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1、物理性污染控制,第一章 绪论,一、环境物理学的学科体系,环境物理学按其研究对象可以分为：1、环境声学 2、环境振动学3、环境电磁学 4、环境放射学5、环境热学 6、环境光学7、环境空气动力学,二、什么是物理性污染,从污染源的属性上来看，环境污染可以分为三大类型：物理性污染、化学性污染、生物性污染。物理性污染是指物理运动的强度超过人的耐受限度。,三、物理性污染的特点,第二章 噪声污染,第一节 噪声及其危害,一、噪声的研究背景,二战结束以来，环境噪声日趋严重，eg：在我国大城市环境污染投诉中噪声占60%70%，已成为广泛的社会公害。,二、什么是噪声,说文：“扰也” 不需要的声音超过人们生活和社会活
2、动所允许的程度,研究噪声对人们日常生活和社会活动产生各种影响的学科称为环境声学,三、噪声的来源,1、交通噪声城市环境噪声70%（鸣笛）2、工业噪声eg：纺织厂3、施工噪声机械振动、摩擦、撞击以 及气流扰动产生（鼓风机）4、生活噪声,四、噪声的特点,1、具有主观心理性与生理性 2、衰减快，无残留 3、主要为慢性危害,1、损伤听力（80dB）,五、噪声的危害,长期在强噪声环境下工作，会使内耳听觉组织受到损伤，造成耳聋；慢性的噪声性耳聋听力正常（听力损失在15dB以内)；接近正常（听力损失1525dB)；轻度耳聋（听力损失2540dB)；中度耳聋（听力损失4065dB)；重度耳聋（听力损失65dB以
3、上）。,听力阈级用以衡量听力损失的量 （耳朵可以察觉到的纯音的声压级）噪声性迁移由噪声引起的阈级提高暂时性域移：可以恢复永久性域移,2、干扰睡眠40dB的连续噪声可使10的人睡眠受到影响；70dB的连续噪声可使50的人受到影响；40dB的突发性噪声可使10的人惊醒，60dB可使70的人惊醒。3、对人体生理机能引起不良反应长期暴露在强噪声环境下，会引起人体的紧张反应，使肾上腺素分泌增加，引起心率加快，血压升高；会引起消化系统的疾病，引起消化不良，诱发胃肠粘膜溃疡； 会引起疲劳、头晕及记忆力衰退，诱发神经衰弱症。,4、干扰语言交谈和通讯联络 当人们交谈距离为1米时，平均声级为65dB； 当环境噪声
4、级高于语言声级10dB时，谈话声音会被环境噪声完全掩盖； 当噪声级超过90dB时，即使大喊大叫也难以进行正常交谈。5、特强噪声损坏仪器设备和建筑结构 当噪声级超过135dB时，电子仪器的连接部位会出现错动，微调元件发生偏移，使仪器发生故障而失效； 当超过150dB时，仪器的元件可能失效或损坏,第二节 声波的基本性质及传播规律,一、声波的产生及描述方法,1、声波的产生,声源的振动,弹性媒介振动,声波,空气、固体、液体,空气 纵波 声波固体、液体 纵波、横波,能量的传递相邻质点间的动量传递来完成，而不是由物质的迁移来传播能量的。,2、 描述声波的基本物理量 声压 p=(P-P0) 帕斯卡（Pa）,
5、波长 =c/f 米 （m）,波长 =c/f 米 （m） 周期 T 秒 （s） 频率 f =1/T 赫兹 （Hz） （振动式f相同，相位不一定相同） 相位 t时刻某一指点的震动状态 声速 c 米每秒（m/s） 空气中 c=331.45+0.61t 340 m/s,二、 声波的基本类型,平面声波 1、声波 球面声波 （波阵面的形状）柱面声波,波阵面是指空间同一时刻相位相同的各点的轨迹曲线,平面声波,球面声波（点声源）,柱面声波（线声源）,2、声线（声射线）,声线用来描绘声波的传播，是自生源发出的代表能量传播方向的直线 。（与波正面垂直）,波阵面,声射线,S,当声波频率较高时，传播途径中遇到几何尺寸
6、比声波波长大恨多时，直接用声线来处理。,3、声压、声能量、声强和声功率,声压p当有声波存在时，在媒质中产生的压强的增量。单位：Pa当声频为1000Hz时，人耳可听声压范围为210-520Pa，其中， 210-5Pa称为听阈，20Pa称为痛阈。有效声压pe：一段时间内声压的均方根值。由于人耳无法感受声压的起伏，只能感受一个稳定的有效声压。,声能量由于声扰动，声波在媒质中传播，产生动能和形变的势能。动能和势能之和即为声能量。单位：J 声场：空间中存在声波的区域。 声能密度D：声场中单位体积媒质所含有的声能量，单位：J/m3。声强I单位时间内，通过和声波射线垂直的单位面积内的声能量称为声强，即在传播
7、方向上通过单位面积上的声功率。单位：W/m2。 声强与离开声源的距离有关：,声功率声源在单位时间内发射的总能量 记为W，单位（w）,对于平面声波有：,声能密度,声强,声功率,三、 声波的叠加,相干波具有相同频率、相同振动方向和恒定相位差的声波,驻波声压值随空间不同位置有极大值和极小值分布的周期波,1、相干波和驻波,几个声源同时存在，在声场某点处的声压分别为p1，p2，p3。,合成声压为：p=p1+p2+.+pn=pi,如果2个声波频率相同，振动方向也一样，但存在恒定相位差,合成声压为：p=p1+p2=PTcos（t- ）,PT声压幅值 2f 角频率 相位,声压值pT随空间不同位置有极大值和极小
8、值分布的周期波为驻波，其声场称为驻波场，驻波的极大值和极小值分别称为波腹和波节,2、声音的频谱,（1）噪声分析的基本知识 人耳听到的声音有的低沉，有的尖锐主要是人耳对声源振动频率的主观感受。 声音可按频率分为：次声（20000Hz）； 可听声可分为：低频声（2000Hz）。 人们在生活中听到的声音是不同频率、强度的纯音复合而成的。,（2）频程的概念由于从低频到高频变化高达1000倍，一般不可能也没有必要对每一个频率逐一测量，为方便和实用，通常把声频的变化范围划分为若干个段落，称为频程（频段或频带）； 频程有上、下限截止频率、中心频率值和带宽； 带宽（频带宽度）上、下限截止频率之差。,（3）频谱
9、的概念 纯音：声源作简谐振动所产生的声波为简谐波，声压与时间的关系是正弦曲线，单一频率的声音称为纯音。具有单一音调的声觉。自然界纯音很少见，只有个别仪器或乐器能发出纯音。 复音：由一些频率不同的简单正弦式成分合成的声波。具有一个音调以上的声觉。 频谱：组成复音的声压与频率的关系图。,线谱（离散谱）,连续谱,复合谱,四、声波的反射、透射、折射和衍射,1、垂直入射声波的反射和透射,p1=p2 u1=u2,p1= pi +pr u1= ui +ur,p2= pt u2= ut,pi=Picos（t-k1X）,pr=Prcos（t+k1X）,Pt=Ptcos（t-k2X）,当1c1 2c2时， 硬，刚
10、性反射体 pi= pr , 相位相同，p12pi， u1= ui +ur =0，,当1c1 2c2时， 硬，刚性反射体 pi= pr , 相位相反p10， u1= ui +ur =2 ui ，,驻波,没有透射声波,2、斜入射声波的入射、反射和折射,3、声波的散射与衍射,如果障碍物表面的起伏程度与波长相当，或者障碍物的大小与波长差不多，入射声波就会向各个方向散射。,入射声波绕过障碍物传到其背面形成声波的衍射（低频声）,4、声像,同光线在镜面的反射一样，当障碍物的几何尺寸远大于声波波长时，即对于高频声波用声像法来处理声波的反射问题。,五、级的概念,1个量的级是这个量与同类基准值之比的对数，用L表示
11、。对数以10为底，级的单位为贝尔（B）,贝尔分为10档，每一档的单位为分贝（dB），1B=10dB对数以e=2.71828为底，级的单位为奈培（Np）, 1 Np8.686dB,1、分贝的定义,2、声压级、声强级、声功率级,声压级Lp Lp20lg（p/p0） Lp为声压级，单位dB； p为有效声压，Pa； 基准声压p02105 Pa。 对于听阈Lp0；对于痛阈Lp120dB。,声强级LI LI10lg（I/I0） LI为声强级，单位dB；I为声强，瓦/米2； 基准声强I011012瓦/米2 。,当在1atm，38.9时，LI Lp在一般情况下，空气中的声波LI与 Lp 的值相差0.2dB，故
12、LILp,声功率级LW LW10lg（W/W0） LW为声功率级，单位dB；W为声功率，瓦； 基准声功率W011012瓦。 对于球面声波，距离声源半径微r，则有：LW= LP+10lg4r2 LP+20lgr11 对于半球面声波，距离声源半径微r，则有： LW= LP+10lg2r2 LP+20lgr8,对于给定的声源，其声功率是不变的，但空间各处声压级、声强级会发生变化。对于恒定声功率的点声源发出的球面波，在声场中距离增加1倍，声强级减少6dB，当距离足够远时：,LILp,噪声级合成是按照能量的叠加规律进行叠加的。 声强级：声强与能量成正比。总声强等于各声强之和。 假设有n个噪声源同时存在，
13、声强与声强级分别为I1、 I2、 In和L1、 L2、 Ln。则： L110lg I1/I0， L210lg I2/I0 ， Ln10lg In/I0 。 I1/I010 0.1L1， I2/I010 0.1L2， In/I010 0.1Ln 。 总声强级L10lg （I1/I0 I2/I0 In/I0 ）10lg（ 10 0.1L110 0.1L2 10 0.1Ln ）,3、级的叠加,声波不发生干涉时的声压级,pT2=p12+p22+pn2,LpT10lg（pT2/po2） 10lg（10 0.1 Lp1 + 10 0.1 Lp2）,Lp1=80dB，Lp2=80dB LpT=83dB 结论
14、： LL110lg2 L13 两个相同的声压级相加，能量增加一倍，声级增加3dB。 如果两个声压级相差10dB以上，总声压级与高声压级的近似相同。,以n2为例,不同噪声级的合成 假设存在两个噪声源，声压级分别为L1、L2，且L1L2 ，则有： LL110lg（ 10 0.1L110 0.1L2） L1 10lg 10 0.1L1 10 0.1L2）/ 10 0.1L1 10lg 1+ 10 0.1(L1-L2 ) 设噪声合成的附加值L 10lg 1+ 10 0.1(L1-L2 ) LL1 L L可查表可知，当L1-L26dB，L1dB 两个声源中的一个噪声级超出另一个噪声级68dB， 则较弱的
15、噪声可以忽略不计。,计算题 1、强度为80dB的噪声，其相应的声压为多少？ 2、声强为106 W/m2时的声强级是多少？ 3、室内洗衣机工作时，测得噪声声压p0.02Pa；电冰箱单独开动时声压级是54dB，试计算两者同时开动时的合成声压级。 4、声压级分别为70、76、77、80、83dB，试计算合成声压级。 5、声压级分别为70、84、78、82、86、89dB，试计算合成声压级。,噪声级的相减,噪声级相减是按照能量的相减进行的。 噪声级的相减与相加类似，实质都是声能的加和减。 例：室内有两个噪声源，同时工作时总声压级为82dB，当其中一个声源停止工作时，测得室内声压级为81dB，试求另一声源的声压级。 解：由于82811dB， 则另一声源声压级81675dB。,
