噪声控制技术课件

第一章緒論第一節雜訊及其危害1、雜訊不需要的聲音——超過人們生活和社會活動所允許的程度2、雜訊的危害損傷聽力（>80dB）干擾睡眠對人體生理機能引起不良反應干擾語言交談和通訊聯絡特強雜訊損壞儀器設備和建築結構第二節本課程的研究內容雜訊污染的規律雜訊評價方法和標準雜訊控制技術雜訊測試技術和儀器雜訊對人體的影響和危害第二章聲波的基本性質

及其傳播規律第一節聲波的產生及描述方法1、聲波的產生聲源的振動彈性媒介振動聲波空氣、固體、液體

空氣縱波聲波固體、液體縱波、橫波能量的傳遞——相鄰質點間的動量傳遞來完成，而不是由物質的遷移來傳播能量的。2、描述聲波的基本物理量聲壓p=(P-P0)帕斯卡（Pa）波長λ=c/f米（m）週期T秒（s）頻率f=1/T赫茲（Hz）聲速c米每秒（m/s）空氣中c=331.45+0.61t340m/s第二節聲波的基本類型

平面聲波聲波球面聲波（波陣面的形狀）柱面聲波波陣面是指空間同一時刻相位相同的各點的軌跡曲線平面聲波聲能量聲強聲功率

s平面聲波波陣面的面積J/m3W/m2W相干波——具有相同頻率、相同振動方向和恒定相位差的聲波駐波——聲壓值隨空間不同位置有極大值和極小值分佈的週期波聲波的反射、透射、折射和衍射1、垂直入射聲波的反射和透射p2u2piprptⅠρ1c1Ⅱρ2c20xp1u1p1=p2u1=u2p1=pi+pru1=ui+urp2=ptu2=utpiprptⅠρ1c1Ⅱρ2c20x當ρ1c1＜＜

ρ2c2時，Ⅱ硬，剛性反射體pi=

pr,相位相同，p1≈2pi，

u1=ui+ur=0，當ρ1c1＞＞ρ2c2時，Ⅰ硬，剛性反射體pi=

pr,相位相反p1≈0，

u1=ui+ur=2ui，駐波沒有透射聲波反射係數和透射係數2、斜入射聲波的入射、反射和折射Ⅰρ1c1Ⅱρ2c2piprpt0θiθrθtsinθisinθtsinθr==c1c1c23、聲波的散射與衍射如果障礙物表面的起伏程度與波長相當，或者障礙物的大小與波長差不多，入射聲波就會向各個方向散射。入射聲波繞過障礙物傳到其背面形成聲波的衍射（低頻聲）4、聲像同光線在鏡面的反射一樣，當障礙物的幾何尺寸遠大於聲波波長時，即對於高頻聲波用聲像法來處理聲波的反射問題。級的概念人說話10-5w

火箭發射109w

對數標度1、分貝的定義由於對數的宗量是無量綱的，因此用對數標度時必須選定基準量，然後對被量度量與基準量的比值求對數，這個對數值稱為被量度量的“級”。對數以10為底，級的單位為貝爾（B）,貝爾分為10檔，每一檔的單位為分貝（dB），1B=10dB對數以e=2.71828為底，級的單位為奈培（Np）,1Np＝8.686dB2、聲壓級、聲強級和聲功率級LI＝10lg（I/Io）空氣中Io＝10-12W/m2聲強級Lp＝10lg（p2/po2）=20lg(p/po)空氣中po＝20μPa聲壓級LI≈LpLW＝10lg（W/Wo）空氣中Wo＝10-12W聲功率級對於給定的聲源，其聲功率是不變的3、級的疊加(聲波不發生干涉)pT2=p12+p22+…+pn2n=2時Lp1＝10lg（p12/po2）Lp2＝10lg（p22/po2）p12＝po2.100.1

Lp1p22＝po2.100.1

Lp2pT2=p12+p22＝po2.（100.1

Lp1+100.1

Lp2）LpT＝10lg（pT2/po2）＝10lg（100.1

Lp1+100.1

Lp2）LpT＝10lg（100.1

Lpi）∑ni=14、級的相減LpT＝10lg（100.1

LpB+100.1

LpS）LpS＝10lg（100.1

LpT-100.1

LpB）聲波在傳播中的衰減隨距離的發散衰減Ad空氣吸收的附加衰減Aa地面吸收的附加衰減Ag聲屏障衰減Ab氣象條件對聲傳播的影響Am總衰減A＝Ad+Aa+

Ag+

Ab+

Am隨距離的發散衰減Ad

：Ad＝20lg(r2/r1)（假設以聲源為中心的球面對稱地向各個方向輻射聲能）全空間半空間空氣中Wo＝10-12WIo＝10-12W/m2LI=LW-10lgS=LW-10lg(4πr2)=LW-20lgr-11全空間LI=LW-10lgS=LW-10lg(2πr2)=LW-20lgr-8半空間空氣吸收的附加衰減Aa20℃時β＝4×10-6地面吸收的附加衰減Ag當地面是非剛性表面時，短距離，聲能的衰減可以忽略，70米以上時不可忽略在厚草地或穿過灌木叢傳播時衰減Ag＝（0.18lgf-0.31）d穿過樹木或森林的聲衰減Ag＝0.01f1/3d聲屏障衰減Ab聲屏障衰減與聲源及接受點相對屏障的位置、屏障的高度及結構，以及聲波的頻率密切相關。氣象條件對聲傳播的影響Am雨、雪、霧等對聲波的衰減量大約每1000米不到0.5dB，因此可以忽略，風和溫度梯度對聲波的傳播影響很大。聲源的輻射聲壓大小、空間分佈、時間特性、頻率特性等都與聲源的輻射性質密切相關作業：P36－P37

習題1—6，8—13第三章雜訊的評價和標準1、雜訊的評價量當某一頻率的純音和1000Hz的純音聽起來同樣響時，這時1000Hz的純音的聲壓級就定義為該待定聲音的響度級。響度級的符號為LN，單位為方（phon）.對各個頻率的聲音作這樣的試聽比較，得出達到同樣響度級時頻率與聲壓級的關係曲線，通常稱為等響曲線70phon3010040009575610Lpf/Hz計權聲級為了使聲音的客觀量度和人耳的聽覺主官感受近似取得一致，通常對不同頻率聲音的聲壓級經某一特定的加權修正後，再疊加計算可得到雜訊的總聲壓級，此聲壓級稱為計權聲級。聲壓級相同的聲音會因為頻率的不同產生不一樣的主觀感覺。A計權的頻率回應與人耳對寬頻帶的聲音的靈敏度相當，成為最廣泛的評價參量等效連續A聲級（等能量A計權聲級）

等效於在相同的時間間隔T內與不穩定雜訊能量相等的連續穩定雜訊的A聲級晝夜等效聲級

累計百分數聲級表達雜訊的隨機起伏程度Ln：測量時間內高於Ln聲級所占的時間為n％如：L10＝70dB雜訊級高於70dB的時間占10％通常認為，

L90相當於本底雜訊級，L50相當於中值雜訊級，L10相當於峰值雜訊級(用於評價漲落較大的雜訊相關性較好)累計百分數聲級一般只用於有較好正態分佈的雜訊評價對於統計特性符合正態分佈的雜訊，其累計百分數聲級與等效連續A聲級之間有近似關係環境雜訊評價標準和法規1、《中華人民共和國環境雜訊污染防治法》1996年10月通過2、產品雜訊標準

3、雜訊排放標準

4、環境品質標準：工業企業雜訊衛生標準，室內環境雜訊允許標準，城市區域環境雜訊標準補P60的例題第四章雜訊測試和監測1、測量儀器（1）聲級計2、聲強功率及聲的測量3、環境雜訊監測方法（1）城市區域網格測量法：補聲級計的圖組成聲級計的各部分的主要功能和工作原理晝間夜間每一網格中的工廠、道路及非建成區的面積之和不得大於網格面積的50％有效網格總數應多於100個每次每個測點測量10min的連續等效聲級，全部網格中心的10min的連續等效聲級的算術平均值代表某一區域的雜訊水準75-8070-7565-7060-65定點測量方法：24小時連續監測，測量每小時的連續等效聲級，晝間A聲級能量平均值，夜間A聲級能量平均值，該區的環境雜訊水準由下式計算：（2）道路交通雜訊測量測點：市區交通幹線(機動車流量不小於100輛)一側的人行道上，距馬路沿20cm處，此處距兩交叉路口應大於50cm（3）機動車輛雜訊測量在測試中心周圍25m半徑範圍內不應有大的反射物，測試跑道應有20m以上平直、乾燥的瀝青路面或混凝土路面，路面坡度不超過0.5％車內雜訊、車外雜訊、定置雜訊10m傳聲器始端線終端線傳聲器10m7.5m7.5m0（4）航空雜訊測量4、工業企業雜訊測量第五章環境雜訊影響評價1、環境雜訊影響評價工作程式和內容評價工作程式確定雜訊環境影響評價工等級，編寫環境影響評價大綱——雜訊部分環境雜訊現狀調查和測量雜訊源調查環境雜訊現狀調查及測量受影響人口調查建設專案工程分析(與雜訊有關的內容)環境雜訊現狀評價雜訊級預測、受影響人口預測雜訊管理法規與標準雜訊環境影響評價雜訊防治對策雜訊影響評價專題報告建設專案工程概況（參閱有關檔）評價範圍內現場踏勘雜訊環境影響評價工作等級劃分基本原則劃分依據：投資額劃分建設專案規模（大、中、小）雜訊源的種類及數量專案建設前後雜訊級的變化程度建設專案雜訊有影響範圍內的環境保護目標、環境雜訊標準和人口分佈級別專案規模受影響範圍屬於的功能區建設前後雜訊級的變化受影響的人口一級大、中型0類及0類以上有顯著增高（≥5-10dB）顯著增多二級大、中型1、2類有較明顯增高3-5dB增加較多三級中型3類及3類以上≥65dB增加很小≤3dB變化不大小型1、2類雜訊環境影響評價工作基本要求一級：7條二級：5條三級：3條環境影響評價大綱——雜訊部分環境雜訊評價量雜訊環境影響的評價範圍

——根據評價工作等級確定環境影響評價報告書

——雜訊專題報告編寫提綱雜訊預測預測的基礎資料（1）聲源資料發聲持續時間，空間位置，作用時間段，雜訊級等類比法測量（一級），引用已有的數據（2）影響聲波傳播的各種參量氣象因素、遮擋物、地面覆蓋等預測範圍大於等於評價等級要求預測點佈置所有的環境雜訊現狀測量點網格法確定雜訊傳播聲級衰減計算

聲源都假設為點聲源（聲波波長比聲源尺寸大的多或預測點離開聲源的距離比聲源本身尺寸大的多時）或線聲源（許多點聲源連續分佈在一條直線上時）（1）幾何發散衰減

點聲源：L（r）=L（r0）-20lg（r/r0）LI=LW-10lgS=LW-10lg(4πr2)

=LW-20lgr-11

LI=LW-10lgS=LW-10lg(2πr2)

=LW-20lgr-8

半空間全空間無限長線聲源：

L（r）=L（r0）-10lg（r/r0）有限長線聲源：l01/2l01/2l0ror>l0且r0>l0時L（r）=L（r0）-20lg（r/r0）r<l0/3且r0<l0/3時L（r）=L（r0）-10lg（r/r0）（2）遮擋物引起的衰減（3）空氣吸收引起的衰減（4）附加衰減2、公路雜訊預測Leq(h)i第i類車的小時等效聲級，dB(L0)Ei第i類車的參考能量平均輻射聲級，dBNi在指定時間內通過某預測點的第i類車流量，輛/hD0

測量車輛輻射聲級的參考位置距離，D0＝15mD從車道中心到預測點的垂直距離，m，必須大於15mSi第i類車的平均車速，km/hT計算等效聲級的時間，ha地面覆蓋係數，取決於地面條件，a＝0(硬)或a＝0.5Φα

代表有限長路段的修正函數，其中ψ1

、ψ2

為預測點到有限長路段兩端的張角

-π/2≤ψ≤π/2∆S由遮擋物引起的衰減量，dB

ψ1ψ1三類車總車流等效聲級為3、鐵路雜訊預測4、機場飛機雜訊預測5、工業雜訊預測1、雜訊控制基本原理與原則第六章雜訊控制技術概述聲源傳播途徑接收器在聲源處抑制雜訊在聲傳播途徑中控制：隔聲、吸聲、消聲、阻尼減振等接收器的保護2、雜訊控制的一般原則科學性、技術的先進性（不能影響原有設備的技術性能）、經濟性、3、雜訊控制的基本程式雜訊源測量和分析傳播途徑調查和分析受影響區域調查降噪量確定制定控制方案設計施工工程評價聲源分佈,頻率特性,時間特性聲源分佈,頻率特性,時間特性聲源分佈,頻率特性,時間特性聲源分佈,頻率特性,時間特性聲源分佈,頻率特性,時間特性聲源分佈,頻率特性,時間特性4、雜訊源分析機械雜訊：摩擦力、撞擊力、非平衡力等使機械部件和殼體產生振動空氣動力性雜訊：氣體流動過程中的相互作用或者氣流和固體介質之間的相互作用電磁雜訊：電磁場交替變化引起的機械部件或空間容積振動5、城市環境雜訊控制（1）雜訊源分類：工業生產雜訊、建築施工雜訊、交通運輸雜訊、社會生活雜訊（2）城市規劃與雜訊控制（3）雜訊管理：1997年3月1日《環境雜訊污染防治法》（4）城市綠地降噪第七章吸聲和室內聲場

吸聲是雜訊污染控制的一種重要手段；在雜訊污染控制工程設計中，常利用吸聲材料吸收聲能量來降低室內雜訊。室內雜訊的來源：通過空氣傳來的直達聲室內各牆壁面反射回來的混響聲室內混響聲對環境的影響：混響使室內雜訊級增加，如一列火車進入隧道以後的雜訊級比行駛在空曠的野外可高出5-10dB;混響對聽覺的干擾；一、吸聲材料多孔性吸聲材料（針對高頻雜訊控制）材料特徵：內部有許多小孔，並與材料表面相通，具有通氣性。吸聲機理：聲波投射到多孔材料表面時，部分投入的聲波與纖維或顆粒表面產生內摩擦（摩擦力來自空氣的壓縮、膨脹），部分聲能轉變成熱能，從而使聲音的能量減小。多孔性吸聲材料分類：無機纖維（如玻璃棉、岩棉等）有機纖維（如植物纖維、木質纖維等）泡沫材料（如泡沫塑料、泡沫混凝土等）吸聲建築材料（如微孔吸聲磚）共振吸聲結構（針對低頻雜訊控制）材料特徵：薄膜或薄板表面穿孔吸聲機理：應用共振原理

1）聲音與薄板（薄膜）固有頻率產生共振

2）聲音與板後空腔氣室空氣產生共振共振吸聲結構的分類微穿孔板吸聲結構（小於1mm微孔）穿孔板共振吸聲結構（共振腔結構）薄板或薄膜吸聲結構（材料本身產生共振）二、吸聲特性的描述1）吸聲係數：a代替τI當a＝0時，無吸聲當a＝1時，完全吸收，無聲能反射1）吸聲係數a是頻率的函數，為研究問題方便，常用中心頻率為125，250，500，1000，2000，4000Hz的吸聲係數的平均值，稱為平均吸聲係數2）吸聲量：A：材料的總吸聲量Si：材料i的吸聲表面積(m2)可推知，吸聲量A的單位是m22）駐波管法基於振幅合成,產生駐波時:駐波比n波腹：波節：三、吸聲係數的測量1)混響室法（第四節中詳細講）聲強係數與聲壓係數之間為平方關係，即：由於a代替τI得到：比較兩種吸聲測量方法可知：基於聲音傳播方向的無規則性，混響室法測得的吸聲係數更接近材料的實際應用環境；但測定吸聲係數較困難，兩種方法測定的吸聲係數可以進行換算（書中121頁，表7-1）。第二節多孔材料的吸聲機理和影響吸聲性能的因素一、吸聲機理由於

當Zsm（材料聲阻抗率）與ρc相等時，a＝1，說明材料將聲音完全吸收，但在實際應用中不可能。理想吸聲材料要求其聲阻抗率接近於空氣的特性阻抗率。壓縮、膨脹、摩擦、產熱降低聲音能量二、影響吸聲性能的因素材料的厚度材料的密度材料層於剛性面間的空氣層護面層（多應用於多孔疏鬆材料）空間吸聲體（室內懸掛吸聲體）A：材料厚度多孔材料對高頻率聲音吸聲效果明顯，即在高頻區吸聲係數較大；多孔材料對低頻率聲音吸聲效果差，即在低頻區吸聲係數較小；隨著材料厚度的增加，吸聲最佳頻率向低頻方向移動；厚度每增加1倍，最大吸收頻率向低頻方向移動一個倍頻程；材料厚度（最佳吸收頻率下的波長）當聲音頻率大於500Hz時，吸聲係數與厚度無關。B：材料密度（容重）隨著材料密度的增大，最大吸收係數amax向低頻方向移動.C：空氣層即：材料層與剛性面間的空氣層；當空氣層厚度d=1/4λ時，吸聲係數a最大；對於低頻率聲音來說，λ較大，空氣層厚度也要加大，在工程上增加空氣層厚度不太合適(對於房頂可適當增加空氣層的厚度)，一般5-10cm。D：護面層多孔材料疏鬆，無法固定，不美觀，需表面覆蓋護面層，如護面穿孔板，織物或網紗等；穿孔率（P），即穿孔總面積與未穿孔總面積的比值，穿孔率越大，對中高頻率聲音吸收效果越好，穿孔率越小，對低頻吸收效果越好。穿孔率的計算：1）當圓孔為正方形排列時2）當孔為等邊三角形排列時3）當孔為平行狹縫時穿孔率計算：E：空間吸聲體即：將吸聲體懸掛在室內對聲音進行多方位吸收；吸聲體投影面積與懸掛平面投影面積的比值約等於40％時，對聲音的吸聲效率最高；該法節省吸聲材料，對工廠、企業的吸聲降噪比較適用。第二節共振吸聲結構分類與吸聲原理一、共振吸聲結構分類薄板或薄膜共振吸聲結構單空腔共振吸聲體穿孔薄板共振吸聲體1）薄板（膜）共振吸聲結構基於空氣的體積彈性量為ρc2

假設空腔厚為L，則彈性係數根據彈簧振子共振頻率代入得到：其中：M：薄板面密度,Kg/m2L:空腔厚度，cmf:Hzρ:空氣密度薄板共振吸聲結構的應用範圍：薄膜吸聲結構的共振頻率通常在200-1000Hz範圍，最大吸聲係數約為0.3-0.4，一般作為中頻範圍的吸聲材料。當薄板固定在剛性面骨架上時，薄板和板後的封閉空氣層，也構成振動系統，其共振頻率按書中P.128－7-8公式計算，其中K與板的彈性、骨架構造、安裝情況有關。2）單腔共振吸聲體共振吸收頻率：其中：

S：孔面積，m2V：空腔體積，m3t：孔深度，mδ：孔口修正量，mt+δ為有效頸長，對於直徑為d的圓孔，δ＝πd/43）穿孔薄板共振吸聲體（多腔共振吸聲體）假設：S：每各孔面積,m2A：共振單元薄板面積,m2D：空氣層厚度，m則穿孔率P＝S/A，每個共振腔體積V＝AD

其共振頻率為第三節室內聲場和吸聲降噪一、聲場的分類直達聲場：從聲源直接到達接受點的直達聲形成的聲場。混響聲場：經過房間面壁一次和多次反射後到達接受點的反射聲形成的聲場。擴散聲場：房間內聲能密度處處相同，而且在任一受聲點上，聲波在各個傳播方向作無規則分佈的聲場。（擴散聲場包含直達聲場和混響聲場，是由兩聲場疊加形成）二、擴散聲場的聲能密度和聲壓級1、直達聲場對於點聲源，直達聲的聲強為：因為：所以：所以直達聲聲能密度：又由於：所以直達聲聲壓級為：2、混響聲場自由程：在室內聲場中，聲波每相鄰兩次反射所經過的路程。平均自由程：聲波經過相鄰兩次反射距離的平均值（d）。由理論和實驗均證實不論空間形狀如何，均有：其中：V為房間體積，S為房間總表面積。設聲音在1秒鐘內傳播的距離為c米，則1秒鐘內的平均反射次數為：設聲源單位時間發出的聲功率為W，則當聲波被房間壁面部分吸收後剩餘的聲能量為:設混響聲平均聲能密度為，則單位時間被吸收的聲能量為：亦即：聲源提供的混響聲能量。當單位時間內聲源貢獻的混響聲能與被吸收的混響聲能相等時，體系達到穩定狀態，即：所以，室內混響聲場平均聲能密度為：設：R：房間常數，m2則混響聲場平均聲能密度為：又由於直達聲聲能平均密度為：

當室內存在混響時，室內某點的平均聲能密度應等於直達聲和混響聲能密度之和，即：3）總聲場把直達聲場和混響聲場疊加形成總聲場。又因為聲能密度與有效聲壓是平方正比關係，即：則：所以混響聲壓級為：

從混響聲壓級公式可看出：公式中第一項Lw為直達聲，第二項為混響聲。當時，即r很小，聲場以直達聲為主；當時，即r很大，聲場以混響聲為主；當時，直達聲聲能密度與混響聲聲能密度相等，這時r稱為臨界半徑，即：當Q＝1時的臨界半徑又稱為混響半徑。當接受點與聲源距離大於臨界半徑時，即混響聲占主導地位，則吸聲降噪處理效果明顯；當接受點與聲源距離小於臨界半徑時，即直達聲占主導地位，則吸聲降噪處理效果不明顯。三、室內聲音的衰減和混響半徑混響聲：由於室內存在混響，聲音發出後，不會立即消失，要持續一段時間，這一段時間內持續的聲音成為“混響聲”。

當聲音經過第1次反射後，平均聲能密度降低為：

當聲音經過第2次反射後，平均聲能密度降低為：

當聲音經過第n次反射後，平均聲能密度降低為：由於在t秒內總反射次數為：則t秒後的平均聲能密度為：

又由於聲能密度與有效聲壓是平方正比關係，所以有：

當聲能密度衰減到原來的百萬分之一時所需要的時間，即聲壓級衰減60dB所需要的時間，稱為混響時間所以有：

當聲音為高頻區聲音，聲音傳播過程中空氣吸聲不能不考慮，t秒內傳播距離為ct，經空氣吸收後聲能密度降為原來的e-mct，其中m為聲音衰減常數，單位為m-1（即書中第140頁，7-43公式），則t秒後平均聲能密度衰減為：則：1）當聲音頻率低於2000Hz時，m可忽略，也即：2）當聲音頻率低於2000Hz，且平均吸聲係數小於0.2時，有：此時混響時間為：無吸聲材料時：有吸聲材料時：由於：所以：混響室法測吸聲係數四、吸聲降噪量設吸聲前的聲壓級為：吸聲後的聲壓級為：則：當某接受點遠離聲源時，即：則：一般情況下，平均吸聲係數都比1小得多，所以有：

由於平均吸聲係數通常是按實測混響時間T60得到，如果T1和T2分別為吸聲前後的混響時間，則：

一般地面和壁面（牆面）平均吸聲係數為0.03左右，吸聲處理後平均吸聲係數約為0.3左右，則聲壓級衰減10dB左右。一般吸聲處理降噪10-12dB，如果平均吸聲係數要求0.5以上，則降噪處理所需要的成本增加。第四節室內簡正方式理想聲場是完全擴散聲場；實際聲場是不完全擴散聲場，而是由室內各壁面反射聲形成的駐波聲場；只有當房間體積很大和聲波頻率很高時，才能達到近似的擴散聲場。房間是一個複雜的多自由度振動系統，任一振動狀態都是由單個振動以一定的組合疊加而成，每個獨立的振動稱簡正振動，相應的振動頻率叫簡正頻率；在連續介質中，簡正振動實際是一種駐波，也稱簡正波，其變化情況與邊界條件有關。1）聲波的一維空間簡振（聲波沿軸相方向傳播）入射簡諧振動聲波：反射簡諧振動聲波：兩列聲波進行合成（疊加），其合成聲波：其中：合成波振幅為Pcoskx，P＝2PiA：當（nx=0,1,2,3……..）時，振幅有最大值（即波腹），此時有：B：當（nx=0,1,2,3……..）時，振幅有最小值（即波節），此時有：

由於這兩列波頻率相同，所以它們之間的相位差為：設x2-x1=Lx，則：所以：當體系滿足時，形成駐波。對應的共振頻率為：

即在一維空間（一個頻率的聲波），每個n對應一個簡振頻率，共有n個簡正振動方式。2）聲波的二維空間簡振（聲波沿х-у平面切向傳播）類似地可導出兩平面聲波在兩維空間疊加後聲壓方程為：該方程形成駐波條件為：由於：所以：其中：nx=0,1,2,3……nny=0,1,2,3……n

即在二維空間，每個nx和ny對應一個簡振頻率，共有nx×ny個簡正振動方式。3）聲波的三維空間簡振（斜向波）同樣類推，有：則簡振方式個數:其中：Lx、Ly、Lz分別為房間長、寬和高（m）

V＝Lx·Ly·Lz（即房間體積）

S＝2（Lx·Ly＋Ly·Lz＋Lx·Lz）（即房間總表面積）

L＝4（Lx＋Ly＋Lz）(即房間各邊長總和)

從上式可看出頻率越高，N增加得越快，簡振頻率越加密集，N越多，越接近擴散聲場。

將上式取微分，可得到一定頻帶△f

的簡正頻率數，即：本節作業：P.145，7～10題預習第八章（隔聲技術）內容；下星期一（11月17日）交作業，過時不侯！第八章隔聲技術128一、聲波透過單層勻質構件的傳播二、雙層隔牆三、門窗和孔隙對牆體隔聲的影響四、隔聲間的降噪量五、隔聲罩的降噪量主要內容：1291、透射係數2、隔聲量：入射聲功率級與透射聲功率級之差，也稱傳聲損失。單位dB，同一隔聲結構，不同的頻率具有不同的隔聲量。常用隔聲評價量1303、平均隔聲量：在工程應用中，通常把中心頻率為125至4000Hz的6個倍頻程或100至3150Hz的16個1/3倍頻程的隔聲量作算術平均。4、插入損失：吸聲、隔聲結構設置前後的聲功率級的差(IL)。131一、聲波透過單層勻質構件的傳播入射聲波和質點速度方程分別為：空氣反射聲波和質點速度方程分別為：132在固體媒質Ⅱ中的透射波及反射波的聲壓和質點速度分別為：133聲波透過隔層後在另一側的聲壓和質點速度為：由x=0處介面上的聲壓連續和法向質點速度連續條件可得到：134由x=D處的聲壓連續和法向質點速度連續條件得：將以上4個等式聯立求解，得到：135如果D《λ，即k2D《1，則sink2D≈k2D，cosk2D≈1，有由於p1c1《p2c2，上式可簡化為：令M＝p2D為固體媒質的面密度，公斤/米2，則有：136所以該固體媒質的隔聲量為：

這即是隔聲中常用的“品質定律”。公式表明：隔聲量與牆體品質和聲音頻率有關。

實際工程中，需要估算單層牆對各頻率的平均隔聲量，在入射頻率100-3200Hz範圍內求平均，用平均隔聲量表示，則：M≤200kg/m2M＞200kg/m2137吻合效應：由於構件本身具有一定的彈性，當聲波以某一角度入射到構件上時，將激起構件的彎曲振動，當一定頻率的聲波以某一角度投射到構件上正好與其所激發的構件的彎曲振動產生吻合時，構件的彎曲振動及向另一面的聲輻射都達到極大，相應隔聲量為極小，這一現象稱為“吻合效應”，相應的頻率為“吻合頻率”。

如果一聲波以一定角度θ投射到構件上時，若發生吻合效應，則有：1）當入射波頻率高於λb對應的頻率時，均有其相應的吻合角度產生吻合效應；2）當入射波頻率低於λb對應的頻率時，即相應的波長λ大於自由彎曲波長λb時，由於sinθ值不可能大於1，便不會產生吻合效應。λb為薄板自由彎曲波長138

固體隔牆中彎曲波的波長由固體本身的彈性性質所決定，引起吻合效應的條件由聲波的頻率與入射角決定。

產生吻合效應的頻率和吻合效應的臨界頻率（sinθ＝1時）的計算見書中P.152，公式8-17和8-18。

單層牆的隔聲性能與入射波的頻率有關，其頻率特性取決於隔聲牆本身的單位面積的品質、剛度、材料的內阻尼以及牆的邊界條件等因素。見書中圖8-5。勁度控制、阻尼控制、品質控制、吻合控制139

品質控制區是隔聲研究的重要區域。在這一區域，構件面密度越大，其慣性阻力也越大，也就不易振動，所以隔聲量也越大。通常把隔聲量隨品質增大而遞增的規律，稱為隔聲的“品質定律”。140二、雙層隔牆1、隔聲原理

雙層間的空氣層可看作與兩板相連的彈簧，當聲波入射到第一層牆透射到空氣層時，空氣的彈性形變具有減振作用，傳遞到第二層牆的振動減弱，從而提高牆體的總隔聲量。其隔聲量等於兩單層牆的隔聲量之和，再加上空氣層的隔聲量。

對於單層牆的隔聲計算已很複雜，雙層牆的隔聲計算就更麻煩了，要有九個聲壓方程，由四個邊界條件得到八個方程組。為討論問題方便，只討論兩層薄牆的透射，即假定入射聲波的波長比每層牆都大的多，聲波入射時就象活塞一樣做整體運動，牆的兩個面上的振動速度一樣。141由於忽略了牆本身的厚度，所以牆兩邊邊界處的媒質質點應與牆體具有相同的振動速度，即當x=0時，有：由複變函數理論，可知：所以聲波運動方程可寫成：142將u1代入上式方程得到：同樣，對於x=D處的第二牆，其速度及運動方程分別為：143將x=0和x=D分別代入上述方程，經過複雜運算，即可解出入射聲壓與透射聲壓幅值之比（公式1）所以雙層牆的傳聲損失為：144當入射聲波頻率很低時，即：則：145

當公式中虛數項為0時，即入射聲波與透射聲波同相時，傳聲損失最小，此時雙層牆發生共振，共振頻率近似為：頻率比f0稍高時，傳聲損失公式可改成：當頻率更高時，公式不能成立。146當頻率提高使空氣層厚度大於空氣層中聲波半波長時，即傳聲損失要考慮空氣和壁面的吸聲，高頻的傳聲損失由理論推出近似為：其中：Sw為隔牆面積，S為兩隔牆的總面積。雙層隔牆的實際估算見P157，公式8-28和8-29。147堅實薄板護面層阻尼材料吸聲材料多層複合隔聲結構148三、門窗和孔隙對牆體隔聲的影響

隔聲量由聲能透射係數決定，組合件的隔聲量由組合件的平均聲能透射係數決定。組合件的平均透射係數為：例如：在一垛總面積為22米2的磚牆上有一扇2米2的普通木門，對中心頻率為1000Hz的倍頻帶聲能，其透射係數分別為10-5和10-2，即隔聲量分別為50dB和20dB。此時組合牆的平均透射係數為：149因此，組合牆的總平均隔聲量為：

(dB)四、隔聲間的降噪量（牆壁有吸聲性能的情況下）其中，A為隔聲間內表面的總吸聲量，

S為隔聲間內表面的總面積，為隔聲間的平均隔聲量。150例：某隔聲間對雜訊源一側用一堵22m2的隔聲牆相隔，該的傳聲損失為50dB，在牆上開一個面積為2m2的門，該門的傳聲損失為20dB，又開了一個面積為4m2的窗戶，該窗戶的傳聲損失為30dB。求開了門窗之後使牆體的隔聲量下降了多少？解：由傳聲損失可知，牆、門和窗的透射係數分別為10-5、10-2和10-3，所以隔聲牆組合體的平均透射係數為：則組合體的隔聲量比原牆的隔聲量下降為：151五、隔聲罩的降噪量由於插入損失的運算式為：152例：用2mm厚的鋼板做一隔聲罩。已知鋼板的傳聲損失為29dB，鋼板的平均吸聲係數為0.01。由於隔聲效果不理想而進行了改進，在隔聲罩內作了吸聲處理，使平均吸聲係數提高到0.6。求改進後的隔聲罩的實際隔聲值提高了多少？解：罩內未做吸聲處理時，根據公式：罩內做吸聲處理後，則：所以，改進後隔聲罩的實際隔聲量比改進前提高的dB數為：153本章作業：P.169，3～8題預習作業：第九章消聲器第九章消聲器

消聲器是消減氣流雜訊的裝置，把它接在管道中或進、排氣口上，能讓氣流通過，對雜訊具有一定的消減作用。第一節消聲器的分類、評價和設計程式對一個好的消聲器要有五個方面的基本要求：1）在消聲性能上的要求。要求具有較高的消聲值和較寬的消聲頻率，也就是說要在所需要的消聲頻率範圍有足夠大的消聲量；2）空氣動力性能上的要求。消聲器對氣流的阻力要小，安裝消聲器後所增加的阻力損失要控制在實際容許的範圍內；3）機械結構性能上的要求。消聲的體積要小，重量要輕，結構簡單，便於加工，安裝和維修4）外形和裝飾上的要求。符合實際安裝空間的需要，美觀大方，表面裝飾與設備相協調5）價格費用要求。價格便宜，使用壽命長。二、消聲器的聲學性能評價量1）插入損失（LIL）即系統中插入消聲器前後在系統外某點測得的聲功率之差。2）傳聲損失（TL）即消聲器進出口端聲功率級之差。3）減噪量（LNR）即消聲器進出口端測得的平均聲壓級之差。4）衰減量（LA）即消聲器內部兩點間的聲壓級的差值，通常用消聲器的單位長度的衰減量（dB/m）來表徵消聲器內聲傳播特性。一、消聲器的分類與適用範圍1）阻性消聲器（如P.177圖9-1）：包括的形式：直管式、片式、折板式、聲流式、蜂窩式、彎頭式等。消聲的頻率特性：具有中、高頻消聲性能。適用範圍：消除風機、燃氣輪機進氣雜訊（即氣體流速不大的情況）。消聲原理：利用吸聲材料消聲。把吸聲材料固定在氣流通道內壁或按一定的方式在管道中排列起來，就構成了阻性消聲器，與電學類比，吸聲材料就相當於電阻，故稱阻性消聲器。2）抗性消聲器包括的形式：擴張室式（如P.181圖9-3）、共振腔式（如P.184圖9-7）、干涉型（如P.188圖9-10）。消聲的頻率特性：具有低、中頻消聲性能。適用範圍：消除空壓機、內燃機、汽車排氣雜訊（較高氣速的情況）。消聲原理：通過控制聲抗的大小來進行消聲的。與阻性消聲器不同，它不使用吸聲材料而是在管道上接截面積突變的管段或旁接共振腔，利用聲阻抗的改變，使某些頻率的聲波在聲阻抗突變的介面發生反射、干涉等現象，從而在消聲器的外測，達到了消聲的目的。3）阻抗複合式消聲器（如：P.190，圖9-12和P.191圖9-13）包括的形式：阻－擴型、阻－共型、阻－擴－共型等。消聲的頻率特性：具有低、中、高頻消聲性能。適用範圍：消除鼓風機、大型風洞、試車臺雜訊。消聲原理：把阻性與抗性兩種消聲原理通過適當結構複合起來而構成的。可定性地認為阻性和抗性在同一頻帶的消聲值的疊加（並非簡單的疊加關係）。4）微穿孔板消聲器包括的形式：單層微穿孔板、雙層微穿孔板等。消聲的頻率特性：寬頻帶消聲性能。適用範圍：適於高溫、潮濕有水、有油霧及特別清潔衛生的場合。消聲原理：利用微穿孔板吸聲結構製成的消聲器。5）噴注耗散型消聲器（也稱擴散式消聲器）包括的形式：小孔噴注型（如P.194圖9-15）、降壓擴容型、多孔擴散型（如P.195圖9-16）、引射摻冷型（如P.198圖9-19）。消聲的頻率特性：寬頻帶消聲性能。適用範圍：消除壓力氣體排放雜訊，如鍋爐排氣、高爐放氣、化工廠工藝氣體放散。原理：不是在聲音發出後進行消除，而是從發生機理上使干擾雜訊減小。噴注雜訊值頻率與噴口直徑成反比，如果噴口直徑變小，噴口輻射的雜訊能量將從低頻移向高頻，於是低頻雜訊被降低，而高頻雜訊反而升高，如果孔徑小到一定值時，噴注雜訊將移到人耳不敏感的頻率範圍。6）噴霧消聲器（如P.197圖9-17）消聲的頻率特性：低頻消聲性能。適用範圍：消除高溫蒸汽排放雜訊。7）電子消聲器（如P.189圖9-11）消聲的頻率特性：寬頻帶消聲性能。適用範圍：用於低頻消聲的一種輔助。原理：噴淋水霧改變介質的密度，即增加聲阻抗。原理：人為地產生一個幅值相同而相位相反的聲波，使兩列聲波在一定的空間區域相互干涉而抵消，達到降噪目的。三、消聲器的設計程式1）雜訊源的調查和特性分析（聲源解析、周圍自然環境和聲學環境條件等）2）雜訊標準的確定（根據評價區周圍環境要求及國家相關聲環境品質標準和雜訊排放標準）3）消聲量的計算（根據管道截面，確定消聲器通道結構；根據降噪要求，決定消聲器的長度）4）選擇消聲器的類型（根據雜訊的頻譜，選定消聲器的種類）5）檢驗（驗算消聲頻率範圍）第二節阻性消聲器一、阻性消聲器的聲衰減量其中：L－消聲器氣流通道斷面周長，mS－消聲器的氣流通道截面積，m2

l－消聲器的有效長度，mφ(a0)－與材料的吸聲係數有關的消聲係數H.J.賽賓經驗公式：降噪量與材料吸聲性能和周長/截面比有關。理論計算公式：例1、選用同一種吸聲材料（平均吸聲係數為0.46）襯貼的消聲管道，管道有效長度為2m，管道有效截面積1500cm2。當截面形狀分別為圓形、正方形和1：5矩形時，試問哪種截面形狀的聲音衰減量最大？哪種最小？解：由公式：因為管道的有效直徑為：則管道斷面有效周長為：1）當管道為圓形時2）當管道截面為正方形時則管道斷面周長為：所以，3）當管道截面為1：5矩形時則管道斷面長和寬分別為：則管道斷面周長為：所以，因此，有：LA3＞LA2

＞LA1即：管道截面為矩形的聲音衰減量最大，截面為圓形管道聲音衰減量最小。二、高頻失效頻率（即消聲性能下降的頻率）基於高頻率聲音的方向性強，與管壁的吸聲材料接觸減少。其中：D－消聲通道截面平均邊長（當量直徑），m圓形管道為直徑；矩形管道為邊長平均值，其他管道取面積的開方值。當頻率每增加一個倍頻帶，其消聲量約下降1/3，其經驗估算公式為：其中：R’－高於失效頻率的某倍頻帶的消聲量；

R－失效頻率處的消聲量（作為參考值）；

N－高於失效頻率的倍頻程頻帶數。三、氣流對阻性消聲器性能的影響主要表現在兩個方面：1）氣流的存在改變了消聲器內聲衰減規律（特別是高速氣流）2）氣流在消聲器內產生一種附加雜訊，即氣流再生雜訊A：順流時（氣流與聲傳播方向一致），由於氣體流速在管道內不均一，根據折射原理，聲波向管壁彎曲，促進消聲降噪；B：逆流時（氣流與聲傳播方向相反），聲波向管道中心彎曲，導致聲波與吸聲材料接觸機會減少，不利於消聲降噪。

氣流經過消聲器通道時，因局部阻力或摩擦阻力而產生湍流，相應輻射一些雜訊；氣流激發消聲器構件振動而輻射雜訊。在直通管道消聲器內氣流再生雜訊的估算公式為：其中：LA’－氣流再生雜訊

ν－消聲器內氣流速度，m/s

一個消聲器具體應用到現場時，氣流究竟對它的性能影響有多大，需結合雜訊源強度、氣流速度大小以及消聲器結構等因素進行具體分析；

不同的結構，氣流在管道中允許風速不同。第三節抗性消聲器一、擴張室消聲器（膨脹式消聲器）消聲原理：聲波在管道截面的突然擴張（或收縮）造成通道內聲阻抗突變，使聲波傳播方向發生改變，在管道內發生反射、干涉等現象，從而達到消聲的目的。單節擴張室消聲器的消聲量計算：其中：稱為抗性消聲器的擴張比。二、共振腔消聲器1）消聲原理：該系統是共振吸聲結構，管壁小孔中的空氣類似活塞，具有一定的聲品質；密閉空腔類似空氣彈簧，具有一定的彈性，當聲波傳到腔口時，在聲波的作用下，空氣柱產生振動，振動時與腔口壁的摩擦使一部分聲能轉化為熱能而耗散；同時由於聲阻抗的突變而使聲波發生反射和干涉現象，導致聲能衰減；當體系固有頻率與聲波頻率發生共振時，消耗的聲能最多，消失量最大。

實際工程中，一般單通道的截面直徑不應超過250mm，如果流量較大時則需要多通道。共振腔最大幾何尺寸應小於聲波波長，孔心距應大於孔徑的5倍。本章作業：P.201，第2，3，5，7題預習作業：第十章

第十章隔振技術與阻