《噪声污染控制》PPT课件

第二十四讲,噪声污染控制,噪声污染控制,1.声学基础2.声学器件和声学材料3.常见噪声及其控制技术了解声学相关概念掌握常见噪声的控制技术,第一节声学基础,声音（包括噪声）的形成，必须具备三个要素：首先要有产生振动的物体，即声源；其次要有能够传播声波的媒介；最后还要有声的接受器，如人耳、传声器等。,一、声音的基本性质声音（sound）是由物体振动产生的，而振动在弹性介质中的传播形式就是声波，处于一定频率范围内（2020000Hz）的声波作用于人耳就产生了声音的感觉。,1声压与声压级2声强与声强级3声功率和声功率级4声级的运算5.A声级与等效（连续）A声级,1声压与声压级声源的振动以声波的形式在介质中传播，传播所涉及的区域称为声场（soundfield）。当声波在空气中传播时，声场中某一点的空气分子在其平衡位置沿着声波前进的方向发生前后振动，使平衡位置处空气的密度时疏时密，引起平衡位置处空气的压力相对于没有声音传播时的静压发生变化。我们将该点空气压强相对于静压强的差值定义为该点的声压（soundpressure）。声压是用来度量声音强弱的物理量。,声压可用瞬时声压和均方根声压（有效声压）表示。声场介质中某点在某瞬时相对于静压强的单位面积上的声压变化即瞬时声压（instantaneoussoundpressure）；瞬时声压在某一时间周期内的均方根值，即均方根声压(rootmeansquaresoundpressure)。,人耳刚能听到的声压定义为听阈声压，其值为210-5Pa，也称基准声压；使人耳感觉疼痛的声压定义为痛阈声压，其值为20Pa，两者之间相差100万倍，一般声音介于两者之间。声压级：声压的倍比关系的对数量，单位为分贝(decibel，dB),2声强与声强级声强(soundintensity)I定义为垂直于声波传播方向单位时间、单位面积上通过声波的平均声能。I与声功率W的关系为：S指垂直于声波传播方向的面积。在自由声场中，任一方向上的的声强为：p介质的密度，kg/m3；c声音在介质中的速度，m/s。,通常用声强级（soundintensitylevel）LI代替声强来描述声音的强弱，其表达式为：,L0为基准声强，L010-12W/m2，对应于气温为20时的基准声压,3声功率和声功率级把声波沿着声波传播的方向传送能量即作功的速率定义为声功率(soundpower)W。声功率是反映声源特性的物理量，其大小反映声源辐射声能的本领。声功率级（soundpowerlevel）LW的数学表达式为：式中，W0为对应于基准声强的基准声功率，W010-12W,4声级的运算（1）级的相加。设n个声源产生的同名级(声功率级、声强级或声压级)分别为L1，L2，Ln（dB），则合成的总声级为：（2）级的相减。若已知两个声源的声级之和为L，其中的一个声级为Ll，则求另一个声级L2可通过级的相减，即由下列式子算出：式中，LL-L1（dB）,（3）级的平均。n个声源所产生的声级的平均值可按下式求出：式中Ln个声源的声级(同名声级)之和,二、噪声的危害1、噪声不需要的声音超过人们生活和社会活动所允许的程度2、噪声的危害损伤听力（80dB）干扰睡眠对人体生理机能引起不良反应干扰语言交谈和通讯联络特强噪声损坏仪器设备和建筑结构,1、噪声的评价量,三、噪声的评价和标准1、响度与等响曲线当某一频率的纯音和1000Hz的纯音听起来同样响时，这时1000Hz的纯音的声压级就定义为该待定声音的响度级。响度级的符号为LN，单位为方（phon）.对各个频率的声音作这样的试听比较，得出达到同样响度级时频率与声压级的关系曲线，通常称为等响曲线。它是根据大量听者认为响亮程度相同的纯音的声压级与频率关系而得出来的。,在等响曲线图中，每条曲线上的各点，虽然代表不同频率和声压级的声音，但是人耳主观感觉到的声音响度却是一样的，即响度级是相等的，所以称为等响曲线。响度与响度级是一一对应的，规定响度级为40方时响度为1宋，经实验得出每当响度级增加10方则响度增加一倍，如50方时为2宋，60方时为4宋，等等。一般当LN40方时，响度与响度级的关系为：,2.A声级与等效（连续）A声级为了能用仪器(声级计)直接读出反映人耳对声音强弱的主观感觉的评价量，人们提出了用电子网络（亦称计权网络）来模拟不同声压下的人耳频率特性。计权网络实际上是一种电子滤波线路，是按照等响曲线所表示的人耳对声音频率的响应而设计的。在声级计中一般都设计了A、B、C三条计权网络，测得的声级分别是A、B、C声级。C计权网络是模拟等响曲线中100phon曲线而设计的，它在整个可听频率范围内有近乎平直的特性，对可听声音的频率范围基本上不衰减，因此它一般代表总声压级。,B计权网络是模拟等响曲线中70phon曲线而设计的，它对250Hz以下的声音有较大的衰减。A计权网络是模拟等响曲线中40phon曲线而设计的，它对1000Hz以下的声音有较大的衰减。用A计权网络测量出来的噪声强度，由于它对低频声较迟钝，而对高频声较灵敏，故与人耳对噪声的主观感觉比较接近，它也与人耳听力损伤程度相对应，A声级的单位记作dB（A）或dBA。A声级在噪声测量和评价中应用最为广泛。,A声级虽然能较好地反映人耳对噪声强度和频率的主观感觉，但只适用于连续而稳定的噪声评价。对于在一定时间内不连续的噪声，如交通噪声，人们提出用总的工作时间进行平均的方法来评价噪声对人的影响，用这种方法计算出来的声级称为等效（连续）A声级，用LAeq表示，单位仍为dB（A）。等效（连续）A声级能反映在A声级不稳定情况下人们实际接受噪声能量的大小，是按能量平均的A声级。,第二节声学器件和声学材料,确定噪声控制措施时，应从噪声形成的三个环节考虑：第一，从声源根治噪声；第二，在噪声传播途径上采取控制措施；第三，在接受处采取防护措施。本节将主要介绍在噪声传播途径上所采取的噪声控制措施：吸声、隔声和消声，以及其相应的声学材料和声学器件。,一、吸声材料和吸声结构在没有进行声学处理的房间里，人们听到的声音，除了由声源直接通过空气传来的直达声之外，还有由房间的墙面、顶棚、地面以及其它设备经多次反射而来的反射声，即混响声（reverberantsound）。由于混响声的叠加作用，往往能使声音强度提高10多分贝。如在房间的内壁及空间装设吸声结构，则当声波投射到这些结构表面后，部分声能即被吸收，这样就能使反射声减少，总的声音强度也就降低。这种利用吸声材料和吸声结构来降低室内噪声的降噪技术，称为吸声（soundabsorption）。,1吸声材料材料的吸声性能常用吸声系数来表示。声波入射到材料表面时，被材料吸收的声能与入射声能之比称为吸声系数，用表示。一般材料的吸声系数在0.011.00之间。其值愈大，表明材料的吸声效果愈好。材料的吸声系数大小与材料的物理性质、声波频率及声波入射角度等有关。通常把吸声系数0.2的材料，称为吸声材料。吸声材料不仅是吸声减噪必用的材料，而且也是制造隔声罩、阻性消声器或阻抗复合式消声器所不可缺少的。多孔吸声材料的吸声效果较好，是应用最普遍的吸声材料。它分纤维型、泡沫型和颗粒型三种类型。,2吸声结构如前所述，多孔吸声材料对于高频声有较好的吸声能力，但对低频声的吸声能力较差。为了解决低频声的吸收问题，在实践中人们利用共振原理制成了一些吸声结构。常用的吸声结构有薄板共振吸声结构、穿孔板共振吸声结构和微穿孔板吸声结构。,图1薄板共振吸声结构,图10-6双层微穿孔板吸声结构示意图,二、隔声构件和隔声材料利用木板、金属板、墙体、隔声罩等隔声构件将噪声源与接收者分隔开来，使噪声在传播途径中受到阻挡以减弱噪声的传递，这种方法称为隔声。噪声按传递方式可分为空气传声(简称为空气声)和固体传声(简称为固体声)两种。空气传声是指声源直接激发空气振动而产生的声波，并借助于空气介质直接传入人耳的。通常用重而密实的构件隔离；而对于后者，则通常采用隔振措施，固体传声是指声源直接激发固体构件（如建筑结构）振动后所产生的声音。通常采用隔振措施。,图3噪声碰到屏障时的声能分布,隔声罩隔声罩是一种可取的有效降噪措施，它把噪声较大的装置封闭起来，可以有效地阻隔噪声的外传，减少噪声对环境的影响，但会给维修、监视、管路布置等带来不便，并且不利于所罩装置的散热，有时需要通风以冷却罩内的空气。,图4隔声构件的组成,消声器消声器是一种阻止声音传播而允许气流通过的器件，是降低空气动力性噪声的常用装置。评价消声性能的指标是消声量，主要有两种表达形式：插入损失LIL定义为系统中接入消声器前后，在系统外某定点测得的声压级Lp的差值。传递损失（也称传声损失，或透射损失）LTL是消声器入口处和出口处的声功率级LW的差值，它与反映构件的隔声性能的透射损失意义相同，因为消声器也可以看成是一个隔声构件。,图5各种消声器型式,阻性消声器，亦称吸收消声器（absorptivemuffler），是利用吸声材料的吸声作用，使沿通道传播的噪声不断被吸收而逐渐衰减的装置。把吸声材料固定在气流通过的管道周壁，或按一定方式在通道中排列起来，就构成阻性消声器。其消声原理是：当声波进入消声器，便引起阻性消声器内多孔材料中的空气和纤维振动，由于摩擦阻力和粘滞阻力，使一部分声能转化为热能而散失掉，起到消声作用。,抗性消声器，亦称反应消声器（reactivemuffler），是由声抗性元件组成的消声器。声抗性元件类似于交流电路中的电抗性元件电容或电感，是对声压的变化、声振速度变化起反抗作用的元件，它们不消耗声能，但可贮蓄与反射声能。抗性消声器的特点是：它不使用吸声材料，而是在管道上连接截面突变的管段或旁接共振腔，利用声阻抗失配，使某些频率的声波在声阻抗突变的界面处发生反射、干涉等现象，从而达到消声的目的。抗性消声器对低中频范围的噪声具有较好的消声效果，它的型式有扩张室式、共振腔式、微穿孔板式和干涉型等多种。,阻抗复合型消声器（hybridmuffler），就是将阻性消声部分与抗性消声部分串联组合而形成，如图5中(12)、(13)分图所示。一般阻抗复合型消声器的抗性在前，阻性在后，即先消低频声，然后消高频声，总消声量可以认为是两者之和。但由于声波在传播过程中具有反射、绕射、折射、干涉等特性，其消声量并不是简单的叠加关系。阻抗复合型消声器兼有阻性和抗性消声器的特点，可以在低、中、高的宽广频率范围获得较好的消声效果。,第三节常见噪声及其控制技术,根据声源通常把噪声分为机械性噪声和空气动力性噪声两大类。确定噪声控制措施时，应从形成噪声的三个环节考虑：从声源根治噪声；在噪声传播途径上采取控制措施；在接受点采取防护措施。下面将主要介绍机械噪声、流体机械噪声和交通噪声的产生及其控制措施。,一、机械噪声及其控制机械噪声（mechanicalnoise）是由于固体的机械部件振动产生的。1、撞击噪声利用冲击力做功的机械（如冲床、锻锤和凿岩机等）在工作时，会产生由撞击引起的脉冲噪声，称之为撞击噪声。结构噪声在整个撞击噪声中占有重要地位，降低结构噪声是控制撞击噪声的主要途径，其具体措施是增加结构的阻尼。,2摩擦噪声物体在一定压力下相互接触并作相对运动时，则物体之间产生摩擦，摩擦力以反运动方向在接触面上作用于物体。摩擦能激发物体振动并发出声音。克服摩擦噪声的基本方法是减小摩擦力，一般施加润滑剂能减小摩擦噪声，如齿轮、轴承等不可在缺油状态下工作，否则噪声就高。,3周期作用力激发噪声在旋转机械中常常存在着周期性作用力（periodicforce）。最简单的周期力是由于转动轴、飞轮等转动系统的静、动态不平衡所引起的偏心力。对于机械噪声的控制，其主要途径是避免或减少撞击力、周期力和摩擦力，这可以通过改进机械设备的结构，改变操作工艺方法，提高加工精度和装配质量等措施来实现。,二、流体机械噪声及其控制流体机械是指广泛应用于工矿企业的液压和气动系统。下面分别对液压和气动系统中的噪声源加以介绍。,1液压系统噪声液压系统由液压泵，液压缸或液压马达，各种控制压力、流量和流向的阀门以及油箱、管路等辅助元件组成。液压系统噪声源主要来自于液压泵、阀门和管路。以上管路噪声，来源于泵体和阀门的噪声占主要地位，因此，要降低管路系统噪声，应尽量选用和设计低噪声阀门、低噪声泵。为避免流体动力性噪声，管路设计要合理，如管内流体流速不可过高，避免直拐弯和截面突变，弯头半径最好大于管道直径5倍，不同管径的管道连接应逐渐过渡等。,2气动系统噪声气动系统与液压系统原理相同，只是所用的流体是空气，动力源为空气压缩机和风机。气动系统噪声主要是由于高速气流、不稳定气流以及气流与物体相互作用而产生的噪声，也称空气动力性噪声。按空气动力性噪声产生的机制和特性，又可分为喷注噪声、涡流噪声、旋转噪声和周期性进排气噪声等。内燃机、容积式压缩机以及各种风动工具等产生的进排气噪声，可用节流孔板，以及扩张室或共振腔等形式的抗性消声器予以降低。,三、交通噪声及其控制随着各国汽车工业的迅速发展，交通噪声（trafficnoise）日益成为城市噪声的主要污染源，特别是在像中国这样的发展中国家，交通噪声的污染问题更加突出。交通噪声最根本的声源是汽车本身及其组成的车流，因此控制交通噪声最有效的方法就是控制汽车噪声和交通噪声声源。,汽车本身是一个综合声源，主要有与发动机转速有关的声源，包括进、排气噪声，冷却系统风扇噪声，发动机表面辐射噪声，空气压缩机和发电机发出的噪声，以及与车速有关的声源，包括：传动机构噪声，轮胎噪声和车体行驶产生的空气动力性噪声。,图6汽车的主要噪声源,1排气噪声及其控制排气噪声通常比发动机中其它声源高出1015dB，是汽车发动机中最主要的噪声源，由周期性排气噪声、湍流噪声和排气系统内气柱共鸣声所组成。周期性的排气噪声是由于排气阀门周期性开启时，缸内气体急速排出，在排气阀门附近产生压力脉动形成声波而产生的涡流噪声是高速气流通过排气阀门和排气管道时产生的排气系统管道中的气柱，在周期性排气噪声的激发下会产生某些离散频率的共鸣声,安装消声器是控制排气噪声最有效的措施。汽车消声器必须适应高温(300500)、高速(5080m/s)的脉动排气气流，并满足结构紧凑、尺寸不大及阻力小(功率损失小于5左右)的要求。,1、2、3、4一扩张室；5、6一进出气管；7一隔板通气孔；8、9、10一隔板；11、12一穿孔管图7机动车辆排气消声器,2、发动机表面辐射噪声及其控制发动机表面辐射噪声是由燃烧噪声和机械噪声引起发动机壳体振动而产生的。（1）燃烧噪声及其控制。燃烧噪声是由于气缸内气体受压缩并燃烧产生的呈周期变化的气体压力作用在活塞与气缸壁上而产生的，（2）机械噪声及其控制。机械噪声由活塞敲击噪声、配气机构噪声、供油系统噪声与齿轮噪声等组成。,3轮胎噪声由轮胎花纹和路面之间相互挤压空气所产生的轮胎噪声（tyrenoise）是一种高频性噪声，其中轮胎花纹形状是影响轮胎噪声的重要因素。此外，轮胎噪声还与车辆负荷和路面情况有关。车辆负荷加倍，轮胎噪声增加2dB左右。湿沥青或水泥路面比相应干燥的路面噪声高81OdB。粗糙不平的路面较平滑路面的噪声高35dB。随着越来越多高速公路的开通，轮胎噪声将成为较突出的问题。因此，机动车辆应尽量选择低噪声轮胎花纹。,四、噪声控制技术展望噪声控制（noiseandvibrationcontrol）是环境保护的一个重要方面。为了有效地遏制和减少噪声的影响，首先必须在法律上确定其地位，为此我国先后制定和颁布了中华人民共和国环境噪声污染防治法及噪声方面的标准，这些法律和标准对于防治噪声污染，保护人民的身心健康起到了非常重要的作用。另外，我们还要更加广泛、深入地进行噪声控制、声环境和人的身心健康、生活、工作关系的基础研究，注重噪声控制和工业发展、军事国防关系的研究。,近年来，随着经济和城市的发展和建设，环境噪声出现了一些新的特点和规律，主要表现在以下方面：（1）交通噪声及其环境影响。近些年来，道路交通干线车流量增加很快，部分城市或城市之间出现了环路、高架路、立交桥、高速公路、轻轨及地铁。由此产生的交通噪声在强度、频率特性、时空分布、传播规律及环境影响上有不同的特点。（2）现代建筑设备噪声引起的环境影响。随着城市的建设与发展，相当一批工矿企业搬到郊区或者其噪声源得以彻底治理，但大量宾馆、高级商场、高档公寓、高级写字楼等现代化高层建筑不断涌现。这些建筑都因使用空调而配备冷却塔、冷水机组、热泵、水泵、通风机和自备柴油发电机组等,有些还配备燃油（气）锅炉。这些设备，就其本身噪声级来说，并不很高，但由于其安装现场的特殊性，使其噪声对环境的影响也相当严重。（3）环境振动和固体声传播的影响。在城市中，环境振动和环境噪声是一对“孪生兄弟”，但环境振动本身又具有不同于噪声的特点。随着高层建筑的出现，环境振动及其固体声在楼层中传播是城市环境振动又一新的特点，它对高层建筑中生活和工作的人带来了比较严重的干扰。,随着人民生活水平的提高，“以人为本”的环境保护意识不断增强，对噪声与振动控制的技术和研究也提出了更高的要求。展望我国噪声与振动控制技术的今后发展动向，可能有如下特点：（1）开发新的声学测量仪器。注重开发智能化、多功能化声学测量仪器，建立声学测量工作站，和国际发达国家在声学测量系统的研究接轨，实现“将实验室拎着走”的愿望。,（2）注重吸声、隔声材料及产品的研究和开发。要大力发展噪声控制技术，其中吸声材料是噪声控制中的基本材料。长期以来，人们大量使用纤维性吸声材料，有的材料因纤维被呼吸到肺中，对人体有害；有些场合（如食品、医药工业）则根本不能用；有的材料则不具备防火性能，或虽阻燃，但遇火会散发有害气体。因此，社会需要环保型、安全型的吸声材料，或者称之为无二次污染材料、非纤维吸声材料。微孔板是理想的环保型、安全型吸声材料。应继续从理论、微孔板材料、结构、加工工艺，及具体应用等多个方面进行分析研究。除此之外，还可以对在其它行业应用的一些材料加以改进，使其成为环保型、安全型吸声材料，如：将不锈钢纤维、毡和刚性烧结金属丝网多孔材料开发为吸声材料等等。,（3）制定规划、加强管理。为遏制和减少噪声的影响，将更加注重制定科学规划、加强科学的管理。例如通过制定“工业企业职工的听力保护规定”，并使企业认