环境物理污染控制工程技术 噪声振动部分 任文堂（北京市劳动保护科学研究所 北京 100054 ）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1234567891 01 21 41 61 82 0分贝 增值034. 8677. 88. 599. 51 01 0. 81 1. 51 21 2. 61 3不同声压级叠加的修正曲线 修 正 项 Δ （dB ）声压级的差值（Lp1Lp2）（dB）1.2 声源及其特性（熟悉声源及其分类； 掌握点声源、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； α—— 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 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•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 12348 《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 ：•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Eα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；ρ——空气密度，kg/m3；m——板的面密度，kg/m2；D ——空气层厚度，m3.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) 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 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。