环境管理_声学环境保护概述

第9章声学环境保护 第一节概述 扰人们正常生活和工作 污染声学环境的社会公害 环境噪声 凡是不需要的 使人厌烦并对生产和生活有防碍的声音 一 环境噪声的主要特征局限性 影响范围局限性分散性 噪声源分散性暂时性 没有污染物 不积累 不持久 二 噪声源及其分类 声源 声是由物体振动而产生的 因此把振动的固体 液体和气体称为声源 声的三要素 声源 介质 接收器产生机理 机械噪声 空气动力性噪声 电磁性噪声噪声来源 工厂噪声 交通噪声 施工噪声 社会生活噪声 自然噪声 随时间变化 稳态噪声和非稳态噪声 瞬态 周期性起伏 脉冲 无规则 传播影响范围 点声源 线声源 面声源面声源 工厂噪声 施工噪声 社会噪声线声源 交通噪声点声源 单个小型设备 几何尺寸远小于噪声影响预测距离 三 环境噪声的影响 对人体生理的影响听力损伤对睡眠干扰对交谈 工作思考的干扰对人的心理影响 烦躁 感觉嘈闹 易激动 易怒对儿童的智力发育影响对动物 鸟类羽毛脱落 不下蛋 甚至内出血 直至死亡 第二节环境噪声评价 一 环境噪声评价基础知识 一 噪声的度量1 声压与声压级声压 有声波时 媒质的压力与静压的差值 单位 N m2或微巴 ubar 声压级 是声压的平方与频率为1000Hz纯声听阈声压平方比值的对数值 并取其1 10作为单位 定名为分贝 dB Lp 10 lg p2 p02 20lg p p0 基准声压p0 2 10 5N m2 1000Hz的听阈声压 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 声压级的引入 使人的听力从听阈到痛阈的范围变为0 120dB 0 20分贝很静 几乎感觉不到 20 40分贝安静 犹如轻声絮语 40 60分贝一般 普通室内谈话 60 70分贝吵闹 有损神经 70 90分贝很吵 神经细胞受到破坏 90 100分贝吵闹加剧 听力受损 100 120分贝难以忍受 一分钟即暂时致聋120分贝以上 全聋 声压级迭加 两个不同的声音叠加L1 2 L1 10lg 1 10 0 1 L1 L2 L1 L2 两个声压级之差 总是大减小N个相同声音叠加L1 2 N Lp1 10lgN 声压级L1 100分贝 L2 94分贝则合成声压级L1 2 100 10lg 1 10 0 1 100 94 101分贝 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 1Lp1 100 1Lp2 100 1Lpn 1 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 2 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L1 L2 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 L2 6dB时 L 1dB 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 例1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 例2 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 声强 在单位时间内 沿传播方向垂直通过单位面积的声能量 即单位面积上的声功率 以听阈声强I0 10 12W m2为基准 则声强级定义式为 声压级与声强级都是描述空间某处声音强弱的物理量 自由声场中 两者数值近似相等 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 以W0 10 12W为基准 声功率级可定义为 噪声频谱频率 声源在单位时间内的振动次数 单位 Hz 人耳能听到的频率范围20 20 000Hz 即可听声 低于20Hz的声音称为次声 高于20000Hz的声音称为超声 一般来说 噪声并不是单一频率的声音 而是无数频率成分的声音组合 二 环境噪声评价量 A声级 LA 噪音主要是人对声音的主观听觉感受 人耳对声音的感受不仅与声压级有关 也与频率有关 声压级相同 高频声音比低频声音响 因此 在声学测量仪器中 设置 A计权网络 使接收到声音中低频部分衰减 而高频部分不衰减甚至放大 从而使测得的噪声值较接近人耳的感觉 这样测得值单位称为A声级 等效连续A声级 定义 在声场内的一定点位上 将某一段时间内连续暴露的不同A声级变化 用能量平均的方法以A声级表示该段时间内噪声的大小后得到的声级 LpA t时刻的瞬时A声级 dB 噪声测量一般采用等间隔取样 所以等效连续A声级可计算如下 Li 第i次读取的A声级 dB N 采样次数 昼夜等效噪声级 目的 噪声在夜间对人影响更严重 所以将夜间噪声增加10dB加权处理后 再用能量平均的方法得出24h A声级的平均值 统计噪声级 当某点噪声级有较大波动时 用于描述该点噪声随时间变化状况的统计物理量 L10 取样时间内10 的时间超过的噪声级 相当于噪声平均峰值 L50 取样时间内50 的时间超过的噪声级 相当于噪声平均中值 L90 取样时间内90 的时间超过的噪声级 相当于噪声平均底值 计算方法 将测得的100个或200个数据按从大大小顺序排列 第10个或第20个数据即为L10 第50个或第100个数据即为L50 第90个或第180个数据即为L90 计权有效连续感觉噪声级 WECPNL 用于评价航空噪声 特点是既考虑了24h时间内飞机通过某一固定点所产生的总噪声级 同时也考虑了不同时间内的飞机对周围环境所造成的影响 EPNL 有效感觉噪声级的平均值 N1 7 19时的飞行次数 N2 19 22时的飞行次数 N3 22 7时的飞行次数 噪声冲击指数 NII 针对城市区域环境噪声评价中 不仅要考虑噪声对个人的影响 还要对评价区域中的人口数加以计权 这样就对不同区域的噪声影响的比较提供了依据 其中 Pi 噪声影响范围内的人口数 Wi 干扰因子 有昼夜等效声级Ldn决定 三 噪声标准 噪声标准主要分为声环境质量标准 环境噪声排放标准以及技术方法标准三类 一 我国环境噪声允许范围1980年根据生理和心理学研究 结合我国的实际情况 制定了我国环境噪声允许范围 二 城市区域环境噪声标准 GB3096 2008 按区域的使用功能和环境质量要求 声环境功能区分为以下五种类型 0类 指康复疗养区等特别需要安静的区域 1类 以居民住宅 医疗卫生 文化教育 科研设计 行政办公为主要功能 需要保持安静的区域 2类 指一商业金融 集市贸易为主要功能 或者居住 商业 工业混杂 需要维护住宅安静的区域 3类 以工业生产 仓储物流为主要功能 需要防止工业噪声对周围环境产生严重影响的区域 4类 指交通干线两侧一定距离之内 需要防止交通噪声对周围环境产生严重影响的区域 包括4a和4b两种类型 4a类为高速公路 内河航道两侧区域等 4b类为铁路干线两侧区域 GB T50087 2013工业企业噪声控制设计规范 三 听力保护标准 工业企业噪声卫生标准 GBJ87 85 三 听力保护标准 工业企业噪声卫生标准 GBJ87 85 工作环境噪声每增加3dB 工作时间就必须减少一半 噪声剂量或噪声暴露率D为 实际暴露的小时数T实除以允许暴露的小时数T 即 D T实 T 如D 1 则现场工作人员接受的噪声超过标准 如果接受的噪声不是一固定噪声级 则 D T实1 T1 T实2 T2 三 听力保护标准 工业企业噪声卫生标准 GBJ87 85 实例1 某现有企业某车间有一台机床 运转时A声级为111dB 试问工人在该噪声环境下 每日累积最长工作时间为多少 解 根据工业企业噪声卫生标准 99dB时为1小时 声级每升高3dB 工作时间缩短一半 则 111 99 12dB 12 3 4 即工作时间为1 24 1 16小时 4分钟 实例2 某工人在车床上工作 8小时定额生产140个零件 每个零件加工2分钟 车床工作时声级为93dB A 试计算噪声剂量 D 并以现有企业标准评价是否超过安全标准 解 完成定额工作量所需时间 T实 140 2 280分钟噪声剂量D 280 4 60 1 17 1 超标 四 机动车辆噪声标准 四 噪声污染控制技术 一 噪声的控制原理噪声传播的三要素 噪声源 传播途径和接受者 噪声控制原理 最根本方法是在声源上控制它 此外 可在噪声到达耳膜之前 采取阻尼 隔振 吸声 隔声 消声器 个人防护和建筑布局等七大措施 尽力减弱或降低声源的振动 或将传播中的声能吸收掉 或设置障碍 使声音全部或部分反射出去 减弱噪声对耳膜的作用 二 噪声的控制途径 1 从声源上降低噪声原则 用无声的或低噪声的工艺和设备代替高噪声的工艺和设备 提高机器加工精度 注意维修 避免或减少由于过大的磨擦和振动激发噪声改革工艺 如焊接代替铆接 液压或磨擦压力代替锤打 但许多情况下 由于技术和经济原因 直接治理声源不可能 如厂房搬迁难 提高机器性能降噪有限等 二 噪声的控制途径 2 在传播途径上控制噪声 1 吸声 声波在传播过程中发生摩擦和阻尼 能降低10 15dB 吸声材料 内部要多孔 孔孔要相连通且这些孔要与外界连通 玻璃棉 泡沫塑料 吸声砖等 吸收结构 共振吸声 薄板吸声 微孔板吸声结构等 2 隔声 使声能受到阻挡而不能直接通过 能降低10 35dB 隔声墙 隔声罩 隔声间和声屏障等 3 隔振与阻尼 防止振动能量从振源传播出去 如金属弹簧 橡胶垫等 4 消声 只能降低空气动力设备的进排气口噪声或沿管道传播的噪声 可降低20 40dB 主要有阻性 抗性及复合性消声器等 5 有源减噪 利用电子线路和扩声设备产生与噪声的相位相反的声音 来抵消原有的噪声 二 噪声的控制途径 3 在接受点阻止噪声 最后的办法上述两种方法失效后 采用的方法 主要有耳塞 耳罩 防声蜡棉和防护面具等 三 噪声控制方法 吸声消声隔声隔振与阻尼有源减噪技术 吸声技术 原理 室内声源的声波在被墙面 顶棚 地面及其他物体表面多次反射的过程中 通过吸声材料装饰在房间的内表面 或在室内悬挂吸声体 从而吸掉反射声 达到降噪的目的 多孔吸声材料吸声原理 声波进入多孔材料后 引起材料的细孔和狭缝中的空气振动 使一部分声能由于小孔中的磨擦和粘滞阻力转化成热能被吸收掉 有护面的多孔材料吸声结构空间吸声体吸声尖劈多孔吸声材料对高频噪声吸收效果好 对于低频噪声 必须大大增加材料厚度 共振吸声结构穿孔板共振吸声结构 在金属板 薄木板上穿一些孔 并在它后面设置空腔 薄板共振吸声结构穿孔板共振吸声结构微穿孔板吸声结构针对穿孔板吸声频率选择性强 吸声频带窄的问题而开发 多孔吸声棉 穿孔吸声板 微穿孔吸声板 吸声劈尖 消声 消除空气动力性噪声的方法 消声器就是阻止或减弱噪声传播而允许气流通过的一种装置 阻性消声器抗性消声器阻抗复合消声器微穿孔板消声器 阻性消声器 利用吸声材料消声 将吸声材料固定在气流流动的管道内壁 或者把它按一定方式在管道内排列组合构成 声波进入后 一部分声能被吸声材料吸收而消声 抗性消声器 对低中频噪声效果好 耐高温和气体侵蚀 一般用于汽车 摩托车 内燃机的消声 扩张室 共振 弯头 屏障 穿孔片等组合 阻抗复合消声器 既有吸声材料 又有共振腔 扩张室等滤波元件的消声器 微穿孔板消声器 隔声技术 把发声物体或需要安静的场所封闭在一个小的空间内 使它与周围环境隔绝的方法 隔声罩隔声间隔声屏 隔振与阻尼 隔振 防止机械基础与其他结构的刚性连接 机器基础与