建筑物理声学噪声的评价和控制(1)

第七讲噪声的评价与控制7.1噪声7.1.1什么是噪声？噪声是声音的一种。从物理角度看，噪声是由声源作无规则和非周期性（频率特性杂乱无章）振动产生的声音。从环境保护角度看，噪声是指那些人们不需要的、令人厌恶的或对人们生活和工作有防碍的声音。7.1.2噪声源及其噪声大小：声音噪声级(A)对人的影响火箭导弹发射150-160听觉器官物理损伤喷气飞机喷口130-140痛、无法忍受螺旋桨飞机、高射机枪120-130痛柴油机、球磨机110-120难于忍受织布机、电锯100-110较难忍受载重汽车、喧嚣马路90-100很吵大声说话、较吵的附近70-80较吵一般说话60-70对其他讲话者有干扰普通房间50-60较静静夜30-40非常静消声室内10-20极静听觉下限0-10听(0)7.1.3噪声的来源：交通噪声、工业噪声、生活噪声。交通噪声交通噪声主要是由交通工具在运行时发出来的。如汽车、飞机、火车等都是交通噪声源。调查表明，机动车辆噪声占城市交通噪声的85%。车辆噪声的传播与道路的多少及交通量大小有密切关系。在通路狭窄、两旁高层建筑物栉比的城市中，噪声来回反射，显得更加吵闹。汽车噪声主要来自汽车排气噪声。若不加消声器，噪声可达100分贝以上。其次为引擎噪声和轮胎噪声，引擎噪声在汽车正常运转时，可达90分贝以上，而轮胎噪声在车速为90公里/时以上时，可达95分贝左右。因此，在排气系统中加上消声器，可使汽车排气噪声降低20-30分贝。在引擎方面，以汽油引擎代替柴油引擎，可以降低引擎噪声6-8分贝。此外，接近城市中心的铁路客货运站，由于来往列车都要在市区内穿行，因而影响较大，尤其是在客流量大时，其影响是不容忽视。地铁的噪声来源与火车相似。因车辆在地道内行驶，噪声不易散失，对车厢内的人干扰较大。据英国实测，车厢内开窗时噪声高达102分贝。工业噪声工业噪声主要来自生产和各种工作过程中机械振动、摩擦、撞击以及气流扰动而产生的声音。城市中各种工厂的生产运转以及市政和建筑施工所造成的噪声振动，其影响虽然不及交通运输广，但局部地区的污染却比交通运输严重得多。因此，这些噪声振动对周围环境的影响也应予重视。7.1.4噪声的危害科学家们已经全面研究了噪声对生物和人类的影响。如小白鼠在160分贝的环境中，几分钟就会死亡。人在喷气发动机5米处，几分钟就变成聋子。一般认为40分贝是正常的环境声音，在此以上就是有害的噪声。国际标准化组织(ISO)于1971年曾公布0-45年等效连续噪声A声级与噪声性耳聋病率的关系。0-45年等效连续噪声A声级与噪声性耳聋发病率的关系(%)等效连续A声级(dB)0515202530354045≤80发病率000000000听力损伤者1257101421335085发病率0156789107听力损伤者121013172230435790发病率0414161618202115听力损伤者161923263241546595发病率0724282931322923听力损伤者1929353945536237100发病率01237424544444133听力损伤者11442495358657483105发病率01853586062615441听力损伤者12058657076828791110发病率02647787877726245听力损伤者12876858891939595115发病率03683878481756447听力损伤者138889494959697972）噪声对睡眠的干扰人类有近1/3的时间是在睡眠中度过的。睡眠是人类消除疲劳、恢复体力、维持健康的一个重要条件。但环境噪声会使人不能安眠或被惊醒，在这方面，老人和病人对噪声干扰更为敏感。当睡眠被干扰后，工作效率和健康都会受到影响。3)噪声对语言交流的干扰噪声对语言交流的影响，来自噪声对听力的影响。这种影响，轻则降低交流效率，重则损伤人们的语言听力。研究表明：30dB(A)以下属于非常安静的环境，如播音室、医院等应该满足这个条件。40dB(A)是正常的环境，如一般办公室应保持这种水平。50-60dB(A)则属于较吵的环境，此时脑力劳动受到影响，谈话也受到干扰。4)噪声可引起多种疾病噪声除了损伤听力以外，还会引起其他人身损害。噪声可以引起心绪不宁、心情紧张、心跳加快和血压增高。噪声还会使人的唾液、胃液分泌减少，胃酸降低，从而易患胃溃疡和十二指肠溃疡。一些工业噪声调查结果指出，劳动在高噪声条件下的炼钢工人和机械车间工人比安静条件下人的循环系统发病率高。在强声下，高血压的人也多。不少人认为，20世纪生活中的噪声是造成心脏病的原因之一。（5）对工作效率的影响（6）对建筑物影响7.2噪声的评价7.2.1A声级LA是目前国际上使用最广泛的噪声评价方法。A声级是对声音的频带上使用A计权网络得到的加权即时单一值。单位是dB(A)。A声级反映了人耳对不同频率声音响度的计权。不论噪声强度是高还是低，A声级都能较好地反映人的主观感觉，A声级越大，人感觉越吵。对于稳态的噪声，可以直接测量A声级进行评价。7.2.2等效连续A声级Leq有时，噪声的A声级是变化的，不能简单的使用某一时刻的A声级，需要使用在一段时间内使用平均A声级来表示能量平均，即Leq。例如，在一小时内，每五分种A声级有变化，如下：时间123456789101112A声级(dB)808390869281668694959288则：这一小时的Leq为：80dB+83dB+90dB+86dB+92+81dB+66dB+86dB+94dB+95dB+92dB+88dB-10lg12=100dB-10.8dB=89.2dB]101lg[102110/)(12dtttLtttLeqA7.2.3昼夜等效声级Ldn一般噪声在晚上比白天更容易引起人们的烦恼。研究结果指出，夜间噪声的干扰比白天大10dB。因此，计算一天24小时的等效声级时，夜间要加上10dB的计权，这样得到的等效声级称为昼夜等效声级。Ldn=10lg[(1510Ld/10+910(Ln+10)/10]其中：Ld----为白天(07:00-22:00）的LeqLn----为夜间(22:00-07:00）的Leq7.2.4累积分布声级Leq只能表示噪声的平均情况，有时为了了解不同声级在时间上出现的概率分布，人们提出了累积分布声级的概念。L1L5L10L50L90…LN表示在所测的时间范围内有百分之N的时间出现了A声级大于LN的情况。如：L10=70dB，表示有10%的时间里噪声的A声级超过了70dB。7.2.5NR噪声评价曲线在一些对安静要求较高的环境里，如剧场、录音室、演播室，不但需要考虑噪声的声级，同时要考虑噪声的频率特性。通过国际标准、化组织的一组评价曲线，每条曲线用一个NR值表示，噪声各个频率值都不超过的最低的曲线作为噪声评价的NR值。如右图，红线代表的噪声为NR25，蓝线代表的噪声为NR50。NR值与A声级有相关的换算关系，NR≈A-57.3噪声允许标准和法规噪声允许的标准主要包括：《民用建筑隔声设计规范》GBJ118-88规定之“民用建筑室内允许噪声级”：卧室内(A声级）:dB(A)较高标准一般标准最低标准白天≦40≦45≦50夜间≦30≦35≦40一级二级三级Rw(dB)≧50≧45≧40Lpn,w(dB)≦65≦75*≦85(确有困难)隔声：在《剧场建筑设计规范》中规定：观众席背景噪声≦NR30为甲等，≦NR35为乙等、丙等。影响观众席背景噪声的主要因素是空调气流，以及外界噪声传入、灯光、舞台机械等。在《电影院建筑设计规范》中规定：观众席背景噪声≦40dB(A)为甲等，≦45dB(A)为乙等、丙等。在《办公建筑设计规范》中规定办公用房、会议室、接待室的噪声≦55dB(A)，电话总机房、计算机房、阅览室噪声50dB(A)。录音室、演播室等低背景噪声要求高的场合，一般要求背景噪声NR值低于22-25。城市区域环境噪声标准Leq类别适用区域白天dB(A)晚上dB(A)0疗养区、高级宾馆和别墅区等需要特别安静的区域50401居住、文教区域为主的区域55452居住、商业、工业混杂区域60503工业区65554交通干线两测70557.3噪声的控制7.3.1室内吸声减噪室内吸声减噪原理：室内到达接收点的声音包括直达声和周围维护结构的反射声（混响声），在室内布置吸声材料可以降低混响声部分。室内声压级的计算公式为：公式前提：1）点声源;2）连续发声;3）声场分布均匀声功率级指向性因数Q=1,2,4,8房间常数dBRrQgLLwP)44(1012wLQR1SR7.3.1室内吸声减噪量吸声减噪公式如下：房间平均吸声量（m2)房间混响时间(s)房间平均吸声系数加入吸声材料前A1T1α1加入吸声材料后A2T2α2211212lg10lg10lg10TTAALp7.3.2隔声降噪（1）房间噪声的降低值噪声通过墙体传至邻室的声压级为L2，而发声室的声压级为L1,两室声压级差为D=L1-L2。D的大小首先取决于隔墙的隔声量R，而且还与接收室的总吸声量、隔墙的面积S有关，关系为：D=R+10LgA-10LgS=R+10LgA/S（2）隔声间在噪声强烈的环静内建造隔声性能良好的小室，对工作人员的听力进行保护，这种隔声设施是隔声间。隔声间不但要考虑隔声性能，还要考虑到观察方便、出入方便、不影响车间内正常运输、以及房间内供电、通风等。（3）隔声屏障另外，在设计声屏障时，从经济方面考虑，声屏障自身的隔声量只要比隔声降噪量大10dB即可。如果在声屏朝向声源的一面铺加一层吸声材料，并尽量靠近声源，会提高隔声效果。（4）隔声罩采用隔声罩来隔绝机器设备向外辐射的噪声，是在声源处控制噪声的有效措施。隔声罩外层常用1-2mm厚的钢板制成。内涂阻尼漆、沥青等阻尼层，目的是防止吻合效应和钢板低频共振。为了提高降噪效果，内层再铺一层吸声材料（如玻璃棉、微穿孔板等）。机器和隔声罩之间需要留有空隙，机器和隔声罩支撑之间、隔声罩与基础之间应加入减振器。7.3.3气流噪声控制——消声器消声器及消声性能评价气流噪声主要是由于气体在管道中流动形成湍流，或是在管道出口处的高速喷射，以及气流使管道产生振动而形成的。降低气流噪声主要的方法是安装消声器。消声器有三方面基本要求：1）较好的消声频率特性（声学性能）。2）空气阻力损失小（空气动力学性能）。3）结构简单、寿命长，体积小，造价低（结构性能）。消声器的分类1）阻性消声器把吸声材料固定在气流通过的管道内周壁，或按一定方式在通道中排列起来，构成阻性消声器。当声波进入消声器中，会引起阻性消声器内吸声材料的空气和纤维振动与摩擦，消耗声能。阻性消声器的消声特性为中高频。2）抗性消声器有的消声器通过控制声阻抗的大小来消声，被称为抗性消声器。这种消声器不使用吸声材料，而是在管道上连接截面突变的管段或旁接共振腔，利用声阻抗的变化，使某些频率的声音在声阻抗突变的界面上发生反射、干涉等现象，从而达到消声的目的。3）阻抗复合式消声器：阻性消声器对中、高频噪声消声效果好，而抗性消声器可以选择性消除低、中频噪声，在实际消声设计中常采用阻抗复合式消声器进行全频带消声。4）微穿孔板消声器微穿孔板消声器是80年代研制成功并广泛使用的一种新型消声器，是建立在微穿孔理论上既有阻又有抗的共振式消声器。5）排气放空消声器对于高温、高速、高压排气喷流噪声人们设计了扩容降压、小孔喷注等类型的排气放空消声器。扩容降压消声器：利用多层穿孔板将气流进行多级扩容降流减压，控制出口流速进行降噪。小孔喷注：对于小口高速喷气射流噪声，在喷口处将出口直径变小（毫米级），使噪声频率向高偏移，偏移到人耳听力范围以外，达到降噪目的。7.3.4振动的隔离与减振器8.4.1隔振原理如下图，当m在周期干扰力的作用下振动时，将通过弹性系统传递到地面或支撑基础。如右图是振动能量传递率曲线。结论：Z时，传递率恒大于1Z=1时，发生共振Z时，传递率恒小于1(z为干扰动频率与系统固有频率比）减振效率:(1-传递率)*100%。系统固有频率与