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1、噪声控制工程 提纲 v 绪论 v 声波的基础知识 v 噪声的传播和分贝的计算 v 噪声评价和标准 v 噪声的测量 v 噪声举例：汽车噪声污染 v 工业噪声的防治 第一节 概述 v噪声 v噪声危害 v噪声分类 v噪声控制 噪声 噪声定义 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 噪声分类 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
2、类 机械噪声 空气动力性噪声 电磁噪声 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 第二节 声波基础知识 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 声 波 在弹性媒质中，声音的机械振动由近及远的传播过 程。 要素： 声源：发出声音的振动体。 弹性媒质：声波传播的必要条件。 声场：声波存在的空间。 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。 波长 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
3、间取 均方根值为有效声压。 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：2f 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。 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。 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
4、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） 频带（频程）：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 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 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 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。 声功率W 声源在单位时间
5、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： W = IS 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。 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 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； 为 角频率；k为圆波数， 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 uA为质点振动速度幅值； ue为质点质点速度的有效值。 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
6、面波的声能密度、声强和声功率 声能密度 声强 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 。 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 球面声波的声强和声功率 声阻抗率 声强 声功率 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P0210-5 帕 声强级LI：将待测声强I与参考声强I0的 比值取常用对数，
7、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 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W010-12 瓦 ，是 与 参考声压P0相对应的声功率 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 声强级与声功率级的关系 对于自由声场中的球面波有： 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。 指向性指数DI 例：
8、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 s4r2 由声压级、声强级和声功率级的关系 得到 第三节 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 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。 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 当 当 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
9、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 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 平面声波的反射、折射和透射 垂直入射的反射和透射 I 1 c1 II 2 c2 xo pt pr pi 假设分界面是无限薄，声压在边界处连续， 所以在 x0处，有 pI pII pAipArpAt uI uII 媒质I中的总声压为 两个媒质中的质点振动速度分别为 由边界条件可以得到 uAiuAruAt 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
10、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 当2 c2 1 c1时，媒质II比媒质I“硬” 当1 c1 2 c2时，媒质II比媒质I“软” 斜入射的反射和折射 I 1 c1 II 2 c2 o pt pr pi r i t v 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 i r 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 全反射现象：当c1 c2时，t 总大于i ，当i 增大至 c时，t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
11、，在第二媒质中无透射波，c称为全反 射临界角。 温度对声传播的影响 温度对声传播的影响 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。 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 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
12、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 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 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 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 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。 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
13、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 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 上式还可以改写为： 分贝相减 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： Lp T94 dB， Lp188 dB 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
14、： 频带中心 频率（Hz ） 631252505001k2k4k8k 声压级（ dB） 83.2 88.6 85.5 85.0 81.9 78.0 73.0 72.4 分贝的平均 或 第四节 噪声评价和标准 v噪声评价方法 v噪声标准 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） 响度级与响度的关系
