【环境课件】第六章 环境噪声及其控制.ppt
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1、第六章 环境噪声及其控制,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br;1Pa10 br。 当声频为1000Hz时,人耳可听声压范围为2
2、10-520Pa,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。 媒质的声阻抗率Zsp/uc,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:DW/cSI/cp2/c2,(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
3、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: IW/Spup2/c 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/(4r2) 对于放在具有反射的地面上的点声源:I球W/(2r2),(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4r2p2/c 对于放在具有反射的地面上的点声源: W半球2r2p2/c,(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: r10时,级的单位为贝(耳),级表示的量与功率
4、成正比。工程上常用分贝表示级,是贝的十分之一,符号为dB。 re时,级的单位为奈培(Np)。1Np8.686dB,主要声学量的级和基准,(二)声波的测量单位,2、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。,某些环境下的声压和声压级,(二)声波的测量单位,3、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 。 LI=10lg(I/I0)=10lg(p2/ p02 )+10lg p02/(I0 c)= LP+10lg400/
5、 c 当在1atm,38.9时,空气的c 400Pas/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LILp,(二)声波的测量单位,4、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。 LW=10lg(W/W0)=10lg(IS/ W0 ) =10lg I/10-12+10lgS=LI+10lgSLP+10lgS 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,(
6、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: L110lg I1/I0, L210lg I2/I0 , Ln10lg In/I0 。 I1/I010 0.1L1, I2/I010 0.1L2, In/I010 0.1Ln 。 所以,总声强级L10lg (I1/I0 I2/I0 In/I0 )10lg( 10 0.1L110 0.1L2 10 0.1Ln ),(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
7、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: Lp120lg p1/p0, Lp220lg p2/p0, ,Lpn20lg pn/p0 。 (p1/p0)210 0.1Lp1, (p1/p0)2 10 0.1Lp2, , (p1/p0)210 0.1Lpn 。 所以,总声压级Lp10lg( 10 0.1L110 0.1L2 10 0.1Ln ),(三)噪声级的合成,4、n个相同噪声级合成的总噪声级 L10lg( 10 0.1L110 0.1L2 10 0.1Ln ) 10lg(n 10 0.1L1 )L110lgn 当n2时,
8、LL110lg2 L13 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: 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 ),则 LL1 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68dB,则较弱的噪声可以忽略不计。,两噪声
9、级合成的附加值,(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:Lp20lg(p/p0),则,pp010 Lp/20 所以,p210510 80/200.2Pa 例2 声强为106 W/m2时的声强级是多少? 解:L10lg(I/I0)10lg( 106 /1012 ) 所以,L60dB,(三)噪声级的合成,例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。 解:洗衣机单独工作时声压级为: L120lg0.02/(2105)20360dB 电冰箱声压级L254dB L1- L26dB,
10、所以L1dB 则两者同时工作时L60161dB,(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:L86dB 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891.890.8dB; (3)90.8与84合成:90.80.8491.64dB; (4)91.64与82合成:91.640.4692.1dB (5)由于92.17814.1dB,因而78、70dB两个声源可忽略不计。则总声压级为92.1dB。,(四
11、)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82811dB, 则另一声源声压级81675dB。,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(20000Hz); 噪声控制主要研究可听声,可听声可分为:低频声(2000Hz)。 人们在生活中听到的声音是
12、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/f12n 或 nlog2( 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f22n
13、/2f0, f12n/2f0; 频带宽度f f2f1( 2n/2 2n/2)f0。 n1时,即两个频率相距1倍时,称为一倍频程; f/f0=0.707; n1/3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,1/3倍频程的中心频率和频率范围,1、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
14、/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:当声源的尺寸远小于测点到声源的距离时,声波以球面波的形状较均匀地向各个方向辐射。 线声源:如一列较长的列车;公路上长的车队等。 面声源:如透过一个壁面向开阔空间传播。,(一)距离衰减,2、点声源的距离衰减 对于自由空间(球面波) 声强:IW/(4r2);声功率级:LW LP+20lgr11 对于半自由空间(球面波) 声强:IW/(2r2);声功率级:LW LP+20lgr8 距离r1与r2之间的声级差为: L
15、W= LP(r1)20lgr111(8) LP (r2)20lgr211(8) 即: LP LP(r1)LP (r2)20lgr2/r1 当r2/r12, 衰减6dB,即距离增加1倍,声压级衰减6dB。,(一)距离衰减,3、线声源的距离衰减 面积S2rl;声强:IW/(2rl); 声功率级:LW LP+10lg( 2rl ) (1)当r/l1时,距离加倍,声压级衰减6dB。,(一)距离衰减,4、实例 实例1:距锅炉房2米处测得声压级为80dB,且锅炉房距离居民楼16米;距冷却塔5米处测得声压级为80dB,且冷却塔距离居民楼20米。求两设备噪声对居民楼造成共同影响? 解: LP LP(r1)LP
16、 (r2)20lgr2/r1 锅炉房对居民楼的影响:L1=80- 20lg16/2=80-36=62dB; 冷却塔对居民楼的影响:L2=80- 20lg20/5=80-26=68dB; 共同影响:L=68169dB,(一)距离衰减,实例2:有一列500米火车正在运行。 (1)距铁路中心线20米处测得声压级为90dB,距铁路中心线40米处有一居民楼,试求该列火车噪声对居民楼的影响。 (2)若距铁路中心线500米处测得声压级为75dB,距铁路中心线1000米处有疗养院,试求该列火车噪声对疗养院的影响。 解: (1)r/l2040/500 1/10,则按无限长线声源计算: 火车对居民楼的影响:L1=
17、LP (20)-20lg40/20=90-6=84dB。 (2) r/l5001000/500 1, 则火车对疗养院的影响:L2=75- 10lg1000/500=75-3=72dB。,(二)空气吸收的衰减,声波在空气中传播时,因空气的粘滞性和热传导,在压缩和膨胀过程中,使一部分声能转化为热能而损耗,成为空气吸收。 衰减的大小与声源的频率、空气的湿度和温度有关。如在标准大气压下,20下,湿度为50时,声源频率为250、500、1000、2000、4000Hz的空气吸收引起的衰减分别为0.12、0.28、0.5、1.04、2.65dB/100m。 高频噪声比低频噪声衰减得快。,(三)地面吸收的衰
18、减,声波在传播过程中,会受到各种复杂的地面条件的影响。遇到树木(草地、灌木)会引起衰减,衰减的大小与树木的种类、树叶的繁茂程度和树木的高度有关。 一般来说,短距离(3050米)衰减可忽略,70米以上应考虑。 对于较茂密的树林,每10米衰减23dB;每100米,衰减2030dB。 对于厚的草地或穿过灌木丛,频率为1000Hz的衰减可高达25dB/100m。,(四)噪声的传播途径,1、声波的反射; 2、声波的折射 服从Snell定律; 3、声波的干涉 相干波发生叠加的现象; 4、声波的衍射 声波遇到障碍物或空洞时(波长远大于障碍物和空洞)发生绕流的现象,也称为“漏声”现象。,五、噪声评价,(一)人
19、耳的听觉特性与A声级 1、人耳的听觉特性 不同频率的声音,即使声压级相同,人耳感觉的响亮程度不同,如同样60dB, 100Hz 和1000Hz的两种声音,1000Hz的声音人耳听起来响一些,而要100Hz的声音听起来与1000Hz,60dB的声音一样响,声压级要达到67dB; 人耳对10005000Hz的声音最敏感。 人耳的听觉系统具有滤波的功能“酒会效应”,即人耳能在有其他噪声存在的环境下听出某些频率的声音。,(一)人耳的听觉特性与A声级,2、响度 响度是人耳判别声音由轻到响的强度等级概念,是描述声音大小 的主观感觉量。 不仅取决于声音的强度(如声压级),还与它的频率及波形有关。 响度 的单
20、位是宋(sone),符号是“N”。 1宋的定义为声压级为40dB,频率为1000Hz,且来自听者正前方的平面行波的强度。如果另一个声音听起来比这个大n倍,即声音的响度为n宋。,(一)人耳的听觉特性与A声级,2、响度级 响度级是用来定量地确定声音的轻或响的程度的参数; 响度级是建立在两个声音的主观比较上的。定义1000Hz纯音声压级的分贝值为响 度级的数值,任何其它频率的声音,当调节1000Hz纯音的强度使之与这声音一样响时,该1000Hz纯音的声压级分贝数定义为这一声音的响度级。 响度级的单位是方(phon),符号是“LN”。 响度与响度级的关系:声压级每增加10方,响度值加倍 N2(LN-4
21、0)/10 或 LN4033.3lgN 等响曲线:对各频率进行试听分析,达到同样响度级时,频率与声压级的关系曲线。,(一)人耳的听觉特性与A声级,3、A声级 由等响曲线可以看出,人耳能听到的最小的声音与频率有关,频率低,人耳的灵敏度差;频率高,人耳灵敏度好。 如果有一台机器发出的噪声,含有从低到高频声,其噪声一进人耳就失真了,或被滤去了一部分低频成分,也可以说被人耳计权了。 由于人耳的听觉无法测定声音的频率成分和相应的强度,只能利用测量仪器声级计来测定,为了模拟人耳的听觉特性,在声级计中安装了一个滤波器使它对频率的判别与人耳相似,这个滤波器称为A计权网络,该声级计称为A声级计。 当声音信号进入
22、A网络,中、低频声音按比例衰减通过,1000Hz声音无衰减通过。通过A声级计测定的声压级称为A声级,记做dBA或dB(A)。,(一)人耳的听觉特性与A声级,4、B、C、D声级 A、B和C计权声级的主要差别在于对低频成分的衰减程 度,A衰减最多,B其次,C最少。 A计权声级是模拟人耳 对55分贝以下低强度噪声的频率特性;B计权声级是模拟55分贝到85分贝的中等强度噪声的频率特性;C计权声级是模拟高强度噪声的频率特性;D计权声级是对噪声参量的 模拟,专用于飞机噪声的测量。 A计权声级表征人耳主观听觉较好,故实 际中较常采用A计权声级。,(二)等效连续声级(Leq),A计权声级能较好评价连续稳态 噪
23、声,但对一个起伏的或不连续的噪声,A计权声级就不合适 了。 用噪声能量按时间平均方法来评价噪声对人影响,即等效连续声级,符号“Leq”。它是用一个相同时问内声能与之相等的连续稳定的A声级来表示该段时间内噪 声的大小。 数学表达式:,(二)等效连续声级(Leq),如果测量是在同样的采样时间间隔,则表达式变为: 昼夜等效声级Ldn 注:昼间为07:0022:00,共16小时;夜间为22:007:00,共8小时,考虑夜间噪声对人们的影响更大,对夜间的噪声A声级加10dB进行修正。,(三)累计百分数声级Ln,连续等效声级反映了噪声对人体的影响,但是未能反映噪声的起伏程度;因而采用累计百分数声级来评价噪
24、声。 累计百分数声级Ln表示在测量时间内高于Ln声级所占的时间为n。例如L1070dB,表示声级高于70dB的时间占10,其余90的时间内噪声级均低于70dB。 通常, L90表示本底噪声, L50表示中值噪声级, L10表示噪声峰值。 累计百分数声级一般只用于有较好正态分布的噪声评价,当符合正态分布时,其与等效声级的关系为: LeqL50(L10L90)2/60,第二节 噪声的危害和噪声标准,一、噪声的危害 二、噪声标准,一、噪声的危害,1、噪声对听力的损伤 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 听力损失用500Hz、1000Hz和2000Hz三个频率
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