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1、环境物理污染控制工程技术 噪声振动关键部分 第1章 噪声与振动污染控制工程基础 1 1 噪声与振动计量与评价 1 1 1 噪声与振动的基本概念 熟悉主要物理量和单位 声压级 式中 基准声压 2 10 5 Pa 声压有效值 Pa 人耳对频率为1000Hz的声音的可听阈 即人耳刚刚能 察觉到声音的存在 约为2 10 5 Pa 微风吹动树叶的声音约为2 10 4 Pa 普通谈话声约为2 10 2 Pa 刚刚使人耳产生疼痛感觉的声压 痛阈声压 约为 20Pa 声压级通过对数压缩 数字简单 和人的生理感觉特性一致 声功率级 简单介绍声压 声强 声功率概念区别 式中 基准声功率 w0 10 12 w 声压
2、级 表述空间固定位置的声能量 声功率级 表述声源辐射的声能量 声强级 表述空间固定位置的声能量及传播 方向 振动加速度级 式中 加速度有效值 m s2 基准加速度 m s2 振动级 振动级指修正的加速度级 用表示 即 式中 修正的加速度有效值 可以通过下式计算得 到 式中 表示频率为的振动加速度有效值 m s2 修正值 见教材表1 1 8垂直与水平振动的修正值 简要介绍速度 位移 加速度 1 1 2噪声与振动控制工程中的常用评价量 A声级 纯音等响曲线 由测得的频带声压级计算 出A声级 计算式如下 等效声级 累积百分声级 累积百分声级又称统计声级 指在测量时间内所有超过声 级所占的n 时间 单
3、位为dB 在噪声统计工作中 常常用表示规定时间内噪声的平均 峰值 称为峰值声级 用 表示规定时间内平均噪声 值 称为中值声级 用 表示规定时间内的背景噪声 称为本底声级 举例说明在环境噪声中的应用 声压级的叠加 修正和平均 声压级的叠加 声级平均 级计算的基本原则 能量叠加 利用图表进行级计算 相同声压级的声音叠加后分贝数的增值 声源个数123456789101214161820 分贝增值034 8677 88 599 510 10 8 11 5 12 12 6 13 不同声压级叠加的修正曲线 修 正 项 dB 声压级的差值 Lp1 Lp2 dB 1 2 声源及其特性 熟悉声源及其分类 掌握点
4、声源 线声源和面声源的基本特性 机械噪声源 由于机械设备运转时存在不平衡 各零部件之间因偏差或表面缺陷 而相互撞击 摩擦产生的交变机械作用力使设备金属板 轴承 齿轮或其它运动部位发生振动而辐射出噪声的声源称为机械噪声 源 空气动力性噪声源 由于机械零件和周围及封闭媒质 空气 之间交互作用而辐射出噪 声的声源称为空气动力性噪声源 电磁噪声源 由于机械构件受到电场或磁场力的作用 导致磁致伸缩和电磁感应 的发生 铁磁性物质或构件发生振动而辐射噪声的声源称为电磁 噪声源 1 3 声波在空气中传播的基本规律及衰减特性 声波的衰减 声源发出的噪声在媒质中传播时发生反射 折射和衍射等现象 其声压或声强将随着
5、传播距离的增加而逐渐衰减 这些衰减 通常包括声能随距离的发散传播引起的衰减 空气吸收引起 的衰减 地面吸收引起的衰减 屏障引起的衰减和气象条 件引起的衰减等 总衰减量可表示为 介绍声波反射 折射和干涉 点声源 线声源和面声源的基本特性 声源的类型按其几何形状特点划分可分为点声源 线声源 面声源 点声源 线声源 面声源 和声源尺寸 距离等因素有关 混响和混响时间 混响时间 定义为声压级降低60分贝所用的时间 赛宾公式 式中 T 混响时间 s S 房间内总表面积 m2 V 房间的总容积 m3 房间内表面的平均吸声系 数 1 4 噪声和振动的测量分析 熟悉噪声及振动测量的基本要求 方法 仪器 以及
6、背景噪声的修正方法 掌握声级计 频带滤波器和环境 振级计的使用 基本测量系统 传 感 器 前 置 放 大 器 衰 减 器 计权网络 滤波器 衰 减 器 放 大 器 传 声 器 加 速 度 计 其 它 传 感 器 基本测量系统 传 感 器 前 置 放 大 器 衰 减 器 计权网络 滤波器 衰 减 器 放 大 器 传 声 器 加 速 度 计 其 它 传 感 器 1 选择正确的测试规范 声源 环境噪声质量 噪声排放标准 噪声暴露 设备与工程 2 测量参数的选择 A声级 L声级 频谱 倍频带 1 3倍频带 窄带 功率谱 等 效声级 统计声级 声暴露级 3 声级计特性的选择 快 慢 峰值 最大均方根等
7、4 环境影响 周围反射物 背景噪声 人体的屏蔽和反射 电磁场影响 湿度影 响 5 气候条件影响 风噪声 本底噪声 风罩 风锥 雪等地面吸收和反射 6 背景噪声修正 噪声测量技术 背景噪声修正 表背景噪声 振动 修正值 声源声级 振源振级 与 本底声级 振级 之差 dB 3456789101112131415 修正值 dB 3 02 31 61 31 00 80 60 50 40 30 20 20 1 粗略修正 dB 3210 环境噪声测量方法 GB T 14623 城市区域环境噪声测量方法 声环境质量测量标准 等效A声级Leq Ld Ln GB 10071 城市区域环境振动测量方法 GB 12
8、348 工业企业厂界噪声测量方法 GB 12524 建筑施工厂场界测量方法 GB12525 铁路边界限值噪声测量方法 环境噪声标准 GB T 3096 城市区域环境噪声标准 声环境质量测量标准 等效A声级Leq Ld Ln GB 10070 城市区域环境振动标准 声环境质量测量标准 GB 12348 工业企业厂界噪声标准 排放标准 GB 12523 建筑施工厂场界限值 排放标准 GB12525 铁路边界噪声限值及其测量方法 排放标准 第2章 噪声与振动污染防治工程实践 2 1 吸声降噪原理和工程 吸声材料 结构 被广泛地用于噪声控制工程和建筑声 学的厅堂音质控制中 在噪声控制工程中主要应用为
9、降低含有声源的房间和其它封闭空间的内部噪声 降低由外部传递到房间和其它封闭空间内的噪声 降低声屏障等噪声控制设备对于某一特定方向的反射 声 使用在消声器中降低噪声的传递 使用在隔声结构中 提高复合结构的隔声量 吸声材料 结构 的类型及其特性 类型 典型材料结构特征吸声特性 多孔吸声材料 岩棉 玻璃棉 矿 棉 甘蔗板 泡沫 塑料 矿渣砖 加 气混凝土砖等 具有一定的空隙率 和可透气性 一般在中高频有较 好的吸声特性 穿孔板共振吸声结 构 金属穿孔板 石膏 穿孔板 木质穿孔 板等 由穿孔板和背衬空 腔组成吸声结构 有较强的频率吸声 选择特性 薄板共振吸声结构 木质板 石膏板 纤维水泥板等 由板和背
10、衬空气层 组成吸声结构 有较强的频率吸声 选择特性 吸声系 数较低 薄膜共振吸声结构 纤维布 有机材料 薄膜等 由薄膜和背衬空气 层腔组成吸声结构 有较强的频率吸声 选择特性 吸声系 数较低 阻抗复合吸声结构 由多孔吸声材料和 共振吸声结构组合 由穿孔板 薄板 薄膜等和多孔吸声 材料串联组合 可在较宽的频率范 围有较好的吸声特 性 也可保持较好 的频率吸声选择特 性 特殊要求的吸声结 构 空间吸声体 吸声 尖劈 通过不同形状 结 构设计的整体吸声 结构 有较高的吸声量和 吸声系数 吸声系数定义 吸收声能E 透射声能Et 入射声能Ei 反射声能Er 降噪系数 NRC 房间平均吸声系数 吸声量也称
11、等效吸声面积 吸声材料和吸声结构 掌握多孔吸声材料的吸声机理 熟悉薄板和微穿孔板吸声结构与空间吸声 体的特性及其适用条件 1 多孔材料 吸声机理 给出的是声波入射到多孔材料表面时的吸声现象 当声波入射到材料表面时 一 部分在材料表面上反射 一部分则透射到材料内部向前传播 在传播过程中 引起 小孔或间隙中的空气运动 同形成孔壁的固体筋络发生摩擦 由于粘滞性和热传导 效应将声能转变为热能而耗散掉 影响吸声性能因素 材料厚度增加提高低频吸声系数 密度增加提高低频吸声系数 背后空腔影响 材料护面层影响 2 薄板共振吸声结构 将不透气的薄板固定在刚性壁前一定距离处 就构 成了板共振吸声结构 这个由薄板和
12、空气层组成 的系统可以视为一个由质量块和弹簧组成的振动 系统 当入射声波的频率和系统固有频率接近时 板就产生共振 由此引起的内部摩擦将声能转 换为热能耗散掉 其主要吸声范围在共振频率附 近区域 式中 c 声速 m s 空气密度 kg m3 m 板的面密度 kg m2 D 空气层厚度 m 3 微穿孔板共振吸声结构 微穿孔板吸声结构 是由板厚和孔径在1毫米以下 穿孔率为1 3 的微穿 孔板和板后空腔组成的 由于微穿孔板的孔小且穿孔率低 同普通穿孔板相 比 声阻要大得多 而声质量要小得多 因此在吸声系数和有效吸声频带宽 度方面都要优于穿孔板吸声结构 微穿孔板吸声结构的主要吸声机理是 声 波入射时 空
13、气在小孔中摩擦而消耗声能 单层微穿孔板吸声结构的共振频率表达式为 式中 c 声速 m s p 穿孔率 D 腔深 mm t 板厚 mm d 孔径 mm 4 空间吸声体 空间吸声体是一种悬挂式的吸声结构 它不是和墙面等刚性壁面组合而成 的吸声结构 而是自成系统 用于降低室内噪声或改善室内的音质条件 不同形状吸声体 室内声场分析 熟悉室内的声压级与直达声 混响声的关系 熟悉混响时 间和室内平均吸声系数的关系 房间常数 吸声降噪效果的估算 掌握吸声降噪效果的估算 吸声降噪的适用条件及其工 程设计 对于这种扩散声场 吸声处理前后 相应的声压级差为 L 10lg A2 A1 或 L 10lg T1 T2
14、混响时间 定义为声压级降低60分贝所用的时间 吸声降噪的设计原则与程序 采用吸声降噪措施应注意的基本设计原则有以下几个方面 1 只有在房间内平均吸声系数很小时 吸声降噪才能有较好的效果 2 在较高的平均吸声系数的基础上 进一步提高平均吸声系数 其效果和所付代价并 非成正比 应适可而止 3 由于材料的吸声系数和频率有关 通常使用的材料在中高频率有较好的吸声系数 应根据噪声的频率特性来选择吸声处理的材料和结构 4 如果有可能 应尽量靠近噪声源附近的表面进行吸声处理 5 选择吸声材料和吸声结构时 要充分考虑防潮 防火 防尘 耐腐蚀等方面的要求 6 安装时应考虑采光 通风 照明及装饰性等方面的功能要求
15、 吸声降噪的设计中 应包括以下工作内容 1 实测或预测房间内的噪声级和频谱特性 2 确定室内的吸声降噪量 包括声级和频谱 3 确定各频带所需的降噪量 4 测量或估算房间内原有的房间常数或平均吸声系数 求出处理后应有的房间常数或 平均吸声系数 5 选定吸声材料或吸声结构 根据其类型 容重 厚度等参数查出相应的吸声系数 6 确定吸声降噪处理的面积和安装方式 典型室内声场和专用声学实验室 自由声场和消声室 消声室是在房间内部表面采用特殊的高吸收处理 通常采用吸 声尖劈 使房间内部足够大的空间保持无反射的自由声场的 声学专用实验室 由于试验的要求 通常又要采取必要的隔声 和隔振措施 以保证有较低的背景
16、噪声 扩散声场和混响室 如果封闭房间有足够的声扩散和较长混响时间 房间各点的声 能量分布均匀 声传播方向也是随机分布的 这是典型的扩散 声场 混响室是专门设计的具有这种扩散声场的声学实验室 一个合乎规范的混响室 不仅要有较长的混响时间 而且在各 频率上比较均匀 房间壁面的吸声系数要小于0 06 房间的长 宽 高比例合适 要有足够大的体积 一般要大于200立方 米 体积越大 低频的声场扩散性能越好 2 2 隔声降噪原理和工程 Wi Wr Wt We 透射系数 来表示 在噪声控制工程中 常采用隔声量 又称传声损失 来表 示隔声结构的隔声效果 Wi Wi Wt We 组合间壁复合隔声量 等隔声量原则 孔 缝隙隔声影响 单层壁的隔声特性 掌握常用单层隔声材料的隔声技术 隔声特性和质量定 律 单层均匀密实壁 它的隔声量的基本特性是在相 同激发频率下 随着面密度的增加而增加 在同 样密度时 随着频率的增加而增加 质量定律 垂直入射 随机入射 吻合效应 吻合效应的产生是由于壁面在入射声波激发下 产生受迫弯曲 振动 当某一频率的入射声波波长在壁面上的投影等于壁面结构的 弯曲波波长时 产生了波的吻合 由
