《物理性污染控制》 噪声评价及标准

1、第一章噪声评价及标准物理性污染控制1. 噪声污染防治研究内容2. 声波的基础知识3. 噪声的特性和计算4. 噪声的评价和测量方法5. 噪声评价第一章 噪声评价及标准1.1.1噪声1.1 噪声源及噪声污染规律研究 凡是人们不需要的声音，称为噪声（心理学） 由许多不同频率和强度的声波无规则地杂乱无章组合而成（物理学）危害人们身体健康，干扰学习、工作和睡眠的声音，统称噪声(环境学)第一章 噪声评价及标准（1）定义：噪声特点：噪声定义的主观性很强，带有明显的相对性物体（固体、液体、气体）的振动。能够发声的物体称为声源；产生噪声的物体或机械设备称为噪声源。第一章 噪声评价及标准1.1 噪声源及噪声污染规

2、律研究1.1.1噪声（2）噪声源：噪声只会造成局部性污染，不会造成区域性和全球性污染；无残余污染物，不会积累；噪声源停止运行后，污染即消失；噪声的声能是噪声源能量中很小的部分，再利用价值不大。第一章 噪声评价及标准1.1 噪声源及噪声污染规律研究1.1.1噪声（3）噪声污染特点：物理性污染（局部）无残留危害间接慢性能量小第一章 噪声评价及标准1.1 噪声源及噪声污染规律研究1.1.1噪声（4）噪声分类：频率低频中频高频发声机理机械噪声空气动力学噪声电磁噪声来源自然人为环境管理交通运输工业生产建筑施工社会生活我国城市道路交通噪声统计结果表明，噪声等效声级范围在6870dB(A)之间，有3390万

3、人受到公路交通噪声影响，其中2700万人生活在高于70dB的噪声严重污染的环境中。第一章 噪声评价及标准1.1 噪声源及噪声污染规律研究1.1.1噪声（4）噪声分类：按照频率分布分为：低频噪声（1000Hz）。听力系统：听觉疲劳、噪声性耳聋、暴振性耳聋。国际标准化组织（ISO）确定听力损失25dB为耳聋标准：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。95dB(A) 对人体有中度甚至重度影响。第一章 噪声评价及标准1.1 噪声源及噪声污染规律研究1.1.2 噪声的危害（1）对人耳的损害听力损伤听力损伤过程噪声性耳聋发病率

4、中枢神经：神经失调心血管系统：高血压、猝死、胃溃疡视觉灵敏度下降免疫系统、内分泌、皮肤等第一章 噪声评价及标准1.1 噪声源及噪声污染规律研究1.1.2 噪声的危害（2）对全身其他系统的损害第一章 噪声评价及标准1.1 噪声源及噪声污染规律研究1.1.2 噪声的危害（3）干扰生活、学习和工作对通话的干扰对睡眠的干扰 噪声会影响人的睡眠质量和数量，当睡眠受到噪声干扰后，工作效率和健康都会受到影响，老年人和病人对噪声干扰尤其敏感。研究结果表明，连续噪声可以加快熟唾到轻睡的回转，使人多梦，熟睡的时间缩短，突然的噪声可使人惊醒。一般来说，40dB的连续噪声可使10的人睡眠受到影响，达到60dB时，可使

5、70的人惊醒。对仪器的危害：当噪声级达到135dB时，会导致电子仪器的连接出现错动，引线产生抖动、仪器发生故障；当噪声级达到150dB时，仪器的元件可能失效或者损伤。对建筑物的危害：在特强噪声下，建筑物会出现门窗变形，墙面开裂、屋顶掀起、烟囱倒塌等，噪声级达到140dB,轻型建筑物会受伤。第一章 噪声评价及标准1.1 噪声源及噪声污染规律研究1.1.2 噪声的危害（4）特强噪声对仪器设备和建筑结构的危害噪声对危险信号的掩蔽效应使人不察觉，造成工伤事故第一章 噪声评价及标准1.1 噪声源及噪声污染规律研究1.1.2 噪声的危害（5）噪声对危险信号的掩蔽效应对儿童和胎儿的影响 影响少年儿童的智力发

6、展 使胎儿体重降低，使影响胎儿发育的荷尔蒙量偏低。1.1 噪声源及噪声污染规律研究1.1.2 噪声的危害（6）对其他的影响对动物的影响 强噪声会引起鸟类羽毛脱落，不产卵，甚至内出血死亡 使动物脑细胞中的尼塞尔物质减少，死亡会引起社会矛盾第一章 噪声评价及标准1.2 噪声评价方法和噪声标准第一章 噪声评价及标准噪声对人的危害与噪声源的特性、人耳的听觉特性以及人对噪声的主观心理反应有关；噪声评价-正确地描述不同的声环境和噪声暴露时间对人的影响；常用评价方法：响度级、计权声级、噪声指数等。1.2 噪声评价方法和噪声标准第一章 噪声评价及标准标准确定原则：噪声影响，平衡“危害”与“经济”，制定标准；标

7、准种类：质量标准；排放标准类别名称标准号备注质量标准声环境质量标准GB3096-2008排放标准工业企业厂界环境噪声排放标准GB12348-2008社会生活环境噪声排放标准GB22337-2008建筑施工场界环境噪声排放标准铁路边界噪声限制及其测量方法GB12523-2011GB12525-1990其他工业企业噪声控制设计规范 声屏障声学设计和测量规范隔振设计规范 民用建筑隔声设计规范声学 低噪声工作场所设计指南 GB/T50087-2013HJ/T90-2004GB50463-2008GB50118-2010GB/T17249-20121.2 噪声评价方法和噪声标准主要噪声标准列表1.3 噪

8、声控制技术的研究第一章 噪声评价及标准坚持“预防为主”、“防治结合”、“三同时”，以及科学性、先进性、和经济性的原则1.3.1 噪声控制的原则依靠科学技术“治”依靠法律来“防”1.3 噪声控制技术的研究第一章 噪声评价及标准（1）管理措施 中华人民共和国环境噪声污染防治法1.3.2 噪声控制的措施（2）规划性措施 区域性规划 道路规划 控制城市人口、加强绿化、增加绿化面积等1.3 噪声控制技术的研究第一章 噪声评价及标准1.3.2 噪声控制的措施（3）针对噪声传播要素的措施 对噪声源的控制； 对传播途径上的控制；对噪声接受者的防护措施噪声控制程序：调查声源及其污染状况，进行噪声测量，取得有关噪

9、声的物理量数据，进行数据处理，分析噪声的频率特性和时域特性；根据声源及噪声所影响的环境，选择噪声允许标准；根据降噪量和噪声的频谱特性，设计控制方案，采取控制措施；进行工程评价，论证控制方案能否达标；控制措施实施后，再进行测量，综合分析评价是否达到控制目标，否则应重新设计，直至达标。第一章 噪声污染及其控制1.3 噪声控制技术的研究1.3.2 噪声控制的措施1. 噪声污染防治研究内容2. 声波的基础知识3. 噪声的特性和计算4. 噪声的评价和测量方法5. 噪声评价第一章 噪声污染及其控制2. 声波的基础知识第一章 噪声污染及其控制2.1 声波和声压2.2 频率、波长和声速2.3 频程和频谱2.4

10、 声波传播的三个基本方程2.5 平面波、球面波、柱面波2.6 声压级、声强级和声功率级声源：物体的振动是产生声音的根源，将振动而发出声音的物体称为“声源”(固、液、气)；声音依靠介质进行传播，常见的介质：空气声波：声源产生的振动通过空气分子的振动进行传播就是声波第二章 噪声污染及其控制2.1 声波和声压2.2.1 声波的形成声音的传播过程：声源振动时，带动相邻的空气质点进行压缩和膨胀运动，空气分子间的弹性作用，进而影响和促使周围相邻区域空气质点发生压缩与膨胀，如此由近及远相互影响传递，将声源的振动以一定的速度沿着弹性介质向各方向传播出去。声波： 压缩膨胀交替运动由近及远向前推进的空气振动。第二

11、章 噪声污染及其控制2.1 声波和声压2.2.1 声波的形成声源的振动弹性媒介振动声波空气、固体、液体第二章 噪声污染及其控制2.1 声波和声压2.2.1 声波的形成第二章 噪声污染及其控制2.1 声波和声压2.2.1 声波的形成声波：这种向前推进着的疏密相间的空气振动称为声波。声场：有声波传播的空间叫声场。声音传播的实质：声音传播是指物体振动形式的传播。产生条件：具有一定声能的振动； 有传播声能的介质第二章 噪声污染及其控制2.1 声波和声压2.2.1 声波的形成纵波：横波：传声介质的质点振动方向和声波传播方向相同的波。传声介质的质点振动方向和声波传播方向相互垂直的波。第二章 噪声污染及其控

12、制2.1 声波和声压2.2.1 声波的形成321.2 声学基础纵波横波1.2.1 声波的形成第二章 噪声污染及其控制2.1 声波和声压2.2.1 声波的形成纵波横波 声源33纵波传播媒质空气液体固体本章研究对象纵波-空气声纵波、横波皆可能介质的质点振动方向和波传播方向相同第二章 噪声污染及其控制 由于声源的振动，使得介质中的组成微粒在原有的杂乱运动中，附加一个有规律的运动，介质中出现稠密和稀疏的交替变化，声波的传播实际上就是这种疏密相间状态的传播。介质密集时，压强超过平衡状态下的压强（静压）；介质稀疏时，压强低于静压。即在声波的传播过程中，空气压强随声波做周期性变化。2.1 声波和声压2.2.

13、2 声压第二章 噪声污染及其控制2.1 声波和声压2.2.2 声压声压：在声波的传播过程中，空气压强随着声波作周期性变化。 声场（有声波存在的区域）中某点在某一瞬时，由静压p0改变到压强时，所产生的压强增量称为该点的瞬时声压。即： =p0 ，式中：瞬时声压，Pa； 压强，Pa； 0静压，Pa。声压：声压：由声波引起的压强变化；瞬时声压：声场中某一瞬时的声压值；峰值声压pA：一定时间间隔内的最大瞬时声压；有效声压pe：电子仪器测得的声压；（简谐声波）第二章 噪声污染及其控制2.1 声波和声压第二章 噪声污染及其控制听阈：人能听到的最小声音的声压值。人耳对不同频率的声音的可听阈不同。对于1kHz的

14、纯音其听阈值为210-5Pa：参考声压。 两人面对面交谈的平均声压为210-2Pa 纺织厂织布车间噪声的声压可达到2Pa痛域：人能听到的最大声音的声压值。对超过痛域的声音，人们只感到耳疼痛而感受不到声音。对于1kHz的纯音来说为20Pa。最大值是最小值的106倍，使用起来极其不便。为了便于描述大范围变化的物理量，采用对数标度。对声压来说引如声压级的概念。 声压：2.1 声波和声压第二章 噪声污染及其控制正常人耳能听到的最弱声音普通说话声（1m远处）公共汽车内织布车间柴油发动机、球磨机喷气飞机起飞听阈痛阈声压：2.1 声波和声压第二章 噪声污染及其控制2.2 频率、波长和声速声波频率：一秒钟内介

15、质质点完成的完整振动的次数，单位为Hz（赫兹）。记为。周期：质点完成一次完整振动所需要的时间称为周期，记为T，单位为s（秒）。频率和周期T互为倒数波长：两相邻同相位质点之间的距离，单位为m（米），记为。声波两个相邻密部或两个相邻疏部之间的距离叫做波长，或者说声源每振动一次，声波的传播距离。 角频率= 2 = 1/T =c/=cT=2c/ 第二章 噪声污染及其控制2.2 频率、波长和声速第二章 噪声污染及其控制适当频率和强弱声波传到人们耳边，人们就感到了声音。人能感觉到的声波的频率是20HZ20kHZ，该频率范围内频率称为音频。低于20HZ的声波为次声波，高于20kHZ的为超声波。 一些动物的听

16、觉要比人类更加灵敏。狗的耳朵能够听到50到45000赫兹之间的声音猫能够听到50到85000赫兹之间的声音蝙蝠能够听到12万赫兹的声音海豚能够听到20万赫兹的声音大象是少有的能够听到低达5赫兹的声音的动物之一。2.2 频率、波长和声速频率 f（Hz）：声波在介质中传播的速度（振动状态传播的速度）声速与质点振动速度的区别第二章 噪声污染及其控制2.2 频率、波长和声速声速c（m/s）声速是介质特性的函数，不同介质中，声速不同。气体中的声速：理想气体：空气：第二章 噪声污染及其控制2.2 频率、波长和声速声速c（m/s）在一定的介质中，声速与介质的温度有关空气中的声速（15）：水中的声速：1372

17、m/s；玻璃中的声速：3658m/s；铁中的声速：5182m/s；混凝土中的声速：3048m/s；硬木中的声速：4267m/s；软木中的声速：3353m/s；第二章 噪声污染及其控制2.2 频率、波长和声速（3）声速c（m/s）第二章 噪声污染及其控制2.3 频程和频谱可听声频率范围是 20Hz20000Hz，低于、高于此范围的声分别为次声和超声。(蝙蝠定位所发声波)为了研究和实用上的需要，把宽广的声频范围划分成若干小区间，称其为频程、频段或频带。实测发现，两个不同频率的声音作相对比较时，具有决定意义的是两个频率的比值，而不是他们的差值。故在频程划分时采用等比而非等差的划分方法。2、1任一频程

18、的上限频率和下限频率，Hz。 将人耳能够听到的声音的频率范围（20Hz-20kHz)划分为若干较小的段落，称其为频程或频带或带宽。第二章 噪声污染及其控制2.3.1 频程2.3 频程和频谱n 倍频程： n=1/3，1/3倍频程； n=1，1倍频程； n=2，2倍频程。第二章 噪声污染及其控制2.3.1 频程2.3 频程和频谱中心频率值：第二章 噪声污染及其控制2.3.1 频程2.3 频程和频谱带宽： 1/3倍频程：1倍频程：第二章 噪声污染及其控制2.3.1 频程2.3 频程和频谱频率倍频程1/3倍频程下限频率中心频率上限频率下限频率中心频率上限频率11162214.11617.82231.5

19、4417.82022.444638822.42528.28812517728.231.535.517725035535.54044.735550071044.75056.27101000142056.26370.814202000284070.88089.128404000568089.110011256808000113601121251411136016000227202.3.2 频谱 组成声音的各种频率的分布图形。第二章 噪声污染及其控制2.3 频程和频谱线状谱（纯音）复合谱连续谱钢琴与黑管的频谱线状谱在噪声控制中，对连续谱的噪声，一般用1倍频程或1/3倍频程中心频率值为横坐标，声压级为

20、纵坐标绘出的折线来代表噪声的频谱。从噪声频谱中分析了解噪声的成分和性质，称为频谱分析，可了解到峰值噪声在低频、中频还是高频，为噪声控制提供依据。第二章 噪声污染及其控制552.4 声波传播的三个基本方程第二章 噪声污染及其控制 声振动作为宏观物理现象,必须满足三个基本的物理定律,即牛顿第二定律、质量守恒定律以及描述压强、温度、体积等状态参数的状态方程（pVmRT）。应用这三个定律,可以分别导出声波传播中的运动方程、连续性方程和物态方程。2.4 声波传播的三个基本方程第二章 噪声污染及其控制假设:(1)媒质为理想流体,即介质中不存在粘滞性,声波在这种媒质中传播时没有能量损耗。(2)没有声扰动时,

21、介质在宏观中是静止的,同时媒质是均匀的,因此媒质中静态压强P0、静态密度都是常数。(3)声传播时,声过程产生的温度差,不会引起介质相邻部分间发生热交换,即为绝热过程。(4)假设媒介中传播的是小振幅声波,即满足:1)声压p比静态压强P0小得多;2)质点振动速度u比声速c小很多;3)质点位移比波长小的多；4)介质密度相对变化远小于1。声波方程运动方程连续性方程物态方程小振幅波的一维波动方程：小振幅:第二章 噪声污染及其控制2.4 声波传播的三个基本方程第二章 噪声污染及其控制声压的波动方程一般解为p=1(ct-x)+2(ct+x)声速c向x正方向传播的波声速c向x负方向传播的波声波方程2.4 声波

22、传播的三个基本方程运动方程(1)x方向的变化:设体积元在静止时压强为P0,声波的瞬时声压为P,则在体积元左侧面受到压力F1=（P+ P0)dydz在x+dx处的右侧面声压增量为dp,则右侧受到的压力为：F2= （P+ dp+P0)dydzF1-F2=-dpdydz 或 F1-F2=-p/xdxdydz 体积元dv在F1-F2作用下，产生加速度Ux/t,设介质密度为，则体积元的质量为edxdydz,按照牛顿第二定律则有-p/xdxdydz= eUx/tdxdydz,整理后-p/x= eUx/t 由于是小振幅声波，密度变化很小 ，可以看做密度不变，可写为： -p/x= e0Ux/t 上式称为运动方

23、程，它把声场中声压与介质质点振动速度联系起来。当知道声压随距离的变化，就可计算振动速度随时间的变化，反之亦然。在三维空间中质点的运动方程是连续方程 连续性方程是物质不灭定律在流体质点运动中的运用。对体积元dv，因此，质点的流进和流出不等，不会导致物质的产生和消灭，它只能使dv内介质密度发生变化。对于单位时间从左侧流入体积元 dv的 质量为m1=euxdydz同一时刻从右侧流出的质量为二式相减得到单位时间，在x方向dv内质量的净增量，又因前后密度大约相等，故得mx=-eux/xdxdydz=-e0ux/xdxdydz同理可得：my=-e0uy/ydxdydz my=-e0uz/zdxdydz因质

24、量的流进和流出之差,使得单位时间dv内 总的质量增量为: m=-e0(ux/x+uy/y+ uz/z)dxdydz 流体质量的流进和流出的差值,将使体积元内密度发生变化。根据物质不灭定律,上式 m值应该等于流体密度变化引起质量的增量,单位时间这一增量应为：（edxdydz)/t. 由此可得：e/t=-e0(ux/x+uy/y+uz/z) 该式称为连续性方程,它把质点振动速度与流体密度联系起来。从式中看出,流体质量进多出少时,空 气“密集”体积元内介质密度增大;当流体质量进少出多时，空气“稀疏”,dv内介质密度减少。m2=eux+d(eux)dydz物态方程 传声介质在声扰动时,出现疏(膨胀）、

25、密(压缩)的交替变化,声波通过体积元dv时,dv内的压强、密度、温度都会发生变化。由于声波传播过程进行得较快,膨胀和压缩过程的周期比热传导需要的时间短得多,在声波传播过程中,相邻介质间来不及进行热交换,因比传播的过程是绝热过程,可以运用理想气体绝热物态方程: P1/P0=(V0/V1)r式中：P0、V0介质处于静态时的压强和体积； P1、V1有声波存在时介质的压强和体积； r 比热比（定压比热cp与定容比热cV之比定压比热cp与 定容比热cV之比 ，=cp/cV ）介质压缩或膨胀时,体积与密度成反比,则有 (P+P0)/P0=(e/e0)r上式对时间求导后,把小振幅情况下的e=e0代入,得 p

26、/t= P0r/e0e/t对于一定密度的某种理想气体P0r/e0为常数,由 可知该项为声速C2,因此得 p/t= C2e/t 或者 p/e= C2 上式为理想气体的物态方程，它描述了声场中瞬时声压随时间的变化与密度随时间变化的关系。2.5 平面波、球面波、柱面波平面波第二章 噪声污染及其控制 声波在传播过程中，同一时刻相位相同的轨迹称为波阵面。波阵面与传播方向垂直的波称平面波。如：管道中的活塞往复运动时，在管内同一截面上各质点将同时受到压缩或扩张，具有相同的振幅和相位，这就是平面声波。如果管道始端的活塞以正(余)弦函数的规律往复运动，则称为简谐振动。 2.5 平面波、球面波、柱面波第二章 噪声

27、污染及其控制波阵面：声波在传播过程中某瞬时相位完全相同的介质质点形成的面。波阵面总是垂直于传播方向。声射线：沿声的传播方向给出的带箭头的线，称声线。平面波、球面波、柱面波：若波阵面是平面、球面、柱面，则是平面波、球面波、柱面波。平面波波阵面声射线截面图球面波截面图2.5 平面波、球面波、柱面波球面波第二章 噪声污染及其控制 若声源的几何尺寸很小，并且比声波波长小很多，这样的声源可视为点声源。点声源在各向均匀的介质中辐射声波，这时波向各个方向传播速度相同，形成以声源为中心的一系列同心球面，这样的波成为球面波。即波阵面为同心球面的波称球面波。 2.5 平面波、球面波、柱面波柱面波第二章 噪声污染及

28、其控制 波阵面是同轴圆柱面的声波。 其声源一般可视为“线声源” 如繁忙的公路 2.5 平面波、球面波、柱面波第二章 噪声污染及其控制2.5.1 声压波动方程 声压的波动方程一般解为p=1(ct-x)+2(ct+x)声速c向x正方向传播的波声速c向x负方向传播的波（1）平面波的瞬时声压和有效声压第二章 噪声污染及其控制2.5 平面波、球面波、柱面波2.5.2 瞬时声压和有效声压p=1(ct-x)+2(ct+x)介质质点作简谐振动，声波沿x正方向传播，1取余弦函数介质质点作简谐振动，声波沿x负方向传播 k=/c=2/ k 圆波数振幅不随传播距离而衰减相位初始相位第二章 噪声污染及其控制2.5 平面

29、波、球面波、柱面波2.5.2 瞬时声压和有效声压 由于人耳膜的惯性作用，并不能辨别声压的瞬时起伏，而只是有一个稳定的有效声压的响应(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 经积分和开方得 please remember（2）球面波的瞬时声压第二章 噪声污染及其控制2.5 平面波、球面波、柱面波2.5.2 瞬时声压和有效声压A 声源辐射声波能力的常数。 与声源的几何尺寸和振动速度有关对于给定的声源，A为常数PA=A/r （振幅），瞬时声压随距离增加而减小；（3）柱面波的瞬时声压第二章 噪声污染及其控制2.5 平面波、球面波、柱面波2.5.2 瞬时声压和有效声压P0 柱面波的声源

30、辐射常数，Pa振幅瞬时声压随距离增加而减小（1）平面波的质点振动速度和声阻抗率第二章 噪声污染及其控制2.5 平面波、球面波、柱面波2.5.3 质点振动速度和声阻抗率质点振动速度幅值：质点振动速度有效值：声阻抗率(Pas/m)：第二章 噪声污染及其控制（1）平面波的质点振动速度和声阻抗率2.5 平面波、球面波、柱面波2.5.3 质点振动速度和声阻抗率沿x正方向传播沿x负方向传播声阻抗性与声波频率、幅值无关，仅与介质密度和声速有关，是介质固有的常数在相同声压作用下，对于声阻抗率大的媒质，其媒质质点振速小，而对于声阻抗率小的媒质，其媒质质点振速就大。因此，声阻抗率的意义可理解为声场中某位置媒质的限

31、速能力（2）远场球面波的质点振动速度和声阻抗率第二章 噪声污染及其控制2.5 平面波、球面波、柱面波2.5.3 质点振动速度和声阻抗率质点振动速度幅值：声阻抗率(Pas/m)：P=A/r第二章 噪声污染及其控制2.6 声压级、声强级和声功率级2.6.1 声能量、声强、声功率声能量运动动能+形变势能 声场中单位体积介质所含有的声能量称为声能密度，记为D，单位为J/m3。声强-声场中某点处，与质点速度方向垂直的单位面积上在单位时间内通过的声能称为瞬时声强，矢量。 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。声强的符号为I，单位为W/m2。声功率-声源在单位时间内发射的总能量称为声源功率，

32、记为W，单位为W。（1）声能密度声能密度：声场中单位体积介质所含的声波能量。平均声能密度：第二章 噪声污染及其控制2.6 声压级、声强级和声功率级2.6.1 声能量、声强、声功率声能量：动能，形变势能811.2 声学基础 声强 ：声波传播方向上单位时间内垂直通过单位面积的平均声能量。（W/m2）（2）声强2.6 声压级、声强级和声功率级2.6.1 声能量、声强、声功率I与距离无关821.2 声学基础 声功率 W：声源在单位时间内辐射的声能量，单位W。（3）声功率2.6 声压级、声强级和声功率级2.6.1 声能量、声强、声功率832.6 声压级、声强级和声功率级2.6.1 声能量、声强、声功率听阈，听阈声压，210-5 Pa痛阈，痛阈声压，20 Pa级的概念，先选定基准量（或参考量）然后对被量度的与基准量的比值求对数，则这个对数值就是被量度的“级”。单位：贝（B），常把1贝尔分