環(huán)境噪聲控制工程和控制技術(shù)應(yīng)用

1、環(huán)境噪聲控制工程和控制技術(shù)應(yīng)用內(nèi) 容 組 成緒論聲學(xué)的基礎(chǔ)知識噪聲測量技術(shù)環(huán)境噪聲影響評價噪聲控制技術(shù)噪聲控制技術(shù)應(yīng)用Chapter 2 聲學(xué)基礎(chǔ)知識 聲音的產(chǎn)生和傳播聲波的描述聲波的傳播特性聲源的輻射特性一、聲音的產(chǎn)生和傳播聲波：依靠介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的震動向外傳播。 （聲能向前推進(jìn)著的空氣振動） 聲音傳播的實質(zhì)： 是指物體振動形式的傳播（聲振動的傳播）。聲場：有聲波傳播的空間叫聲場。聲學(xué)基礎(chǔ)知識Chapter 2 聲學(xué)基礎(chǔ)知識 聲音的產(chǎn)生和傳播聲波的描述聲波的傳播特性聲源的輻射特性二、聲波的描述 描述聲波的基本物理量周期、頻率、波長、聲速 聲音的物理量度 聲波的類型聲學(xué)基礎(chǔ)知識 描述聲波的基本物理量

2、周期（T) 質(zhì)點(diǎn)振動每往復(fù)一次所需要的時間，單位為秒（s）聲波頻率(f) 一秒鐘內(nèi)媒質(zhì)質(zhì)點(diǎn)振動的次數(shù)，單位為赫茲(Hz)頻率范圍(Hz)20000聲音定義次聲2000超聲低頻聲 中頻聲 高頻聲音頻聲二、聲波的描述 描述聲波的基本物理量波長(m) 聲波兩個相鄰密部或兩個相鄰疏部之間的距離叫做波長，或者說聲源每振動一次，聲波的傳播距離。二、聲波的描述 描述聲波的基本物理量聲速：振動在媒質(zhì)中傳播的速度。 媒質(zhì)特性的函數(shù)，取決于該媒質(zhì)的彈性和密度。聲速會隨環(huán)境的溫度有一些變化。二、聲波的描述 描述聲波的基本物理量媒質(zhì)名稱空氣水混凝土玻璃鐵鉛軟木硬木聲速3441372304836535182121933

3、534267表 21.1 時聲速近似值（m/s）二、聲波的描述二、聲波的描述 描述聲波的基本物理量周期、頻率、波長、聲速 聲音的物理量度聲壓與聲壓級、聲強(qiáng)與聲強(qiáng)級、聲功率與聲功率級、聲能密度、頻譜和頻程 聲波的類型聲學(xué)基礎(chǔ)知識 聲壓靜態(tài)壓強(qiáng)1、聲壓和聲壓級二、聲波的描述1、聲壓和聲壓級 a、瞬時聲壓：某一瞬間的聲壓。 b、有效聲壓（pe）：在一定時間間隔中將瞬 時聲壓對時間求方均根值即得有效聲壓。 聲壓二、聲波的描述 1、聲壓和聲壓級聲音種類聲壓聲音種類聲壓正常人耳能聽到最弱聲2X10-5織布車間2普通說話聲（1m遠(yuǎn)處）2X10-2柴油發(fā)動機(jī)、球磨機(jī)20公共汽車內(nèi)0.2噴氣飛機(jī)起飛200日常生

4、活中聲音的聲壓數(shù)據(jù) (Pa)二、聲波的描述 聲壓級該聲音的聲壓與參考聲壓的比值取以10為底的對數(shù)再乘20。 1、聲壓和聲壓級聲壓級單位：分貝。 二、聲波的描述2、聲強(qiáng)和聲強(qiáng)級(1)聲強(qiáng) 在聲傳播方向上單位時間內(nèi)垂直通過單位面積的聲能量。單位是瓦每平方米 。二、聲波的描述(2)聲強(qiáng)級 該聲音的聲強(qiáng)與參考聲強(qiáng)的比值取以10為底的對數(shù)再乘10。2、聲強(qiáng)和聲強(qiáng)級聲強(qiáng)級單位：分貝。二、聲波的描述 聲壓級和聲強(qiáng)級的關(guān)系：-媒質(zhì)特性阻抗二、聲波的描述3、聲功率和聲功率級(1)聲功率 聲源在單位時間內(nèi)輻射的總能量，單位是瓦。意義：衡量聲源聲能量輸出大小的基本物理量；聲功率可用于鑒定各種聲源。二、聲波的描述 聲

5、功率與聲強(qiáng)的關(guān)系球面輻射時：波陣面面積二、聲波的描述(2) 聲功率級聲功率級單位：分貝。3、聲功率和聲功率級二、聲波的描述聲功率級聲壓級(聲強(qiáng)級)的關(guān)系：二、聲波的描述例1 聲壓級Lp增加20dB，求聲壓的變化量。例2 當(dāng)聲壓為原來聲壓的（a）加倍；（b）減半（c）十倍；（d）十分之一時，分別求聲壓級變化。例3 聲壓增加20%，求聲壓級Lp的變化量。二、聲波的描述例4 測得離點(diǎn)聲源較遠(yuǎn)的5米處的聲壓級為75分貝，求該聲源的聲功率W。例5 已知大功率小型鼓風(fēng)機(jī)的聲功率為140分貝，設(shè)測點(diǎn)離鼓風(fēng)機(jī)距離遠(yuǎn)大于聲波波長，鼓風(fēng)機(jī)可視為點(diǎn)聲源，求離鼓風(fēng)機(jī)分別為5米、10米和100米遠(yuǎn)處的聲壓級。二、聲波的

6、描述4、聲能密度定義： 聲場中單位體積媒質(zhì)所含有的聲能量。 對于在自由空間內(nèi)傳播的平面聲波而言：二、聲波的描述5、頻程和頻譜(1)頻譜圖以頻率為橫軸，以聲壓為縱軸，繪出的圖。二、聲波的描述常見噪聲的頻譜圖二、聲波的描述5、頻程和頻譜(2) 頻程 為方便起見，通常將寬廣的音頻變化范圍劃分為若干個較小的頻段，稱為頻段或頻程。二、聲波的描述二、聲波的描述 描述聲波的基本物理量 聲音的物理量度 聲波的類型聲學(xué)基礎(chǔ)知識 聲波的類型波陣面:是指空間同一時刻相位相同的各點(diǎn)的 軌跡曲線。 根據(jù)波振面的形狀可將聲波分為不同的類型。聲線：常稱為聲射線，就是子聲源發(fā)出的代表 能量傳播方向的直線。 (在各向同性的媒質(zhì)

7、中，聲線就是代表波的傳播方向且處處與波陣面垂直的直線。)聲學(xué)基礎(chǔ)知識二、聲波的描述聲波的類型 類型 波陣面 聲線 聲源類型平面聲波垂直于傳播方向的平面相互平行的直線 平面聲源球面聲波以任何值為半徑的球面由聲源發(fā)出的半徑線 點(diǎn)聲源柱面聲波同軸圓柱面線聲源發(fā)出的半徑線 線聲源聲學(xué)基礎(chǔ)知識Chapter 2 聲學(xué)基礎(chǔ)知識聲音的產(chǎn)生和傳播聲波的描述聲波的傳播特性聲源的輻射特性三、聲波的傳播特性聲場聲波的反射、透射、折射 聲波的散射與衍射 聲波的疊加聲波在傳播中的衰減聲學(xué)基礎(chǔ)知識聲場的概念 聲場是指傳播聲波的空間。按聲場的性質(zhì)可以將聲場分為：自由聲場擴(kuò)散聲場半自由聲場 1、聲場（Sound Field）

8、三、聲波的傳播特性自由聲場: 可以忽略邊界影響，由各向同性的均勻介質(zhì)形成的聲場。1、聲場（Sound Field）三、聲波的傳播特性自由聲場（Free Sound Field）消聲室1、聲場（Sound Field）擴(kuò)散聲場（混響聲場）： 如果室內(nèi)各處的聲壓級幾乎相等，聲能密度 也處處相等，那么這樣的聲場就叫做擴(kuò)散聲場半自由聲場(半擴(kuò)散聲場):三、聲波的傳播特性三、聲波的傳播特性聲場聲波的反射、透射、折射 聲波的散射與衍射 聲波的疊加聲波在傳播中的衰減2、聲波的反射、透射、折射piptpr法線三、聲波的傳播特性 聲波的反射定律與折射定律入射聲波、反射聲波與折射聲波的傳播方向應(yīng)該滿足Snell定

9、律：a.反射定律：b.折射定律：三、聲波的傳播特性聲波的反射定律與折射定律與折射定律有關(guān)的討論由折射定律可知：聲波的折射是由聲速決定的。三、聲波的傳播特性思考題 1、為什么聲音在晚上要比晴朗的白天傳播的遠(yuǎn)一點(diǎn)？ 三、聲波的傳播特性思考題2.為什么逆風(fēng)傳播的聲音難以聽清？三、聲波的傳播特性 反射系數(shù)和透射系數(shù)a、聲壓的反射系數(shù)和透射系數(shù)聲壓的反射系數(shù)的定義為反射聲壓與入射聲壓的比值。聲壓的透射系數(shù)為透射聲壓與入射聲壓的比值。三、聲波的傳播特性a.聲壓的反射系數(shù)和透射系數(shù)在邊界上，兩面的聲壓與法向的質(zhì)點(diǎn)速度應(yīng)該連續(xù)，即： 反射系數(shù)和透射系數(shù)三、聲波的傳播特性聲阻抗率b.聲強(qiáng)的反射系數(shù)和透射系數(shù)：

10、反射系數(shù)和透射系數(shù)三、聲波的傳播特性當(dāng)聲波垂直入射 時的反射系數(shù)和透射系數(shù)聲強(qiáng)的反射系數(shù)和透射系數(shù)可以表示為：三、聲波的傳播特性 吸聲系數(shù)定義： 我們將入射聲波在界面上失去的聲能（包括透射到媒質(zhì)2中去的聲能）與入射聲能之比。rp 的數(shù)值與入射方向有關(guān)，因此也與入射的方向有關(guān)。三、聲波的傳播特性三、聲波的傳播特性聲場聲波的反射、透射、折射 聲波的散射與衍射 聲波的疊加聲波在傳播中的衰減3、聲波的散射與衍射聲波的散射在聲波傳播過程中，遇到的障礙物表面較粗糙或者障礙物的大小與波長差不多，則當(dāng)聲波入射時，就產(chǎn)生各個方向的反射現(xiàn)象。聲波的散射既與障礙物的形狀有關(guān)，又與入射聲波的頻率有關(guān)。 三、聲波的傳播

11、特性3、 聲波的散射與衍射聲波的衍射： 在聲波傳播過程中，遇到的障礙物或孔洞時，如果聲波的波長比障礙物尺寸大得多，聲波會繞過障礙物而使傳播方向改變的現(xiàn)象。三、聲波的傳播特性三、聲波的傳播特性聲波的衍射三、聲波的傳播特性聲場聲波的反射、透射、折射 聲波的散射與衍射 聲波的疊加聲波在傳播中的衰減聲波的干涉現(xiàn)象:兩列聲波的頻率、振動方向、相位（具有恒定相位差的）相同聲波，合成聲仍是同一頻率的振動，在空間某一些位置的振動始終加強(qiáng)，在另一些位置的振動始終減弱現(xiàn)象。相干波：能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象的聲波。相干聲源：產(chǎn)生干涉現(xiàn)象的聲源。不相干波多個聲源在同一聲場中，頻率或相位不相同，若在離聲源相同距離處某一點(diǎn)上產(chǎn)生的

12、振動，時而加強(qiáng)，時而減弱，其效果與他們沒有相互發(fā)生作用是一樣。4、聲波的疊加能量的疊加聲壓的疊加* 級的運(yùn)算 當(dāng)n個聲源互不干涉時：* 級的運(yùn)算 1、級的疊加（公式法） 當(dāng)n個聲源互不干涉時：當(dāng)n=2時，1、級的疊加（公式法）* 級的運(yùn)算1、級的疊加（公式法）當(dāng)n個聲源時表示為聲壓級* 級的運(yùn)算例6 測量某機(jī)器發(fā)出的噪聲，各頻帶的聲壓級數(shù)據(jù)如表中所列，測量時采取包絡(luò)面測量方法，包絡(luò)面面積為 ，求聲源的總聲功率級。頻帶中心頻率(HZ) 63 125 250 500 1K 2K 4K 8K測量聲壓級 (dB) * 級的運(yùn)算1、級的疊加（查表、圖法） * 級的運(yùn)算1、級的疊加（查表、圖法） * 級的

13、運(yùn)算Lp* 級的運(yùn)算1、級的疊加公式法查表、圖法 求出總聲壓的有效值當(dāng)n個聲源發(fā)生干涉(相干波）時：先求出瞬時聲壓求出總聲壓級* 級的運(yùn)算2、級的相減儀器測的噪聲聲源真實噪聲背景噪聲* 級的運(yùn)算2、級的相減* 級的運(yùn)算2、級的相減 例7 在廠房內(nèi)測得某機(jī)器的聲壓級為94分貝，廠房內(nèi)背景噪聲聲壓級是88分貝，求這一機(jī)器的實際聲壓級。* 級的運(yùn)算三、聲波的傳播特性聲場聲波的反射、透射、折射 聲波的散射與衍射 聲波的疊加聲波在傳播中的衰減聲學(xué)基礎(chǔ)知識5、聲波在傳播中的衰減擴(kuò)散引起的衰減（Ad）空氣吸收引起的附加衰減 （Aa）地面吸收的附加衰減（Ag）聲屏障衰減（Ab）氣象條件的影響（Am ）三、聲波

14、的傳播特性 擴(kuò)散引起的衰減擴(kuò)散衰減的定義：由于波陣面的擴(kuò)展而引起的聲強(qiáng)隨距離而減弱的現(xiàn)象。從S1處傳播到S2處時的發(fā)散衰減可表示為：三、聲波的傳播特性 平面聲源的擴(kuò)散衰減當(dāng)平面聲源輻射平面波時： 因此從S1處傳播到S2處時的發(fā)散衰減：三、聲波的傳播特性 點(diǎn)聲源的擴(kuò)散衰減點(diǎn)聲源輻射的一般為球面波，波陣面面積為： 因此從r1處傳播到r2處時的發(fā)散衰減：三、聲波的傳播特性 線聲源的擴(kuò)散衰減r0L/，線聲源視為無限長線聲源：r0L/，線聲源視為點(diǎn)聲源。LAr0三、聲波的傳播特性 矩形面聲源的擴(kuò)散衰減r0a /，聲源輻射平面聲波，聲壓不衰減。a /r0b /，面聲源視為點(diǎn)聲源。abAr0ab三、聲波的傳

15、播特性 空氣吸收引起的附加衰減Aa空氣吸收(經(jīng)典吸收)： 因空氣的粘滯性和熱傳導(dǎo)，在壓縮和膨脹過程中，使一部分聲能轉(zhuǎn)化為熱能而損耗。弛豫吸收： 是指空氣分子轉(zhuǎn)動或振動時存在固有頻率，當(dāng)聲波的頻率接近這些頻率時要發(fā)生能量交換，使聲能耗散。能量交換的過程都有滯后現(xiàn)象。三、聲波的傳播特性例8點(diǎn)聲源在空氣相對濕度20%、氣溫20下輻射噪聲，已知：距聲源20m處的500Hz和4000Hz的聲壓級均為100dB，問120m、800m處兩頻率的聲壓級各位多少？三、聲波的傳播特性聲壓衰減常數(shù)dB/m 地面吸收的附加衰減Ag 當(dāng)?shù)孛媸欠莿傂员砻鏁r： 地面吸收將會對聲傳播產(chǎn)生附加衰減，但短距離（30-50m）其衰

16、減可以忽略，而在70m以上應(yīng)予以考慮。 聲波在厚的草地上面或穿過灌木叢傳播時: 在頻率為1000Hz時的附加衰減較大，可高達(dá) 25 dB /100m 。附加衰減量的近似計算公式為：三、聲波的傳播特性聲波的頻率，Hz傳播距離，m 地面吸收的附加衰減Ag 聲波穿過樹木或者森林時，不同樹林的衰減相差很大，在1000赫茲時：濃密的常綠樹樹冠 23 dB100m地面上稀疏的樹干 3 dB100m各種樹林平均的附加衰減大致為：三、聲波的傳播特性 聲屏障衰減Ab當(dāng)聲源與接收點(diǎn)之間存在密實材料形成的障礙物時會產(chǎn)生顯著的附加衰減，這樣的障礙物稱為聲屏障。三、聲波的傳播特性 聲屏障衰減Ab聲波遇到屏障時會產(chǎn)生反射、透射和衍射三種傳播現(xiàn)象。屏障的作用： 阻擋直達(dá)聲的傳播 隔絕透射聲 并使衍射聲有足夠的衰減聲屏障的附加衰減與聲源及接收點(diǎn)相對屏障的位置、聲屏障的高度及結(jié)構(gòu)以及聲波的頻率密切相關(guān)。三、聲波的傳播特性 氣象條件的影響Am雨、雪、露等對聲波的散射會引起聲能的衰減。但這種因素引起的衰減量很小，大約每1000m衰減不到，因此可以忽略不計。風(fēng)和溫度梯度對聲波傳播的影響很大。三、聲波的傳播特性Chapter 2 聲學(xué)基礎(chǔ)知識 聲音的產(chǎn)生和傳播聲波的描述聲波的傳播特性聲源的輻射特性四、聲源的輻射特性聲源的指向性： 聲壓分布隨方