物理性污染控制

物理性污染控制,2,教材名称：环境物理性控制（孙兴滨.闫立龙.张宝杰.主编，化学工业，第二版）参考书目：物理性污染控制（陈杰瑢主编，高等教育出版社）环境噪声控制工程（洪宗辉主编，高等教育出版社）,教材和参考书目,3,4,噪声,放射性污染,电磁辐射污染,热污染,噪声污染,11,一、环境物理学学科体系,环境声学环境振动学环境放射学环境电磁学环境热学环境光学,12,13,环境物理学的产生与发展20世纪50年代物理性污染的日益严重研究物理环境同人类相互作用的科学属于环境科学的一个分支,二、物理环境,研究对象周围的环境,天然物理环境人工物理环境,15,天然物理环境（原生物理环境）风、雨、地震、海啸、火山爆发、台风、雷电、太阳黑子、耀斑、天然放射性元素的衰变、太阳光辐射、热辐射。自然现象所产生的声、振动、电磁、光、热。,16,人工物理环境（次生物理环境）人类活动不同程度的干预天然物理环境生成的。（工业生产、取暖、光源、电磁设备、核电站）,17,三、污染物分类,污染物性质化学性污染：水污染、大气污染生物性污染：水污染、土壤污染物理性污染：噪声、热、辐射、光按污染物来源自然污染：火山、地震人为污染：。,18,四、什么是物理性污染物理性污染是指物理运动的强度超过人的耐受限度。,19,五、物理性污染的特点局部性的，区域性和全球性污染较少见污染源消失，污染级随即消失,20,小结,1、什么是物理环境2、人工物理环境是如何形成的3、环境物理学的分支学科有哪些4、什么是物理性污染5、物理性污染的特点6、环境物理性污染的主要研究内容,第二章噪声污染,第一节噪声及其危害,一、噪声的研究背景,二战结束以来，随着工业交通的迅速发展，环境噪声日趋严重，eg：在我国大城市环境污染投诉中噪声占60%70%，已成为广泛的社会公害。,二、什么是噪声,说文：“扰也”玉篇：“群呼烦扰也”不需要的声音超过人们生活和社会活动所允许的程度,24,二、噪声的定义,1、物理学角度无规则，非周期振动物体发出的声音2、医学角度超过60分贝的声音3、从心理学角度人们不需要的声音4、从环境学角度对周围环境造成不良影响的声音,分贝,分贝及相应代表性行为,三、噪声的特点,1、具有明显的主观心理性与生理性2、衰减快，无残留，不积累，只造成局部性污染3、主要为慢性危害,四、噪声的来源,1、交通噪声鸣笛,全国道路交通情况,2、工业噪声eg：纺织厂,工业企业噪声卫生标准,工作环境噪声每增加3dB，工作时间就必须减少一半。（不得超过115）,90分贝8小时,99分贝1小时,3、施工噪声机械振动、摩擦、撞击,33,建筑施工机械噪声级,4、生活噪声,家用电器噪声,城区环境噪声构成比例,五、噪声的危害,1、损伤听力（80dB）,长期在强噪声环境下工作，会使内耳听觉组织受到损伤，造成耳聋；慢性的噪声性耳聋听力正常（听力损失在15dB以内)；接近正常（听力损失1525dB)；轻度耳聋（听力损失2540dB)；中度耳聋（听力损失4065dB)；重度耳聋（听力损失65dB以上）。,大量统计资料表明,听力损失又称聋度或听力级，是人耳在某一频率的听阈比正常听阈高出的分贝数。由于年龄关系产生的听力损失称为老年性耳聋；由于社会环境噪声产生称为社会性耳聋；职业性噪声导致的听力损失称为噪声性耳聋。(平均听力损失超过25dB),听力损失,听力阈级耳朵可以察觉到的纯音的声压级（用以衡量听力损失的量）噪声性迁移由噪声引起的阈级提高暂时性域移：可以恢复永久性域移,听力阈级与噪声性迁移,2、干扰睡眠40dB的连续噪声可使10的人睡眠受到影响；70dB的连续噪声可使50的人受到影响；突然的噪声可以使人惊醒40dB的突发性噪声可使10的人惊醒，60dB可使70的人惊醒。（睡眠周期）,43,长期暴露在强噪声环境下，会引起人体的紧张反应，使肾上腺素分泌增加，引起心率加快，血压升高；消化系统紊乱，引起消化不良，诱发胃肠粘膜溃疡；会引起疲劳、头晕及记忆力衰退，诱发神经衰弱症。,3、对人体生理机能引起不良反应,44,当人们交谈距离为1米时，平均声级为65dB；当环境噪声级高于语言声级10dB时，谈话声音会被环境噪声完全掩盖；当噪声级超过90dB时，即使大喊大叫也难以进行正常交谈。,4、干扰语言交谈和通讯联络,当噪声级超过135dB时，电子仪器的连接部位会出现错动，微调元件发生偏移，使仪器发生故障而失效；当超过150dB时，仪器的元件可能失效或损坏,5、特强噪声损坏仪器设备和建筑结构,48,49,50,环境声学研究内容,噪声污染规律,控制技术与测试技术,评价方法和标准,第二节环境声学研究内容,噪声控制的途径,小结,1、噪声的定义2、噪声的危害有哪些3、听力阈级、听力损失、噪声性迁移4、噪声的特点5、噪声的来源6、环境声学研究内容,第三节声波的基本性质及传播规律,一、声波的产生及描述方法,声源的振动,弹性媒介振动,声波,空气、固体、液体,1、产生声音感觉的条件,空气纵波声波固体、液体纵波、横波,能量的传递相邻质点间的动量传递来完成，而不是由物质的迁移来传播能量的。,2、声波传播的物理过程,声波传播的物理过程,波长=c/f米（m）周期T秒（s）频率f=1/T赫兹（Hz）相位t时刻某一指点的震动状态声速c米每秒（m/s）（振动时f相同，相位不一定相同）（空气中340m/s）,3、描述声波的基本物理量,(1),二、声波的基本类型,平面声波1、声波球面声波（波阵面的形状）柱面声波,波阵面是指空间同一时刻相位相同的各点的轨迹曲线,平面声波,声波的类型,球面声波,球面声波（点声源）,柱面声波（线声源）,2、声线（声射线）,声线用来描绘声波的传播，是自声源发出的代表能量传播方向的直线。（与波正面垂直）,当声波频率较高时，传播途径中遇到物体的几何尺寸比声波波长大很多时，可以不计声波的波动特性，直接用声线来处理。,平面声波声线立体图,球面声波声线立体图,柱面声波声线立体图,3、声压、声能量、声强和声功率,声压p当有声波存在时，在媒质中产生的压强的增量。单位：Pa当声频为1000Hz时，人耳可听声压范围为210-5Pa称为听阈，20Pa称为痛阈。有效声压pe：一段时间内声压的均方根值。,日常生活中声音的声压数据,声能量由于声扰动，声波在媒质中传播，产生动能和形变的势能。动能和势能之和即为声能量。单位：J声场：空间中存在声波的区域。声能密度D：声场中单位体积媒质所含有的声能量，单位：J/m3。,声强I单位时间内，通过和声波射线垂直的单位面积内的声能量称为声强，单位：W/m2。声强与离开声源的距离有关,声功率声源在单位时间内发射的总能量记为W，单位（w）,对于平面声波有：,声能密度,声强,声功率,基准声压p02105Pa,三、声波的叠加,相干波具有相同频率、相同振动方向和恒定相位差的声波,驻波声压值pT随空间不同位置有极大值和极小值分布的周期波为驻波，其声场称为驻波场，驻波的极大值和极小值分别称为波腹和波节,1、相干波和驻波,几个声源同时存在，在声场某点处的声压分别为p1，p2，p3。,合成声压为：p=p1+p2+.+pn=pi,如果2个声波频率相同，振动方向也一样，但存在恒定相位差,合成声压为：p=p1+p2=PTcos（t-）,PT声压幅值2f角频率相位,2、声音的频谱,（1）噪声分析的基本知识人耳听到的声音有的低沉，有的尖锐主要是人耳对声源振动频率的主观感受。人们在生活中听到的声音是不同频率、强度的纯音复合而成的。,次声20000Hz可听声可分为：低频声2000Hz,声音可按频率分为,（2）频程的概念由于从低频到高频变化高达1000倍，一般不可能也没有必要对每一个频率逐一测量，为方便和实用，通常把声频的变化范围划分为若干个段落，称为频程（频段或频带）,f1，f2任意频程的上限频率和下限频率f2/f12nn频程倍数，n为正实数,频程有上、下限截止频率、带宽带宽（频带宽度）上、下限截止频率之差。,（3）频谱的概念纯音：单一频率的声音称为纯音。具有单一音调的声觉。自然界纯音很少见，只有个别仪器或乐器能发出纯音。,声源作简谐振动所产生的声波为简谐波，声压与时间的关系是正弦曲线，,复音：由一些频率不同的简单正弦式成分合成的声波。具有一个音调以上的声觉。频谱：组成复音的声压与频率的关系图。,线谱（离散谱）,连续谱,复合谱,四、级的概念,1个量的级是这个量与同类基准值之比的对数，用L表示。对数以10为底，级的单位为贝尔（B）,贝尔分为10档，每一档的单位为分贝（dB），1B=10dB对数以e=2.71828为底，级的单位为奈培（Np）,1Np8.686dB,1、分贝的定义,2、声压级、声强级、声功率级,声压级LpLp为声压级，单位dB；p为有效声压，Pa；基准声压p02105Pa。对于听阈Lp0；对于痛阈Lp120dB。,声强级LI为声强级，单位dB；I为声强，瓦/米2；基准声强I011012瓦/米2。,当在1atm，38.9时，LILp在一般情况下，空气中的声波LI与Lp的值相差0.2dB，故LILp,声功率级LWLW10lg（W/W0）LW为声功率级，单位dB；W为声功率，瓦；基准声功率W011012瓦。对于球面声波，距离声源半径微r，则有：LW=LP+10lg4r2LP+20lgr11对于半球面声波，距离声源半径微r，则有：LW=LP+10lg2r2LP+20lgr8,对于给定的声源，其声功率是不变的，但空间各处声压级、声强级会发生变化。对于恒定声功率的点声源发出的球面波，在声场中距离增加1倍，声强级减少6dB，当距离足够远时：,LILp,噪声级合成是按照能量的叠加规律进行叠加的。声强级：声强与能量成正比。总声强等于各声强之和。假设有n个噪声源同时存在，声强与声强级分别为I1、I2、In和L1、L2、Ln。,3、级的叠加,L110lgI1/I0，L210lgI2/I0，Ln10lgIn/I0I1/I0100.1L1，I2/I0100.1L2，In/I0100.1Ln总声强级L10lg（I1/I0I2/I0In/I0）10lg（100.1L1100.1L2100.1Ln）,Lp1=80dB，Lp2=80dBLpT=83dB结论：LL110lg2L13两个相同的声压级相加，能量增加一倍，声级增加3dB。如果两个声压级相差10dB以上，总声压级与高声压级的近似相同。,以n2为例,例1:8个声音在空间某点的声压级分别为84、87、90、95、96、91、85、80，求总声压级。,LpTLp+10lgn92+10lg7100.4dB,例2:7台机器工作，每台的声压级分均为92，求总声压级。,n个相同的声压级叠加,LpTLp+10lgn,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L1L2LL110lg（100.1L1100.1L2）L110lg100.1L1100.1L2）/100.1L110lg1+100.1(L1-L2)设噪声合成的附加值L10lg1+100.1(L1-L2)LL1LL可查表可知，当L1-L26dB，L1，则现场工作人员接受的噪声超过标准。,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：1119912dB，12/34，即工作时间为1/241/16小时4分钟。,实例2：某工人在车床厂工作，4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。,实例3：某车间工作人员在一个工作日内噪声暴露的累计时间分别为90dB4小时，75dB2小时，100dB2小时，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1402280分钟噪声剂量D280/（460）1.171，超标。,解：噪声剂量D4/8+2/12.51，超标。,3、各类厂界噪声标准值,小结,响度级、等响曲线、响度斯蒂文斯响度（计算）计权声级和计权网络等效连续声级(Leq)工业噪声中，计算等效连续A声级方法昼夜等效声级Ldn,小结,累计百分数声级Ln噪度和感觉噪声级交通噪声指数TNI噪声污染级噪声掩蔽语言清晰度指数和语言干扰级噪声暴露率D(计算),第四节噪声测试和监测,一、测量仪器,1、声级计：噪声测量中最常用的基本声学仪器，一种可测量声压级的便携式仪器。国际电工委员会将声级计分为0、1、2、3四种等级，环境中主要使用1型（精密级）和2型（普通级）。,声级计一般由传声器、放大器、衰减器、计权网络、检波器和指示器组成。,传声器：将声压转换成电压的声电转换器。（声级计中大多选用空气电容传声器和驻极体电容传声器）放大器：一般采用两级放大器，即输入放大器和输出放大器，其作用是将微弱的电信号放大。,衰减器：声级计的量程范围较大一般为25dB130dB，将强信号给予衰减。输入衰减器和输出衰减器是用来改变输入信号的衰减量和输出信号衰减量的，以便使表头指针指在适当的位置。输入放大器使用的哀减器调节范围为测量低端，输出放大器使用的衰减器调节范围为测量高端。许多声级计的高低端以70dB为界限。,滤波器：包括A、B、C、计权网络滤波器在声级计模拟人耳的听觉特性，把电信号修正为与听感近似值的网络，通过计权网络测得的声压级，不是客观物理量的声压级，而是经过听感修正的声压级。检波器作用是把迅速变化的电压信号转变成变化较慢的直流电压信号。,声级计的主要附件：防风罩:防止较大风速对传声器干扰鼻形锥：在稳定方向的高速气流中测量噪声中使用，降低因气流而产生的噪声延长电缆“避免测量仪器和监测人员对声场的干扰声级计的校准：对仪器进行校准,2、频谱分析仪和滤波器,具有对声信号进行频谱分析功能的设备称为频谱分析仪，其核心是滤波器。让频率在f1和f2之间的信号通过，且不影响信号的幅值和相位，同时阻止f1以下和f2以上的任何信号通过。,3、磁带记录仪4、读出设备5、实时分析仪,二、环境噪声监测方法1、城市区域环境噪声测量城市区域环境噪声测量方法对于噪声普查应采用网格测量法对于常规检测应采用定点测量法,每一网格中的工厂、道路及非建成区的面积之和不得大于网格面积的50,有效网格总数应多于100个,每次每个测点测量10min的连续等效声级，全部网格中心的10min的连续等效声级的算术平均值代表某一区域的噪声水平,定点测量方法：,24小时连续监测，测量每小时的连续等效声级，昼间A声级能量平均值，夜间A声级能量平均值,该区的环境噪声水平由下式计算：,道路交通噪声测量,测点：市区交通干线(机动车流量不小于100辆)一侧的人行道上，距马路沿20cm处，此处距两交叉路口应大于50cm,机动车辆噪声测量,在测试中心周围25m半径范围内不应有大的反射物，测试跑道应有20m以上平直、干燥的沥青路面或混凝土路面，路面坡度不超过0.5,车内噪声、车外噪声,航空噪声测量,测量飞机噪声采用D计权飞机噪声的基本评价量是感觉噪声级LpN航空噪声测量条件,2、工业企业噪声测量生产环境噪声工业企业内部噪声机器设备噪声工业企业对外界环境的影响,生产环境噪声测量根据国家标准GBJ87-85工业企业噪声控制设计规范。1、测量时，传声器置于人耳附近，工作人员暂时离开；2、对于稳定噪声只测A声级，不稳定噪声8小时工作时间内取样，计算连续等效A声级3、声级变化小于3dB，选取1-3个测点，大于3dB，分为若干小区域重复以上过程。,机器设备噪声设法避免减小环境的背景噪声和反射声的影响小型机器（外形尺寸小于0.3m）：测点距表面0.3m中型机器（外形尺寸0.3-1m）：测点距表面0.5m大型机器（外形尺寸大于1m）：测点距表面1m,厂界噪声测量1、要求：使用精度为2以上的声级。2、测量的声级：等效声级3、测点：选在厂界外1m，高1.2m以上的噪声敏感处；若与居民区相连，厂界无法测量时，测点选在居室中央，室内限值比标准低10dB4、背景声值的修正：背景值比待测声级低10dB以上为正常，两者相差10dB应加以修正,小结,声级计等级声级计组成部分传声器分为哪两种声级计的主要附件除声级计之外的测量设备噪声普查采用什么方法，具体步骤常规检测采用什么方法，具体步骤航空噪声采用D计权,第五节环境噪声影响评价,一、环境噪声影响评价的目的和意义二、环境噪声影响评价工作程序和内容,评价工作程序,确定噪声环境影响评价工作等级，编写环境影响评价大纲噪声部分,环境噪声现状调查和测量,建设项目工程分析(与噪声有关的内容),环境噪声现状评价,噪声级预测、受影响人口预测,噪声管理法规与标准,噪声环境影响评价,噪声防治对策,噪声影响评价专题报告,噪声环境影响评价工作等级划分基本原则,划分依据：投资额划分建设项目规模（大、中、小）噪声源的种类及数量项目建设前后噪声级的变化程度建设项目噪声有影响范围内的环境保护目标、环境噪声标准和人口分布,噪声环境影响评价工作基本要求,环境影响评价大纲噪声部分,环境噪声评价量,噪声环境影响的评价范围根据评价工作等级确定,环境影响评价报告书噪声专题报告编写提纲,噪声预测,1.预测的基础资料（1）声源资料发声持续时间，空间位置，作用时间段，噪声级等（2）影响声波传播的各种参量气象因素、遮挡物、地面覆盖等,预测范围大于等于评价等级要求预测点布置所有的环境噪声现状测量点网格法确定,1、噪声控制基本原理与原则,第六节噪声控制技术概述,在声源处抑制噪声在声传播途径中控制接收器的保护,抑制噪声源,声源控制降噪效果,控制噪声的传播途径,常用噪声控制措施的原理与应用范围,保护接收器,在声源处抑制噪声：包括降低激发力，减小系统各环节对激发力的响应以及改变操作程序或改造工艺过程等。在声传播途径中控制：噪声控制的普遍技术，包括隔声、吸声、消声、阻尼减振等措施接收器的保护：耳塞、耳罩、消声头盔，对精密仪器将其安装在隔声间或隔振台上,2、噪声控制的一般原则科学性、技术的先进性（不能影响原有设备的技术性能）、经济性、,3、噪声控制的基本程序,噪声源测量和分析,传播途径调查和分析,受影响区域调查,降噪量确定,制定控制方案,设计施工,工程评价,总降噪量、声源、途径降噪量,声源分布,频率特性,时间特性,声质量评价、经济性、适应性评价,声源控制、途径控制,危害状况、本底噪声、允许标准,传播途径有空气声、固体声,4、噪声源分析机械噪声：摩擦力、撞击力、非平衡力等使机械部件和壳体产生振动空气动力性噪声：气体流动过程中的相互作用或者气流和固体介质之间的相互作用电磁噪声：电磁场交替变化引起的机械部件或空间容积振动,5、城市环境噪声控制（1）噪声源分类：工业生产噪声、建筑施工噪声、交通运输噪声、社会生活噪声（2）城市规划与噪声控制a、居住区规划中的噪声控制b、工业区远离居住区C、居住区人口控制规划美国环保局发布资料Ldn=10lg+22,（3）道路交通噪声控制a、低噪声车辆b、道路设计C、合理的城市规划（4）噪声管理：1997年3月1日环境噪声污染防治法（5）城市绿地降噪,厚草地、灌木丛：Ag（0.18lgf-0.31）d,树木、森林：Ag0.01f1/3d,第七节吸声和室内声场,吸声是噪声污染控制的一种重要手段；在噪声污染控制工程设计中，常利用吸声材料吸收声能量来降低室内噪声。,室内噪声的来源：,通过空气传来的直达声室内各墙壁面反射回来的混响声,室内混响声对环境的影响：,混响使室内噪声级增加，如一列火车进入隧道以后的噪声级比行驶在空旷的野外可高出5-10dB;混响对听觉的干扰；,一、吸声材料的声学分类及吸声特性,多孔性吸声材料（针对高频噪声控制）特征：内部有许多微小细孔，并与材料表面相通，具有通气性。吸声机理：声波投射到多孔材料表面时，部分投入的声波与纤维或颗粒表面产生内摩擦（摩擦力来自空气的压缩、膨胀），部分声能转变成热能，从而使声音的能量减小。,多孔性吸声材料分类：,无机纤维（如玻璃棉、岩棉及其制品等）有机纤维（如棉麻植物纤维、木质纤维等）泡沫材料（如泡沫塑料、泡沫混凝土等）吸声建筑材料（如微孔吸声砖、膨胀珍珠岩）,共振吸声结构（针对低频噪声控制）材料特征：薄膜或薄板表面穿孔吸声机理：应用共振原理1）声音与薄板（薄膜）固有频率产生共振2）声音与板后空腔气室空气产生共振,共振吸声结构的分类,微穿孔板吸声结构（小于1mm微孔）穿孔板共振吸声结构（共振腔结构）薄板或薄膜吸声结构（材料本身产生共振）,二、吸声特性的描述（吸声系数和吸声量）,1）吸声系数：,当0时，无吸声当1时，完全吸收，无声能反射,1）吸声系数,是频率的函数同一种材料，不同频率，吸声系数不同为研究问题方便，常用中心频率为125，250，500，1000，2000，4000Hz六个频程的吸声系数的平均值，称为平均吸声系数,2）吸声量：,A：材料的总吸声量Si：材料i的吸声表面积(m2)可推知，吸声量A的单位是m2,三、吸声系数的测量,1)混响室法把被测吸声材料按一定的要求放置于专门的声学实验室（混响室）中进行测定。将不同频率的声波以相同的几率从各个角度入射到材料表面，根据吸声材料前后混响时间的变化来确定材料的吸声特性。用此方法测定的吸声系数称为混响吸声系数或无规则入射吸声系数，记作,2)驻波管法,基于振幅合成,产生驻波时:,驻波比n,波腹：,波节：,声强系数与声压系数之间为平方关系，即：,由于,a代替I得到：,比较两种吸声测量方法可知：基于声音传播方向的无规则性，混响室法测得的吸声系数更接近材料的实际应用环境；但测定吸声系数较困难，两种方法测定的吸声系数可以进行换算。,四、多孔材料的吸声机理和影响吸声性能的因素,1、吸声机理,由于,当Zsm（材料声阻抗率）与c相等时，a1，说明材料将声音完全吸收，但在实际应用中不可能。理想吸声材料要求其声阻抗率接近于空气的特性阻抗率。,压缩、膨胀、摩擦、产热,降低声音能量,2、影响吸声性能的因素,材料的厚度材料的密度材料层于刚性面间的空气层护面层（多应用于多孔疏松材料）空间吸声体（室内悬挂吸声体）,A：材料厚度（频率一定时）,多孔材料对高频率声音吸声效果明显，即在高频区吸声系数较大；多孔材料对低频率声音吸声效果差，即在低频区吸声系数较小；随着材料厚度的增加，吸声最佳频率向低频方向移动；,A：材料厚度,厚度每增加1倍，最大吸收频率向低频方向移动一个倍频程；材料厚度（最佳吸收频率下的波长）当声音频率大于500Hz时，吸声系数与厚度无关。,B：材料密度（容重）,随着材料密度的增大，最大吸收系数amax向低频方向移动.,C：空气层,即：材料层与刚性面间的空气层；当空气层厚度d=1/4时，吸声系数a最大；当空气层厚度d=1/2,或是整数倍时，吸声系数a最小；对于低频率声音来说，较大，空气层厚度也要加大，对于房顶可适当增加空气层的厚度，一般5-10cm。,D：护面层,多孔材料疏松，无法固定，不美观，需表面覆盖护面层，如护面穿孔板，织物或网纱等；穿孔率（P），即穿孔总面积与未穿孔总面积的比值，穿孔率越大，对中高频率声音吸收效果越好，穿孔率越小，对低频吸收效果越好。,穿孔率的计算：,1）当圆孔为正方形排列时2）当孔为等边三角形排列时,3）当孔为平行狭缝时,穿孔率计算：,E：空间吸声体,分散悬挂于建筑空间上部，用以降低室内噪声或改善室内音质的吸声构件。具有用料少、重量轻、投资省、吸声效率高、布置灵活、施工方便的特点。许多国家从20世纪50年代开始使用空间吸声体，70年代应用广泛。中国从70年代起应用。80年代应用增多。空间吸声体可有板状、方块状、柱体状、圆锥状和球体状等多种形状。其中板状的结构最简单。,E：空间吸声体,即：将吸声体悬挂在室内对声音进行多方位吸收；该法节省吸声材料，对工厂、企业的吸声降噪比较适用。,F：,G：温度、湿度,五、共振吸声结构分类与吸声原理,共振吸声结构分类,薄板或薄膜共振吸声结构,1）薄板（膜）共振吸声结构,基于空气的体积弹性量为c2假设空腔厚为L，则弹性系数根据弹簧振子共振频率代入得到：,其中：M：薄板面密度,Kg/m2L:空腔厚度，cmf:Hz:空气密度,薄板共振吸声结构的应用范围：薄膜吸声结构的共振频率通常在200-1000Hz范围，最大吸声系数约为0.3-0.4，一般作为中频范围的吸声材料。当薄板固定在刚性面骨架上时，薄板和板后的封闭空气层，也构成振动系统，其中K与板的弹性、骨架构造、安装情况有关。,2）单腔共振吸声体,共振吸收频率：,其中：S：孔面积，m2V：空腔体积，m3t：孔深度，m：孔口修正量，mt+为有效颈长，对于直径为d的圆孔，d/4,3）穿孔薄板共振吸声体（多腔共振吸声体）,假设：S：每各孔面积,m2A：共振单元薄板面积,m2D：空气层厚度，m则穿孔率PS/A，共振腔体积VAD其共振频率为,六室内声场和吸声降噪,1、声场的分类直达声场：从声源直接到达接受点的直达声形成的声场。混响声场：经过房间面壁一次和多次反射后到达接受点的反射声形成的声场。扩散声场：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则分布的声场。扩散声场包含直达声场和混响声场，是由两声场叠加形成,2、扩散声场的声能密度和声压级,（1）、直达声场对于点声源，直达声的声强为：Q指向因子当声源置于自由空间，Q=1当声源置于无穷大刚性平面上，Q=2当声源置于两个刚性平面的交线上，Q=4当声源置于三个刚性平面的交角上，Q=8,对于点声源，直达声的声强为：,因为：,所以：,直达声声能密度：,(2)、混响声场,自由程：在室内声场中，声波每相邻两次反射所经过的路程。平均自由程：声波经过相邻两次反射距离的平均值（d）。由理论和实验均证实不论空间形状如何，均有：,其中：V为房间体积，S为房间总表面积。,设声音在1秒钟内传播的距离为c米，则1秒钟内的平均反射次数为：,设声源单位时间发出的声功率为W，则当声波被房间壁面部分吸收后剩余的声能量为:,设混响声平均声能密度为，则单位时间被吸收的声能量为：,亦即：声源提供的混响声能量。,当单位时间内声源贡献的混响声能与被吸收的混响声能相等时，体系达到稳定状态，即：,所以，室内混响声场平均声能密度为：,设：,R：房间常数，m2,则混响声场平均声能密度为：,又由于直达声声能平均密度为：,当室内存在混响时，室内某点的平均声能密度应等于直达声和混响声能密度之和，即：,3）总声场,把直达声场和混响声场叠加形成总声场。,声能密度与有效声压是平方正比关系，即：,则：,所以混响声压级为：,从混响声压级公式可看出：公式中第一项Lw为直达声，第二项为混响声。当时，即r很小，声场以直达声为主；当时，即r很大，声场以混响声为主；当时，直达声声能密度与混响声声能密度相等，这时r称为临界半径，即：当Q1时的临界半径又称为混响半径。,当接受点与声源距离大于临界半径时，即混响声占主导地位，则吸声降噪处理效果明显；当接受点与声源距离小于临界半径时，即直达声占主导地位，则吸声降噪处理效果不明显。,4、室内声音的衰减和混响半径,混响声：由于室内存在混响，声音发出后，不会立即消失，要持续一段时间，这一段时间内持续的声音成为“混响声”。,声音经过第2次反射后：,声音经过第n次反射后：,声音经过第1次反射后：,则t秒后的平均声能密度为：,又由于声能密度与有效声压是平方正比关系，所以有：,由于在t秒内总反射次数为：,当声能密度衰减到原来的百万分之一时所需要的时间，即声压级衰减60dB所需要的时间，称为混响时间所以有：,混响时间,当声音为高频区声音，声音传播过程中空气吸声不能不考虑，t秒内传播距离为ct，经空气吸收后声能密度降为原来的e-mct，其中m为声音衰减常数，单位为m-1，则t秒后平均声能密度衰减为：,则：,1）当声音频率低于2000Hz时，m可忽略，也即：,2）当声音频率低于2000Hz，且平均吸声系数小于0.2时，有：,此时混响时间为：,5、吸声降噪量,设吸声前的声压级为：,吸声后的声压级为：,则：,当某接受点远离声源时，即：,则：,一般情况下，平均吸声系数都比1小得多，所以有：,由于平均吸声系数通常是按实测混响时间T60得到，如果T1和T2分别为吸声前后的混响时间，则：,一般地面和壁面（墙面）平均吸声系数为0.03左右，吸声处理后平均吸声系数约为0.3左右，则声压级衰减10dB左右。一般吸声处理降噪10-12dB，如果平均吸声系数要求0.5以上，则降噪处理所需要的成本增加。,吸声设计,小结,1、室内噪声的来源2、多孔吸声结构吸声机理3、共振吸声结构吸声机理4、共振吸声结构分类5、吸声系数的测量方法6、影响多孔吸声材料声性能的因素7、空间吸声体的悬挂原则,8、单腔共振吸声体9、混响声10、混响时间11、混响半径12、吸声量13、平均吸声系数14、穿孔率、共振频率15、混响时间16、吸声降噪量,小结,一、隔声原理二、声波透过单层匀质构件的传播三、双层隔墙四、门窗和孔隙对墙体隔声的影响五、隔声间的降噪量六、隔声罩的降噪量,第八节隔声技术,一、隔声原理,隔声技术：利用隔声构件将声源与接收者分开，从而减轻噪声对接受者的程度。常用隔声构件：隔声间隔声罩声屏障,1、透射系数,二、常用隔声评价量,2、隔声量：入射声功率级与透射声功率级之差，也称传声损失。单位dB，同一隔声结构，不同的频率具有不同的隔声量。,一般隔件投射系数很小，使用很不方便，故采用隔声量表示构件的隔声能力,3、平均隔声量：在工程应用中，通常把中心频率为125,250,500,1000,2000,4000Hz的6个倍频程或100至3150Hz的16个1/3倍频程的隔声量作算术平均。实际工程中，也可以用500Hz的隔声量代表材料的实际隔声量，用TL500表示,4、隔声指数：Ia用于评价隔墙的隔声性能的指标,如何确定隔墙隔声指数国际标准化组织（ISO）建议法：采用单一值隔声指数Ia来评价空气声的隔声效果。先将构件的隔声特性曲线绘制在坐标纸上，再将绘在透明纸上的标准曲线与之重合，并沿垂直方向上下移动,直至满足下列两个条件时为止。,低于标准曲线的任何1/3倍频带的隔声量与标准曲线的差值不得超过8分贝；低于标准曲线的各个1/3倍频带的隔声量与标准曲线的差值总和不得超过32分贝。1/3倍频带的中心频率为500赫所对应的隔声量Ia即为隔声指数的读数。,5、插入损失,三、隔声材料,对材质的要求是密实无孔隙或缝隙，有较大的重量。常见的有：实心砖、钢筋混凝土墙、铝板、钢板、木板、石膏板、铁板、玻璃板、隔声毡、纤维板等,四、声波透过单层匀质构件的传播,由于构件本身具有一定的弹性，当声波以某一角度入射到构件上时，将激起构件的弯曲振动，当一定频率的声波以某一角度投射到构件上正好与其所激发的构件的弯曲振动产生吻合时，构件的弯曲振动及向另一面的声辐射都达到极大，相应隔声量为极小，这一现象称为“吻合效应”，相应的频率为“吻合频率”。,吻合效应,如果一声波以一定角度投射到构件上时，若发生吻合效应，则有：,b为薄板自由弯曲波长,1）当入射波频率高于b对应的频率时，均有其相应的吻合角度产生吻合效应；2）当入射波频率低于b对应的频率时，即相应的波长大于自由弯曲波长b时，由于sin值不可能大于1，便不会产生吻合效应。,固体隔墙中弯曲波的波长由固体本身的弹性性质所决定，引起吻合效应的条件由声波的频率与入射角决定。,E杨氏模量；D隔板厚,吻合效应的临界频率（sin1时）,单层墙的隔声性能与入射波的频率有关，其频率特性取决于隔声墙本身的单位面积的质量、刚度、材料的内阻尼以及墙的边界条件等因素。,质量控制区是隔声研究的重要区域。在这一区域，构件面密度越大，其惯性阻力也越大，也就不易振动，所以隔声量也越大。通常把隔声量随质量增大而递增的规律，称为隔声的“质量定律”。,2、质量控制区隔声量计算,这即是隔声中常用的“质量定律”。公式表明：隔声量与墙体质量和声音频率有关。质量面密度每增加1倍，隔声量增加6dB,实际工程中，需要估算单层墙对各频率的平均隔声量，在入射频率100-3200Hz范围内求平均，用平均隔声量表示，则：,M200kg/m2,M200kg/m2,五、双层隔墙,1、隔声原理,双层间的空气层可看作与两板相连的弹簧，当声波入射到第一层墙透射到空气层时，空气的弹性形变具有减振作用，传递到第二层墙的振动减弱，从而提高墙体的总隔声量。其隔声量等于两单层墙的隔声量之和，再加上空气层的隔声量。,2、双层隔墙的隔声特性,3、双层结构的隔声量,4、双层结构的平均隔声量,5、声桥现象,声桥：双层墙的空气层之间固体的刚性连接。若有声桥存在，应尽量避免，将破坏空气层的弹性层作用，使隔声量下降。空心板隔墙或空心砌块隔墙的空心部分，能减轻墙体重量，但对隔声不利。对空斗墙，其内空腔不能误认为是能起隔声作用的空气层。因为这些空腔的周围是百分之百刚性连接的声桥，完全不起空气层的弹性作用。,6、多层复合隔声构件（不同m、D）,多层复合隔板隔声性能较同等重量的单层或双层有明显改善：分层材料阻抗各不相同，声波在各层界面上产生多次反射，阻抗相差越大，反射声能越多，投射声能越小夹层材料的阻尼和吸声作用致使声能衰减，并减弱共振与吻合效应多层结构可以错开共振与临界吻合频率，改善共振区与吻合区的隔声低谷效应。,六、组合隔声体,隔声量由声能透射系数决定，组合件的隔声量由组合件的平均声能透射系数决定。,组合件的平均透射系数为：,组合件的平均隔声量为：,例如：在一垛总面积为22米2的砖墙上有一扇2米2的普通木门，对中心频率为1000Hz的倍频带声能，其透射系数分别为10-5和10-2，即隔声量分别为50dB和20dB。此时组合墙的平均透射系数为：,组合墙的总平均隔声量为：,例：某隔声间对噪声源一侧用一堵22m2的隔声墙相隔，该的传声损失为50dB，在墙上开一个面积为2m2的门，该门的传声损失为20dB，又开了一个面积为4m2的窗户，该窗户的传声损失为30dB。求开了门窗之后使墙体的隔声量下降了多少？（墙、门和窗的透射系数分别为10-5、10-2和10-3）,解：隔声墙组合体的平均透射系数为：,则组合体的隔声量比原墙的隔声量下降为：,七、隔声间的降噪量（墙壁有吸声性能的情况下）,隔声间计算公式,其中，A为隔声间内表面的总吸声量，S为隔声间内表面的总面积，为隔声间的平均隔声量。,同样一个隔声间放在空旷原野时，只有面对声源的墙壁具有隔声作用；将其放于一个大车间中，除去各壁面均有隔声作用。两种情况，同一隔声间的插入损失显然不同。,八、隔声罩的降噪量,隔声罩的降噪量计算,插入损失的表达为：,例：用2mm厚的钢板做一隔声罩。已知钢板的传声损失为29dB，钢板的平均吸声系数为0.01。由于隔声效果不理想而进行了改进，在隔声罩内作了吸声处理，使平均吸声系数提高到0.6。求改进后的隔声罩的实际隔声值提高了多少？,解：罩内未做吸声处理时，根据公式：,罩内做吸声处理后，则：,所以，改进后隔声罩的实际隔声量比改进前提高的dB数为：,小结,1、隔声原理2、常用隔声构件3、单层结构频率特性分为哪四区4、吻合效应5、质量定律相关计算,小结,6、双层隔墙的隔声特性7、声桥8、多层复合隔板隔声性能较同等重量的单层或双层有明显改善的原因9、组合体隔声量计算10、隔声间、隔声量的降噪,第九节消声器,消声器用于控制空气动力性噪声，是消减气流噪声的装置，把它接在管道中或进、排气口上，能让气流通过，对噪声具有一定的消减作用。,消声器,汽车用消声器,枪支用消声器,锅炉、风机等设备的消声器,一、消声器的评价,对一个好的消声器要有五个方面的基本要求：,1）在消声性能上的要求。要求具有较高的消声值和较宽的消声频率，也就是说要在所需要的消声频率范围有足够大的消声量；2）空气动力性能上的要求。消声器对气流的阻力要小，安装消声器后所增加的阻力损失要控制在实际容许的范围内；,3）机械结构性能上的要求。消声的体积要小，重量要轻，结构简单，便于加工，安装和维修4）外形和装饰上的要求。符合实际安装空间的需要，美观大方，表面装饰与设备相协调5）价格费用要求。价格便宜，使用寿命长。,二、消声器的声学性能评价量,1）插入损失（LIL）,即系统中插入消声器前后在系统外某点测得的声功率之差。现场测量受环境、气象、测距等影响，其测量结果必须修正。,2）传声损失（TL）,即消声器进出口端声功率级之差。,3）减噪量（LNR）,即消声器进出口端测得的平均声压级之差。,4）衰减量（LA）,即消声器内部两点间的声压级的差值，通常用消声器的单位长度的衰减量（dB/m）来表征消声器内声传播特性。,三、消声器的分类与适用范围,1）阻性消声器：,消声原理：利用吸声材料消声。把吸声材料固定在气流通道内壁或按一定的方式在管道中排列起来，就构成了阻性消声器，与电学类比，吸声材料就相当于电阻，故称阻性消声器。,包括的形式：直管式、片式、折板式、声流式、蜂窝式、弯头式等。,消声的频率特性：具有中、高频消声性能。,2）抗性消声器,消声原理：通过控制声抗的大小来进行消声的。与阻性消声器不同，它不使用吸声材料而是在管道上接截面积突变的管段或旁接共振腔，利用声阻抗的改变，使某些频率的声波在声阻抗突变的界面发生反射、干涉等现象，从而在消声器的外测，达到了消声的目的。,包括的形式：扩张室式、共振腔式、干涉型,消声的频率特性：具有低、中频消声性能。,适用范围：消除空压机、内燃机、汽车排气噪声（较高气速的情况）。,3）阻抗复合式消声器,消声原理：把阻性与抗性两种消声原理通过适当结构复合起来而构成的。可定性地认为阻性和抗性在同一频带的消声值的叠加（并非简单的叠加关系）。,包括的形式：阻扩型、阻共型阻扩共型等。,消声的频率特性：具有低、中、高频消声性能。,适用范围：消除鼓风机、大型风洞试车台噪声。,4）微穿孔板消声器,包括的形式：单层微穿孔板双层微穿孔板等。,消声的频率特性：宽频带消声性能。,适用范围：适于高温、潮湿有水、有油雾及特别清洁卫生的场合。,消声原理：利用微穿孔板吸声结构制成的消声器。,5）喷注耗散型消声器（也称扩散式消声器）,原理：不是在声音发出后进行消除，而是从发生机理上使干扰噪声减小。喷注噪声值频率与喷口直径成反比，如果喷口直径变小，喷口辐射的噪声能量将从低频移向高频，于是低频噪声被降低，而高频噪声反而升高，如果孔径小到一定值时，喷注噪声将移到人耳不敏感的频率范围。,包括的形式：小孔喷注型、降压扩容型多孔扩散型。,消声的频率特性：宽频带消声性能。,适用范围：消除压力气体排放噪声，如锅炉排气、高炉放气、化工厂工艺气体放散。,6）喷雾消声器,适用范围：消除高温蒸汽排放噪声。,消声的频率特性：宽频带消声性能。,原理：喷淋水雾改变介质的密度，即增加声阻抗。,消声的频率特性：低频消声性能。,7）电子消声器,适用范围：用于低频消声的一种辅助。,原理：人为地产生一个幅值相同而相位相反的声波，使两列声波在一定的空间区域相互干涉而抵消，达到降噪目的。,四、消声器的设计程序,1）噪声源的调查和特性分析（声源解析、周围自然环境和声学环境条件等）2）噪声标准的确定（根据评价区周围环境要求及国家相关声环境质量标准和噪声排放标准）,3）消声量的计算（根据管道截面，确定消声器通道结构；根据降噪要求，决定消声器的长度）4）选择消声器的类型（根据噪声的频谱，选定消声器的种类）5）检验（验算消声频率范围）,五、阻性消声器,1、阻性消声器的声衰减量,其中：L消声器气流通道断面周长，mS消声器的气流通道截面积，m2l消声器的有效长度，m(a0)与材料的吸声系数有关的消声系数,理论计算公式：,H.J.赛宾经验公式：,降噪量与材料吸声性能和周长/截面比有关。,例1、选用同一种吸声材料（平均吸声系数为0.46）衬贴的消声管道，管道有效长度为2m，管道有效截面积1500cm2。当截面形状分别为圆形、正方形和1：5矩形时，试问哪种截面形状的声音衰减量最大？哪种最小？,由公式：,因为管道的有效直径为：,则管道断面有效周长为：,1）当管道为圆形时,2）当管道截面为正方形时,则管道断面周长为：,3）当管道截面为1：5矩形时,则管道断面长和宽分别为：,则管道断面周长为：,有：LA3LA2LA1,管道截面为矩形的声音衰减量最大，截面为圆形管道声音衰减量最小。,2、高频失效频率（即消声性能下降的频率）,基于高频率声音的方向性强，与管壁的吸声材料接触减少，阻性消声器实际消声量与f有关，在某一f处消声量明显下降，产生这一现象对应的声波频率称为上限失效频率。,D消声通道截面平均边长（当量直径），m圆形管道为直径；矩形管道为边长平均值，其他管道取面积的开方值。,当频率每增加一个倍频带，其消声量约下降1/3，其经验估算公式为：,其中：R高于失效频率的某倍频带的消声量；R失效频率处的消声量（作为参考值）；N高于失效频率的倍频程频带数。,3、气流对阻性消声器性能的影响,1）气流的存在改变了消声器内声衰减规律（特别是高速气流）声波在阻性管道内传播，如果伴随有气流，气流方向与声波方向一致时，声波衰减系数变小，反之变大。顺流与逆流相比，逆流对消声有利。,2）气流在消声器内产生一种附加噪声，即气流再生噪声,气流经过消声器通道时，因局部阻力或摩擦阻力而产生湍流，相应辐射一些噪声；气流激发消声器构件振动而辐射噪声。,在直通管道消声器内气流再生噪声的估算公式为：,其中：LA气流再生噪声消声器内气流速度，m/s,一个消声器具体应用到现场时，气流究竟对它的性能影响有多大，需结合噪声源强度、气流速度大小以及消声器结构等因素进行具体分析；不同的结构，气流在管道中允许风速不同。,六、抗性消声器,1、扩张室消声器（膨胀式消声器）,消声原理：声波在管道截面的突然扩张（或收缩）造成通道内声阻抗突变，使声波传播方向发生改变，在管道内发生反射、干涉等现象，从而达到消声的目的。,单节扩张室消声器的消声量计算：,其中：,称为抗性消声器的扩张比。,为波数,时，即,时,单节扩张室消声器特点：扩张比越大，传声损失越大，但不管扩张比多大，当时，传声损失降低为0。,a.设计多节扩张室，使每节具有不同的通过频率，将其串联，此法使总消声量提高。b.将单节扩张室改进为内插管式，即在扩张室两端各插入1/2L和1/4L的管以分别消除n为奇数和偶数对通过的频率低谷。,改善消声频率特性的方法,2、共振腔消声器,1）消声原理：该系统是共振吸声结构，管壁小孔中的空气类似活塞，具有一定的声质量；密闭空腔类似空气弹簧，具有一定的弹性，当声波传到腔口时，在声波的作用下，空