噪声的物理基础.ppt

噪声控制 Email machunyan 电话公室 4号学院楼4147室 马春燕 使用教材 毛东兴 洪宗辉著 环境噪声控制工程 北京 高等教育出版社 2010 考察方法 期末考试 70 开卷笔试 平时考察 30 包括作业和出勤情况 噪声控制 噪声的物理基础噪声的评价和测量噪声控制技术 第一章噪声的物理基础 1 1噪声及其基本概念 1 2噪声的物理量度 1 3噪声的传播特性 1 4噪声在户外的传播规律 1 1噪声及其基本概念 1 1 1声音的产生1 1 2基本物理量1 1 3噪声的概念1 1 4噪声的类型 1 1噪声及其基本概念 1 1 1声音的产生 声音主要是由振动产生的 例如声带的振动 机器的振动等等 能发出声音的物体叫做声源 媒质质点的机械振动由近及远的传播称为声振动的传播或称为声波 1 1噪声及其基本概念 1 1 1声音的产生 1 1 1声音的产生 按照介质的不同 常听到的声音有 空气声 结构声 水声 在本课程的噪声控制中着重研究空气声 1 1噪声及其基本概念 声波不能在真空中传播 1 1 2基本物理量 波长 c f米 m 周期T秒 s 频率f 1 T赫兹 Hz 声速c米每秒 m s 空气中c 331 45 0 61t340m s 1 1噪声及其基本概念 声音的分类 次声 音频声 超声 1 1噪声及其基本概念 1 1 2基本物理量 1 1 2基本物理量 波长 c f米 m 周期T秒 s 频率f 1 T赫兹 Hz 声速c米每秒 m s 空气中c 331 45 0 61t340m s 1 1噪声及其基本概念 振动状态传播的速度 表120 时声速近似值 1 1噪声及其基本概念 1 1 2基本物理量 1 1 3噪声的概念 在 中华人民共和国环境噪声污染防治法 中 环境噪声是指在生产 建筑施工 交通运输和社会生活中所产生的影响周围生活环境的声音 1 1噪声及其基本概念 1 1 3噪声的概念 噪声和乐声是很难区分的 它们会随着人们主观判别的差异而改变 声音中有些是人们需要的 想听的 如语言上的相互交谈或是音乐欣赏 而有些声音则是工作中 生活中不想听的 这些声音就称为 噪声 其中也包括有人想听而干扰你休息的音乐声 因此噪声与好听的声音是没有绝对界限的 心理学的观点认为 1 1噪声及其基本概念 1 1 4噪声的类型 1 1噪声及其基本概念 1 1 4噪声的类型 1 1噪声及其基本概念 1 1 4噪声的类型 1 1噪声及其基本概念 1 1 4噪声的类型 1 1噪声及其基本概念 1 1 4噪声的类型 1 1噪声及其基本概念 1 1 4噪声的类型 1 1噪声及其基本概念 1 1 4噪声的类型 1 1噪声及其基本概念 1 2噪声的物理量度 声压和声压级 声强和声强级 声功率和声功率级 1 2 1声压和声压级 设没有声波作用时 媒质中的压强为P0 称为静压强 当有声波传播时 媒质中某处的压强为P 则压强的变量 P P0 称为声压 单位为 Pa P10 瞬时声压 有效声压 1 2噪声的物理量度 有效声压 在一定时间间隔中将瞬时声压对时间求方均根值 1 2噪声的物理量度 1 2 1声压和声压级 1 2噪声的物理量度 1 2 1声压和声压级 1000Hz 声压级 该声音的声压p与一某参考声压p0的比值取以10为底的对数再乘20 即 式中 Lp为声压级 单位分贝 记作dB p0是参考声压 国际上规定p0 2 10 5Pa 1 2噪声的物理量度 1 2 1声压和声压级 P13 例1 1某一声音的声压为2Pa 试计算其声压级 1 2噪声的物理量度 1 2噪声的物理量度 1 2 1声压和声压级 1 2 2声强和声强级 在声传播方向上单位时间内垂直通过单位面积的声能量 称为声音的强度或声强 用I表示 单位为W m2 声强也可以用 级 来表示 参考声强 分贝 dB 1 2噪声的物理量度 P12 13 矢量 例1 2对某声源测得其声强I 0 1W m2 试求其声强级 声强级与声压级的关系 与介质的温度和气压有关 通常数值较小 室温20 和标准大气压下 该值为0 1dB 可以略去不计 1 2噪声的物理量度 P14 修正值 1 2 3声功率和声功率级 声功率是声源在单位时间内辐射的总能量 用符号W表示 通常采用瓦 W 作为声功率的单位 声强和声功率的关系为 S为波阵面面积 1 2噪声的物理量度 P12 10 12W 1 2 3声功率和声功率级 声功率用级来表示时称为声功率级Lw 1 2噪声的物理量度 例1 3某一汽车喇叭发出0 2W声功率 试求其声功率级 1 2噪声的物理量度 1 2 3声功率和声功率级 1 2 4噪声叠加的分贝计算 当多个不同的声波同时作用于某一点时 该点的总声强是各声强之和 即 而它们的总声压是各声压的方根值 P17 1 2噪声的物理量度 某一点上两个声音叠加后的总声压级为 假设两个声源产生相同声压级 则总声压级为 1 2 4噪声叠加的分贝计算 1 2噪声的物理量度 1 2 4噪声叠加的分贝计算 某车间有两台相同的车床 它们单独开动时 测得声压级均为100dB 求这两台机床同时开动时的声压级是多少 dB 1 2噪声的物理量度 频率 表示声音音调的高和低 1 3声波的频率和噪声的频谱 1 3 1声波的频率和频谱 乐音 各种频率的声波组分有一定规律 噪声 各种频率成分无规则 P16 频谱 1 3声波的频率和噪声的频谱 1 3 1声波的频率和频谱 对复杂的声音进行频率分析并用横轴代表频率 纵轴代表各频率成分的强度 这样的图形称为频谱图 频谱图分为线状谱 连续谱和复合谱 钢琴与黑管的频谱 线状谱 1 3声波的频率和噪声的频谱 1 3 1声波的频率和频谱 无规噪声信号与频谱 连续谱 1 3声波的频率和噪声的频谱 1 3 1声波的频率和频谱 复合谱 1 3声波的频率和噪声的频谱 1 3 1声波的频率和频谱 频程 频带 把噪声的频率变化范围 20Hz 20000Hz 划分为一些较小的段落 这就是频程 把某一频带的低于截止频率f1和高于截止频率f2以上的讯号滤掉 只让f1 f2之间的讯号通过 这一中间区域称为通频带 f f2 f1为频带宽度 简称带宽 对n倍频带作如下定义 1 3声波的频率和噪声的频谱 1 3 2倍频程 P17 n 1倍频带f2 f1 2 n 1 21 2倍频带f2 f1 21 2 n 1 31 3倍频带f2 f1 21 3 频带的高低截止频率f2和f1与中心频率有如下关系 从上式可得 1 3声波的频率和噪声的频谱 1 3 2倍频程 噪声源频谱 1 3声波的频率和噪声的频谱 1 3 2倍频程 声学测量中的常用频率 GB3240 82 1 3声波的频率和噪声的频谱 1 3 2倍频程 P17表2 2 1 4 1声波的反射和透射 1 4声波的反射 透射和衍射 为入射角 1为反射角 2为折射角 P19 P26 27 1 4 1声波的反射和透射 1 4声波的反射 透射和衍射 声波传播过程中 遇到的障碍物表面较粗糙或者障碍物的大小与波长差不多 则当声波入射时 就产生各个方向的反射 这种现象称为散射 声波传播过程中 遇到障碍物或孔洞时 传播方向发生改变 称为绕射 衍射 P21 1 4 2衍射 1 4声波的反射 透射和衍射 1 5 1声学的概念 1 5噪声在户外的传播规律 点声源 线声源 面声源 声波的影响和波及的范围称为声场 自由声场 没有边界的 媒质均匀而各向同性的声场 扩散声场 与自由声场完全相反的声场 声波在扩散声场里接近全反射 半自由声场 1 5 1声学的概念 1 5噪声在户外的传播规律 1 5 1声学的概念 1 5噪声在户外的传播规律 扩散衰减 波阵面的面积随着传播距离的增加而不断扩大 声能扩散 使单位面积上的声能相应减小 吸收衰减 波在传播过程中 由于介质的内摩擦 粘滞性 导热性等特性使声能不断被介质吸收 化为其他形式的能量 1 5 2噪声的扩散衰减 1 5噪声在户外的传播规律 1 点声源的扩散衰减 在自由声场中 点声源以球形波的方式向各个方向扩散 当声源以稳定的功率W辐射时 则到距离声源中心r的球面上任一点的声强I为 声强级为 P22 半自由空间 1 5 2噪声的扩散衰减 1 5噪声在户外的传播规律 1 点声源的扩散衰减 在自由声场中 点声源以球形波的方式向各个方向扩散 当距声源为r1处的声压级为Lp1时 则在距声源r2处的声压级为Lp2 则Lp2可由下式计算 当r2 2r1时 则 1 5 2噪声的扩散衰减 1 5噪声在户外的传播规律 1 点声源的扩散衰减 反射体引起的修正 当rr rd 反射引起的声级增高量 L与rr rd有关 当rr rd 1时 L 3dB 当rr rd 1 4时 L 2dB 当rr rd 2时 L 1dB 当rr rd 2 5时 L 0dB 1 5 2噪声的扩散衰减 1 5噪声在户外的传播规律 2 线声源的扩散衰减 在自由声场中 对于一个无限长的线声源 其声压级随距离的衰减由下式计算 当r2 2r1时 则 r l 1 10 1 无限长线声源 当r l 1时 则可视为点声源 1 5 2噪声的扩散衰减 1 5噪声在户外的传播规律 2 线声源的扩散衰减 2 有限长线声源 设线状声源长为l0 在线声源垂直平分线上距离声源r0处的声级为Lp r0 则r处的声级为 或 1 5 2噪声的扩散衰减 1 5噪声在户外的传播规律 2 线声源的扩散衰减 2 有限长线声源 当r l0且r0 l0时 当r l0 3且r0 l0 3时 当l0 3 r l0且l0 3 r0 l0时 1 5 2噪声的扩散衰减 1 5噪声在户外的传播规律 3 面声源的扩散衰减 设面声源的边长分别为a b a b 设离开声源中心的距离为r 其声压级随距离的衰减按三种情况考虑 1 5 2噪声的扩散衰减 1 5噪声在户外的传播规律 3 面声源的扩散衰减 1 当时 衰减值为0dB 也就是说在面声源附近 声源发射的是平面波 距离变化时 声压级无变化 2 当时 则按线声源来处理 3 当时 则按点声源来处理 1 5 3噪声的吸收衰减 1 5噪声在户外的传播规律 吸收衰减与介质的成分 温度 湿度等有关 此外还与声波的频率有关 频率越高 衰减越快 P25表2 3标准大气压下空气中的衰减 1 5 3噪声的吸收衰减 1 5噪声在户外的传播规律 1 5 4噪声的总衰减 1 5噪声在户外的传播规律 实际问题中计算噪声的衰减式为 式中 距离声源某点处的声压级 dB 声源的声功率级 dB 由声波扩散造成的衰减 dB 由介质吸收造成的衰减 dB 1 5 4噪声的总衰减 1 5噪声在户外的传播规律 当声源为点声源 且离声源r1处的声压级为L1时 则离声源为r2处的声压级为 式中 距离噪声源某r1 m 处已知的声压级 声振动的倍频带几何平均频率 由于空气吸收声波所造成的附加衰减 需要计算的距声源r2 m 处的声压级 8 修正值 1 5 4噪声的总衰减 1 5噪声在户外的传播规律 当r1 1 且f 1000Hz时 空气吸收声可忽略 此时有 若在自由声场情况下 则为 1 对听力系统的影响2 对睡眠和休息的干扰3 对语言交流的干扰4 对人体的生理影响5 对心理的影响 1 6噪声的危害 1 听力损伤 暂时性听阈偏移听觉疲劳 永久性听阈偏移噪声性耳聋 1 6噪声的危害 1 听力损伤 根据国际标准化组织的规定 暴露在强噪声下 对500Hz 1000Hz和2000Hz三个频率的平均听力损失超过25dB 称为噪声性耳聋 在这种情况下进行正常的交谈时 句子的可懂度下降13 而句子加单音词的混合可懂度降低38 换句话说 听力发生障碍 该组织确定耳聋标准 25 40dB为轻度聋 40 55dB为中度聋 55 70dB为显著聋 70 90dB为重度聋 90dB以上为极端聋 1 6噪声的危害 1 听力损伤 1 6噪声的危害 1 6噪声的危害 2 对睡眠的干扰 噪声会影响人的睡眠质量和数量