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1、噪声污染控制及技术噪声污染控制及技术第第第第一一一一章章章章第第一一章章 声波的基本性质及其传声波的基本性质及其传播特性播特性 一、声波的产生及其描述方法一、声波的产生及其描述方法 1、声波声波声波是介质的机械性质的波动。声波是介质的机械性质的波动。声源的振动声源的振动弹性媒介弹性媒介振动振动声波声波空气、固体、空气、固体、液体液体2 2、声场、声场声波波及的空间，称为声场。声波波及的空间，称为声场。3 3、声压定义、声压定义 声声压压是是声声波波在在传传播播过过程程中中使使空空气气压压强强产产生起伏变化，用生起伏变化，用p p表示，表示， 它是与空气的静态压强它是与空气的静态压强P P0 0
2、之差。之差。p = P-P0 称做声压。声压单位：称做声压。声压单位：Pa（帕）（帕）波动方程：式中：式中：式中：式中：P P P P0 0 0 0声压幅值；声压幅值；声压幅值；声压幅值； 0 0 0 0初相位角初相位角初相位角初相位角可听声压可听声压可听声压可听声压2102102102105555 P P P Pa a a a 二、二、声波的几个物理量声波的几个物理量 1 1、声阻抗，、声阻抗， 空气密度，空气密度，空气密度，空气密度，Kg/mKg/mKg/mKg/m3 3 3 3也叫声特性阻抗，单位是瑞利或也叫声特性阻抗，单位是瑞利或也叫声特性阻抗，单位是瑞利或也叫声特性阻抗，单位是瑞利或
3、P P P Pa a a am/sm/sm/sm/s在在在在常常常常温温温温下下下下，t t t t0 0 0 0C C C C = = = = 202020200 0 0 0C C C C 时时时时，C C C C =344 =344 =344 =344 m/sm/sm/sm/s时时时时，=415=415=415=415瑞利。瑞利。瑞利。瑞利。 2 2、声速、声速声波传播的速度声波传播的速度 用用 C C（m/sm/s）表示。）表示。 C = 331.4 +0.61tC = 331.4 +0.61t0 0C C 当当t t0 0C = 20C = 200 0C C 时，时，C =344 m/
4、sC =344 m/s 声速还可以用下式计算：声速还可以用下式计算： C =f C =f 声速与声速与波波长、频率率的关系的关系 声波波声波波长，m m f f 频率，率，Hz Hz 声速与声速与波波长、频率率的关系的关系可以写成：可以写成： = C/f = C/f f = C/ f = C/（1 1 1 1） 听力的频率范围：听力的频率范围：听力的频率范围：听力的频率范围：20 H20 H20 H20 HZ Z Z Z20 KH20 KH20 KH20 KHZ Z Z Z 频率的划分：频率的划分：频率的划分：频率的划分： 低频；低频；低频；低频； 300H300H300H300HZ Z Z
5、Z以下。以下。以下。以下。 中频；中频；中频；中频；300800H300800H300800H300800HZ Z Z Z 高频；高频；高频；高频； 800800800800以上以上以上以上频与频谱频与频谱3 3、声音的频率与频谱、声音的频率与频谱 倍频程中心频率：倍频程中心频率：倍频程中心频率：倍频程中心频率：（10101010个）个）个）个）31.5 63 125 250 500 1K 2K 4K 31.5 63 125 250 500 1K 2K 4K 31.5 63 125 250 500 1K 2K 4K 31.5 63 125 250 500 1K 2K 4K 8K 16K8K 1
6、6K8K 16K8K 16K中心频率中心频率中心频率中心频率f f f f0 0 0 0= = = =（f f f f2 2 2 2/f/f/f/f1 1 1 1）0.50.50.50.5 f f f f0 0 0 0中心频率（中心频率（中心频率（中心频率（HzHzHzHz）f f f f2 2 2 2 ，f f f f1 1 1 1 相邻的两个频率相邻的两个频率相邻的两个频率相邻的两个频率 （HzHzHzHz）中心频率中心频率频谱：频谱： 与各频率成分对应的能量分布与各频率成分对应的能量分布与各频率成分对应的能量分布与各频率成分对应的能量分布关系关系关系关系频谱举例频谱举例 1 1 1 1、
7、垂直入射、垂直入射、垂直入射、垂直入射声压反射系数：声压反射系数：声压反射系数：声压反射系数： 三、声波的反射、透射、折射和三、声波的反射、透射、折射和 衍射衍射其中其中 r rP P=P=Pr r/P/Pi iPiPi入射声压；入射声压；PrPr反射声压反射声压讨论：讨论：当当C C2 2CC1 1时，时，r rP P=1=1；相位相同；相位相同P Pr r=P=Pi i，在界面处在界面处在界面处在界面处P=2 PP=2 PP=2 PP=2 Pi i i i，形成驻波。，形成驻波。，形成驻波。，形成驻波。 几乎没有声波透射到介质几乎没有声波透射到介质几乎没有声波透射到介质几乎没有声波透射到介
8、质2 2 2 2中。中。中。中。声压反射系数声压反射系数： 当当C1C2时，时，rP= 1，相位相反，相位相反Pr= Pi 在在界界面面处处P=0，形形成成驻驻波波；此此种种情情况况，仍仍然然没没有有声声波波透透射现象。射现象。2 2 2 2、声波斜入射、声波斜入射、声波斜入射、声波斜入射 2 2、声波的折射（斜入射）、声波的折射（斜入射）当当 c c1 1cc2 2时，折射线折向分界面法线时，折射线折向分界面法线 折射角折射角1 1当当c c2 2 c c1 1时，折射线折离分界面法线时，折射线折离分界面法线 折射角折射角2 23 3、声波的衍射（绕射）、声波的衍射（绕射）声声波波在在传传播
9、播过过程程中中遇遇到到障障碍碍物物时时，能能够够绕绕射射障障碍碍物物边边缘缘前前进进引引起起声声波波传传播播方方向向的的改改变变。 在障碍物后面形成声影区。在障碍物后面形成声影区。 低频绕射的情况低频绕射的情况高频绕射的情况高频绕射的情况 四、声波的表示方法四、声波的表示方法五、声波折射原理的应用大气风速梯度的影响大气风速梯度的影响声影区声影区声影区声影区声声声声波波波波由由由由声声声声速速速速大大大大的的的的方方方方向向向向向向向向声声声声速速速速小小小小的的的的方方方方向向向向折射折射折射折射在上风方向（右边），下边声速大于上边声速，在上风方向（右边），下边声速大于上边声速，在上风方向（右
10、边），下边声速大于上边声速，在上风方向（右边），下边声速大于上边声速，因此，声线向上弯曲。因此，声线向上弯曲。因此，声线向上弯曲。因此，声线向上弯曲。在下风方向（左边），在下风方向（左边），在下风方向（左边），在下风方向（左边），下边声速小于上边声速，下边声速小于上边声速，下边声速小于上边声速，下边声速小于上边声速，因此，声线向下弯曲。因此，声线向下弯曲。因此，声线向下弯曲。因此，声线向下弯曲。六、声压级，声功率级，声强级六、声压级，声功率级，声强级1、声压与声压级、声压与声压级 L LP P=10Log =10Log （dBdB）式中：式中：P P0 0=210=21055 P Pa a，基
11、准声压，基准声压， 是人耳听到的最低是人耳听到的最低声压。声压。2 2、声功率与声功率级、声功率与声功率级2.1 2.1 声功率，声功率，W W（瓦）（瓦）W =I*4r 2.2 2.2 声功率级声功率级L LW W=10Log =10Log （dBdB）式中：式中：式中：式中： W W0 0=10 =10 W(W(瓦瓦瓦瓦) )，基准声功率。，基准声功率。，基准声功率。，基准声功率。-12 -12 2（在自由空间）（在自由空间）对于给定的声源，其声功率是不变的对于给定的声源，其声功率是不变的 I=W/SI=W/SI=W/SI=W/S L LI I=10Log =10Log （dB） 式中：式
12、中：式中：式中：I I I I0 0 0 0=10=10=10=10-12 -12 -12 -12 W/mW/mW/mW/m2 2 2 2( ( ( (瓦瓦瓦瓦/ / / /米米米米2 2 2 2) ) ) )，基准声强。，基准声强。，基准声强。，基准声强。 可以证明：可以证明：可以证明：可以证明： L LP P=L=LI I2.3 2.3 声强与声强级声强与声强级七、声压级的叠加（合成）七、声压级的叠加（合成）7.1 7.1 声压的叠加：声压的叠加： 对对于于任任意意的的不不相相干干波波，叠叠加加后后总总声声压压有有如如下关系：下关系： = = + + 总声压的平方等于各声压有效值的平方和。
13、总声压的平方等于各声压有效值的平方和。7.2 7.2 级的叠加级的叠加( (声级合成声级合成) )级的叠加也叫声级的合成，分贝相加。级的叠加也叫声级的合成，分贝相加。 Lp1,Lp2两个两个两个两个声压级声压级声压级声压级对于两个声波的声级合成时：对于两个声波的声级合成时： L LPTPT=L=LP1P1+L +L L L 通过查表或查曲线得到。通过查表或查曲线得到。 LpT10lg（pT2/po2）10lg（100.1Lp1+100.1Lp2）声级的合成声级的合成 /dB /dB /dB /dB 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100 1
14、2 3 4 5 6 7 8 9 100 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10L/dB L/dB L/dB L/dB 3.0 2.5 2.1 1.8 1.5 1.2 1.0 0.8 0.6 0.5 0.43.0 2.5 2.1 1.8 1.5 1.2 1.0 0.8 0.6 0.5 0.43.0 2.5 2.1 1.8 1.5 1.2 1.0 0.8 0.6 0.5 0.43.0 2.5 2.1 1.8 1.5 1.2 1.0 0.8 0.6 0.5 0.4L L 表表举例举例例例例例1 1 1 1：车车车车间间间间里里里里鼓鼓鼓鼓风风风风机机机机噪噪噪噪声声声声80 80 80 80 dB
15、dBdBdB，水水水水泵泵泵泵噪噪噪噪声声声声78 78 78 78 dBdBdBdB，压缩机噪声压缩机噪声压缩机噪声压缩机噪声74 dB74 dB74 dB74 dB，求合成噪声。，求合成噪声。，求合成噪声。，求合成噪声。 差值差值差值差值 2 dB2 dB2 dB2 dB80 dB+78 dB 80+2.1 = 82.1 dB 80 dB+78 dB 80+2.1 = 82.1 dB 80 dB+78 dB 80+2.1 = 82.1 dB 80 dB+78 dB 80+2.1 = 82.1 dB L= 2.1 dB L= 2.1 dB L= 2.1 dB L= 2.1 dB 差值差值差值
16、差值8.1 dB 8.1 dB 8.1 dB 8.1 dB 82.1 dB+74 dB 82.1+0.6= 82.7 dB82.1 dB+74 dB 82.1+0.6= 82.7 dB82.1 dB+74 dB 82.1+0.6= 82.7 dB82.1 dB+74 dB 82.1+0.6= 82.7 dB L=0.6 dB L=0.6 dB L=0.6 dB L=0.6 dB合成结果合成结果合成结果合成结果82.7dB82.7dB合成结果合成结果合成结果合成结果82.1dB82.1dB结论结论（1 1）两两个个声声源源相相差差10 10 dBdB以以上上，较较小小的的一一个个可可以以忽忽略略
17、，若若得得到到明明显显的的降降噪噪效效果果，必必须须治理最大的噪声源。治理最大的噪声源。（2 2）当当有有多多个个声声源源相相差差不不到到10 10 dBdB（几几个个dBdB）时时，仅仅仅仅消消除除其其中中2323个个声声源源，降降噪噪效果不会明显。效果不会明显。分贝相减分贝相减 分贝相减常常用于本底修正。分贝相减常常用于本底修正。分贝相减常常用于本底修正。分贝相减常常用于本底修正。LpS10lg（100.1LpT-100.1LpB） LpT,LpB,LpS分别为总噪声，本底噪声，声源噪声。分别为总噪声，本底噪声，声源噪声。 本底修正值：本底修正值：本底修正值：本底修正值： dB dB dB
18、 dBL L L LPTPTPTPTLLLLPBPBPBPB 10 6-9 4-5 3 10 6-9 4-5 3 10 6-9 4-5 3 10 6-9 4-5 3 3 L 0 -1 -2 -3 L 0 -1 -2 -3 L 0 -1 -2 -3 L 0 -1 -2 -3 待定待定待定待定例例题题沈沈沈沈阳阳阳阳某某某某药药药药厂厂厂厂有有有有空空空空调调调调风风风风机机机机5 5台台台台，放放放放置置置置于于于于楼楼楼楼顶顶顶顶，经经经经现现现现场场场场实实实实测测测测A A声声声声级级级级，1 1# #风风风风机机机机单单单单独独独独开开开开为为为为67dB67dB，1 1# #和和和和2
19、 2# #风风风风机机机机同同同同时时时时开开开开为为为为68.5dB68.5dB，4 4# #和和和和5 5# #风风风风机机机机同同同同时时时时开开开开为为为为59.5dB59.5dB，2 2# #和和和和4 4# #风风风风机机机机同同同同时时时时开开开开为为为为63.663.6dBdB， 3 3# #、4 4# #和和和和5 5# #三三三三台台台台风风风风机机机机同同同同时时时时开开开开为为为为60.5dB60.5dB，试试试试根根根根据据据据实实实实测测测测数数数数据据据据，计计计计算算算算各各各各声声声声源源源源单单单单独独独独使使使使用用用用时时时时噪噪噪噪声声声声大大大大小小
20、小小？ 5 5台台台台风风风风机机机机同同同同时时时时开开开开时时时时噪噪噪噪声声声声多少多少多少多少dBdB？（本底忽略不计）？（本底忽略不计）？（本底忽略不计）？（本底忽略不计）答：答：1#风机风机: :67dB。2#风机风机: : 68.5dB - - 67dB（分贝相减）（分贝相减）=63dB。3#风机风机: : 60.5dB59.5dB=53.5dB。4#风机风机: : 63.6dB 63dB=55dB。5#风机风机: : 59.5dB55dB=57.6dB。5台风机同时开台风机同时开(5台风机台风机噪声合成噪声合成) = =69.1dB。计算题计算题一机器开动前测出环境噪声为一机器
21、开动前测出环境噪声为72dB，开动后总噪声为，开动后总噪声为78dB，问，问机器本身的噪声是多少机器本身的噪声是多少?练习题练习题1. 噪声的声压分别为噪声的声压分别为2.97Pa，0.332Pa，0.07Pa，2.710-5Pa，它们的声压级各是，它们的声压级各是多少？多少？2. 三个声音各自在空间某点的声压级为三个声音各自在空间某点的声压级为70dB、75dB、65dB，求该点的总声压级。，求该点的总声压级。3. 在车间内测量机器的噪声，机器运转时噪在车间内测量机器的噪声，机器运转时噪声是声是87dB，机器停止时噪声是，机器停止时噪声是79dB，求被，求被测机器的噪声级。测机器的噪声级。八
22、、八、 声波在传播中的衰减声波在传播中的衰减8.1 8.1 距离衰减（扩散衰减，传播衰减）距离衰减（扩散衰减，传播衰减）1 1、点点声声源源 声声源源尺尺寸寸比比辐辐射射声声波波波波长长小小得得多多时时，其大小和形状其大小和形状可视为可视为一点。一点。 或或与传播距与传播距离相比声源很离相比声源很小时，可视为一点。小时，可视为一点。点声源声压级计算点声源声压级计算：在自由空间：在自由空间： L LP P= L= LW W20 Log r1120 Log r11在半自由空间：在半自由空间： L LP P= L= LW W20 Log r820 Log r8自自自自 由由由由 空空空空 间间间间
23、-声声声声 源源源源 放放放放 在在在在 空空空空 中中中中半自由空间半自由空间半自由空间半自由空间-声源放在地面上声源放在地面上声源放在地面上声源放在地面上点声源距离衰减计算点声源距离衰减计算点声源距离衰减点声源距离衰减LLP P： L LP P=20 Log r=20 Log r / /r rrr计算点与点声源距离，计算点与点声源距离，m m0r 参考参考点点 与点声源距离，与点声源距离，m0利用利用利用利用声级衰减与声级衰减与声级衰减与声级衰减与合成原理控制噪声合成原理控制噪声合成原理控制噪声合成原理控制噪声实例实例 90-20=7090-20=70（ 90 dB90 dB的风机对计算点
24、的影响，以的风机对计算点的影响，以的风机对计算点的影响，以的风机对计算点的影响，以下类此）下类此）下类此）下类此） ； 81-21=60 81-21=60 ； 76-23.5=52.5 76-23.5=52.5 ； 80-26=5480-26=54；75-22=5375-22=53。 设本底值为设本底值为设本底值为设本底值为57 dB57 dB；则降噪量分别为；则降噪量分别为；则降噪量分别为；则降噪量分别为70-57= 70-57= 13dB13dB， 60- 57 =3dB60- 57 =3dB。 其余噪声比本底值低（可以暂不管）。其余噪声比本底值低（可以暂不管）。其余噪声比本底值低（可以暂
25、不管）。其余噪声比本底值低（可以暂不管）。20 Log10=2020 Log10=2020 Log10=2020 Log10=2020 Log11=2120 Log11=2120 Log11=2120 Log11=2120 Log15=23.520 Log15=23.520 Log15=23.520 Log15=23.520 Log20=2620 Log20=2620 Log20=2620 Log20=2620 Log13=2220 Log13=2220 Log13=2220 Log13=22计算衰减量：计算衰减量：计算贡献值：计算贡献值： 2 2、线声源、线声源线声源线声源：车辆流，火车，管
26、道等长的声源。：车辆流，火车，管道等长的声源。 线声源声压级线声源声压级 L LP P= L= LW W10 Log r810 Log r8线声源距离衰减公式：线声源距离衰减公式： LLP P=10 Log r=10 Log r/ /r03 3、面声源距离衰减（高、面声源距离衰减（高a a，长，长b b）当当当当 ra/ra/ra/ra/时，时，时，时， LLLLr r r r=0 =0 =0 =0 不衰减。不衰减。不衰减。不衰减。当当当当a/rb/a/rb/a/rb/a/rb/rb/rb/rb/时时， 按点声源按点声源按点声源按点声源计算。计算。计算。计算。 ra/ra/ra/ra/a/rb
27、/a/rb/a/rb/a/rb/rb/rb/rb/利用声级衰减与合成原理控制噪声本底值本底值55dB测点计算值测点计算值55dB测点实测值测点实测值60dB实例实例为什么实测值（为什么实测值（60dB）与计算值（）与计算值（55dB）不相符？）不相符？LLP P=20 =20 Log Log r r= = 20 20 Log18.4=25Log18.4=25 dB （进进气气口口噪噪声声的的衰衰减减量是量是2525 dB ）80 25=55（进气口噪声对测点的影响）（进气口噪声对测点的影响）55dB+55dB = 58dB；（进气口噪声与本底值合成）；（进气口噪声与本底值合成） 55dB+58
28、dB = 60dB （总合成）（总合成） 空空气气传传声声声声声声波波波波直直直直接接接接通通通通过过过过空空空空气气气气传传传传播播播播（以以以以空空空空气气气气为介质传播）；为介质传播）；为介质传播）；为介质传播）；固固体体传传声声振振振振动动动动通通通通过过过过固固固固体体体体传传传传递递递递再再再再通通通通过过过过固固固固体体体体产产产产生二次辐射噪声。生二次辐射噪声。生二次辐射噪声。生二次辐射噪声。 固体传声特点：衰减很慢，可以传递较远距离固体传声特点：衰减很慢，可以传递较远距离固体传声特点：衰减很慢，可以传递较远距离固体传声特点：衰减很慢，可以传递较远距离。九、空气传声与固体传声九、空气传声与固体传声 完完
