于2023年2月平面波质点振动速度和声阻抗率质点振动速度方程上式中的uA为质点振动速度幅值；ue为质点质点速度的有效值第21页，课件共95页，创作于2023年2月声阻抗率Zs

声阻抗率单位是Pa.s/m，是媒质所固有的一个常数。平面波的声能密度、声强和声功率声能密度声强第22页，课件共95页，创作于2023年2月声功率球面波的瞬时声压和振动速度点声源：当声源很小，其几何尺寸比辐射声波波长小很多时，则其大小和形状可被忽略而视为一点，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。第23页，课件共95页，创作于2023年2月球面波的瞬时声压和振动速度上式中，A为声源辐射声波能力的常数。声压的振幅媒质质点振动速度为第24页，课件共95页，创作于2023年2月球面声波的声强和声功率声阻抗率声强声功率第25页，课件共95页，创作于2023年2月第六节声压级、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的比值取常用对数，再乘以20，即

在空气中，参考声压P0＝2×10-5

帕

第26页，课件共95页，创作于2023年2月声强级LI：将待测声强I与参考声强I0的比值取常用对数，再乘以10，即

在空气中，参考声强I0＝10-12

瓦/米2，是

与

参考声压P0相对应的声强

第27页，课件共95页，创作于2023年2月声功率级Lw：将待测声功率W与参考声功率W0的比值取常用对数，再乘以10，即

在空气中，参考声功率W0＝10-12

瓦，是

与

参考声压P0相对应的声功率

第28页，课件共95页，创作于2023年2月声压级、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，因此可以认为第29页，课件共95页，创作于2023年2月声强级与声功率级的关系对于自由声场中的球面波有：第30页，课件共95页，创作于2023年2月第七节声源的辐射指向性声源声源在各方向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。第31页，课件共95页，创作于2023年2月指向性指数DI第32页，课件共95页，创作于2023年2月例：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波，球面面积s＝4πr2

由声压级、声强级和声功率级的关系得到

第33页，课件共95页，创作于2023年2月第三章噪声的传播和分贝的计算声波的叠加平面波的反射、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34页，课件共95页，创作于2023年2月第一节声波的叠加叠加原理：多列声波合成声场的瞬时声压等于每列声波瞬时声压之和。相干波具有相同频率和固定相位差的声波称为相干波。

第35页，课件共95页，创作于2023年2月相干波的叠加相干波的合成声压相干波的合成平均声能密度第36页，课件共95页，创作于2023年2月当当第37页，课件共95页，创作于2023年2月干涉现象：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。驻波：当两列具有相同频率和固定相位差的声波在同一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38页，课件共95页，创作于2023年2月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声压第39页，课件共95页，创作于2023年2月第二节平面声波的反射、折射和透射垂直入射的反射和透射Iρ1c1IIρ2c2xo

pt

pr

pi第40页，课件共95页，创作于2023年2月假设分界面是无限薄，声压在边界处连续，所以在x＝0处，有

pI＝pII

pAi＋pAr＝pAtuI＝uII媒质I中的总声压为第41页，课件共95页，创作于2023年2月两个媒质中的质点振动速度分别为第42页，课件共95页，创作于2023年2月由边界条件可以得到

uAi＋uAr＝uAt或声压反射系数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τp：透射声波声压幅值PAt与入射声波声压幅值PAi之比第43页，课件共95页，创作于2023年2月当ρ2c2>ρ1c1时，媒质II比媒质I“硬”当ρ1c1>ρ2c2时，媒质II比媒质I“软”第44页，课件共95页，创作于2023年2月斜入射的反射和折射

Iρ1c1IIρ2c2o

pt

pr

piθrθiθt反射定律：反射线在入射面（入射线与界面线所在的面）内，且与入射线位于界面法线的两边，入射角与反射角相等，即

θi＝θr第45页，课件共95页，创作于2023年2月折射定律：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

全反射现象：当c1<

c2时，θt总大于θi，当θi

增大至θc时，θt增加到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，θc称为全反射临界角。第46页，课件共95页，创作于2023年2月温度对声传播的影响第47页，课件共95页，创作于2023年2月温度对声传播的影响第48页，课件共95页，创作于2023年2月第49页，课件共95页，创作于2023年2月已知：空气密度为1.21kg/m3，空气中声速为340m/s，水的密度998kg/m3

，声速1483m/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50页，课件共95页，创作于2023年2月解：声波由空气入射到水面时的反射角是10o。折射角声波由水入射到水与空气交界面时的反射角10o

折射角第51页，课件共95页，创作于2023年2月第三节声波的绕射声波的衍射：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的大小声波的频率第52页，课件共95页，创作于2023年2月声波波长大于障碍物声波波长小于障碍物入射反射入射反射第53页，课件共95页，创作于2023年2月声波波长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54页，课件共95页，创作于2023年2月第四节噪声的衰减扩散引起的衰减假设声源是点声源，发出球面波或半球面波接收点声源接收点声源第55页，课件共95页，创作于2023年2月线声源辐射的噪声面声源辐射的噪声当时声源辐射平面波，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。第56页，课件共95页，创作于2023年2月声传播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第57页，课件共95页，创作于2023年2月第五节分贝的计算分贝的相加

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也适用分贝叠加的公式第58页，课件共95页，创作于2023年2月上式还可以改写为：分贝相减第59页，课件共95页，创作于2023年2月例：在厂房内测得某机器的声压级为94分贝，厂房内背景噪声声压级为88分贝，求该机器的实际声压级。解：

LpT＝94dB，Lp1＝88dB第60页，课件共95页，创作于2023年2月例、测量某机器发出的噪声，各频带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：频带中心频率（Hz）631252505001k2k4k8k声压级（dB）83.288.685.585.081.978.073.072.4第61页，课件共95页，创作于2023年2月分贝的平均

或第62页，课件共95页，创作于2023年2月练习题一试问夏天（40oc）空气中声速比冬天（0oc）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。第63页，课件共95页，创作于2023年2月第四章噪声评价和标准噪声评价方法噪声标准第64页，课件共95页，创作于2023年2月第一节噪声评价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65页，课件共95页，创作于2023年2月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为各频带的响度指数中的最大值。第66页，课件共95页，创作于2023年2月中心频率（Hz）631252505001k2k4k8k声压级（dB）7782787375768060响度指数（宋）5101081215258第67页，课件共95页，创作于2023年2月A计权声级：声级计根据响度为40方的等响曲线设计的滤波电路，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68页，课件共95页，创作于2023年2月等效连续声级：用噪声能量按时间平均的方法来评价噪声对人的影响，即等能量声级，又叫等效连续声级。

第69页，课件共95页，创作于2023年2月某人一天工作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，计算等效连续A声级。解：第70页，课件共95页，创作于2023年2月昼夜等效声级式中：Ld为昼间（7：00－22：00）测得的噪声能量平均A声级

Ln为夜间（22：00－7：00）测得的噪声能量平均A声级

第71页，课件共95页，创作于2023年2月统计声级Lx：表示x％的测量时间内所超过的噪声级。统计声级的标准偏差如果某噪声的统计特性符合正态分布，则等效声级与累积百分声级的关系为：第72页，课件共95页，创作于2023年2月更佳噪声标准（PNC）曲线：对环境噪声取频带从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的评价值。NR评价曲线NR数的计算NR数与A声级的关系第73页，课件共95页，创作于2023年2月感觉噪声级感觉噪度：中心频率为1000赫的倍频带，声压级为40分贝，规定其感觉噪度为1呐。感觉噪声级第74页，课件共95页，创作于2023年2月噪声掩蔽：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。第75页，课件共95页，创作于2023年2月计权等效连续感觉噪声级LWECPN交通噪声指数：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。第76页，课件共95页，创作于2023年2月噪声污染级

σ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声级和累计百分数声级之间的关系：第77页，课件共95页，创作于2023年2月噪声冲击指数（NII）

Pi为全年或某段时间内受第i等级范围内昼夜等效声级影响的人口数；Wi为该等级的计权因子第78页，课件共95页，创作于2023年2月环境噪声污染防治法产品噪声标准汽车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和法规第79页，课件共95页，创作于2023年2月环境质量标准工业企业噪声卫生标准

噪声暴露时间（h）84211/21/41/81/16新建企业容许噪声级8588919497100103106现有企业噪声级90939699102105108111最高噪声级不超过115第80页，课件共95页，创作于2023年2月例：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：第81页，课件共95页，创作于2023年2月室内环境噪声标准城市区域环境噪声标准（GB3096-93）城市各类区域环境噪声最高限值类别昼间夜间0504015545260503655547055第82页，课件共95页，创作于2023年2月第五章噪声测量测量仪器声功率的测量环境噪声测量工业企业噪声测量第83页，课件共95页，创作于2023年2月第一节测量仪器声级计声级计的分类：精密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84页，课件共95页，创作于2023年2月传声器：将声压转换为电压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：将放大器输出的交流信号整流成直流信号第85页，课件共95页，创作于2023年2月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频谱分析仪：用来对噪声进行频谱分析第86页，课件共95页，创作于2023年2月电平记录仪和磁带记录仪实时分析和快速分析系统噪声声级分析仪实时分析仪快速傅立叶分析仪第87页