（环境工程专业论文）环境噪声预测模式的探讨与软件设计.pdf

环境噪声预测模式的探讨与软件设计 摘要 随着工业 交通事业的快速发展以及人们对环保意识和环境质量要求的提 高 环境噪声问题已成为一项严重影响人们生活 学习和身心健康的环境问题 各种噪声问题也日益得到重视 因此在项目建设之前进行环境噪声的预测是十 分重要且可行的 本文探讨了噪声环境影响评价中常涉及到的室外点声源 道路交通噪声 铁路噪声和飞机噪声预测模式的原理 然后对软件所包含的模块和各模块的功 能及使用作了介绍 在此基础上 选取贵广二回直流工程极2 系统调试一宝安 换流站噪声预测作为室外固定点声源噪声预测的实例 建立噪声传播模型 分 别用倍频带声压级与a 声级数据进行预测 并将预测值与现场实测值以及丹麦 b k 噪声预测软件p r e d i c t o rt y p e7 8 1 0 的预测值进行对比 结果表明 两种预 测方法的预测精度都是较高的 且用倍频带方法预测的精度要高于用a 声级方 法预测的精度 该预测作为 十一五 科技支撑计划 特高压输变电开发与示范 项目的子项目 8 0 0 k v 直流系统可听噪声计算软件的开发 的一部分 对该项 目的开展和实施具有较大的现实意义 在理论探讨和实际问题的应用中 发现了上述噪声预测模式的不足之处 并对其中的一些做了适当的修正 使预测做到更精确 对一些暂不能解决的方 面 将其作为问题提出 关键词 环境噪声 预测 点声源 交通噪声 铁路噪声 飞机噪声 r 盯1 一 ln e1 1 i s c u s s i o no le n v i r o n m e n t a ln o l s ep r e d i c t i n 2 m o d ea n dt h ed e s i g no ft h ep r e d i c t i n gs o f t a b s t r a c t w i t ht h ef a s td e v e l o p m e n to fu r b a ni n d u s t r ya n dt r a f f i c n o i s eh a s b e e nas e r i o u se n v i r o n m e n t a lp r o b l e mw h i c he f f e c t sp e o p l e sl i f e s t u d ya n dh e a l t h t h en o i s e p o l l u t i o np r o b l e mh a sb e e na t t a c h e di n c r e a s i n gi m p o r t a n c e t h e c a l c u l a t i o no fe n v i r o n m e n t a ln o i s ei sv e r yi m p o r t a n ta n dp r a c t i c a b l e i nh i sp a p e r w ed i s c u s st h ep r i n c i p l eo ft h eo u t d o o rp o i n ts o u r c ea sw e l la s r o a dt r a f f i ca n dr a i l w a yn o i s ea n da i r p l a n en o i s ep r e d i c t i n gm o d et h a ti so f t e nu s e d i ne n v i r o n m e n t a ln o i s ei m p a c ta s s e s s m e n t t h e nw ei n t r o d u c et h em o d ei n c l u d i n g i nt h ep r e d i c t i n gs o f ta n dt h ef u n c t i o na sw e l la su s eo ft h ee a c hm o d e o nt h i sb a s e w et a k et h eb a o a nc o n v e r t e rs t a t i o nf o re x a m p l eo fo u t d o o rp o i n ts o u r c ep r e d i c t i n g m o d e w h i l ee s t a b l i s h i n gp r o p e rs o u n db r o a d c a s tm o d e lt op r e d i c tt h e e n v i r o n m e n t a ln o i s eb ym e a n so fo c t a v es o u n dp r e s s u r el e v e la n da w e i g h t e d s o u n dp r e s s u r el e v e l t h er e s u l t sw i l lb ec o m p a r e dw i t ht h er e s u l t sw h i c hi s p r a c t i c a l l ym e a s u r e da n dr e s u l t sp r e d i c t i n gb yt h eb k p r e d i c t o rt y p e7 810s o f t t h er e s u l t ss h o wt h a tt h ep r e c i s i o no ft h et w op r e d i c t i n gm e t h o d si sb o t hr e l a t i v e l y h i g h a n dt h er e s u l t sp r e d i c t i n gb yo c t a v es o u n dp r e s s u r el e v e li sm o r ep r e c i s et h a n b ya w e i g h t e ds o u n dp r e s s u r el e v e l a st h ep a r to ft h eh e a r a b l en o i s ep r e d i c t i n g s o f t c a m p a i g ni n 8 0 0 k vd cs y s t e mw h i c hi s s u b o r d i n a t et ou h vp o w e r t r a n s m i s s i o na n dt r a n s f o r m a t i o nc a m p a i g na n dd e m o n s t r a t i o np r o j e c ts u p p o r t e db y o u t l i n eo ft h ee l e v e n t hf i v e y e a rp l a n i ti so fg r e a ts i g n i f i c a n c et ot h ei m p l e m e n t o ft h ep r o j e c t i nt h ed i s c u s s i o no ft h et h e o r ya n dt h ea p p l i c a t i o no ft h ep r a c t i c a li s s u e s w e f i n dt h ei n a d e q u a t ei nt h ep r e d i c t i n gm o d e sa b o v e a n dw eh a v em a d es e v e r a l a m e n d m e n t so nt h e mt om a k et h ep r e d i c t i o nm o r ep r e c i s e l y f o rt h er e s p e c t sw h i c h c a nn o tb es o l v e da tt h em o m e n t w eb r i n gf o r w a r dt h e ma si s s u e s k e y w o r d e n v i r o n m e n t a ln o i s e p r e d i c t i o n p o i n ts o u n ds o u r c e r o a dt r a f f i c n o i s e r a i l w a yn o i s e a i r p l a n en o i s e 插图清单 图3 1 在声源s 与受声点r 间屏障的几何图形 1 4 图3 2 声屏障与声源 预测点相对位置示意图 一1 5 图3 3 双绕射屏障示意图 1 6 图3 4 确定地面衰减的三个不同区域 1 7 图3 5 估计平均高度见的方法 1 8 图3 6 反射体修正示意图 1 9 图3 7 弯曲顺风及通过树叶传播的衰减示意图 1 9 图3 8 通过工业场所传播的衰减示意图 2 0 图3 9 有限长线声源示意图 2 1 图3 1 0 有限路段的修正示意图 2 2 图3 1 1 道路坡度对汽车噪声的影响 2 3 图3 1 2 声屏障示意图 2 4 图3 1 3 声源 受声点间连线到地面的平均高度示意图 一2 4 图3 1 4 典型飞行剖面示意图 一2 8 图3 1 5 飞行斜距计算示意图 2 8 图3 1 6 大客车的源强噪声 速度分布图 3 0 图3 1 7 大卡车的源强噪声 速度分布图 3 0 图3 1 8 中客车的源强噪声 速度分布图 3 0 图3 1 9 中卡车的源强噪声 速度分布图 3 0 图3 2 0 小型车的源强噪声 速度分布图 3 0 图4 1 软件模块组成示意图 3 2 图4 2 噪声预测软件主界面图 3 3 图5 1 室外固定点声源噪声预测流程图 3 5 图5 2 点声源基本公式输入示意 3 6 图5 3 几何发散衰减计算示意图 3 7 图5 4 大气吸收衰减计算示意图 3 7 图5 5 声屏障衰减计算示意图 3 8 图5 6 地面效应衰减计算示意图 3 8 图5 7 室外固定点声源计算结果示意图 3 9 图5 8 公路交通噪声预测流程图 一4 0 图5 9 三种车型共用参数的输入 4 l 图5 1 0 小型车参数的输入 4 1 图5 1 1 中型车参数的输入 4 2 图5 1 2 大型车参数的输入 4 2 图5 1 3 公路交通噪声计算结果示意图 4 3 图5 1 4 铁路噪声预测流程图 4 3 图5 1 5 铁路噪声预测计算示意图 4 4 图6 1y y 换流变压器示意图 4 6 图6 2y 换流变压器示意图 4 7 图6 3预测模型示意图 4 7 图6 4y y 换流变压器噪声频谱图 4 8 图6 5y 换流变压器噪声频谱图 4 8 图6 6 采用倍频带方法预测时 某预测点计算流程图 5 0 图6 7 采用a 声级方法预测时 某预测点计算流程图 5 4 图6 8b kp r e d i c t o rt y p e7 8 1 0 预测声场分布图 5 6 图6 9 各种预测方法的预测误差对比 5 7 表格清单 表2 1 各类厂界噪声标准值 等效声级l d b 9 表2 2 城市各类区域环境噪声最高限值 等效声级l d b 1 0 表3 1 倍频带噪声的大气吸收衰减系数a 的确定 1 4 表3 2 用于计算地面分衰减彳 么 彳m 的表达式 1 7 表3 3 反射体修正值 1 9 表3 4 倍频带噪声通过密叶距离巩传播时的衰减 2 0 表3 5 倍频带噪声通过工厂设备传播的衰减系数 2 0 表3 6 车型分类 2 2 表3 7 常见路面噪声修正值 2 3 表3 8 交叉路口的噪声附加值 2 6 表6 1 各声源的倍频带声压级值 d b a 4 8 表6 2 各声源在预测点a 产生的倍频带声压级 d b a 5 1 表6 3 各声源在预测点b 产生的倍频带声压级 d b a 5 1 表6 4 各声源在预测点c 产生的倍频带声压级 d b a 5 i 表6 5 各声源在预测点d 产生的倍频带声压级 d b a 5 2 表6 6 各声源在预测点e 产生的倍频带声压级 d b a 5 2 表6 7 各声源在预测点f 产生的倍频带声压级 d b a 5 2 表6 8 各声源在各预测点产生的a 声级 d b a 5 3 表6 9 倍频带预测法在各预测点预测a 声级及与实测值的误差 d b a 5 3 表6 1 0 各声源在各个预测点产生的a 声级 d b a 5 4 表6 1 1a 声级预测法在各预测点预测a 声级及与实测值的误差 d b a 5 5 表6 1 2b kp r e d i c t o rt y p e7 8 1 0 预测值 d b a 5 5 表6 1 3p r e d i c t o r t y p e7 8 1 0 在各预测点预测a 声级及与实测值的误差 d b a 5 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果 据我所知 除了文中特别加以标注和致谢的地方外 论文中不包含其他人已经发表或撰写过 的研究成果 也不包含为获得佥g 曼工些盔堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材 料 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢 意 学位论文作者签名 傣 嚷窃 签字日期 讼幺年莎月6 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解金月曼王些盔堂有关保留 使用学位论文的规定 有权保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘 允许论文被查阅和借阅 本人授权尘 g 曼王些盔堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索 可以采用影印 缩印或扫描等复制手段保存 汇编学位论文 保密的学位论文在解密后适用本授权书 学位论文作者毕业后去向 工作单位 通讯地址 导师签名 签字日期 2 矿护牙年彳月多日 电话 邮编 卫了 婚日 z 叫 6 o 铍 月 l d 名 年 签 髟 者 睹 y 文 期 论 日 位 字 学 签 致谢 值此论文完成之际 回顾在合肥工业大学求学的七年风雨历程 特别是研 究生学习的这三年时光 艰辛的求学之路让我难以忘怀 而众多老师 同学 朋友和亲人对我的指导 关心和支持则使我永生难忘 首先衷心感谢我的导师一一李志远教授在我攻读硕士学位的三年时间内给 予我的亲切关怀和悉心培养 李老师严谨认真的治学态度和对学术孜孜追求的 精神深深影响了我 他渊博的学识和对学术问题的独到见解 对研究课题的敏 锐发现和研究方向的准确把握 都体现了很高的学术素养 从开始收集与本论文相关资料 一直到论文的完成 李老师都给予了我无 私的指导和帮助 在选题 开题及完成论文的每一个阶段 李老师都严格把关 并在课题的研究思路上给以具有建设性的意见 对论文的审阅也同样耐心细致 大到论文的框架 小到一个知识点 李老师都是一样细心批阅纠正 同时李老 师也是我生活中的老师 他对人的平和 亲切 对学生的关心爱护 教会了我 坦诚热情的待人处事方式 衷心感谢刘正士教授 许滨高工 陈品老师给予我的支持和帮助 衷心感谢李进春 张家库 田红周 汤海娟 沈慧 王慧 张艾华等师兄 弟提出的宝贵意见和帮助 还要感谢我在合肥工业大学学习 生活中所有认识 和给予过我帮助的老师 领导 同学和朋友们 最后还要特别感谢我的父母 是他们不辞劳苦 任劳任怨的辛勤付出给予 了我精神和物质上的支持 使我最终得以完成学业 作者 廖俊彦 2 0 0 8 年5 月2 0 日 第一章绪论 1 1 前言 噪声是一类引起人烦躁 或音量过强而危害人体健康的声音 从环境保护 的角度看 凡是影响人们正常学习 工作和休息的声音凡是人们在某些场合 不 需要的声音 都属于噪声n 1 噪声污染主要来源于工业生产 建筑施工 交 通运输和社会生活中等 我们国家制定的 中华人民共和国环境噪声污染防治 法 中把超过国家规定的环境噪声排放标准 并干扰他人正常生活 工作和学 习的现象称为环境噪声污染心1 现代城市中环境噪声有四种主要来源 1 1 交通噪声 主要指的是机动车辆 飞机 火车和轮船等交通工具在运 行时发出的噪声 这些噪声的噪声源是流动的 干扰范围大 2 工业噪声 主要指工业生产劳动中产生的噪声 主要来自机器和高速 运转设备 3 建筑施工噪声 主要指建筑施工现场产生的噪声 在施工中要大量使 用各种动力机械 要进行挖掘 打洞 搅拌 要频繁地运输材料和构件 从而 产生大量噪声 4 社会生活噪声 主要指人们在商业交易 体育比赛 游行集会 娱乐 场所等各种社会活动中产生的喧闹声 以及收录机 电视机 洗衣机等各种家 电的嘈杂声 这类噪声一般在8 0 分贝以下 如洗衣机 缝纫机噪声为5 0 8 0 分贝 电风扇的噪声为3 0 6 5 分贝 空调机 电视机为7 0 分贝 噪声对人有如下的危害h 1 1 影响睡眠和休息 噪声会影响人的睡眠质量 当睡眠受干扰而不能入 睡时 就会出现呼吸急促 神经兴奋等现象 长期下去 就会引起失眠 耳鸣 多梦 疲劳无力 记忆力衰退等 2 损害人的听力 噪声可以造成人体暂时性和持久性听力损伤 一般来 说 8 5 分贝以下的噪声不至于危害听觉 而超过1 0 0 分贝时 将有近一半的人 耳聋 3 引起人体其他疾病 一些实验表明噪声对人的神经系统 心血管系统 都有一定影响 长期的噪声污染可引起头痛 惊慌 神经过敏等 甚至引起神 经官能症 噪声也能导致心跳加速 血管痉挛 高血压 冠心病等 极强的噪 声还会导致人死亡 4 干扰人的正常工作和学习 当噪声低于6 0 分贝时 对人的交谈和思维 几乎不产生影响 当噪声高于9 0 分贝时 交谈和思维几乎不能进行 它将严重 影响人们的工作和学习 正因为噪声的来源广 危害大 人们对噪声的重视程度日益增加 而作为 新建 改建和扩建建设项目的防治污染和其他公害的设施和其他环境保护设施 必须与主体工程同时设计 同时施工 同时投产的 三同时 原则中的设计阶 段 噪声预测评价是环境评价工作中十分重要的 同时也是很薄弱的一个环节 原因在于目前从事环境噪声研究的人员较为缺乏 相关人员对噪声预测工作的 不熟悉 以及我国尚未有自行开发的环境噪声评价软件 3 而噪声预测作为治 理噪声污染的先决条件 它对于从根本上降低噪声污染有一定的指导意义 如果 在项目建设前能够大致知道噪声对周围环境的危害程度 这将有利于项目的优 化设计 并在满足环保标准的条件下 对各噪声源的选择提出合适的要求 可 以控制项目的建设成本 并降低后期的环保投资哺1 1 2 课题的研究意义 1 目前 我国各城市的环保部门都在建立自己的环评机构 这需要大量 的噪声预测计算软件 但直到目前为止 我国仅有宁波环科院开发的 噪声环 评助手e i a n 一款噪声预测软件 我国的环评软件市场几乎全被德国 b r a u n s t e i b e r n d t 公司的s o u n d p l a n 软件 丹麦b k 公司的l i m ap l u s 软件 以及德国d a t a k u s t i k 公司的c a d n aa 软件所占领 一套完整版s o u n d p l a n 软件 售价约4 万欧元 而一套l i m ap l u s 软件也要4 万多美元 在我国 仅s o u n d p l a n 软件已售出近百套 l i m ap l u s 软件也在北京 上海 苏州等地的环境监测部 门广泛使用 而c a d n aa 软件则是经我国国家环保总局认证并推荐的软件 可 见 我国当前的状态是有着广阔的应用市场却缺乏合适的国产软件产品 博 2 由于噪声预测设计到较多的声学理论 如何改进和完善现有的噪声预 测原理 提出更加合理的噪声预测计算方法 也是我国当前噪声预测软件开发 所面临的重点和难点问题 3 换流站中各种噪声源较多 且声场较为复杂 若能在工程建设前期将 噪声对周围环境的影响作出预测 并通过预测结果对项目的建设提出改进 则 能在项目完成后收到良好的环境和社会效益凹 1 0 1 预计此项目的完成 不仅能用具有我国自主知识产权的环境噪声预测计算 软件取代国外软件完成特高压直流输电变电站等电网声源的可听噪声的预测 而且可以推广到其它领域使用 从而带来很大的经济和社会效益 1 3 国内外环境噪声预测软件研究现状 上世纪7 0 年代中期 丹麦 挪威 瑞典和芬兰北欧四国的声学工作者联合 对工厂辐射的环境噪声预测进行了长达十年的研究 提出了s t u e b e r 预测模式 在此基础上 德国的一些公司于8 0 年代后期分别研制了w o r f e lm e b s y s t e m e i m m i 的噪声预测计算软件 其中b r a u n s t e i n b e r n d t 公司开发的s o u n d p l a n 软 件是用于进行工厂内外噪声评估和大气污染评估的集成软件 2 0 世纪初期 丹 2 麦b k 公司推出了更为复杂的l i m ap l u s 环境噪声计算软件 b k 7 8 1 2 a b c 德国d a t a k u s t i k 公司推出了图形功能更为强大的c a d n aa 环境噪声预测与评价软件 同时 美国 日本等工业发达国家也开发了各自的 噪声计算软件 例如美国的i n s u l 6 但欧洲的软件在国内外应用的较多u 此外 欧洲各国还十分重视噪声辐射标准的制定工作 德国从7 0 年代开始 就制定了 工业建筑物噪声辐射 v d l 2 7 5 7 户外声传播 v d l 2 7 1 4 以 及d i n 4 5 6 8 7 等一系列标准 欧盟以及国际标准化组织也颁布了相应的指令和 标准 如e n v i r o n m e n t a ln o i s ed i r e c t i v e 2 0 0 2 4 9 e c i s 0 9 613 等 引 1 9 9 6 年 我国原机械工业部第一设计院按照s t u e b e r 预测模式设计了一个 用于工厂车间噪声预测的计算软件 但由于此软件的局限性较大 没有在国内 推广使用开 2 0 0 0 年至2 0 0 1 年 宁波环境科学研究所按照 声环境影响评价 技术导则 编制了一个城市环境噪声预测软件 但其功能十分简单 预测误差 也较大n 3 3 我国对于噪声计算软件的研究设计工作与国外的软件工作相比 存在着很 大的差距 尤其是针对特高压直流输电工程系统中的变电站等电力设备以及电 力建筑的环境噪声进行预测分析计算的软件研究工作更是缺乏 在安顺 肇庆 两地变电站 贵广输电工程的一期工程 建设之前进行的环境噪声预测计算 就是委托德国西门子公司采用w o r f e lm e l s y s t e m ei m m i5 0 版本软件进行预测 的 也就是说 直到目前为止 我国仍无具有实用价值和具有自主知识产权的 环境噪声预测计算软件 同样 我国相应的标准制定工作也相对滞后 如我国 标准 户外声传播衰减 g b t 1 7 2 4 7 2 0 0 0 等系列标准就是从i s 0 9 6 1 3 1 9 9 3 翻译过来的等效标准 国外软件在研制中十分重视计算模型的建立 快速计算方法的创新和软件 绘图 管理功能便捷 有的还与g i s 平台和g p s 等新技术密切结合n 们n 引 但 是 国内 外的诸多软件都存在着一个共同的问题 就是软件中缺少典型噪声 源的频谱数据库 这些软件在预测计算时 是把声源的噪声作为一个数值输入 到计算模型中进行计算 这样就影响了预测计算的精度 事实上 声源的噪声 值是频率的函数 而不同频率的声音在传播过程中的衰减是完全不同的 这在 直流输电工程系统中的等电力设备与建筑的环境噪声进行预测分析计算中是十 分重要的 1 4 本文的主要研究内容 本文的主要研究内容为 1 对噪声预测软件所涉及的理论基础的探讨 并对其中的不足之处提出 自己的见解 2 环境噪声预测软件的组成模块及各模块功能的说明 3 环境噪声预测软件的设计以及使用说明 4 以国家 十一五 科技支撑计划 特高压输变电开发与示范刀项目的 子项目 8 0 0 k v 直流输电系统可听噪声计算软件的开发 中宝安换流站换流 变压器的环境噪声预测为实例 建立室外固定点声源预测模型进行分析计算 将结果与国外主流噪声预测软件预测结果对比 以验证作者所编写的软件的精 确性 并在此基础上对该预测模式进行相关探讨 1 5 本章小结 本章首先阐述了噪声的定义 来源和对人的危害 然后分析了本课题的研 究意义及国内外的研究现状 并在此基础上提出了本文的主要研究内容为 探 讨环境噪声预测的理论基础 对其中的不足之处进行分析和讨论 论述环境噪 声预测软件的组成模块 相关功能 设计和使用 通过实例对其中的固定点声 源预测模块进行分析与讨论 4 第二章环境噪声的常用评价量及其标准 为了对环境噪声及其影响进行测量和分析 本章主要将给出环境噪声的测 量方法和常用噪声评价量及其标准 2 1 声音的计量 为了便于对环境噪声的研究 下面介绍噪声评价中常用的声压 声强 声 压级和声功率级的定义 2 1 1 声压 当没有声波存在时 空气处于静止状态 这时的大气压强为一个大气压 当有声波存在时 局部空气被压缩或发生膨胀 形成疏密相间的空气层向外扩 展 被压缩的地方压强增加 产生膨胀的地方压强减小 这样就在大气压上叠 加了一个压力变化 这个加上去的压力是由声波引起的 所以称为声压 常用 p 表示 衡量声压大小的单位常采用国际单位制中的帕斯卡 简称帕 用尸a 表 示 声场中某空间点声压p 随时间t 的变化称为瞬时声压p 当声音传入人耳 后 由于鼓膜的惯性作用 人耳实际上辨别不出声压的起伏 即人耳听到的声 音不是瞬时声压值作用的结果 而是一个有效声压值 有效声压是一段时间内 瞬时声压的均方根值 即 p 2 1 式中 t 为周期的整数倍或长到不影响计算结果的程度 对于正 余弦声 波 有效声压p p 互 岛为声压幅值 在实际应用中 如不另加说明 我 们所说的声压通常是指有效声压n 刮 2 1 2 声强 声场中某点处 与声波传播方向垂直的单位面积尚在单位时间内通过的声 能称为瞬时声强 它是一个矢量 在指定方向栉的声强厶等于i l 对于稳态 声场 声强是指瞬时声强在一定时间t 内的平均值 对于平面声波n 们 p p o e 2 2 式中 协为声压的有效值 p d 为空气密度 c 为空气中的声速 2 1 3 声功率 声源在单位时间内发射的总能量称为声功率 单位为瓦 w 对于平面声 波 1 引 矿 坩 2 3 式中 7 为声强的有效值 s 为平面声波波阵面的面积 2 1 4 声压级 由于声音的强度变化范围相当宽 从听域到痛域声压绝对值相差i 0 0 万倍 用声压绝对值表示声音很不方便 另一方面人耳对声音的感觉并不正比于强度 的绝对值 而更加接近正比于其对数值 因此在声学中采用对数坐标 由于对 数是无量纲的 因此用对数标度时必须选定基准量 然后对被量度量与基准量 的比值求对数 这个对数值称为被量度量的 级 如果所取对数是以1 0 为底 则级的单位为贝尔 b 由于贝尔的单位过大 故将1 贝尔分为1 0 档 每一档 的单位称为分贝 d b n6 1 声压级常用三d 表示 定义为 乙 1 0 l g j p 2 2 0 l g 去 2 4 式中 p 一一被量度声压的有效值 p a p o 一一基准声压 p o 2 x l o p a 2 1 5 声功率级 声功率级用三 表示 定义为 驴1 0 l g 丢 2 5 式中 f 卜一被度量的声功率的平均值 w 觋一一基准声功率 1 0 2 w 对于确定的声源 其声功率是不变的 在对声源进行测量时 如果能够准 确测定其声功率 将大大增加噪声预测的精度 但由于在实际的工作中 测定 声源的声功率级是十分困难的 因此一般是测定距离声源一定距离乃处 参考 点 的声压级 然后根据参考点处的声压级预测距离声源乃处 预测点 的声 压级 7 1 预测公式为 l p l a 一2 0 1 9r 2 2 6 式中 一一距离声源n 处的声压级 d b 凸一一距离声源厂j 处的声压级 d b 乃一一参考点距声源的距离 m 露一一预测点距声源的距离 i i l 6 2 2 声源及声场特性 在空间中存在声波的区域称为声场 声场包括自由声场和混响声场 在声 场中 同一时刻相位相同的振动质点所构成的曲线叫做波阵面 根据声波传播 时波阵面的形状不同可以将声波分成平面声波 球面声波和柱面声波等类型 相应的声源称为面声源 点声源和线声源n 别 2 2 1 声源的种类和特点 1 面声源 面声源发出的声波的波阵面是垂直于传播方面的一系列平面 称其为平面 声波 通常可以将各种远离声源的声波近似地看成平面声波n 引 平面声波的波 动方程为 p x f p oc o s a z g x 2 7 平面声波的特点为振幅为定值 2 点声源 当声源的几何尺寸比声波波长小得多时 或者测量点离开声源相当远时 则可以将声源看成一个点 称为点声源 在各向同性的均匀媒质中 从一个表 面同步胀缩的点声源发出的声波是球面声波 也就是在以声源点为球心 以任 何r 值为半径的球面上声波的相位相同n 钉 球面声波的波动方程为 p p r f 卫c o s 耐一k r 2 8 球面声波的特点为振幅为振幅与传播距离成反比 3 线声源 波阵面是同轴圆柱面的声波称为柱面声波 其声源一般可视为 线声源 严格意义上的线声源是极少的 一列较长的列车 公路上无限长的车队 长输 送管道等 可以近似地看成线声源 最简单的线声源发出的柱面声波 其声场 与坐标系的角度和轴向长度无关 仅与径向半径r 相关n 引 于是波动方程为 厂f p 兰r 嘉c o s 耐一b 2 9 柱面声波的特点为振幅随径向距离的增加而减少 与距离的平方根成反比 2 2 2 声场的种类和特点 当声源放置在空旷的户外时 声源周围空间只有从声源向外辐射的声能 为自由声场 情况比较简单 当声源放置在室内时 受声点除了接收直接从声 源辐射的声能外 还受到房间壁面及房间中其它物体反射的声能 情况就复杂 得多 为便于分析研究 通常将房间内的声场分解为两部分 直达声场和混响 声场 1 1 直达声场 从声源直接到达受声点形成的声场叫直达声场 设点声源的声功率是阢 在距点声源r 处 直达声的声强为 盟 2 1 0 上膏一 v 7 4 1 0 式中 q 一一指向性因子 当声源置于自由场空间 q i 置于无穷大刚性 平面上 则点声源发出的全部能量只向半自由场空间辐射 因此同样距离处的 声强为无限空间的情况的两倍 q 2 声源放置在两个刚性平面的交线上 全 部声能只能向1 4 空间辐射 q 4 点声源放置于三个刚性反射面的交角上 q 8 2 混响声场 经过房间壁面一次或多次反射后到达受声点的反射声形成的声场叫混响 声场 声音不断从声源发出 又经过壁面及空气的不断吸收 当声源在单位时 间内发出的声能量等于被吸收的声能 房间的总声能就保持一定 若这时候房 间内声能密度处处相同 而且在任一受声点上 声波在各个传播方向作无规分 布的声场叫扩散声场 2 3 常用的噪声评价量 噪声评价的目的是为了有效地提出适合于人们对噪声反应的主观评价量 噪声评价量的建立必须考虑到噪声对人们影响的特点 各类噪声不仅具有不同 的强度 不同的频谱 也具有不同的时间特性 因此 要选择适当的评价量来 评价它们 本节介绍评价环境噪声常用的评价量 2 3 1 计权声级和计权网络 由于人耳对于不同频率的声波反应的敏感程度是不一样的 人耳对于高频 声音 特别是频率在1 0 0 0h z 5 0 0 0h z 之间的声音比较敏感 而对于低频声音 特别是对1 0 0 h z 以下的声音不敏感 即声压级相同的声音会因为频率的不同而 产生不一样的主观感觉 为了使声音的客观量度和人耳的听觉主观感受近似取 得一致 通常对不同频率声音的声压级经某一特定的加权修正后 再叠加计算 可得到噪声总的声压级 此声压级称为计权声级n 1 计权网络是近似以人耳对纯音的响度级频率特性而设计的 通常采用的有 a b c d 四种计权网络 目前a 计权已被所有管理机构和工业部门的管理 条例所普遍采用 成为最广泛应用的评价参量 2 3 2 等效连续a 声级 等效连续a 声级又称连续a 声级 通常用l 叼表示 单位d b a 它是a 计 权能量在整个测量周期上平均的声级 等效于一个连续稳定的噪声作用在测量 周期内 此稳定噪声和实际起伏噪声具有相同a 计权能量n 3 等效声级的表达式 为 铲川g 专p 以 亿 式中 卜一噪声暴露时间 厶一一在时间t 内某一时刻的a 声级 d b a 2 4 环境噪声评价标准 前面介绍了常用的噪声评价量 采用这些评价量 可以从各个方面描述噪 声对人的影响程度 但安静的工作生活环境与现实环境往往有很大差距 因此 必须对环境噪声加以限制 从保护人的身心健康和工作生活环境角度出发 制 定出噪声的允许限值 这样就形成环境噪声标准和法规 下面介绍环境噪声影 响评价中常用的环境噪声标准 2 4 1 噪声排放标准 工业企业厂界噪声标准 是我国在1 9 9 0 年颁布实施的 用于控制极有可 能造成噪声污染的企业事业单位对外界环境噪声的排放 在 工业企业厂界噪 声标准 g b l 2 3 4 8 中规定了四类区域的厂界噪声的标准值 表2 1 四类标 准的适用范围规定如下晗 i 类标准适用于以居住 文教机关为主的区域 类标准适用于居住 商业 工业混杂区及商业中心区 类标准适用于工业区 类标准适用于交通干线道路两侧区域 一一室兰 鱼耋 墨堕蔓堡壅堡 竺塾重墼生1 9 塑里 类别 昼间夜间 标准中规定昼间和夜间的时间由当地人民政府按当地习惯和季节变化划 定 对夜间突发噪声 标准中规定对频繁突发噪声其峰值不准超过标准值1 0 d b 9 对偶然突发噪声其峰值不准超过标准值1 5 d b 对工业企业厂界噪声的监测 按 工业企业厂界噪声测量方法 g b t 1 2 3 4 9 执行 2 4 2 环境质量标准 本文在实例分析过程中参照的环境质量标准为 城市区域环境噪声标准 该标准是我国在1 9 8 2 年颁布试行 并经一段时间的试用修订 在1 9 9 3 年正式 颁布实施的 在 城市区域环境噪声标准 g b 3 0 9 6 中规定了城市五类区域 的环境噪声的最高限值 表2 2 五类标准的适用区域为心 0 类标准适用于疗养区 高级别墅区 高级宾馆区等特别需要安静的区域 位于城郊和乡村的这一类区域分别按严于0 类标准5 d b 执行 l 类标准适用于以居住 文教机关为主的区域 乡村居住环境可参照执行 该类标准 2 类标准适用于居住 商业 工业混杂区 3 类标准适用于工业区 4 类标准适用于城市中的道路交通干线道路两侧区域 穿越城区的内河航 道两侧区域 穿越城区的铁路主 次干线两侧区域的背景噪声限值 指不通过 列车时的噪声水平 也执行该类标准 类别 昼间夜间 昼间和夜间时间的划分 通常认为7 0 0 2 2 0 0 为昼间 2 2 0 0 w 7 0 0 为夜 间 但由于我国幅员辽阔 各地习惯有较大差异 因此标准中规定昼间和夜间 的时间由当地人民政府按当地习惯和季节变化划定 对城市区域环境噪声的监测 按 城市区域环境噪声测量方法 g b t 1 4 6 2 3 执行 2 5 噪声测量方法 2 5 1 机器噪声的现场测量 机器噪声的现场测量应遵照各有关测试规范进行 包括国家标准 部颁标 l o 准 行业规范 必须设法避免或减小环境的背景噪声和反射声的影响 如使测 点尽可能接近机器声源 除待测机器外尽可能关闭其他运转设备 减少测量环 境的反射面 增加吸声面积等 对于室外或高大车间内的机器噪声 在没有其 他声源影响的条件下 测点可选得远一点 一般情况下可按如下原则选择测点 小型机器 外形尺寸小于0 3 m 测点距表面o 3 m 中型机器 外形尺寸在0 3 1 m 测点距表面0 5 m 大型机器 外形尺寸大于l m 测点距表面1 m 特大型机器或有危险性的设备 可根据具体情况选择较远位置为测点 测 点数目可视机器的大小和发声部位的多少选取4 6 8 个等 测点高度以机器 半高度为准或选择在机器轴水平线的水平面上 传声器对准机器表面 测量a c 声级和倍频带声压级 并在相应测点上测量背景噪声曙 2 5 2 道路交通噪声测量 根据国标g b t 3 2 2 2 9 4 声学一环境噪声测试方法 的规定 测量道路交 通噪声的测点应选在市区交通干线一侧的人行道上 距马路沿2 0 c m 处 此处 距两交叉路口应大于5 0 c m 交通干线是指机动车辆每小时流量不小于1 0 0 辆的 马路 这样该测点的噪声可用来代表马路1 2 1 见该段马路的噪声 同时记录不同 车种车流量 辆 h 测量结果可参照有关规定绘制交通噪声污染图 并以全全 市各交通干线的等效声级和统计声级的算术平均值 最大值和标准偏差来表示 全市的交通噪声水平 并用作城市间交通噪声的比较 交通噪声的等效声级和 统计声级的平均值应采用加权算术平均式来计算 交通噪声的声级起伏一般能很好的符合正态分布 这时等效声级可用累计 百分数声级与等效连续a 声级之间的近似关系计算 为慎重起见 一般常用作 正态概率坐标图的方法来验证升级的起伏是否符合正态分布比 2 6 本章小结 本章首先给出了噪声的一些声学基本计量的定义 包括声压 声强 声功 率 声压级和声功率级等 其次对面声源 点声源和线声源以及自由声场和混 响声场的种类和特点作了分析 然后给出了与环境噪声影响评价有关的常用的 噪声评价量 包括计权声级 计权网络和等效连续a 声级等 接着对本文中软 件模块中所涉及到的噪声排放标准和环境质量标准作了阐述 最后介绍了和本 课题有关的噪声测量方法 即机器噪声和道路交通噪声的测量方法 第三章环境噪声预测计算模式探讨 在环境噪声预测中 按照声源的流动特性可将声源分为固定声源和流动声 源 流动声源又包括汽车 铁路 飞机等交通工具 在对环境作噪声影响评价 工作时必须先明确声源及传播过程中的声波特性 因此本章将对噪声预测软件 所采用的计算模式作详细研究 3 1 固定声源预测计算模式 声环境影响预测中 一般采用声源的倍频带声功率级 a 声功率级或靠近 声源某一位置的倍频带声压级 a 声级来预测计算距声源较远处的预测点的声 级 在环境影响评价中可根据预测点和声源之间的距离 将实际声源简化为点 线 面声源计算 3 1 1 单个室外声源预测计算模式 1 点声源基本公式 如已知声源的倍频带声功率级 预测点位置的倍频带声压级k 可按 3 一1 式计算 2 1 m 引 l o d 三咖 d c 一 4 跏 以加 4 2 r 4 附 4 妇 3 1 式中 k 由点声源产生的倍频带声功率级 d b 口 指向性校正 d b 它描述点声源的等效连续声压级与产 生声功率级三 的全向点声源在规定方向的级的偏差程度 指向性校正等于点声 源的指向性指数d 加上计及到小于4 兀球面度 s r 立体角内的声传播指数d q 对辐射到自由空间的全向点声源 口 0 d 8 如 几何发散引起的衰减 大气吸收引起的衰减 a 一地面效应引起的衰减 如 加声屏障引起的衰减 4 l 砸 一其它多方面效应引起的衰减 如已知靠近声源处某点的倍频带声压级k 临 时 相同方向预测点位置的倍 频带声压级k 可按 3 2 式计算 l o 甜 l o d r o 一 4 伽 彳咖 冬 如 4 l 妇 3 2 预测点的a 声级 桁 可利用8 个倍频带的声压级按 3 3 式计算 l a 1 0 1 9 t 壹0 赳 3 3 式中 l o 嘶 i 倍频带声压级 必 i 倍频带标准a 计权 1 2 在不能取得声源倍频带声功率级或倍频带声压级 某点的a 声级时 可按 3 4 3 5 作近似计算 l r t 一见一叱 或 l l 爿 协 一叱 a 么柳 以加 如 4 衙 4 i l 缸c 只能获得a 声功率级或 3 4 3 5 屿可选择对a 声级影响最大的倍频带计算 一般可选中心频率为5 0 0 h z 或1 0 0 0 h z 的倍频带 2 衰减项计算 几何发散衰减 如 已知声源为倍频带声功率级或a 声功率级时扭3 2 副 享 当声源处于自由声场中时 当声源处于半自由声场中时 3 6 式中 r 一声源到接收点的距离 m r o 声源到参考点的距离 为1 m 已知距声源某处的倍频带声压级或a 声级时 缸 2 0 i g 么 3 7 式中 r 声源到接收点的距离 m r o 参考点距声源的距离 m 大气吸收衰减 大气吸收衰减的计算有计算和查表两种方法 其中计算法如下心引阳6 j 2 0 c 时 么咖 7 4 孚删 3 8 式中 产 声波频率 h zo 萨一一传播距离 m 矽 相对湿度 对不同的温度 可用下式估计 厶嘶 锱 3 9 式中 t 与2 0 相差的摄氏温度 b 4 x lo 查表法则是通过查找特定声波频率 大气温度和湿度下的吸收系数 然后 乘以声传播距离 然后得到k 查表法由下式给出 彳 里 3 1 0 彳咖2 1 0 0 0 3 一l o 式中 口 大气吸收衰减系数 以d b k m 表示 r 声传播距离 m 表3 1 举例说明了如何应用查表法中差得大气吸收衰减系数 表3 1 倍频带噪声的大气吸收衰减系数a 的确定 计算法和查表法的区别在于 计算法在程序编写时较为简单 只需输入声 波频率 大气温 湿度即可求得大气吸收系数a 但计算结果与实际存在一定 的误差 而查表法中的大气吸收系数a 为实测值 由该法差得的数值更接近实 际结果 但在程序编写时必须建立声波频率 大气温 湿度关系的数据库 工 程量较大 本软件中采用了建立数据库的查表法 使其预测结果与实际更加接近 声屏障衰减 如 o 图3 1 在声源s 与受声点r 问屏障的几何图形 有限长薄屏障需从三个绕射途径分别计算声程差万 万凸万 图例中的 4 s o r o 一艘 再计算菲涅耳数1 7 他 肥 菲涅耳数按如下公式计算心 n 万 名 3 一1 1 1 4 然后按下式计算a m 厂1 1 1 0 1 9 l 而两 丽1 瓦 主面j 3 1 2 声屏障衰减计算中的难点和重点在于计算三个绕射边缘的声程差 即m 蹈 觚 r o 胞 曰仍 为此 在程序的编写中 考虑了采用立体几何的知识 来计算上述各数值 用户只需输入一些容易测量的参数 软件即可自动算出三个边缘的声程差 具体的方法为 首先确定声屏障的中垂线位置 判断声源和预测点是位于中垂 线的同侧或是异侧 然后只要输入以下测量值即可 l 声屏障的长度三 m 2 声屏障的高度凰m 3 声源的高度仍 m 4 预测点的高度儡 m 5 声源到屏障的距离n m 6 预测点到屏障的距离乃 m 7 声源到屏障中垂线的距离z m 8 预测点到屏障中垂线的距离以 m 实际的声屏障与声源及预测点的相对位置见图3 2 所示 声源 图3 2 声屏障与声源 预测点相对位置示意