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1、2 2 1描述声波的基本物理量 振幅 位移 周相 弹簧倔强系数N m 振子质量kg 弹簧振子的自由振动方程 1 2 2 1描述声波的基本物理量 3 波长 声波两个相邻密部或两个相邻疏部之间的距离叫做波长 或者说声源每振动一次 声波的传播距离 2 振幅 质元位移 距声源距离 沿x轴正方向传播的平面余弦声波 空气中 液体中 固体中 2 2 1描述声波的基本物理量 体积弹性模量 杨氏弹性模量 3 2 2 2声波的物理量度 1 声压p 单位 N m2或Pa 2 声能E J 声能密度w J m3 3 声功率W W 声强I W m2 4 声级L B或dB 5 频谱和频程 4 1 声压 a 瞬时声压 沿x轴
2、正方向传播的平面余弦声波 其某一瞬间的声压 b 有效声压 pe 在一定时间间隔中将瞬时声压对时间求均方根值 5 1 声压 沿x轴正方向传播的平面余弦声波 其媒质质元的振动速度 对比瞬时声压 特性阻抗kg m2s 6 2 声能 声能密度 声场中体积元的总声能量为 单位是焦耳 单位体积元的声能量称为声能密度 单位是焦每立方米 7 3 声功率 声强 单位时间内通过垂直于声波传播方向的单位面积的平均声能量 单位是瓦每平方米 单位时间内通过垂直于声波传播方向的面积S的平均声能量 单位是瓦 8 4 1声压级 该声音的声压与参考声压的比值取以10为底的对数再乘20 即 声压级单位 分贝 9 4 2声强级 该
3、声音的声强与参考声强的比值取以10为底的对数再乘10 即 声强级单位 分贝 10 4 3声功率级 声功率级单位 分贝 该声音的声强与参考声强的比值取以10为底的对数再乘10 即 11 声压级和声强级的关系 12 对于自由声场中的球面波有 声强级和声功率级的关系 13 a 声级的合成 公式法 由于 当n个声源互不干涉时 14 当时 15 a 声级的合成 查表 图法 求声压级合成时 其总声压级等于两声级中较大的值加上由两声级决定的一个附加值不仅可以求两个声压级的合成 还可求出若干个声压级的合成 只要将其两两分组 求出差值 查表或图求出附加值 加在每组中声压级较大的值上即可 16 b 声级的分解 欲
4、求第2个声压级 只需用总声压级减去由总声压级与本底噪声声压级之差决定的修正值 即可求出 17 以上公式适用于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 18 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 19 当当 20 2 2 3声波的类型 a 点声源的声级 21 声源的指向性 声源发出的声波 在各个方向上的声压分布并不一定相同 这种随方向分布的不均匀性 称为声源的指向性 指向性指数 指向性因数 在离声源中心不同距离处 测量球面上各点的声强 求得所有方向上的平均声强 将某一方向上得声强与其相比 22 考虑到声源的指向性 需要对声压级的计算公
5、式进行修正 自由声场中在某一方向 上的声压级公式可表示为 23 b 线声源的声级 r0 L 线声源视为无限长线声源 r0 L 线声源视为点声源 L r0 L 有限长线声源 24 b 有限长线声源 25 c 矩形面声源 r0 a 面声源声压级不衰减 a b 面声源视为点声源 26 垂直入射的反射和透射 2 3 1声波的反射 透射 折射 27 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 pIIpAi pAr pAtuI uII媒质I中的总声压为 28 两个媒质中的质点振动速度分别为 29 由边界条件可以得到uAi uAr uAt或声压反射系数rp 反射声压幅值PAr与入射声压幅值
6、PAi之比声压透射系数 p 透射声压幅值PAt与入射声压幅值PAi之比 30 当 2c2 1c1时 媒质II比媒质I 硬 当 1c1 2c2时 媒质II比媒质I 软 31 2 3 1声波的反射 折射 斜入射的反射和折射 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 32 折射定律 折射线在入射面内 且入射角 反射角 折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 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 在第二媒质中无透射波 c称为全反射临界角 33
7、 2 声波的衍射 34 2 3 3声波在传播中的衰减 1 扩散引起的衰减 Ad 2 空气吸收引起的附加衰减 Aa 3 地面吸收的附加衰减 Ag 4 声屏障衰减 Ab 5 气象条件的影响 Am 35 1 扩散引起的衰减 由于波阵面的扩展而引起的声强随距离而减弱的现象称为扩散衰减 36 a 点声源的扩散衰减 点声源辐射的一般为球面波 波阵面面积可表示为 因此从r1处传播到r2处时的发散衰减 当r2 2r1时 衰减量 6dB 37 b 线声源的扩散衰减 当r2 2r1时 衰减量 3dB 38 2 空气吸收引起的附加衰减 半经验公式来估算空气吸收衰减 在20 时 声波的频率 Hz 相对湿度 传播距离
8、m 39 2 空气吸收引起的附加衰减 对于不同温度 可采用下式来估算 与20 相差的摄氏温度 4 10 6 40 3 地面吸收的附加衰减 声波在厚的草地上面或穿过灌木丛传播时 在频率为1000Hz时的附加衰减较大 可高达25 100mdB 附加衰减量的近似计算公式为 声波的频率 Hz 传播距离 m 41 3 地面吸收的附加衰减 声波穿过树木或者森林时 不同树林的衰减相差很大 在1000赫兹时 浓密的常绿树树冠23dB 100m地面上稀疏的树干3dB 100m各种树林平均的附加衰减大致为 42 4 声屏障衰减 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
9、障 43 5 气象条件的影响 雨 雪 露等对声波的散射会引起声能的衰减 但这种因素引起的衰减量很小 大约每1000m衰减不到0 5dB 因此可以忽略不计 风和温度梯度对声波传播的影响很大 44 为什么声音在晚上要比晴朗的白天传播的远一点 45 为什么逆风传播的声音难以听清 46 5 频谱和频程 b 频程 为方便起见 通常将宽广的音频变化范围划分为若干个较小的频段 称为频段或频程 47 5 频谱和频程 b 频程 当n 1时 叫倍频段当n 1 3时 叫1 3倍频程 48 4 1噪声的评价量 4 1 1响度和响度级 纯音 宽频 4 1 2计权声级 A声级 等效连续 昼夜 4 1 3累计百分数声级 4
10、 1 5反映噪声对语言交流干扰程度的量 4 1 4针对室内噪声的评价量 4 1 6与烦恼程度有关的评价量 4 1 7噪声冲击指数 4 1 5反映噪声对语言交流干扰程度的量 49 4 1 1响度和响度级 1 响度级 当某一频率的纯音与1000Hz的纯音听起来同样响时 符号为LN 单位为方 phon 2 等响曲线 对各个频率的声音作试听比较 得到达到同样响度级时频率与声压级的关系曲线 人能接受声波的频率范围20Hz 20kHz低于20Hz的声波为次声波高于20kHz的声波为超声波 听阈 外耳道或鼓膜上纯音声压的可听最低限痛阈 除听觉以外另有痒 不适及痛觉时的最低声压 50 图4 1等响曲线 听阈
11、响度级为零方等响曲线 痛阈 响度级为130方及以上的等响曲线 51 3 响度 响度 与主观轻响程度成正比的参量 符号为N 单位是 宋 sone 1sone 正常听者判断一个声音比响度级为40phon参考声强响的倍数 规定响度级为40phon时响度为1sone 响度与响度级的关系 52 4 斯蒂文斯响度 噪声掩蔽 由于噪声的存在 降低了人耳对另外一种声音听觉的灵敏度 使听阈发生迁移的现象叫做噪声掩蔽 掩蔽值 听阈提高的分贝数 语言交谈的频率范围主要在500 1000 2000为中心频率的三个倍频程中 频率在200Hz以下 7000Hz以上的噪声对语言交谈不会引起很大的干扰 53 4 斯蒂文斯响度
12、 对宽频带的噪声考虑了计权因素 响度指数最大的频带贡献最大 而其他频带由于最大响度指数频带声音的掩蔽效应 他们对总响度的贡献应乘上一个小于1的修正因子 频带与修正因子的关系 54 图4 2斯蒂文斯响度指数曲线 斯蒂文斯响度计算方法 测出频带声压级 从图上查出各频带声压级应的响度指数 取其中最大值 将其从响度指数总和中扣除 乘以频带修正因子F 最后与最大值相加即得响度指数 复合噪声的响度 响度指数最大值 响度级 55 4 1 2计权声级 1 计权声级 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的总声压级2 计权网络 是近似以人耳对纯音的响度即频率特性而设计的 国际电工
13、委员会规定了四种计权网络 A B C D 声压级相同的声音会因为频率的不同产生不一样的主观感觉 普遍采用 航空噪声 56 计权声级 A B C计权网络的主要差别是在于对低频成分衰减程度 A衰减最多 B其次 C最少 A B C D计权的特性曲线见图 其中A B c三条曲线分别近似于40方 70方和l00方三条等响曲线的倒转 由于计权曲线的频率特性是以1000Hz为参考计算衰减的 因此以上曲线都重合于1000Hz 后来实践证明 A计权声级表征人耳主观听觉较好 故近年来B和C计权声级较少应用 A计权声级以LPA或LA表示 其单位用dB A 表示 57 等效连续声级 等效连续声级是用某一段时间能量平均
14、的方法 将间歇出现的变化的A声级以一个A声级来表示该段时间内的噪声大小 并称这个A声级为此时间段的等效连续A声级 符号 Leq 或 LAeq T 式中 LPA 某时刻t的瞬时A声级 dB T 测量时间 s 如果数据符合正态分布 其累积分布在正态概率纸上为一直线 则可用下面近似公式计算 LAeq T L50 d2 60其中L50为累积百分声级 d L10 L90 58 统计声级 累积百分声级 环境噪声往往呈现不规则且大幅度起伏的情况 因此需要用统计的方法 用不同的噪声级出现的概率或累积概率来表示 累计百分声级 统计声级 LN表示某一声级 且大于此声级的出现概率为N 如L5 70dB表示整个测量期
15、间噪声超过70dB的概率占5 如果测量是按一定时间间隔 如每5s一次 读取指示值 那么L10表示有10 的数据比它高 L50表示有50 的数据比它高 L90表示有90 的数据比它高 L5相当于峰值平均噪声级 L50相当于平均噪声级 又称中央值 L95相当于背景噪声级 或叫本底噪声级 59 b 有限长线声源 60 昼夜等效声级 昼间等效声级夜间等效声级昼夜等效声级 昼间A声级的能量平均值 用LD表示 单位dB 61 昼夜等效声级 昼间等效声级夜间等效声级昼夜等效声级 夜间A声级的能量平均值 用LN表示 单位dB 62 昼夜等效声级 昼间等效声级夜间等效声级昼夜等效声级 考虑到夜间噪声具有更大的烦
16、扰程度 故提出一个新的评价指标 昼夜等效声级 也称日夜平均声级 符号 LdN 它的表达式为式中 Ld 白天的等效声级 时间是 6 00 22 00 共16h Ln 夜间的等效声级 时间是 22 00至第二天的6 00 共8h 昼间和夜间的时间 可依地区和季节不同而稍有变更 为表明夜间噪声对人的烦扰更大 故计算夜间等效声级这一项时加上10dB的计权 为了表征噪声的物理量和主观听觉的关系 除了上述评价指标外 还有语言干扰级 SIL 感觉噪声级 PNL 交通噪声指数 TNl 和噪声次数指数 NN1 等 63 4 1 3室内噪声的评价量 1 噪声标准曲线 噪声标准 NC 曲线更佳噪声标准 PNC 曲线适于室内活动场所稳态噪声的评价 以及有特别噪声环境要求的场所的设计 64 室内噪声的评价量 2 噪声评价数 NR 曲线噪声评价数 将1000Hz倍频带声压级值作为噪声评价数NR 其他63Hz 8000Hz倍频带的声压级和NR的关系由下式计算 65 求NR值的步骤 测得的噪声各频带的声压级 将测得的噪声各频带的声压级与图中声压级比较既可以得到各频带的NR值 取其中最大的NR值 取整数 将最大值加1即
