（环境科学专业论文）居住区环境噪声特征及烦恼度研究.pdf

硕士学位论文 a b s t r a e t a st h ed e v e l o p p i n go fu r b a nm o d e r n i z a t i o n ，c o m m u n i t yn o i s em u c hm o r e s e r i c e o u st h a nb e f o r e i t ss h o w nt h a tn o i s e so fp u b l i ce q u i p m e n t sh a v eb e c o m e t h em o s td i s t i n c tn o i s es o u r c ei n s t e a do fa c t i c i t yn o i s e a n di nw h i c hl o w f r e q u e n c yn o i s ec o n t r i b u t e sal o t w h i l eo u rn o i s ee v a l u a t i o ns y s t e mi sd e p e n d o na w e i g h ts o u n dl e v e l ，w h i c hi sb a s e do nh u m a n sr e s p o n s et ol o u d n e s s ，s oi t i s n e c e s s a r yt oc a r r yo u tas t u d yt of i n do u tw h e t h e ra - w e i g h t e ds o u n dl e v e li s f i tf o rt h ee v a l u a t i o no f1 0 wf r e q u e n c yn o i s e o na c c o u n to ft h ea b o v er e a s o n e s ， n o i s e so fp u b l i ce q u i p m e n t sa r es a m p l e da n da n a l i z e d ，a n dt h e nt h er e l a t i o n b e t w e e nn o i s e sa n dn o i s ea n n o y a n c ei ss t u d i e dt h r o u g hl a b o r a t o r y s t u d ya n d f i e l d s t u d y s ot h es t u d y o na c o u s t i cc h a r a c t e r i s t i co fp u b l i c e q u i p m e n t si n r e s i d e n t i a la r e aa n de v a l u a t i o nc r i t e r i o n si na c c o r dw i t hc h i n e s es i t u a t i o ni so f p r a c t i c a la n dr e f e r e n c i a lm e a n s i nt h i sp a p e r ，w ed i v i d e ds t a t i o n a r ye q u i p m e n t sa r o u n dr e s i d e n t i a la r e a e s i n t of o u rt y p e s ，w h i c ha r ep o w e rs u p p l ys y s t e m ，w a t e r p i p en e t ，a i rc o n d i t i o n i n g s y s t e m a n d u n d e r g r o u n dg a r a g e ，t h e nt y p i c a l n o i s e so ft h e s es o u r c e sa r e s a m p l e da n da n a l i z e d r e s u l t ss h o w t h a tt h el o w f r e q u e n c yn o i s ei sd o m i n a n ti n c o m m u n i t yn o i s e l a b o r a t o r ys t u d yi sa d o p t e dt o o b s e r v et h er e l a t i o nb e t w e e n n o i s es t i m u l u sa n d a n n o y a n c e r e s u l t s i n d i c a t et h a tw h i l e s u b j e c t s w e r e e x p o s e d t oas h o t p e r i o d o f t i m e ，a c l o s e l y c o r r e l a t i o ne x h i b i tb e t w e e n a w e i g h t e d s o u n dl e v e la n dn o i s e a n n o y a n c e ，e v a l u a t i o n o f l s o i sm o r e a p p r o p r i a t e ，p n cc u r v ei ss u p e r i o rt on rc u r v e ，a n db i n o m i a lf i ti st h eb e s to f a l lf i tm e a n s a n di ts h o w st h a ta p p l i c a t i o no fa h p ( a n a l y t i c h i e r a r c h yp r o c e s s ) m e t h o di n t of i e l ds t u d yi sm o r er e a s o n a b l ea n du n i v e r s a l o n eo ft h ei n n o v a t i o n si nt h i sp a p e ri st h a tt h r o u g ht h ec a l c u l a t i o no fn o i s e e n e r g yi nl o wf r e q u e n c y ，i n t e r m e d i a t ef r e q u e n c ya n dh i g hf r e q u e n c y ，d o m i n a n t f r e q u e n c yi s f i n d e db yp r i n c i p a lc o m p o n e n ta n a l y s i s a n o t h e ri n n o v a t i o ni st h a t l a t i n e s q u a r ed e s i g n i si n t r o d u c e di n t ot h e d e s i g n o fl a b o r a t o r ys t u d y ，w h i c h a v o i d st h ea p p e a r a n c eo fo r d e re f f e c t k e y w o r d s ：r e s i d e n t i a la r e a ，e n v i r o n m e n t a ln o i s e ，a c o u s t i cc h a r a c t e r i d t i c s ， n o i s ea n n o y a n c e 2 硕士学位论文 1 立题背景 1 1 目的及意义 随着我国城市化进程的不断推进，城市的噪声源种类及其影响方式也处 在相应地变化中。目前，我国许多城市中社会生活噪声已经取代工业噪声和 交通噪声成为了最重要的噪声污染，而社会生活噪声源的组成与以往相比也 发生了很大的变化。以前社会生活噪声主要为人群活动噪声，而现在城市住 宅区中的各类公共动力设备噪声，已成为最重要的社会生活噪声源。这些设 备噪声源直接分布在人们的生活环境中，且以对人产生较大烦恼干扰的低频 噪声为主。然而，我国目前对环境噪声的评价体系以及治理验收目标，仍以 连续等效a 声级为主，由于a 计权对低频成分有较大的衰减，所以目前对环 境噪声的评价体系在某些方面已经不能适应城市噪声状况的上述变化。 我们在相关的研究中，也发现目前我国城市居民大量暴露在低频噪声环 境中。据了解，多年来在各种环境污染的投诉信件中，噪声污染的投诉占约 占来信总数的一半，居各种环境污染投诉中的第一位，其中绝大多数是居民 对其住所遭受噪声干扰表示不满。近年来，有关噪声干扰和商品房住宅隔声 不好的民事诉讼案件也日渐增多。但查阅国内有关文献，目前我国尚没有对 城市中直接分布于人们生活环境( 如城市公共建筑和高层住宅楼) 中的设备 噪声进行系统的研究，没有系统地分析这些噪声源的声学特征、分布特点及 其对人们正常生活的干扰影响程度等。 此外，对于住宅噪声的另一个方面一一设备噪声，如给水、排水和卫生 设备噪声，高层住宅中电梯噪声、水泵房噪声等，日前我国尚未制定有关住 宅设备噪声的标准。 国外对低频噪声的影响和评价已经做了大量的工作，但这些方法各有其 侧重，特别是低频噪声对人的烦恼影响，通常是通过调查和实验室方法，针 对定样本数量受试者的主观反应得出。由于我国和西方国家在文化背景和 生活习惯上存在一定的差异，有必要在目前我国城市现实的声环境条件下， 在充分了解我国城市低频噪声源的分布现状以及声源特征的基础上，通过对 我国噪声受众的调查、实验和统计分析，提出符合我国国情的评价方法。 硕士学位论文 由于目前国内外在声环境质量标准中都还没有充分考虑低频噪声对人们 的特殊影响，如我国在区域环境噪声标准中采用a 声级进行评价。a 计权是 基于人耳从“响度”方面对低频声不敏感而对低频进行衰减的。而本研究是 要从“烦恼度”方面来考虑低频声的影响。换句话说，对同样的“响度”，不 同的频率引起的“烦恼度”不一样，因此，a 计权只基于“响度”对低频进 行衰减，故使用a 计权评价声环境存在缺陷。基于以上分析，我们认为，对 以下课题内容进行立项研究，是十分必要的： 1 针对我国城市化发展现状，对城市中日益增多的直接分布于人们生活 环境中的低频噪声的分布特征、声学特性以及对人群的影响程度进行研究。 2 通过对不同受试者进行主观烦恼度调查，并配合进行实验室噪声反应 一i i , 理实验，在此基础上对所获得的数据进行分析，建立低频噪声源的声学特 征与人们烦恼度之间的相应关系，确立对低频噪声影响的评价方法，为完善 我国声环境评价体系、制定居住环境中低频噪声标准提供参考。 因此，本文对掌握我国城市声环境的发展的新趋势，制定低频噪声标准、 改善当今中国城市声环境质量，有着重要的参考价值。 1 2 低频噪声研究概况 人耳的听觉特性决定了其对低频噪声的响度感受比较迟钝，但是许多科 学实验证明，低频噪声是引起某些变应性障碍和功能性失调的原因之一 1 , 2 1 。 通常噪声测量和评价都是以a 计权声压级d b 作为评价量，但是由于它是基 于人耳听觉特性对声音信号进行衰减的，因此，对于低频成分占主导地位的 噪声，其a 声级虽然符合噪声劳动标准的要求，但是其d b 值其实只反映了 人耳感受得到的频率成分，而没有反映人体对声波的实际接收，如低于2 0 0 h z 以下的低频噪声，甚至包括次声和超声。有人对1 2 4 种不同类型的机械设 备、装置进行了5 0 h z 以下的低频噪声测量，结果发现不少装置声压级超过 了9 0 d b ，有的甚至超过了1 1 0 d b t 4 1 ，长期暴露于这样低频声环境的工作人员 可能会有高血压、心脏病等症状。 考虑到低频噪声的这些特性，很多声学研究者展开了低频噪声评价量及 其影响的研究。 4 硕士学位论文 1 2 1 低频噪声评价量研究 各国学者已经对低频噪声的定义、特殊属性及其对人类生理、心理的影 响、评价指标和评价方法等问题进行了坚持不懈的研究，但在许多方面至今 仍不完善。 1 ) 8 0 年代以来，许多低频噪声源被人们所认识，如空调系统，燃油或 燃气锅炉，以及车、船等交通工具内的噪声。它们共有的声学特征是，噪声 频谱随着频率的升高，声压级呈下降趋势。掌握各类典型低频噪声源的空间 布置状况与声学特征对其评价和治理是至关重要的。近二十年来，各国科学 家和环境管理机构在这方面做了大量工作。1 9 8 5 年7 月瑞典环境卫生部在全 国范围内展开调查，以期掌握低频噪声的状况【5 】，结果7 1 的人表示曾经有 过受低频噪声干扰的经历。在这7 1 的被调查人口中，来自三种主要低频噪 声源的比例分别为通风系统4 2 ，交通噪声2 0 ，热泵9 。m i r o w s k am 对居住区内的低频噪声源( 变压器、空调、冷冻箱等) 进行了调查和测量， 并讨论了评价居住区内低频噪声烦恼度的方法i e 7 1 。h o l m b e r gk ，l a n d s t r o mu 和k j e l l b e r g a 建立了工作环境中低频噪声与烦恼度之间的关系 8 1 。l u n d q u i s t p ，h o l m b e r gk ，l a n d s t r o mu 对瑞典的2 2 所中学的环境噪声进行了调查和 测量，结果发现其中1 6 所中学暴露于低频声环境之中【们。 2 ) 由于低频噪声对人的影响干扰有着和中高频噪声不同的特点，因此有 关低频噪声评价的方法一直是各国研究的热点。 首先对于低频噪声的定义并不十分确定。人们习惯将声音大略分为高频、 中频和低频三段，他们之间的界线并不是一个绝对的值，一般来说低频的下 限定义在2 0 h z ，即人的可听频率下限；它的上限在有的文献中被定义在 1 0 0 h z ，在另一些中则被定义在15 0 、2 0 0 或2 5 0 h z 。一般来说，在涉及环境 噪声的问题时，将低频定义在2 0 2 0 0 h z 比较合适的( w a y e ，1 9 9 5 ) 【1 0 】。另 外，对于低频噪声而言，其主要成分分布在低频部分的令人不快的声音，c 计权声级与a 计权声级的差值也是一个用于判断的常用的有效的参数，一般 认为，当两者的差值超过1 5 d b 时，被测噪声可被判断为低频噪声( k j e l i b e r g ， 1 9 9 7 ) l 。 在噪声的评价方面，美国的t j s c h u l t z 曾在城市噪声评价一书中归 纳总结了近6 0 年来出现，并在相当范围内得到认可与运用的2 2 个主要噪声 5 硕士学位论文 评价指标和1 4 种嗓声评价方法【l ”。但相对于普遍意义上的噪声而言，专门 用于低频噪声的评价指标与评价方法却很少。对低频噪声的评价，国外已做 了一些工作并提出了初步建议。 2 0 世纪7 0 年代，作为主要噪声评价指标的a 计权声级在评价低频噪声 方面的局限性就已经被提出来了。8 0 年代，n b r o n e r 进行了低频噪声对人的 影响的详尽考察【1 3 i ，他和h g l e v e n t h a l l 于1 9 8 5 年撰文指出，低声级低频 噪声对人类行为也会产生影响，并且这种影响机制十分复杂1 14 ”l 。他们认为 人们对噪声的某些主观反应是异常的，尤其在低声级低频噪声的领域 ( 2 0 15 0 h z ) ，这一现象说明现有的评价方法在评价某些低频噪声的类型和 主观指标时并不总是有效的。到了9 0 年代，t e s a r z 、k j e l l b e r ga 等对低频噪 声对入产生的主观反应进行了研究，他们认为噪声中低频成分所占的比重越 大，人们就越容易出现疲劳、紧张、烦恼等主观反应【l6 1 。w a y ek p 和r y l a n d e r r 也撰文指出长期暴露于低频噪声中的人们比参考人群更容易产生烦恼1 1 7 。 在我们所进行过的相关研究中，也得出类似结论，一个盟显的例子是， 安装于某住宅区底层的电力交压器发出的低频噪声，夜间在楼上住户的居室 内引起的a 声级即使在4 0 d b 以下时，也使人们产生了较强的烦恼反应，以 至引起环保投诉“。 a k j e l l b e r g 和m g o l d s t e i n 于8 0 年代中期在实验室研究中指出，对于低 频噪声而言，b 计权声级和d 计权声级表现出与主观感受较好的相关性，a 计权声级明显低估了低频噪声的干扰度，而c 计权声级则有些过高估计了干 扰度【l 引。l e o h s c h a u d i n i s c h k y 也指出，若噪声的能量集中在低频部分，采 用a 声级进行测量不能完全显示出噪声的低频部分，需对这一部分进行进一 步“加权”，可选用l a 与l b 的均值作为衡量的指标【2 们。u l f l a n d s t r o e m 则认 为，应视a 声级与c 声级的差值情况决定a 声级的测量值能否作为评价指 标，或是将a 声级的值乘以某一系数 7 1 。k p e r s s o n 和m b j o r k m a n 认为在噪 声的能量集中于低频部分的情况下，当线性声级达到6 5 d b 时，a 声级的值 应获得一个3 d b 的补偿值：当线性声级达到7 0 d b 时，a 声级的值应获得一 个6 d b 的补偿值 2 ”。k p e r s s o n 、m b j o r k m a n 和r r y l a n d e r 则基于他们的实 验研究提出，以线性声级代替a 计权声级进行评价更为理想f 22 1 。而b r o n e r 和l e v e n t h a l l 的另一种评价方法适用于办公室环境的低频噪声评价曲线 6 硕士学位论文 ( l f n r ) ”。它是由n r 曲线发展而来的，以1 1 3 倍频程为单位，以便清楚地 显示声音的频率组成，并将低频部分由原来的6 3 h z 延伸至1 6 h z ，在低频部 分曲线呈水平状，以适应一部分人对低频敏感的状况，他们同时建议，在 l0 0 h z 以下，每1 3 倍频程应再追加3 d b 的补偿值。h o l m b e r gk 、l a n d s t r o m u 和s b d e r b e r gl 等对a 计权评价低频噪声提出了异议，他们认为对低频噪 声进行评价时应对声源作多个计权测量评价f 2 4 1 。n e r c a m m e n 于1 9 9 2 年明确 提出建议，对2 0 一1 6 0 h z 的低频噪声建立单独的限制，认为应比目前使用的 a 计权标准值低5 1 0 d b 。同时，c 计权声级被推荐使用，而b u l l e n 认为， 2 4 小时的等效线性声压级更佳。另外还有z w i c h e r 响度等指标和评价方法。 但这些评价指标和评价方法大都只是基于一个案例或几个案例的研究提出 的，其普遍有效性还有待检验。 1 2 2 低频噪声评价曲线研究 早在2 0 世纪3 0 年代，就有学者开始了对噪声评价方法的研究，比如针 对噪声响亮问题的研究，相应出现了响度、响度级、响度曲线等一系列新的 术语来评价人们对噪声的响度感觉。然而，噪声的吵闹感觉并不是仅仅只由 响度决定的，于是2 0 世纪6 0 年代以后，随着人们对噪声污染的日益关注， 学者们逐步提出了嗓度、感觉噪声级等评价量， 其他有关噪声主观评价方法和评价量的研究也 日益增多。 1 噪度曲线 通过一系列关于噪声吵闹感觉的主观评价 克瑞特提出了感觉噪度来评价噪声给人带来的 吵闹感觉，其单位是呐( n o y ) 。l 呐的定义是 听起来和中心频率1 0 0 0 h z 、4 0 d b 的倍频带( 或 1 3 倍频带) 无规噪声一样吵的声音。该方法 对高频的计权比响度指数的要大，因此仅适用 于喷气飞机的噪声评价。其计算方法与响度的 相似，是利用一组等噪度曲线，对各频带的噪 度求和j 。图1 1 为等噪度曲线的示例图。 7 曼 袅 警 矗 荟 要 害 爱 图1 - 1等噪度曲线 硕士学位论文 2 n c 曲线 n c 曲线是在语言干扰级s i l 和响度级l l 的基础上发展而来的。其具体 求法是对噪声进行倍频程分析后，再在n c 曲线上画出频谱图，该噪声的n c 值就等于各个倍频带声压级中，接触到最高n c 曲线的数值5 1 。 慕 蕊 、 蕊专 、 _ 、 汰s 、 、 慕 、 弋s 一 、 、 倍额带中心瓢翠肫 圈1 - 2 噪声评价标准n c 曲线 3 p n c 曲线 由于n c 曲线对带有“隆隆”声的单调低频声和“嘶嘶”声的高频声评 价不太令人满意，因此出现了被称之为最佳噪声评价曲线的p n c 曲线，它在 高频端和低频端都比n c 曲线低5 d b 。 姜 、 、 、 、 、 - 、 、 瀑 弋 迤 、 、 毳 l 、。 蕊 、 s 、 弋 器 唧 魄嘶 斯 图1 - 3 噪声评价标准p n c 曲线 8 曼搿龃杖帮器辈 塑主兰垒望兰一 4 噪声评价数 19 6 1 年国际标准化组织推荐了类似于n c 曲线的噪声评价数n r ，它被 f - 泛f f j 于室内稳态背景噪声的评价和噪声控制评价引。 倍攮程争蝴e 奉m 2 要 轻 蠡 札 誉 图1 - 4 噪声评价n r 曲线圈 h g h e v e n t h a l l 对建筑内外的低频声源做了分类和噪声特性分析，讨论 了容易引起烦恼度噪声的共同特征，并介绍了常用的评价曲线，文章指出目 前的评价曲线，如b l a z i e r 评价曲线、b r o n e ra n dl e v e n t h a l l 低频噪声评价曲 线，虽然具有评价噪声烦恼度的潜力，但是由于缺少有关低频噪声在建筑中 作用的知识，因而运用这些评价曲线进行烦恼度预测时，往往难以取得成功 2 5 l 。l l b e r a n e k 在1 9 8 9 年提出n c b 曲线( 趴，其中有特点是将过去噪声评 价曲线或噪声标准曲线的低频端3 1 5 h z 向下延伸到1 6 h z ，就是因为现在的 环境噪声，包括空调系统噪声，低于3 1 5 h z 的成分不可忽视。l l b e r a n e k 还就n c b 曲线的应用做了探讨 9 ，”】。 9 硕士学位论文 2 研究方法及技术路线 对于可以直接现场采样的噪声，采样后带回实验室分析，少部分无法采 样的噪声，参阅相关资料充实。设备噪声引起的主观烦恼反应研究，采用实 验室心理测验方法；住宅区环境噪声的烦恼度研究采用现场问卷方法。 2 1 噪声样本获取及分析方法 利用北京声望声电技术有限公司生产的v s 3 0 2 u s b 双通道分析仪，按照 规范要求进行现场采样。该仪器具有以下特点：测量频率范围2 0 2 0 k h z ，可 根据采样的需要设定任意带宽的测量频率；处理模式分别有实时模式，记录 模式和后处理模式；分析可显示5 种结果：时间序列、幅频特性、相位频率 特性声谱、3 ds u r f a c e 和频谱分析( 自谱，互谱，传递函数，相关函数) ：分 析仪可进行1 1 ，1 3 等倍频程谱分析，并有线性、a 、b 、c 计权四种计权方 式；此外可根据需要产生声信号：白噪声、粉红噪声、1 k h z 单频信号、自定 义单频或多频信号、扫频信号、扫振辐信号、方波、三角波以及脉冲信号等。 现场采样获得的噪声带回实验室后，利用v s 3 0 2 u s b 双通道分析仪的分析软 件进行频谱分析等操作，了解其声学特性。 暂时无法从现场获得的噪声，通过文献查阅获得相应的噪声频谱，从而 完善充实噪声样本，使住宅区公建配套设施噪声较为完整。 2 2 实验室心理测验方法 本次实验的噪声样本包括现场实录噪声样本和软件生成的声信号两组， 样本数共计为5 6 个。 实验环境为一间普通办公室，办公室布置类似于书房，实验时噪声从距 离受试者3 m 处的扬声器中传出，受试者正对扬声器而坐，播放噪声的同时 将a w a 6 2 1 8 b 型噪声统计分析仪置于受试者耳旁位置，记录受试者所接受的 l lo 、l 5 0 等评价量，并用声望声学分析仪对播放噪声进行反采样，以了解受 试者实际接受噪声的特性。 实验时，受试者根据各自的习惯和爱好阅览他们感兴趣的读物，阅览期 间同时播放噪声样本，每个噪声样本播放5 m i n ，播放结束时受试者对播放嗓 1 0 硕士学位论文 声作出烦恼分值评定。评分规则参照i s o t s 15 6 6 6 中的推荐方法 5 3 1 ，即当 受试者对噪声感到“毫不烦恼”时，计为0 分，当受试者感到“极为烦恼” 时，计为“1 0 分”，其他位于“毫不烦恼”和“极为烦恼”之间的任何感觉， 受试者根据自身感受在0 1 0 之间选择一个数值加以表示。 2 3 现场问卷调查方法 现场问卷方法通常是以调查问卷的形式，对暴露于所研究噪声的受声者 展开问卷调查，问卷的内容除了个人信息、噪声经历之外，更主要的还是了 解受声者对所暴露噪声的主观评价，这种评价既可以采用数值评价，也可以 是语言描述量。目前，大部分的现场研究都采用语言描述量来调查受声者对 噪声的主观烦恼反应，因此本研究选用“毫不烦恼”，“有点烦恼”，“烦恼” “非常烦恼”，“极为烦恼”五个描述量来编制问卷展开调查。调查的同时测 量并记录受试者所处环境的噪声声级。 2 4 数据处理方法 采用s p s s ( s t a t i s t i c a lp a c k a g ef o rt h es o c i a ls c i e n c e ) 统计分析软件对实 验数据进行分析处理。本文在分析线性声级、a 声级、b 声级、c 声级、l l s 0 、响度级等参量对烦恼度评价的优劣程度时，采用s p s s 软件中的二元变 量相关分析8 a s c s 斗c o r r e l a e 斗b i v a r i t c 。在分析了各参量与噪声烦 恼度的相关性之后，选取其中相关性最好的一个利用软件g r a p h s 选项中的 c u r v ee s t i m a t i o n 进行曲线估计，最终得出拟合效果最佳的曲线。另外在确定 住宅小区噪声的主导频率成分时，利用的是数据浓缩选项中的p r i n c i p a l c o m p o n e n ta n a l y s i s 功能 硕士学位论文 3 居住区环境噪声及其特征 配套公建设施噪声是影响居住区环境噪声的重要方面，了解其噪声特性 是研究居住区噪声的重要环节，也是开展噪声烦恼反应实验和调查的基础。 本文1 7 个噪声样本中的1 3 个为本研究课题组的现场实测噪声，为了充 实完善住宅区配套公建设施的噪声特性，对于少部分有参考价值而暂时无法 采集到的噪声，参考课题组或其他相关研究资料。下面按照噪声源分属的系 统类型分别加以分析。 3 1 供电系统噪声 住宅区的供电系统包括变电站和输电线。变电站是供电系统的噪声源， 其噪声主要由电力变压器( 以下简称变压器) 发出。变配电房一般位于建筑 底层，辐射出的噪声可能会对楼上住户产生影响。 3 1 1 变配电房噪声 本次研究的变配电机房位于朝晖路1 7 9 号的嘉汇大厦地下二层，其中专 用变压器1 2 5 0 k v a 两台，公用变压器8 0 0 k v a 一台，均为干式变压器。 r 叫 蒸 船m 7 霸峨磷；曩 、 f 5 0o | | e 、 【 君4 0 - o v v y uv “ m 1 1 四 i 芷 jjjl i 3 0 1v 帆 ui 2 dd 叫 a 业 铀i h 坩洳删 l 叫血- 曲- 施血幽疆口幽+ 幽m呶魄魄e “h 、q 一意 f h 曲t m 图3 - 1 变配电机房噪声频谱图 1 2 硕士学位论文 表3 1 给出了由声望双通道分析仪的分析软件得到的线性声级倍频程情 况。本文将6 3 h z 、1 2 5 h z 和2 5 0 h z 三个中心频率包含的范围视为低频部分； 中频部分的中，i i , 频率包括5 0 0 h z 、1 0 0 0 h z 和2 0 0 0 h z ；中心频率4 0 0 0 h z 及以 上的为高频噪声。根据倍频程分析叠加得到低、中、高频的声压级以及噪声 的总声压级，进而得出各自的声压，然后利用能量与声压平方成正比的关系， 得出各频段能量在噪声总能量中所占的比例。具体计算过程如下： 巫：三k 乓， 2 ”p o c 2 竺垒：堡要( 3 - 1 ) 蛾聪 由l 。= 2 0 1 9 p p o 可以得到p = p 。x 1 0 “”“，将其带入3 - 1 式，既可求得低 频段能量在噪声总能量中的比例。其中，声压级的叠加方式如下： 低频段：三低顿= 1 0 l g ( 10 0 1 。k ”+ 1 0 0 1 。h ”。+ 1 0 0 “m ) ； 整个噪声： 三总= l o l g ( 1 0 0 1 x k 胁+ 1 0 0 1 。厶2 5 册+ + 1 0 0 1 x 岛啪腑+ 1 0 0 1 。彻胁) 。 中频段和高频段的能量百分比可以类推得到。 表3 1 变配电房噪声线性声级倍频程单位：d b 由表3 ，l 可以看到，该变配电房的噪声能量有9 4 1 集中在2 5 0 h z 以下 的低频范围。另外，分析发现噪声峰值频率出现在9 6 9 0 h z ，因此该变配电 房的嗓声频谱为明显低频特征。 3 1 2 变压器噪声 1 监测实例 表3 - 2 为景芳五区6 8 号楼底层架空层内箱式变压器的噪声倍频程，其中 1 # 测点位于打开的变压器机房门外，2 群测点位于机房内变压器的散热器旁 2 0 c m 位置。该变压器由杭州市电力设备制造公司制造，型号s b l 0 m 8 0 0 1 0 ， 1 3 硕士学位论文 变压器容量为8 0 0 k v a ，自重3 7 8 5 k g ，外形尺寸为2 0 3 0 m m 1 5 8 0 m m 18 6 5 m m 29 1 。 表3 2 箱式变压器噪声倍频程单位：d b 可见，中心频率处于3 1 ，5 h z 5 0 0 h z 范围的声压级均超过4 5 d b ，峰值出 现在中心频率2 5 0 h z 的倍频带上。经统计发现，1 捍测点噪声有6 9 0 的能量 集中在中心频率3 1 5 - 2 5 0 h z 范围内，2 # 测点该范围的能量达到8 8 4 。由此 可见，两个测点的噪声均表现为明显低频特性。 2 噪声源识别 变压器的组成部件包括变压器本体和辅助冷却装置，其噪声相应自于变 压器本体噪声和辅助冷却装置噪声。通常情况下，变压器的噪声主要来自本 体噪声。 ( 1 ) 变压器本体噪声 变压器本体噪声的主要来源有磁致伸缩噪声和漏磁噪声【2 8 1 。 a 磁致伸缩引起的噪声：当铁心励磁时，沿磁力线方向硅钢片的尺寸增 加，而垂直于磁力线方向的硅钢片尺寸缩小。磁致伸缩使铁心随着励磁频率 的变化而发生周期性振动，并通过铁心垫脚和绝缘油传递给油箱壁，油箱壁 因此发生振动而向外界辐射出嗓声。由于磁致伸缩的变化周期为电源电流周 期的一半，故磁致伸缩引起的铁心噪声，其基频为电源频率的两倍，频谱范 围通常在1 0 0 5 0 0 h z ，峰值频率一般在2 0 0 h z 左右。因铁心磁致伸缩的非 线性、以及其他原因，铁心噪声频谱中除了基频外，还包含有高次谐频噪声。 不同容量的电力变压器，铁心噪声频谱有所不同。额定容量越大，基频所占 比例越大，谐频分量越小，反之亦然 2 7 1 。 b 漏磁引起的噪声：漏磁现象除了发生在硅钢片接缝处和叠片处之外， 绕组负载电流也可能出现漏磁现象。硅钢片接缝处和叠片间由于漏磁产生电 磁吸引力，迫使铁心振动辐射出噪声，由于技术的改进，这部分噪声比磁致 伸缩引起的噪声要小得多，一般忽略不计。绕组负载电流漏磁引起的绕组和 1 4 硕士学位论文 油箱壁的振动噪声大小，取决于变压器的额定磁通密度，当变压器的额定工 作磁通密度在1 5 1 8 t 范围内时，这种振动比磁致伸缩引起的振动小得多； 但是当磁通密度降低到1 4 t 以下时，绕组负载电流漏磁引起的噪声将接近于 磁致伸缩引起的铁心振动噪声2 8 1 。 ( 2 ) 辅助冷却装置噪声 辅助冷却装置包括冷却风扇、油泵等，其噪声主要为冷却风扇在运行过 程中产生的气流噪声，以及油泵振动辐射的机械噪声。 3 2 给排水系统噪声 住宅区的给排水系统由水泵房、贮水池和给排水管组成。水泵房一般安 装在建筑的地下层，辐射的机械噪声主要对底层住户造成影响；位于楼顶的 贮水池产生的噪声主要是充水噪声，对顶层住户影响较大。 3 2 1 贮水池噪声 1 监测实例 图3 - 2 为文一路某1 7 层建筑楼顶贮水池噪声的监测实例。采样时左声道 距离贮水箱外壁o 5 m ，右声道距离外壁1 5 m 。 m 懑繁鳞j 零 l 蛸一 “、 、- ， 冁。 一 、1 飞 i m u l“。lkj 蠹曩誓誊 3 。_ 0 m 洲艮w wj ， 2 0 0 ” 、 ，lh 。 曩一 i l 黑 r 咐女b 蒜帅。e 、 霍游 一 、一 驸镰黼爷 5 m 。 i 、 1 扩啊矧盼+ 4 n 。 h v ，弋 卫眺。毛0 。 、 、， 婶、 ，lk 。in 3 。 u v 州1 1 w 唧 槲1 2 n 。一 v 靴 ， 舰 圳西a 0 ，曲 2 0 + 0 鳓咖幽稍口黝匕泛濂”镳一j 撕b o k 目l 0 k ：1 0 0 k ，极 图3 - 2贮水池噪声线性声级频谱 1 5 硕士学位论文 可以看出，线性声级超过5 0 d b 的中心频率均为低频成分，并且9 6 1 的声能量处于低频范围，由此判断该贮水池噪声以低频成分为主。 2 噪声源识别 贮水池的噪声主要是由水泵机组噪声和充水噪声两部分组成。水泵机组 运转时会辐射出机械振动噪声，而水池在充水时，水流由于撞击贮水池的池 壁和水体而辐射出充水噪声。 3 2 2 水泵房噪声 1 监测实例 图3 - 3 为西溪校区教学主楼地下二层一台7 5 k w ，流量1 0 0 m 3 h ，转速 1 4 5 0 r r a i n 自吸无堵塞排污泵的噪声频谱。采样时右声道置于距离排污泵o 5 m 处，左声道距离排污泵1 5 r n 。 由线性声级频谱分析发现，排污泵的噪声为宽频特性，其中8 1 0 的能 量属于中频范围，即低频和高频成分较少，而噪声能量主要集中在 2 5 0 2 0 0 0 h z ，噪声频谱特性呈现中频特征。 表3 - 4 排污泵噪声线- 眭声级倍频程单位：d b 1 6 硕士学位论文 日。 l 雠甜日日l ，”一x 7 0 。 1 1鼙灞鏊 八、1 1jj | l 鐾瓣 b 叫。 、 j 。ju 。 uuu y 帆。j 州。 懑艘蚓睽 1 一r l 。 i n 啪h jl m c - 、 品 霄 k 一- - w “； i 嚣 i嘲目女自r 。j * 鹾 m6 l赫 加。 八1 。l 1 。im孽瓣 测骥臻 种女。 、 v v”y、川 y i 。【1 1 川 _ f 5 m 4 r 。v 帆吐 r 4 脚 川。 y 螺 3 n 。 v l i1 + ， “， 、 、 i l 一、“w k 螟黧 、t 嚣蕊 i 2 她。 醚赫。”“ 鞭 臀；1 5 i i 。 图3 - 3排污泵噪声线性声级频谱 2 噪声源识别 水泵房的噪声源是由水泵噪声和电机噪声综合引起的。 ( 1 ) 水泵噪声 水泵运转时因各种原因会产生不同程度的振动和噪声，其中气蚀就是引 起噪声的主要因素之一。气蚀是当气泡随水流进入泵内高压区后，气泡迅速 破灭，周围的水以极高的速度补充到破碎气泡的位置，高冲击力的水击不断 打击水泵的内部部件，特别是工作叶轮，于是，水泵就发出噪声，叶轮表面 也会出现麻点和斑痕，甚至成块脱落【3 0 】。这种现象只有在水流低压区出现气 穴现象之后才会发生。 ( 2 ) 电机噪声 电机噪声有空气动力性噪声、机械性噪声和电磁噪声三部分。空气动力 性噪声是当电机工作时，以空气作为冷却媒质的风扇高速旋转产生的；机械 性噪声包括轴承噪声及电机转予不平衡等振动引起的结构振动噪声；电磁噪 声则是由定子与转子之间的交变电磁引力、磁滞伸缩引起的【3 1 ，”】。 1 7 硕士学位论文 3 2 3 给排水管噪声 1 实例分析 表3 5 为普通排水管噪声的倍频程声压级测量结果 3 3 】。 表3 5 排水管噪声倍频程声压级d b 可见，无论是普通管还是螺旋管，排水管噪声能量中超过9 0 的部分都 属于低频噪声，峰值频率主要集中于3 1 5 2 5 0 h z ，呈现出明显的低频特征。 另外，近年来工程中普遍用硬聚氯乙烯塑料排水管( 普通u p v c 管) 代替传 统的铸铁排水管以后，用户普遍感觉排水噪声增大了，实测结果表明，普通 u p v c 塑料排水噪声比传统的铸铁排水管大2 4 d b 3 。 2 噪声源分析 ( 1 ) 给水管噪声 给水管噪声是给排水管道的主要噪声。按激励源可以将给水管噪声分为 液体激励、固体激励和气体振动噪声三类。 a 液体激励振动噪声 由于管内介质的脉动使得管道受到脉动激励发出噪声，其中最为明显的 是水锤现象。这一现象是由于在压力管道中，管中介质流速剧烈变化，继而 引起一系列压力交替升降的剧烈水力冲击，也叫水击。当供水泵停止运行或 快速启闭水龙头时，就会产生水锤。水锤的压力远远高于正常流动时的压力， 通常认为水流噪声与水流速度成正比，因此减小流速即可降低噪声。 d = j 4 q ( 3 - 2 ) d 为管径，m ； q 为流量，m 3 s ， v 为流速，m s 。 由式3 2 可以看出，当流量一定时，管道中的流速与水压成正比，因此 水管中水压过高，也容易产生水锤，使管道振动发出噪声 3 4 】。 b 固体激励振动噪声 1 8 硕士学位论文 由于部分管道与水泵相连接，而水泵又是给水管路中的主要声源，因此 与泵相连的固体管路起着噪声传递的“声桥”作用，水泵的振动将沿管路辐 射传播。另外，给水系统中装有许多的固体附件，当附件出现机械故障时， 也会产生机械振动，辐射噪声【3 “。 c 气体激励振动噪声 般情况下，水中本来就含约2 的溶解空气，外加如果给水系统中的管 道接口密封不严，一旦室内突然大量用水，将导致水管内瞬时形成负压，使 得空气被吸入管内。另外，如果管路布置不科学，就有可能在某段管道上出 现“积气”现象，成为“气囊”。当空气被带到高压区时，其体积将急剧缩小， 产生局部压力冲击，引起强烈的振动和噪声。同时，当有压力的气水混合物 流经阀门、水龙头时，还可能会伴随着呜叫声，这种情况容易发生于热水给 水系统中，只有待气体排出后才能恢复正常 3 4 1 。 ( 2 ) 排水管噪声 排水管道产生的噪声主要有：污水在排水立管内流动，迫使管道内空气 压缩、抽吸产生噪声；横管中冲激流产生的噪声；水流在管道内通过连接配 件时，水流击打配件或因水流方向急剧改变产生的噪声；排水管道内压力波 动值大于水封高度时，水封冒气泡、涌动产生噪声。排水流量和流速越大， 排水管道噪声越大；排水管道管壁越薄，材料比重越小，噪声也越大3 5 1 。 3 3 空调系统噪声 空调系统可分为中央空调和分体式家用空调两大类。目前，我国多数住 宅区住户采用家用空调制冷制热，空调室外机对相邻住户的影响较大。大型 中央空调多见于写字楼、商住混合的建筑，可分为热泵和冷冻机组两种形式， 常见的噪声辐射构件为热泵、冷却塔等，如果处理不当，往往容易成为紧邻 住宅楼住户的投诉对象。 3 3 1 家用空调噪声 1 实例分析 一般认为，人们对于自身操作的设备一般不太会表现出烦恼反应，也就 是说人们对空调室内机箱的噪声反应不是很明显25 1 ，因此本文仅对分体挂壁 式空调室外机辐射的噪声加以讨论。 1 9 硕士学位论文 图3 4 为一台额定制冷输入功率1 9 2 4 w ，热泵1 8 7 5 w 的科龙分体挂壁式 房间空调器( 室外机) 在制热状态下测得的噪声频谱，其中左声道位于室外 机正前方0 5 米处，并且避开出风口，右声道位于室外机正上方o 5 位置。 分析发现，峰值频率出现于5 3 8 3 h z 处，除了8 1 7 h z 位置出现了一个声 压级超过5 0 d b 的峰值外，其他高于5 0 d b 的频率都分布在2 5 3 h z 以下的部分， 并且声压级随着频率的升高迅速下降。同时由表3 6 可以看出，8 9 1 的声 能量分布在低频范围，中、高频成分声能量所占比例极低，嗓声呈现为低频 特征。 表3 6 空调室外机( 制热) 线性声级倍频程 糟n ，_ _ 、 i 瓣 蛹n7 7 l 、 茹 几 、 l ， 。1 h “ k 2 5 n m 吨 。 - 1 虬 15 。 、k l ，： 1 j ；i 雌oi l = i 嘲i t + 舛 _ 、 型 蒸 ”豪 一一 八 0 。* 4 4 5 c ， i 5 。一 w ” 一”， f 、“i i ij1 、 ； ： 1 1 m 卵 叫。删f i l - l | r i 1