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1、第二十四讲,噪声污染控制,噪声污染控制,1.声学基础 2.声学器件和声学材料 3.常见噪声及其控制技术 了解声学相关概念 掌握常见噪声的控制技术,第一节 声学基础,声音（包括噪声）的形成，必须具备三个要素： 首先要有产生振动的物体，即声源； 其次要有能够传播声波的媒介； 最后还要有声的接受器，如人耳、传声器等。,1 声压与声压级 声源的振动以声波的形式在介质中传播，传播所涉及的区域称为声场（sound field）。当声波在空气中传播时，声场中某一点的空气分子在其平衡位置沿着声波前进的方向发生前后振动，使平衡位置处空气的密度时疏时密，引起平衡位置处空气的压力相对于没有声音传播时的静压发生变化。
2、我们将该点空气压强相对于静压强的差值定义为该点的声压（sound pressure）。 声压是用来度量声音强弱的物理量。,声压可用瞬时声压和均方根声压（有效声压）表示。 声场介质中某点在某瞬时相对于静压强的单位面积上的声压变化即瞬时声压（instantaneous sound pressure）；瞬时声压在某一时间周期内的均方根值，即均方根声压(root mean square sound pressure)。,人耳刚能听到的声压定义为听阈声压，其值为210-5Pa，也称基准声压；使人耳感觉疼痛的声压定义为痛阈声压，其值为20Pa，两者之间相差100万倍，一般声音介于两者之间。 声压级：声压的
3、倍比关系的对数量，单位为分贝( decibel，dB),2声强与声强级 声强(sound intensity) I定义为垂直于声波传播方向单位时间、单位面积上通过声波的平均声能。I与声功率W的关系为： S指垂直于声波传播方向的面积。 在自由声场中，任一方向上的的声强为： p介质的密度，kg/m3； c声音在介质中的速度，m/s。,通常用声强级（sound intensity level）LI代替声强来描述声音的强弱，其表达式为：,L0为基准声强，L010-12W/m2，对应于气温为20时的基准声压,3声功率和声功率级 把声波沿着声波传播的方向传送能量即作功的速率定义为声功率(sound pow
4、er) W。声功率是反映声源特性的物理量，其大小反映声源辐射声能的本领。 声功率级（sound power level）LW的数学表达式为： 式中，W0为对应于基准声强的基准声功率， W010-12W,4 声级的运算 （1）级的相加。设n个声源产生的同名级(声功率级、声强级或声压级)分别为L1，L2，Ln（dB），则合成的总声级为： （2）级的相减。若已知两个声源的声级之和为L，其中的一个声级为Ll，则求另一个声级L2可通过级的相减，即由下列式子算出： 式中，LL-L1（dB）,（3）级的平均。n个声源所产生的声级的平均值可按下式求出： 式中 Ln个声源的声级(同名声级)之和,二、噪声的危害
5、1、噪声 不需要的声音超过人们生活和社会活动所允许的程度 2、噪声的危害 损伤听力（80dB） 干扰睡眠 对人体生理机能引起不良反应 干扰语言交谈和通讯联络 特强噪声损坏仪器设备和建筑结构,1、噪声的评价量,三、噪声的评价和标准 1、响度与等响曲线 当某一频率的纯音和1000Hz的纯音听起来同样响时，这时1000Hz的纯音的声压级就定义为该待定声音的响度级。响度级的符号为LN，单位为方（phon）. 对各个频率的声音作这样的试听比较，得出达到同样响度级时频率与声压级的关系曲线，通常称为等响曲线。它是根据大量听者认为响亮程度相同的纯音的声压级与频率关系而得出来的。,在等响曲线图中，每条曲线上的各
6、点，虽然代表不同频率和声压级的声音，但是人耳主观感觉到的声音响度却是一样的，即响度级是相等的，所以称为等响曲线。 响度与响度级是一一对应的，规定响度级为40方时响度为1宋，经实验得出每当响度级增加10方则响度增加一倍，如50方时为2宋，60方时为4宋，等等。一般当LN40方时，响度与响度级的关系为：,2. A声级与等效（连续）A声级 为了能用仪器(声级计)直接读出反映人耳对声音强弱的主观感觉的评价量，人们提出了用电子网络（亦称计权网络）来模拟不同声压下的人耳频率特性。计权网络实际上是一种电子滤波线路，是按照等响曲线所表示的人耳对声音频率的响应而设计的。在声级计中一般都设计了A、B、C三条计权网
7、络，测得的声级分别是A、B、C声级。 C计权网络是模拟等响曲线中100phon曲线而设计的，它在整个可听频率范围内有近乎平直的特性，对可听声音的频率范围基本上不衰减，因此它一般代表总声压级。,B计权网络是模拟等响曲线中70phon曲线而设计的，它对250Hz以下的声音有较大的衰减。A计权网络是模拟等响曲线中40phon曲线而设计的，它对1000Hz以下的声音有较大的衰减。 用A计权网络测量出来的噪声强度，由于它对低频声较迟钝，而对高频声较灵敏，故与人耳对噪声的主观感觉比较接近，它也与人耳听力损伤程度相对应，A声级的单位记作dB（A）或dBA。A声级在噪声测量和评价中应用最为广泛。,A声级虽然能
8、较好地反映人耳对噪声强度和频率的主观感觉，但只适用于连续而稳定的噪声评价。对于在一定时间内不连续的噪声，如交通噪声，人们提出用总的工作时间进行平均的方法来评价噪声对人的影响，用这种方法计算出来的声级称为等效（连续）A声级，用LAeq表示，单位仍为dB（A）。等效（连续）A声级能反映在A声级不稳定情况下人们实际接受噪声能量的大小，是按能量平均的A声级。,第二节 声学器件和声学材料,确定噪声控制措施时，应从噪声形成的三个环节考虑：第一，从声源根治噪声；第二，在噪声传播途径上采取控制措施；第三，在接受处采取防护措施。 本节将主要介绍在噪声传播途径上所采取的噪声控制措施：吸声、隔声和消声，以及其相应的
9、声学材料和声学器件。,一、吸声材料和吸声结构 在没有进行声学处理的房间里，人们听到的声音，除了由声源直接通过空气传来的直达声之外，还有由房间的墙面、顶棚、地面以及其它设备经多次反射而来的反射声，即混响声（reverberant sound）。由于混响声的叠加作用，往往能使声音强度提高10多分贝。如在房间的内壁及空间装设吸声结构，则当声波投射到这些结构表面后，部分声能即被吸收，这样就能使反射声减少，总的声音强度也就降低。这种利用吸声材料和吸声结构来降低室内噪声的降噪技术，称为吸声（sound absorption）。,1吸声材料 材料的吸声性能常用吸声系数来表示。声波入射到材料表面时，被材料吸收
10、的声能与入射声能之比称为吸声系数，用表示。一般材料的吸声系数在0.011.00之间。其值愈大，表明材料的吸声效果愈好。材料的吸声系数大小与材料的物理性质、声波频率及声波入射角度等有关。 通常把吸声系数0.2的材料，称为吸声材料。吸声材料不仅是吸声减噪必用的材料，而且也是制造隔声罩、阻性消声器或阻抗复合式消声器所不可缺少的。多孔吸声材料的吸声效果较好，是应用最普遍的吸声材料。它分纤维型、泡沫型和颗粒型三种类型。,2吸声结构 如前所述，多孔吸声材料对于高频声有较好的吸声能力，但对低频声的吸声能力较差。为了解决低频声的吸收问题，在实践中人们利用共振原理制成了一些吸声结构。常用的吸声结构有薄板共振吸声
11、结构、穿孔板共振吸声结构和微穿孔板吸声结构。,图1 薄板共振吸声结构,图10-6双层微穿孔板 吸声结构示意图,二、隔声构件和隔声材料 利用木板、金属板、墙体、隔声罩等隔声构件将噪声源与接收者分隔开来，使噪声在传播途径中受到阻挡以减弱噪声的传递，这种方法称为隔声。 噪声按传递方式可分为空气传声(简称为空气声)和固体传声(简称为固体声)两种。 空气传声是指声源直接激发空气振动而产生的声波，并借助于空气介质直接传入人耳的。通常用重而密实的构件隔离；而对于后者，则通常采用隔振措施， 固体传声是指声源直接激发固体构件（如建筑结构）振动后所产生的声音。通常采用隔振措施。,图3 噪声碰到屏障时的声能分布,隔
12、声罩 隔声罩是一种可取的有效降噪措施，它把噪声较大的装置封闭起来，可以有效地阻隔噪声的外传，减少噪声对环境的影响，但会给维修、监视、管路布置等带来不便，并且不利于所罩装置的散热，有时需要通风以冷却罩内的空气。,图4 隔声构件的组成,消声器 消声器是一种阻止声音传播而允许气流通过的器件，是降低空气动力性噪声的常用装置。评价消声性能的指标是消声量，主要有两种表达形式： 插入损失LIL定义为系统中接入消声器前后，在系统外某定点测得的声压级Lp的差值。 传递损失（也称传声损失，或透射损失）LTL是消声器入口处和出口处的声功率级LW的差值，它与反映构件的隔声性能的透射损失意义相同，因为消声器也可以看成是
13、一个隔声构件。,图5 各种消声器型式,阻性消声器，亦称吸收消声器（absorptive muffler），是利用吸声材料的吸声作用，使沿通道传播的噪声不断被吸收而逐渐衰减的装置。把吸声材料固定在气流通过的管道周壁，或按一定方式在通道中排列起来，就构成阻性消声器。其消声原理是：当声波进入消声器，便引起阻性消声器内多孔材料中的空气和纤维振动，由于摩擦阻力和粘滞阻力，使一部分声能转化为热能而散失掉，起到消声作用。,抗性消声器，亦称反应消声器（reactive muffler），是由声抗性元件组成的消声器。声抗性元件类似于交流电路中的电抗性元件电容或电感，是对声压的变化、声振速度变化起反抗作用的元件，
14、它们不消耗声能，但可贮蓄与反射声能。抗性消声器的特点是：它不使用吸声材料，而是在管道上连接截面突变的管段或旁接共振腔，利用声阻抗失配，使某些频率的声波在声阻抗突变的界面处发生反射、干涉等现象，从而达到消声的目的。抗性消声器对低中频范围的噪声具有较好的消声效果，它的型式有扩张室式、共振腔式、微穿孔板式和干涉型等多种。,阻抗复合型消声器（hybrid muffler），就是将阻性消声部分与抗性消声部分串联组合而形成，如图5中(12)、(13)分图所示。一般阻抗复合型消声器的抗性在前，阻性在后，即先消低频声，然后消高频声，总消声量可以认为是两者之和。但由于声波在传播过程中具有反射、绕射、折射、干涉等
15、特性，其消声量并不是简单的叠加关系。阻抗复合型消声器兼有阻性和抗性消声器的特点，可以在低、中、高的宽广频率范围获得较好的消声效果。,第三节 常见噪声及其控制技术,根据声源通常把噪声分为机械性噪声和空气动力性噪声两大类。确定噪声控制措施时，应从形成噪声的三个环节考虑：从声源根治噪声；在噪声传播途径上采取控制措施；在接受点采取防护措施。 下面将主要介绍机械噪声、流体机械噪声和交通噪声的产生及其控制措施。,一、机械噪声及其控制 机械噪声（mechanical noise）是由于固体的机械部件振动产生的。 1、撞击噪声 利用冲击力做功的机械（如冲床、锻锤和凿岩机等）在工作时，会产生由撞击引起的脉冲噪声
16、，称之为撞击噪声 。 结构噪声在整个撞击噪声中占有重要地位，降低结构噪声是控制撞击噪声的主要途径，其具体措施是增加结构的阻尼。,2摩擦噪声 物体在一定压力下相互接触并作相对运动时，则物体之间产生摩擦，摩擦力以反运动方向在接触面上作用于物体。摩擦能激发物体振动并发出声音。 克服摩擦噪声的基本方法是减小摩擦力，一般施加润滑剂能减小摩擦噪声，如齿轮、轴承等不可在缺油状态下工作，否则噪声就高。,3周期作用力激发噪声 在旋转机械中常常存在着周期性作用力（periodic force）。最简单的周期力是由于转动轴、飞轮等转动系统的静、动态不平衡所引起的偏心力。 对于机械噪声的控制，其主要途径是避免或减少撞击力、周期力和摩擦力，这可以通过改进机械设备的结构，改变操作工艺方法，提高加工精度和装配质量等措施来实现。,二、流体机械噪声及其控制 流体机械是指广泛应用于工矿企业的液压和气动系统。下面分别对液压和气动系统中的噪声源加以介绍。,1 液压系统噪声 液压系统由液压泵，液压缸或液压马达，各种控制压力、流量和流向的阀门以及油箱、管路等辅助元件组成。液
