噪声污染与控制

第六章噪声污染与防治第一节环境声学的基本概念第二节噪声的危害和噪声标准第三节噪声的来源与防治第一节环境声学的基本概念一噪声的定义二噪声的物理量度三噪声的频谱四声波的传播五噪声评价第一节环境声学的基本概念一噪声的定义凡是不需要的声音，就是噪声。过响声；妨碍声；不愉快声；无影响声其中，过响声、不愉快声属于客观的噪声；妨碍声和无影响声属于主观的噪声。二噪声的物理量度（一）声压、声能量、声强和声功率1、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或μbr；1Pa＝10μbr。当声频为1000Hz时，人耳可听声压范围为2×10-5~20Pa，其中，2×10-5Pa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。媒质的声阻抗率Zs＝p/u＝ρc，u为质点速度，c为声速。（一）声压、声能量、声强和声功率2、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。对于自由空间的平面声波：D＝W/cS＝I/c＝p2/ρc2（一）声压、声能量、声强和声功率3、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，即在传播方向上通过单位面积上的声功率。单位：W/m2。对于自由空间的平面声波和球面波：I＝W/S＝pu＝p2/ρc声强与离开声源的距离有关：对于自由空间的点声源：I球＝W/（4πr2）对于放在具有反射的地面上的点声源：I球＝W/（2πr2）（一）声压、声能量、声强和声功率4、声功率W声功率就是指声源在单位时间内辐射出来的总声能量。单位：W。对于自由空间的点声源：W球＝4πr2p2/ρc对于放在具有反射的地面上的点声源：W半球＝2πr2p2/ρc（二）声波的测量单位1、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。表达式：r＝10时，级的单位为贝（耳），级表示的量与功率成正比。工程上常用分贝表示级，是贝的十分之一，符号为dB。r＝e时，级的单位为奈培（Np）。1Np＝8.686dB0logXXLr主要声学量的级和基准名称定义基准值声压级（气体中）Lp＝20lg（p/p0）P0＝20μPa声压级（液体中）Lp＝20lg（p/p0）P0＝1μPa振动加速度级La＝20lg（a/a0）P0＝1μm/s2振动速度级Lv＝20lg（v/v0）v0＝1nm/s振动位移级Ld＝20lg（d/d0）d0＝1×10－12m力级LF＝20lg（F/F0）F0＝1μN声功率级LW＝10lg（W/W0）W0＝1×10－12W声强级LI＝10lg（I/I0）I0＝1×10－12W/m2（二）声波的测量单位2、声压级LpLp＝20lg（p/p0）Lp为声压级，单位dB；p为有效声压，Pa；基准声压p0＝2×10－5Pa。对于听阈Lp＝0；对于痛阈Lp＝120dB。某些环境下的声压和声压级环境声压（Pa）声压级（dB）锅炉排气放空，距喷口1米200140铆钉枪，大型罗茨风机63130汽车喇叭，距人1米，大型球磨机20120柴油机6.3110离心风扇0.6390公共汽车上0.2080城市噪声，街道上0.06370普通说话0.02060电风扇，微电机附近0.006350安静房间0.002040轻声耳语0.0006330树叶飘动声0.0002020农村静夜0.00006310可听0.0000200（二）声波的测量单位3、声强级LILI＝10lg（I/I0）LI为声强级，单位dB；I为声强，瓦/米2；基准声强I0＝1×10－12瓦/米2。LI=10lg(I/I0)=10lg(p2/p02)+10lg[p02/(I0ρc)]=LP+10lg400/ρc当在1atm，38.9℃时，空气的ρc＝400Pa·s/m，LI＝Lp在一般情况下，空气中的声波LI与Lp的值相差±0.2dB，故LI≈Lp（二）声波的测量单位4、声功率级LWLW＝10lg（W/W0）LW为声功率级，单位dB；W为声功率，瓦；基准声功率W0＝1×10－12瓦。LW=10lg(W/W0)=10lg(IS/W0)=10lg[I/10-12]+10lgS=LI+10lgS≈LP+10lgS对于球面声波，距离声源半径微r，则有：LW=LP+10lg4πr2＝LP+20lgr＋11对于半球面声波，距离声源半径微r，则有：LW=LP+10lg2πr2＝LP+20lgr＋8（三）噪声级的合成1、噪声级合成是按照能量的叠加规律进行叠加的。2、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，声强与声强级分别为I1、I2、…In和L1、L2、…Ln。则：L1＝10lgI1/I0，L2＝10lgI2/I0，…Ln＝10lgIn/I0。I1/I0＝100.1L1，I2/I0＝100.1L2，…In/I0＝100.1Ln。所以，总声强级L＝10lg（I1/I0＋I2/I0…In/I0）＝10lg（100.1L1＋100.1L2＋…＋100.1Ln）（三）噪声级的合成3、声压级：能量与声压的平方成正比。总声压的平方等于各声压排放之和。假设有n个噪声源同时存在，声压与声压级分别为p1、p2、…pn和L1、L2、…Ln。则：Lp1＝20lgp1/p0，Lp2＝20lgp2/p0，…，Lpn＝20lgpn/p0。（p1/p0）2＝100.1Lp1，（p1/p0）2＝100.1Lp2，…，（p1/p0）2＝100.1Lpn。所以，总声压级Lp＝10lg（100.1L1＋100.1L2＋…＋100.1Ln）（三）噪声级的合成4、n个相同噪声级合成的总噪声级L＝10lg（100.1L1＋100.1L2＋…＋100.1Ln）＝10lg（n100.1L1）＝L1＋10lgn当n＝2时，L＝L1＋10lg2＝L1＋3即表示两个相同的声压级相加，能量增加一倍，声级增加3dB。（三）噪声级的合成5、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：L－L1＝10lg（100.1L1＋100.1L2）－L1＝10lg[100.1L1＋100.1L2）/100.1L1]＝10lg[1+10—0.1(L1-L2)]设噪声合成的附加值△L＝10lg[1+10—0.1(L1-L2)]，则L＝L1＋△L其中△L可查表，根据表可知，当L1-L26dB时，△L1dB，所以当两个声源中的一个噪声级超出另一个噪声级6～8dB，则较弱的噪声可以忽略不计。两噪声级合成的附加值L1-L2（dB）△L=10lg[1+10—0.1(L1-L2)]（dB）0312.522.131.841.551.261.070.880.690.5100.4（三）噪声级的合成6、计算例题例1强度为80dB的噪声，其相应的声压为多少？解：Lp＝20lg（p/p0），则，p＝p010Lp/20所以，p＝2×10－5×1080/20＝0.2Pa例2声强为10－6W/m2时的声强级是多少？解：L＝10lg（I/I0）＝10lg（10－6/10－12）所以，L＝60dB（三）噪声级的合成例3室内洗衣机工作时，测得噪声声压p＝0.02Pa；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。解：洗衣机单独工作时声压级为：L1＝20lg0.02/（2×10－5）＝20×3＝60dB电冰箱声压级L2＝54dBL1-L2＝6dB，所以△L＝1dB则两者同时工作时L＝60＋1＝61dB（三）噪声级的合成例4、声压级分别为70、76、77、80、83dB，试计算合成声压级。解：L＝86dB例5、声压级分别为70、84、78、82、86、89dB，试计算合成声压级。解（1）首先将声压级按从大到小顺序排列：89、86、84、82、78、70；（2）89与86合成：合成声压级＝89＋1.8＝90.8dB；（3）90.8与84合成：90.8＋0.84＝91.64dB；（4）91.64与82合成：91.64＋0.46＝92.1dB（5）由于92.1－78＝14.1dB，因而78、70dB两个声源可忽略不计。则总声压级为92.1dB。（四）噪声级的相减1、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82－81＝1dB，则另一声源声压级＝81－6＝75dB。三、噪声的频谱（一）噪声分析的基本知识声音的频率就是声源振动的频率；人耳听到的声音有的低沉，有的尖锐主要是声音的音调的高低引起的，而音调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（20Hz)、可听声（20～20000Hz）、超声（20000Hz）；噪声控制主要研究可听声，可听声可分为：低频声（500Hz)、中频声（500～2000Hz）、高频声（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。（二）频程1、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）就是上、下限截止频率之差。2、频程的表示方法一般用高频和低频的频率比的对数来表示，对数以2为底，单位为倍频程。表达式为：f2/f1＝2n或n＝log2（f2/f1）f1、f2分别成倍频程关系的低频和高频频率，即上、下限截止频率，Hz；n为两个频率相距的倍数。中心频率f0＝（f2f1）1/2，所以有f2＝2n/2f0，f1＝2－n/2f0；频带宽度△f＝f2－f1＝（2n/2－2－n/2）f0。n＝1时，即两个频率相距1倍时，称为一倍频程；△f/f0=0.707；n＝1/3时，称1/3倍频程；△f/f0=0.231。（二）频程一倍频程的中心频率和频率范围中心频率（Hz）31.563125250500频率范围（Hz）22.4～44.744.7～89.169.1～178178～355355～708中心频率（Hz）100020004000800016000频率范围（Hz）708～14101410～28202820～56205620～1120011200～224001/3倍频程的中心频率和频率范围中心频率（Hz）频率范围（Hz）中心频率（Hz）频率范围（Hz）5045～581000800～11206356～7112501120～14008071～9016001400～180010090～11220001800～2240125112～14025002240～2800160140～18031502800～3550200180～22440003550～4500250224～28050004500～5600310280～35563005600～7100400355～45080007100～9000500450～560100009000～11200630560～7101250011200～14000800710～8001600014000～180001、频谱的概念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，这种只有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，通常以倍频程或1/3倍频程等划分的频带为横坐标，以倍频带声压级为纵坐标，绘出的噪声的测量图形来描述声频谱。（三）频谱线谱（离散谱）连续谱复合谱四、声波的传播（一）距离衰减1、声源点声源：当声源的尺寸远小