X年注册环保工程师专业知识四讲义

1、Evaluation Warning: The document was created with Spire.Doc for .NET.物理污染控制工程技术一、噪声与振动污染控制工程基础二、物理污染控制工程实践三、主要电电磁污染染源及其其特性四、电磁污污染防治治基本方方法第1章 噪声与与振动污污染控制制工程基基础1.1 噪噪声与振振动的计计量和评评价复习要求：1、熟悉躁躁声与振振动的主主要物理理量和单单位2、掌握躁躁声与振振动控制制工程中中的常用用评价量量一、噪声和和振动的的基本概概念声音在人们们的生活活、工作作中起着着非常重重要的作作用。声声音的本本质就是是气体、液液体、固固体介质质中的质

2、质点振动动，声音音的产生生和传播播都离不不开介质质的力学学振动行行为。声声音有有有利的一一面，也也有有害害的一面面。人们们把不和和谐的、令令人反感感的声音音称为噪噪声。要要抑制噪噪声的发发生和传传播，就就必须了了解噪声声产生的的原因和和传播的的规律，也也就必须须具备振振动基本本知识。振动是声音音的来源源。噪声声是声音音的一种种，判断断一个声声音是否否属于噪噪声，主主观因素素起决定定性作用用。生理理学将对对人体有有害或人人们不需需要的声声音称为为噪声。物物理学将将和谐的的声音叫叫做乐音音，不和和谐的声声音称为为噪声。噪噪声是各各种不同同频率和和不同强强度声音音无规则则的杂乱乱组合，给给人烦躁躁的

3、感觉觉；噪声声的波形形曲线通通常是无无规则的的。1、声源：凡是能能发出声声音的振振动体，都都可以称称为声源源。声音音是由于于声源的的振动而而产生的的。声源源可以是是固体，液液体或气气体。2、声波：物体在在弹性介介质中的的机械振振动可引引起介质质密度的的改变，这这种介质质密度变变化由近近及远的的传播过过程即为为声波。声声波产生生和传播播见3332页图图。声波波产生的的条件是是声源（机机械振动动的物体体）和弹弹性媒质质。声波波可分为为横波和和纵波。声声音的传传播是物物体振动动状态的的传播过过程，即即传播的的是状态态和能量量，不是是媒质本本身。3、声场：由声波波存在的的媒质区区域称为为声场。可可以分

4、为为自由声声场、混混响声场场、扩散散声场、远远场和近近场等。自由声场：无反射射声存在在的声场场，也表表示那些些在各向向同性的的均匀媒媒质中界界面的影影响可以以忽略的的声场，或或者做了了强吸声声的消声声室内的的声场。混响声场：在比较较大的建建筑围护护结构内内，各壁壁面存在在多次强强反射所所形成的的、以反反射声为为主的声声场，称称为混响响声场。扩散声场：声能密密度分布布均匀，反反射的传传播方向向为无规规律分布布的声场场，称为为扩散声声场。混混响声越越强烈的的声场越越接近扩扩散声场场。远场：指自自由声场场中到声声源的距距离每增增加一倍倍，声压压降低至至一半的的区域。远远场内的的媒质瞬瞬时质点点速度与

5、与声压的的相位一一致。近场：远场场之内的的区域为为近场。近近场内媒媒质瞬时时质点速速度与声声压的相相位不相相同。4、频率（）：单位时间内媒质质点振动的次数，单位为Hz。周期（）：质点振振动每往往复一次次所需的的时间称称为周期期。单位位s。 声音的频段段范围划划分见3333页页表5111。5、波长（）：在波的传播方向上，相邻两波峰（或相邻两波谷）之间的距离称为波长。波长也是质点的振动经过一个周期声波传播的距离。单位是米（m）。6、声速（）：声声音在媒媒质中传传播的速速度。单单位米/秒（mm/s）。或声速是介质质温度的的函数，温温度升高高声速增增加；声声速还随随大气压压强的增增加而增增加；空空气声

6、速速受空气气湿度影影响；声声速和媒媒质的种种类有关关。声速速表见3334页页。7、声压：空气受受到扰动动时，空空气压强强就在大大气压强强附近做做迅速起起伏变化化的波动动，并改改变为，将将声扰动动产生的的逾量压压强称为为声压。声声压一般般是时间间和空间间的函数数。分为为瞬时声声压和有有效声压压。单位位 1PPa=11N/mm2,微巴巴（），11微巴0.11Pa。一定时间间间隔内瞬瞬时声压压对时间间的均方方根值称称为有效效声压。人耳对频率率为10000HHz声音音的可听听阈（即即人耳刚刚刚能察察觉到声声音的存存在）约约为Paa；刚刚刚使人耳耳产生疼疼痛感觉觉的声压压（痛阈阈声压）约约为200Pa。

7、8、频带：把宽广广的声音音频率变变化范围围划分为为若干较较小的段段落，叫叫做频带带（频程程）。任任一频带带都有上上限频率率、下限限频率（这这两个频频率又称称截至频频率）和和中心频频率，上上、下限限频率之之间的频频率范围围称为频频带宽度度，又称称带宽。倍频带（倍倍频程）：如果两个频率相差一倍，称这两个频率之间相差一个倍频带，即这两个频率之比为21，或；相差3个倍频带意味着两个频率之比为23，依此类推，相差n个倍频带就意味着两个频率之比为。上限频率、下限频率和倍频带系数n有如下关系：或，一般越小，频带分的越细。频带的中心心频率是是上、下下限频率率的几何何平均值值，在噪声测量量中，通通用的倍倍频带有

8、有n=11时的11/1倍倍频带，简简称倍频频带；有有n=11/2时时的1/2倍频频带，有有n11/3时时的1/3倍频频带等。其其上限频频率值、下下限频率率和中心心频率值值值分别别见3337页表表。、声功率率：单位位时间内内声源辐辐射出来来的总声声能量称称为声功功率。瞬瞬时声功功率，它它的平均均声功率率为：。一个声源发发出的声声功率和和声源做做功发出出的总功功率是两两个截然然不同的的概念，声声功率只只是声源源总功率率中以声声波形式式辐射出出去的一一小部分分功率。声声源声功功率强度度的范围围很广。10、振动动的位移移、速度度和加速速度设在一简谐谐振动中中，A为为振动的的振幅，为角频率，为时间，则可

9、将振动的位移表为、速度表为、加速度表为。振动位移在在研究机机械结构构强度和和变形时时有意义义；加速速度在研研究机械械疲劳、冲冲击和评评价振动动对人的的影响时时有重要要意义；振动速速度和结结构辐射射噪声大大小有关关联。二、噪声的的计量和和评价1、级和分分贝（1）级人们听觉灵灵敏度与与声波量量之间的的关系不不是线性性关系，而而接近对对数的关关系。因因此利用用分贝作作为单位位进行量量度，既既可对范范围很大大的声音音强度进进行对数数压缩，而而且也符符合人耳耳对声音音响应的的灵敏程程度。使使用“级”的概念念用于量量度声音音的强弱弱。声学量与同同类基准准（参考考）量之之比再取取对数就就是“级”的概念念。级

10、的的单位是是奈培时时，其对对数取自自然对数数，底为为，符号号是；级级的单位位是贝尔尔（Beell）时时，其对对数取以以10为为底的对对数，符符号是BB。（2）分贝贝声学中将正正比于声声功率的的两个同同类声学学量（如如两个声声压平方方）之比比，取以以10为为底的对对数，再再乘以110，该该参数的的单位称称为分贝贝，记为为dB，。2、声压级级噪声控制中中，常用用声压级级来衡量量声音的的强弱。，基准声压声压级和声声压的关关系为，声声压级变变化200dB，相相当于声声压值变变化100倍；声声压级变变化400dB,相当于于声压值值变化1100倍倍；3、声功率率级声源的声功功率级等等于这个个声源的的声功率

11、率与基准准声功率率的取常常用对数数再乘以以10。 基准声声功率4、振动加加速度级级振动加速度度平方与与基准加加速度平平方的比比值取以以10为为底的对对数乘以以10，就就得到振振动加速速度级，加速速度有效效值，简简谐振动动加速度度有效值值为加速速度幅值值的倍，；基准准加速度度，。一一般人刚刚刚感觉觉到的垂垂直振动动加速度度级为，即即60ddB。5、振动级级振动级指修修正的加加速度级级，用表表示，即即：6、声压级级的叠加加、修正正和平均均（1）声压压级的叠叠加声压级相相同的声声音的叠叠加。不不能将声声压级做做简单的的算术相相加，能能进行叠叠加运算算的只能能是声音音的能量量，利用用能量的的相加进进行

12、声压压级运算算。当N2，即即声压级级相同的的两个声声音叠加加，则总总声压级级为：声压级不不相同的的声音的的叠加。两两个声压压级不相相同的声声音的叠叠加，并并假设第第一个声声音的声声压级大大于第二二个声音音的声压压级，即即，则总总的声压压级可以以表示为为：（2）声压压级的修修正2个声压级级不相同同的声音音叠加时时，假设设第一个个声音的的声压级级大于第第二个声声音的声声压级，即即，则总总的声压压级可表表示为：（3）声压压级的平平均分贝是能量量之比的的对数关关系，声声压级的的平均应应取各声声压级的的能量平平均的分分贝数，或者表示为：计算N个声声压级的的平均值值的方法法是：首首先求出出N个声声压级的的

13、总声压压级，然然后减去去。它是是从声能能平均的的原理推推导出来来的，在在一般测测量中，测测量的各各声压级级差值如如果在110dBB的范围围内，简简化用算算术平均均法的误误差不大大。7、A声级级研究噪声对对人体健健康的危危害及对对噪声的的防治，必必须有噪噪声对人人体影响响程度的的评价标标准。对对噪声的的评价常常采用统统计的方方法，即即依靠足足够数的的人们对对噪声主主观反应应的对比比性调查查，得出出统计的的平均量量。主要要的评价价量有AA声级、等等效连续续、噪声声评价数数NR和累累积百分分声级。有关概念：（1）响度度级：单单位是方方（phhon）。响响度级就就是指当当选取110000Hz纯纯音做基

14、基准音时时，凡是是听起来来和该纯纯音一样样响的声声音，不不论其声声压级和和频率是是多少，它它的响度度级（方方值）就就等于该该纯音的的声压级级数。（2）等响响曲线：3455页图表表示每一一条曲线线表示不不同频率率、不同同声压级级的纯音音具有相相同的响响度级。（3）频率率计权：在测量量仪器中中，对不不同频率率的客观观声压级级人为地地给予适适当的增增减，这这种修正正方法称称为频率率计权，实实现这种种频率计计权的网网络称为为计权网网络。AA、B、CC、D 4种计计权网络络，经过过计权网网络测得得的声级级称为计计权声级级，是衡衡量噪声声强弱的的主观评评价量。A声级测量量的结果果与人耳耳对声音音的响度度感

15、觉相相近似，用用A声级级分贝数数的大小小对噪声声排列次次序时，能能够较好好反映人人对各种种噪声的的主观评评价。是是目前评评价噪声声的主要要指标。8、等效声声级A声级很好好的反映映了噪声声影响与与频率的的关系，对对于稳态态的噪声声，即随随时间变变化不大大的噪声声，我们们通常可可以采用用A声级级来评价价。等效效声级是是以A声声级为基基础建立立起来的的非稳态态噪声的的噪声评评价量，它它是以AA声级的的稳态噪噪声代替替变动噪噪声，在在相同的的暴露时时间内能能够给人人以等数数量的声声能，这这个声级级就是该该变动噪噪声的等等效声级级，又称称等效AA声级，或或简称等等效声级级。等效效连续AA声级指指在某段段

16、时间内内的不稳稳态噪声声的A 声级，用用能量平平均的方方法，以以一个连连续不变变的A声声级来表表示该时时段内噪噪声的声声级，又又称等能能量A 声级。等等效连续续A声级级可表示示为：9、频带声声压级在一个倍频频程带宽宽频率范范围声压压级的累累加称为为倍频带带声压级级。10、噪声声评价数数噪声评价数数NR曲线线见3550页图图，NRR数指噪噪声评价价曲线的的号数，它它是中心心频率等等于10000HHz时倍倍步带声声压级的的分贝数数，它的的噪声级级范围是是01300dB，适适用于中中心频率率从311.580000Hzz的9个个倍频带带。在同同一条NNR曲线线上各倍倍频带的的噪声级级对人的的影响是是相

17、同的的。11、累积积百分声声级累积百分声声级又称称统计声声级，指指在测量量时间内内所有超超过声级级所占的的n%时时间，单单位为ddB。12、混响响当室内声场场达到稳稳态后，声声源突然然停止发发声，房房间内的的声音并并没有立立即停止止，需要要延续一一段时间间，声能能逐渐衰衰减直到到实际听听不到声声音为止止，这种种声音的的延续现现象称为为混响。声声源停止止发声后后，由于于多次反反射或散散射而逐逐渐衰减减的声音音也可以以称之为为混响。室室内空气气或墙壁壁壁面的的吸收作作用愈差差，声能能愈不容容易衰减减，混响响时间就就愈长。房间内声音音的增长长过程、稳稳定状态态和衰减减过程可可以用图图5-11-6表表

18、示。13、混响响时间当室内声场场达到稳稳态后，声声源突然然停止发发声，室室内声能能密度衰衰减到原原来的百百万分之之一，即即声压级级衰减660dBB所需要要的时间间称为混混响时间间，记作作，单位位为s。扩散声场：对于一一个有声声源的大大房间，设设其室内内声能密密度处处处相同，并并且在任任何一点点上，从从各个方方向传来来的声波波概率相相等，而而声波的的相位是是无规则则的，这这样的声声场称为为扩散声声场。吸声系数aa:吸导导报材料料或结构构吸声能能力的大大小称为为吸声系系数。1.2 声声源及其其特性复习要求：1、熟悉声声源及其其分类2、掌握点点声源、线线声源和和面声源源的基本本特性一、机械噪噪声源由

19、于机械设设备运转转时存在在不平衡衡，各零零部件之之间因偏偏差或表表面缺陷陷而相互互撞击、摩摩擦产生生的交变变机械作作用力使使设备金金属板、轴轴承、齿齿轮或其其他运动动部位发发生振动动而辐射射出噪声声的声源源称为机机械噪声声源。机机械噪声声源又分分为下列列几种。1、撞击噪噪声因冲击力的的作用会会使机械械产生较较强的冲冲击噪声声。如锻锻锤工作作时其机机械能分分为四部部分，第第一部分分做功、第第二部分分转化为为热能、第第三部分分通过基基础以固固体声的的形式向向四周地地面传播播，第四四部分则则转化为为使机件件产生弹弹性形变变的振动动能。机机件弹性性形变振振动能的的一部分分再以声声波的形形式向四四周空间

20、间辐射，形形成撞击击噪声，这这种噪声声还可以以分解为为撞击瞬瞬间产生生的喷射射噪声、压力脉脉冲噪声声和结构噪噪声。其其中以结结构噪声声产生的的影响最最大，辐辐射噪声声的时间间最长。撞击噪声有有以下特特征：当当撞击发发生在较较硬的光光滑物体体之间时时，作用用时间短短，作用用力大，则则激励的的频带宽宽，激发发物体本本身振动动方式就就多，呈呈宽频带带撞击噪噪声；如如果撞击击发生在在较软的的不光滑滑的物体体之间时时，作用用时间相相对较长长，作用用力小，激激励的频频带窄，激激发的振振动方式式少。2、激发噪噪声一般由旋转转机械的的周期性性作用力力产生。最最简单的的周期力力是由转转动轴、飞飞轮等转转动系统统

21、的静、动动态不平平衡所引引起的偏偏心力。这这种作用用力正比比于转动动系统的的质量和和静、动动态的合合成偏心心距，也也正比于于转动角角速度的的平方。当当转动系系统的转转速达到到其临界界转速时时，则该该系统自自身会产产生极大大的振动动，并将将振动力力传递到到与其相相连的其其他机械械部分，激激起强烈烈的噪声声。激发发噪声会会随着机机件缝隙隙的存在在、结构构刚度不不够或摩摩擦严重重而增大大。3、摩擦噪噪声物体在一定定的压力力作用下下相互接接触并作作相对运运动时，物物体之间间产生摩摩擦，摩摩擦力以以反运动动方向在在接触面面上作用用于运动动物体，从从而激发发物体振振动而产产生噪声声。如汽汽车的刹刹车声等等

22、。摩擦噪声中中的主要要是摩擦擦引起物物体的张张弛振动动所激发发的噪声声，当振振动频率率与物体体的固有有振动频频率相同同时，摩摩擦噪声声将达到到最大。4、结构噪噪声机械噪声是是由于机机械振动动系统受受迫振动动和固有有振动共共同引起起的，其其中固有有振动起起了主要要的作用用，固有有振动频频率是噪噪声的主主要组成成成分，而而振动系系统的固固有振动动频率取取决于系系统的结结构特征征和参数数，所以以称为这这种噪声声为结构构噪声。任何机械部部件都有有它固有有的振动动方式，不不同的振振动方式式对应于于不同的的振动频频率。振振动的方方式、频频率与部部件或物物料的物物理性质质、部件件的结构构形状和和振动的的边界

23、条条件有关关。物料料的弹性性模量愈愈大，材材料愈粗粗、厚，则则其固有有频率愈愈高；材材料的面面积愈大大，即棒棒愈长，板板面积愈愈大，则则其固有有频率愈愈低。5、齿轮噪噪声啮合的齿轮轮对或齿齿轮组，由由于相互互碰撞或或摩擦可可激起齿齿轮体的的振动，这这种情况况下辐射射出来的的噪声称称为齿轮轮噪声。6、轴承噪噪声轴承内相对对运动的的元件之之间的摩摩擦和振振动，或或者转动动部分的的不平衡衡、相对对运动元元件之间间的撞击击等，都都会导致致轴承噪噪声的产产生。二、空气动动力性噪噪声源由于机械零零件和周周围及封封闭媒质质（空气气）交互互作用而而辐射出出噪声的的声源称称为空气气动力性性噪声源源。1、喷射噪噪

24、声：气气流从管管口以高高速（介介于声速速与亚声声速之间间）喷射射出来，由由此而产产生的噪噪声称为为喷射噪噪声，也也称为喷喷注噪声声或射流流噪声。2、涡流噪噪声：气气流流经经障碍物物时，由由于空气气分子黏黏滞摩擦擦力的影影响，具具有一定定速度的的气流与与障碍物物背后相相对静止止的气体体相互作作用，在在障碍物物的下游游区形成成带有涡涡旋的气气流。这这些涡旋旋中心的的压强低低于周围围介质的的压强，每每当一个个涡旋脱脱落时，湍湍动气流流就会出出现一次次压强跳跳变，这这些跳变变的压强强通过周周围介质质向外传传播，并并作用于于障碍物物。当湍湍动气流流中压强强脉动含含有可听听声的频频率成分分且强度度足够大大

25、时，就就能辐射射出噪声声，称为为涡流噪噪声或湍湍流噪声声。3、旋转气气流噪声声：旋转转的空气气动力机机械（如如飞机螺螺旋桨），旋旋转时与与空气相相互作用用而连续续产生压压力脉动动，从而而辐射的的噪声称称为旋转转气流噪噪声。4、燃烧噪噪声：各各种燃料料通过燃燃烧器与与空气混混合而燃燃烧，在在燃烧过过程中可可产生强强烈的噪噪声，这这种噪声声称为燃燃烧噪声声。气态态燃料燃燃烧噪声声有如下下特性：（1）燃烧烧吼声：可燃混混合气体体燃烧产产生的噪噪声，称称为燃烧烧吼声。燃燃烧吼声声强度与与燃烧强强度成正正比，燃燃烧强度度表示单单位体积积的热量量释放率率，当火火焰燃烧烧速度保保持不变变而火焰焰体积增增大时

26、，则则强度降降低，燃燃烧吼声声也降低低。（2）振荡荡燃烧噪噪声：可可燃混合合气通过过燃烧器器燃烧时时，由于于燃烧气气体的强强烈振动动而产生生的噪声声，称为为振荡燃燃烧噪声声，也称称为燃烧烧激励脉脉动噪声声。（3）工业业燃烧系系统的噪噪声：来来自燃烧烧设备与与燃烧过过程的噪噪声，如如可燃气气及空气气供应系系统中的的风机和和阀门噪噪声，可可燃气与与空气从从燃烧器器喷嘴喷喷出的喷喷射噪声声，以及及燃烧炉炉或燃烧烧器所在在空间的的共振声声等，这这些噪声声能与燃燃烧吼声声和脉动动噪声一一起合成成为燃烧烧系统的的噪声。三、电磁噪噪声源由于机械构构件受到到电场或或磁场力力的作用用，导致致磁致伸伸缩和电电磁感

27、应应的发生生，铁磁磁性物质质或构件件发生振振动而辐辐射噪声声的声源源称为电电磁噪声声源。1、直流电电动机的的电磁噪噪声不平衡的电电磁力是是使电动动机产生生电磁振振动并辐辐射电磁磁噪声的的根源。直直流电动动机的电电磁噪声声与电机机的功率率有很大大的关系系，电机机噪声包包括电磁磁噪声、风风扇噪声声、电刷刷噪声、轴轴承噪声声等，大大功率低低转速的的直流电电动机，电电磁噪声声为主要要噪声。2、交流电电动机的的电磁噪噪声同步交流电电动机的的电磁噪噪声的特特点与直直流电动动机的相相同，异异步交流流电动机机的电磁磁噪声，是是由于定定子和转转子的各各次谐波波相互作作用而产产生的，也也称为槽槽噪声，它它的大小小

28、取决于于定子、转转子的槽槽配合情情况。电动机的定定子、车车子的谐谐波次数数不同，相相互作用用合成的的磁力波波的次数数也不同同。当两两个谐波波相互作作用产生生的电磁磁力波动动次数愈愈低时，其其磁势幅幅值也愈愈大，激激发的振振动和噪噪声也愈愈强。3、变压器器的电磁磁噪声变压器的电电磁噪声声是由于于铁心在在电磁场场作用下下产生磁磁致伸缩缩性振动动而引起起的。其其基频是是供电频频率的22倍。除除基频外外，变压压器的电电磁噪声声还有高高次谐波波的噪声声成分，一一般体积积较大的的变压器器，其最最响的谐谐波频率率较低；体积较较小的变变压器，其其最响的的谐波频频率较高高。变压器的电电磁噪声声，主要要是由于于铁

29、心振振动耦合合到变压压器的外外壳，使使外壳振振动形成成的。这这种磁噪噪声是由由变压器器向外辐辐射的，特特别是产产生共振振时，所所辐射的的噪声较较强。四、点声源源、线声声源、面面声源声源的类型型按其几几何形状状特点划划分为：点声源源、线声声源、面面声源。点声源：声声源尺寸寸相对于于声波的的波长或或传播距距离而言言比较小小、且声声源的指指向性不不强时，则则声源可可近似视视为点声声源。线声源：火火车噪声声、公路路上大量量机动车车辆行驶驶的噪声声，或者者输送管管道辐射射的噪声声等，远远场分析析时可将将其看做做由许多多点声源源组成的的线状声声源。这这些线声声源以近近似柱面面波形式式向外辐辐射噪声声。面声

30、源：具具有辐射射声能本本领的平平面声源源，平面面上辐射射声能的的作用处处处相等等。常见见于有辐辐射声能能作用、分分布较大大的平面面外的一一些点上上，对该该平面声声源有必必要进行行声场分分析时，使使用这一一概念。1.3 声声波的传传播和衰衰减复习要求：1、熟悉声声波在空空气中传传播的基基本规律律及衰减减特性2、了解声声波的吸吸收、反反射、透透射及衍衍射规律律一、声波在在空气中中的传播播和衰减减1、声波方方程声振动必须须满足三三个基本本的物理理定律，即即牛顿第第一定律律、质量量守恒定定律以及及描述压压强、温温度、体体积等状状态参数数的状态态方程。应应用这三三个定律律可以推推导出声声波传播播中的连连

31、续性方方程、运运动方程程和物态态方程，并并进一步步得到波波动方程程、和对时间间空间坐坐标的偏偏微分方方程。作作如下假假设：媒质为为理想流流体，即即媒质中中不存在在黏滞性性，声波波传播时时没有能能量损失失；没有声声扰动时时，媒质质在宏观观上是静静止的、均均匀的，因因此媒质质中静压压强、静静态密度度都是常常数；声波传传播时，媒媒质中稠稠密和稀稀疏的过过程是绝绝热的；假设是是小振幅幅声波，即即满足：声压比大气气压要小小得多，即即；质点的位移移比波长长要小得得多，即即；质点振动速速度比声声速要小小得多，即即；介质密度的的相对变变化要远远远小于于1，即即。上述假设称称为理想想流体媒媒质小振振幅假定定。可

32、以以分别推推导连续续性方程程、运动动方程和和物态方方程。（1）连续续性方程程：是物物质不灭灭定律在在流体运运动描述述中的数数学应用用。对体体积元，单单位时间间流入的的质量与与流出的的质量之之差等于于该体积积元内质质量的变变化率。由由此可得得体积元元在x、yy、z方方向上质质量的增增量。并由此得到到单位时时间内总总的质量量增量的的矢量形形式如下下式，为为拉氏算算子。（2）运动动方程运动方程是是声压对对于距离离的梯度度等于媒媒质密度度和质点点振动速速度乘积积的负值值。在声声场中取取一体积积元，当当有声波波作用于于体积元元上，各各方向的的压强将将发生变变化。设设体积元元在静止止时的压压强为，密密度为

33、，声声波产生生的瞬时时声压为为，因体体积元足足够小，可可认为作作用在各各面的压压力均匀匀。对方方向，利利用简单单力学分分析和牛牛顿第二二定律得得：由于是小振振幅声波波，其密密度的变变化可忽忽略，即即，可得得声波在在、三个方方向产生生的加速速度分别别为：式中：瞬时声声压，PPa；、质质点振动动速度在在、三方向向上的分分量。可得到运动动方程，式式中为拉拉普拉斯斯算符。（3）物态态方程媒质在声波波作用下下，引起起压缩、膨膨胀的交交替变化化，媒质质的密度度和压强强都发生生了变化化，即媒媒质的状状态发生生了变化化。声波波传播时时，理想想状态下下媒质的的密度发发生变化化，而没没有能量量的损耗耗，即为为等熵

34、绝绝热过程程。物态方程一一般可写写作：考虑绝热条条件，上上式简化化为：理想状态的的物态方方程为：（4）波动动方程联立理想液液体媒质质中三个个基本方方程：连连续方程程式、运运动方程程式和物物态方程程式，可可推出理理想液体体媒质中中小振幅幅传播的的、中任意意变量的的波动方方程，得得到以下下三式：声压波动方方程：密度波动方方程：振速波动方方程：波动方程分分别反映映了声压压、密度度、振速速随时空空变化的的关系。式式中拉普普拉斯算算子在直直角坐标标系中展展开为：推导波动方方程时，只只是从媒媒质的基基本特性性出发，利利用牛顿顿第二定定律、物物质守恒恒定律和和绝热压压缩方程程，并未未涉及声声源及声声场的具具

35、体情况况，因此此波动方方程只反反映声波波在媒质质传播过过程的一一般物理理特性。2、声波在在空气中中的传播播从理想液体体媒质中中的小振振幅声波波波动方方程可看看出，声声压是空空间和时时间的函函数，可可以用来来描述不不同地点点在不同同时刻的的声压变变化规律律。根据据声波传传播时波波阵面形形状的不不同，可可将声波波分为平平面波、球球面波和和柱面波波。（1）平面面波当声波的波波阵面是是垂直于于传播方方向的一一系列平平面时，称称其为平平面声波波。在平面波情情况下，只和有关，故平面波的波动方程为：其解为：式中，符号号“+”表示声声波沿负负方向传传播，符符号“”表示声声波沿正正方向传传播，AA为声压压的幅值

36、值。对于沿正方方向传播播的简谐谐平面声声波，声声压的表表达形式式为：式中，称称为波数数。可令令。质点的振动动速度为为：，式式中称为为质点振振动的速速度振幅幅。声波传播中中一个重重要的参参数声阻抗抗率，只只与介质质的密度度和介质质中的声声速有关关，而与与声波的的频率、振振幅无关关，单位位是。平面波的特特征阻抗抗为：平面声波传传播时具具有下述述特性：声压和和质点速速度同相相位；在在理想介介质中声声压不随随距离变变化；介介质的质质点速度度也不随随距离变变化；空空气的特特征阻抗抗是常数数；平面面波的声声强；平平面波的的声功率率。（2）球面面波声波以球面面波传播播时，只只和球面面坐标的的有关，其其波动方

37、方程为：令代入上式式得：与平面波的的波动方方程一致致，由此此得到球球面波的的解的一一般形式式为：式中，前项项代表声声波以速速度沿半半径向外外发散的的球面波波，后项项代表向向球心会会聚的球球面波（反反射波），在在无限空空间条件件下不存存在反射射波。如如果振动动是简谐谐方式的的，则上上式变为为：根据运动方方程得到到径向质质点振速速与声压压的关系系：因此球面波波的声阻阻抗率为为：与平面波不不同，辐辐射球面面波时介介质的声声阻抗率率是负数数，它具具有纯阻阻和纯抗抗两部分分，并与与半径、波波长有关关。因此此，声压压与质点点不同相相。球面面波声阻阻抗的幅幅值为，它它比平面面波的声声阻抗率率要小。距距离声源

38、源大时（），声阻抗率接近平面波的特征阻抗。球面声波通通常具有有如下的的传播特特性：理想介质质中声压压与球面面波的半半径成反反比。声压与振振速间的的相位差差与成反反比。介质声阻阻抗率为为复数，当当球面波波半径很很大时纯纯抗分量量可以忽忽略。半径很大大时声强强，声强强与距离离平方成成反比。（3）柱面面波若声源为长长圆柱形形，其长长度远大大于波长长，辐射射的波阵阵面为同同轴圆柱柱面，这这种声波波称为柱柱面声波波。这时时，其中中为圆柱柱长度，柱柱面波波波动方程程为：对于远场，简简谐柱面面声波有有：柱面波的声声阻抗率率在时，有有：柱面声波的的传播特特性为：在理想介介质中，声声压近似似与距离离的平方方根成

39、反反比。介质声阻阻抗率为为复数，当当很大时时，声抗抗分量可可以忽略略。在距离较较大时，柱柱面波的的声强，声声强与距距离成反反比。每每单位长长度辐射射的功率率是。（4）声源源的指向向性声源在自由由场中向向外辐射射声波时时，声压压级随方方向的不不同呈现现不均匀匀的属性性，称为为声源的的指向性性。声源源指向性性常用指指向性因因数或指向性性指数来来表示。指指向性因因数的定定义是：声场中中某点的的声强，与与同一声声功率声声源在相相同距离离的同心心球面上上的声强强之比。指指向性因因数无量量纲。式中：任意方方向上一一定点的的声强，；通过与与该点同同心球面面上的平平均声强强，。式中：任意方方向一定定点上某某频

40、率的的声压，ddB；通过与与该点同同心球面面上同一一频率的的声压，ddB。声源的指向向性与声声源的大大小和辐辐射波长长有关。当当声源小小到可视视为点声声源大小小的程度度时，以以声源为为中心，声声波以近近似球面面的形式式向外均均匀发散散；当声声源尺寸寸远大于于声波波波长时，如如声波以以声束形形式，集集中向一一个方向向发散，则则可认为为该声波波具有较较强的指指向性。3、声波的的衰减声源发出的的噪声在在媒质中中传播时时发生反反射、折折射和衍衍射等现现象，其其声压或或声强将将随着传传播距离离的增加加而逐渐渐衰减。这这些衰减减通常包包括声能能随距离离的发散散传播引引起的衰衰减、空空气吸收收引起的的衰减、

41、地地面吸收收引起的的衰减、屏屏障引起起的衰减减和气象象条件引引起的衰衰减等，总总衰减量量可表示示为：（1）扩散散引起的的衰减声源辐射噪噪声时，声声波向四四面八方方传播，波波阵面随随距离增增加而增增大，这这种由于于扩散、声声强随传传播距离离增加而而衰减的的现象称称扩散衰衰减。点声源：点声源源在各向向同性的的均匀介介质中传传播时，声声波的形形式是以以声源为为中心的的球面波波，在同同一半径径的球面面上各点点声波的的相位相相同。这这种无指指向性的的声波，声声强和声声功率之之间存在在如下关关系：位于刚性地地面上的的声源产产生的声声波，因因只能向向一半的的空间辐辐射，其其接收点点的声强强可如下下式计算算：

42、常温时球面面声波扩扩散衰减减的表达达式为：为接收点的的声压级级；为声声源的声声功率级级；为接接收点到到中心的的距离；为修正正系数，自自由空间间，半自自由空间间。距声源中心心半径分分别为和和的两点点间的扩扩散衰减减用声压压级差表表示为：如果声源具具有指向向性，则则声波的的扩散衰衰减可表表示为：线声源：若每单单位长线线状声源源的声功功率为，在在距离声声源为点点上的声声压与声声功率的的关系为为：，用用声压级级表示为为：，若若声源无无指向性性，则，距距离声源源分别为为和的两点点间的声声压级差差，或者者说扩散散衰减量量为：面声源：矩形面面声源的的情况较较为常见见，但其其计算较较复杂。（2）空气气吸收引引

43、起的衰衰减声波传播时时空气吸吸收衰减减产生的的原因是是，声波波在空气气中传播播时，空空气中相相邻质点点的运动动速度不不同会产产生黏滞滞力，将将使声能能转变为为热能消消耗掉。声声波传播播时，空空气介质质发生压压缩和膨膨胀的周周期变化化，相应应的发生生温度的的升高和和降低，温温度梯度度的出现现，将导导致热传传导方式式的热交交换，从从而使声声能转化化为热能能。空气气中主要要的分子子是双原原子的氧氧分子和和氮分子子，一定定状态下下空气分分子转动动或振动动时存在在固有频频率。无无声时介介质分子子微观运运动处于于一种动动态平衡衡状态，当当有声扰扰动且声声波频率率接近分分子微观观运动的的频率时时，使能能量转

44、化化平衡被被打破，建建立新的的平衡需需要一定定的时间间，此种种由原来来平衡到到建立新新的平衡衡的过程程为“热驰豫豫过程”，将使使声能耗耗散而使使声强衰衰减。上上述原因因使得声声波在空空气中传传播时出出现衰减减，即空空气吸收收衰减，衰衰减与空空气温度度、湿度度和声波波频率有有关。因空气吸收收而引起起的声强强随距离离的指数数衰减关关系为：（3）其他他原因引引起的衰衰减雪、雨、雾雾的影响响温度梯度度的影响响风场的影影响地面效应应的影响响二、声波的的吸收、反反射、干干涉及衍衍射1、声波的的吸收空气吸收，玻玻璃棉、毛毛毡、泡泡沫等对对声音也也有吸收收能力，称称为吸声声材料或或多孔性性吸声材材料。当当声波

45、通通过这些些多孔性性吸声材材料时，由由于材料料本身的的内摩擦擦和材料料小孔中中的空气气与孔壁壁间的摩摩擦，使使大量声声波能量量被吸收收、衰减减掉。吸吸声降噪噪是噪声声控制技技术措施施中最基基本的一一种。2、声波的的反射、折折射、透透射声波在传播播过程中中遇到障障碍物，在在两种媒媒质分界界面发生生反射和和折射。（1）垂直直入射声声波的反反射和透透射（2）斜入入射声波波的反射射和折射射3、声波的的干涉4、声波的的衍射（1）孔洞洞衍射（2）障碍碍物的衍衍射（3）障碍碍物边缘缘的衍射射1.4 噪噪声和振振动的测测量分析析复习要求：1、熟悉噪噪声及振振动测量量的基本本要求、方方法、仪仪器，以以及背景景噪

46、声的的修正方方法。2、掌握声声级计、频频带滤波波器和环环境振级级计的使使用。 噪声与振动动控制的的首要环环节是噪噪声和振振动的测测量，只只有通过过对现场场噪声和和振动的的科学测测量，才才能了解解各种噪噪声与振振动源的的属性和和危害程程度，为为采取有有效控制制措施提提供依据据。根据据工程技技术的需需要和现现行国家家标准，有有针对性性介绍几几种常用用的噪声声和振动动测量方方法。一、基本测测量仪器器1、声级计计声级计是噪噪声测量量中常用用的基本本声学测测量仪器器。适用用于室内内噪声、环环境噪声声、机器器噪声、建建筑噪声声等各类类噪声的的测量。（1）声级级计的分分类按用途分类类：一类是用于于测量稳稳态

47、噪声声（精密密声级计计和一般般声级计计）；另一类用于于测量不不稳态噪噪声和脉脉冲噪声声（积分分声级计计和脉冲冲声级计计）。按体积大小小分类：台式声级计计、便携携式声级级计和袖袖珍声级级计。按精度分四四类：（依依据国际际电工委委员会IIEC6615和和国家标标准GBB37885）四种类型声声级计的的性能指指标具有有同样的的中心值值，但容容许误差差有所不不同。类 型精密级普通级0误 差（IEC）（GB）用 途实验室标准准仪器实验室精密密测量现场测量噪声监测、普普查（2）声级级计的结结构和原原理声级计一般般由传声声器、放放大器、衰衰减器、计计权网络络、检波波器及指指示器组组成，见见下图传声器:将声信

48、信号（声声压）转转化为电电信号（电电压）的的换能元元件。有有晶体传传声器、电电动式传传声器和和驻极体体传声器器等。电电容式传传声器具具有动态态范围宽宽、频率率响应平平直、灵灵敏度变变化小、长长时间稳稳定等优优点，多多用于精精密声级级计和标标准声级级计中。放大器：将比较较弱的电电信号放放大。声声级计上上所使用用的放大大器，要要求具有有较高的的输入阻阻抗和较较低的输输出阻抗抗，有合合理的动动态范围围、较小小的线性性失真和和满足需需要的频频率范围围。包括括输入放放大器和和输出放放大器。衰减器：声级计计的量程程范围一一般为2251130ddB，检检波器和和模拟式式指示器器没有这这么宽的的量程范范围，通

49、通常使用用衰减器器将强信信号做衰衰减，以以避免放放大器过过载。衰衰减器分分为输入入衰减器器和输出出衰减器器。为了了提高信信噪比，输输入衰减减器位于于输入放放大器之之前，输输出衰减减器接在在输入放放大器和和输出放放大器之之间。为为了提高高信噪比比，一般般测量时时应将输输出衰减减器调至至最大衰衰减档，在在输入放放大器不不过载的的前提下下，而将将输入衰衰减器调调至最小小衰减档档，使输输入信号号与输入入放大器器的电噪噪声有尽尽可能大大的差值值。计权网络络：按IIEC的的规定，选选取接近近人耳对对声音频频率响应应的几条条曲线，设设计了AA、B、CC、D四四种标准准的计权权网络。AA计权网网络频响响曲线大

50、大约相当当于400phoon等响响曲线的的倒置曲曲线，从从而使电电信号的的中、低低频段又又较大的的衰减，高高频段也也又一定定程度的的衰减。BB计权网网络约相相当于770phhon等等响曲线线的倒置置曲线，使使电信号号以低频频段为主主做了一一定的衰衰减。CC计权网网络相当当于1000phhon等等响曲线线的倒置置曲线，在在整个声声频范围围内有近近乎平直直的响应应，与人人耳对高高频声的的响应近近似相当当。由AA、B、CC、D计计权网络络测得的的读数称称为声级级，声级级是经过过频率计计权之后后的声压压级，注注意与声声压级相相区别。A计权的频频率响应应与人耳耳对宽范范围频率率声音的的灵敏度度相适应应，

51、因此此在实际际测量中中应用最最普遍。DD计权网网络常用用于测量量航空噪噪声。（3）声级级计的使使用方法法声级计的的校准：通常使使用活塞塞发声器器、声级级校准器器或其他他声级校校准器进进行声学学校准。声级计的的读数：声级计计读数直直接给出出声压级级，测量量范围约约为2001330dBB。声级级计的指指示电表表有“快档”和“慢档”两种响响应速度度。一般般测量时时使用“快档”，“慢档”指示是是在表针针起伏大大于dBB。而小小于dBB时用来来读出平平均值。（4）测量量误差产产生的原原因背景噪声声的影响响；反射声声的影响响；环境的的影响；传声器器的指向向性2、滤波器器滤波器是将将声信号号的声能能按频率率

52、予以分分离而进进行分析析测试的的仪器。3、环境振振动计振动计又称称测振仪仪，是测测量振动动的基本本仪器。环环境振动动计是专专门用于于测量环环境振动动的装置置，其结结构和原原理与测测振仪相相同，在在计权网网络方面面有所不不同。（1）环境境振动计计的结构构和原理理传感器（拾拾振器）；放大器器和衰减减器；频率计计权网络络；频率限限止电路路；检波器器；指示器器；其他部部件（2）环境境振动计计的使用用仪器的校校准；传感器器的放置置和频率率计权选选择；背景值值修正二、噪声测测量1、环境噪噪声测量量环境噪声的的测量大大部分是是在现场场进行的的，条件件复杂，声声级变化化范围大大，因此此所使用用的仪器器和方法法

53、均有特特殊要求求。（1）城市市区域环环境噪声声的测量量网格测量量方法；定点测测量方法法（2）交通通噪声的的测量城市道路路交通噪噪声测量量：根据据国家标标准GBB/T332222声学学环境噪噪声测量量方法要要求进行行。测点点选在两两路口之之间，路路边人行行道上，离离车行道道的路沿沿20ccm处，离离路口应应大于550cmm。垂直直道路按按噪声传传播由近近及远方方向设置置测点。在在规定时时间内，各各测点每每次取样样测量220miin的等等效A声声级及累累积百分分声级，同同时记录录车流量量（辆/h）。或或者连续续采样2200个个瞬时AA声级，每每次采样样时间间间隔为55s，采采用加权权算术平平均的方

54、方法计算算交通噪噪声的等等效声级级或累积积百分数数声级的的平均值值。将测测得的2200个个数据按按由大到到小的顺顺序排列列，第个个数据用用表示。等效声级：由于交通噪噪声的声声级分布布一般符符合正态态分布，也也可采用用近似方方法求得得： 城市交通干干线算术术平均等等效声级级计算如如下式：式中：（kkm）全全市或需需要测量量的交通通干线的的总长度度； 其其中第段段干线的的长度，（kkm）； 第第段干线线或路段段测得的的等效声声级或累累积百分分声级，（ddB）AA。铁路边界界噪声测测量：根根据国家家标准GGB1225255铁路路边界噪噪声限值值及其测测量方法法的规规定。铁铁路边界界指距离离铁路外外侧

55、轨道道中心线线30mm处。若若测量机机车行驶驶时的辐辐射噪声声，测点点取离轨轨道中心心7.55m，高高度距轨轨面1.5m处处。选在在无雨、无无雪天气气进行。（3）机场场周围飞飞机噪声声测量方方法国家标准GGB96661机机场周围围飞机噪噪声测量量方法针针对机场场周围飞飞机起飞飞、降落落或低空空飞行时时所产生生的噪声声测量规规定了具具体的操操作方法法。测量条件件：测量量要满足足无雨、无无雪，地地面上110m高高处的风风速不大大于5mm/s,相对湿湿度为330%90%的气候候条件。测测量传声声器应安安装在开开阔平坦坦处，高高于地面面1.22m，离离其他反反射面11m以上上，注意意避开高高电线和和大

56、型变变压器。测量方法法：A、精密测测量：传传声器通通过声级级计将飞飞机噪声声信号送送到测量量录音机机记录在在磁带上上，然后后在实验验室按原原速回放放录音信信号并对对信号进进行频谱谱分析。B、简易测测量：声声级计接接声级记记录器，或或用声级级计和测测量录音音机。2、工业企企业噪声声测量（1）生产产环境（车车间）噪噪声测量量测量时车间间环境应应牌正常常的作业业状态，测测量位置置为操作作人员的的作业位位置。传传声器须须置于作作业人员员的耳朵朵附近。作作业人员员操作位位置不固固定时，则则须在作作业过程程中经常常活动的的范围内内选择若若干测点点，稳态态噪声取取各测点点的测量量平均值值；对于于非稳态态噪声

57、，取取各测点点等效声声级的测测量平均均值。数数据记录录形式见见下表。（2）现场场机器设设备噪声声测量一般情况况下，测测点的位位置和数数量可根根据机器器外形尺尺寸来确确定：小型机器（外外形最大大尺寸小小于0.3m），测测点距离离机器表表面0.3m，周周围布置置4个测测点；中型机器（外外形最大大尺寸在在0.33m1.00m之间间），测测点距离离机器表表面0.5m，周周围布置置4个测测点；大型机器（外外形最大大尺寸大大于1.0m），测测点距离离机器表表面1.0m，周周围布置置4个测测点。特大型机机器或有有危险无无法靠近近的设备备，可根根据现场场情况选选取位置置较远的的测点。对于风机机、压缩缩机等空空

58、气动力力性机器器，要测测量进、排排气噪声声。进气气噪声测测点取进进气口轴轴线，与与管口平平面距离离不少于于1倍管管径处，也也可选在在距离管管口平面面0.55m或11.0mm处；排排气噪声声的测点点取排气气口轴线线方向上上，或在在管口平平面上距距管口中中心0.5m、11.0mm或2.0m处处。进、排排气噪声声应测量量A、CC声级和和倍频程程声压级级，必要要时还需需测量11/3倍倍频程声声压级或或者窄带带声压级级。（3）厂界界噪声测测量测量条件件：测量量选在无无雨、无无雪天气气进行，传传声器应应加防风风罩，风风力大于于5.55m时应应停止测测量。测测量应在在被测企企、事业业单位的的正常工工作时间间

59、内进行行。时段段划分可可根据当当地情况况划定，或或遵从当当地政府府行政法法规的规规定。测量仪器器：使用用精度要要求为级以上上的声级级计或噪噪声监测测仪器。声声级计选选用“慢”挡，采采样时间间间隔为为5s；使用噪噪声监测测仪器时时，选用用“快”挡，采采样时间间间隔不不大于11s.测量方法法：厂界界噪声测测量时，应应以法定定厂界外外1m处处作为边边界线，根根据沿边边界线的的情况，每每隔20050mm距离进进行布点点测量，传传声器高高度为11.2mm以上，噪噪声敏感感处两相相邻测点点的声级级不宜超超过5ddB（AA计权）。数据处理理和测量量记录：在每一一点测量量，计算算正常工工作时间间内的等等效声级

60、级。填入入工业企企业厂界界噪声测测量记录录表。3、环境噪噪声测量量注意事事项（1）环境境噪声测测量主要要是要取取得指定定区域噪噪声的随随时间和和地点不不同的分分布情况况，测量量时要根根据与测测量目的的相对应应的有关关标准的的要求开开展测量量工作。（2）选择择测量仪仪器时，首首先应根根据测量量需要，决决定仪器器的精度度等级和和性能规规格，即即要求所所使用的的仪器在在频率计计权、时时间计权权和允许许误差等等方面具具有标准准规定的的性能，包包括一起起的统计计分析功功能、自自动检测测与记录录功能和和足够的的动态范范围等。（3）测量量地点和和位置的的选择是是测量成成败的主主要因素素。进行行环境噪噪声测量