噪声控制技术课件：声学基础

噪声控制技术内容提要1.绪论2.声学基础3.噪声测量技术4.噪声评价方法及标准5.噪声污染控制概论6.吸收处理技术7.隔声技术8.消声技术9.阻尼与隔振技术2声学基础2.1声波的基本性质2.2声音的量度2.3声音的频谱2.4声音的传播特性2.1声波的基本性质1、声音的产生在物理学中，将在气体、液体、固体中传播的机械振动称为声振动。声振动的传播过程称为声波。声波：依靠介质质点的震动向外传播,声波的频率与振动的频率相同。声场：有声波传播的空间叫声场。声音传播的实质：物体振动形式的传播（声振动的传播）。横波：质点振动方向与波的传播方向相垂直的波.（仅在固体中传播）2、横波与纵波

特征：具有交替出现的波峰和波谷.纵波：质点振动方向与波的传播方向互相平行的波.（可在固体、液体和气体中传播）

特征：具有交替出现的密部和疏部.结论(1)波是运动状态的传播，介质的质点并不随波传播；(2)各个质点的相位依次落后,波动是相位的传播。2.1声波的基本性质在空气中沿x轴方向传播的平面余弦声波的波动方程:式中：u—媒质质元振动的瞬时位移（m）；A—媒质质元振幅（m）；x—距离声源的距离（m）；c—声波传播的速度（m/s）；t—时间（s）。声学基础知识

2.2声波的量度

2.2.1描述声波的基本物理量2.2.2声音的物理量度2.2.3声级的计算2.2.1描述声波的基本物理量

①周期（T）：质点振动每往复一次所需要的时间（s）。

②声波频率（f）：一秒钟内媒质质点振动的次数(Hz)。声波的频率等于振动的频率。2.2.1描述声波的基本物理量频率范围(Hz)<2020～20000>20000声音次<500500-2000>2000超低频声中频声高频定义声音频声声根据声波频率范围给出声音的定义2.2.1描述声波的基本物理量

③波长（λ）：声源每振动一次，声波的传播距离。

波长指沿着波的传播方向，在波的图形中相对平衡位置的位移时刻相同的相邻的两个质点之间的距离。

横波的波长指相邻两个波峰或波谷之间的距离。

纵波的波长是指相邻两个密部或疏部之间的距离。

2.2.1描述声波的基本物理量④波速（c）：

振动在媒质中传播的速度。

※不是质点的速度，媒质特性的函数，取决于该媒质的弹性和密度，声速会随环境的温度有一些变化。2.2.1描述声波的基本物理量媒质名称空气水混凝土玻璃铁铅软木硬木声速344137230483653518212193353426721.1℃时声速近似值（m/s）空气固体液体Y—杨氏弹性模量N/m2；B—体积弹性模量，N/m21)声压与声压级2)声强与声强级3)声功率与声功率级4)声能密度5)频程和频谱2.2.2声音的物理量度2.2.2声波的物理量度1）声压和声压级静态压强声压：声波的作用叠加在大气压强上的逾量压强，极为声压。1）声压和声压级瞬时声压（p）：有效声压（pe）：在一定时间间隔中将瞬时声压对时间求方均根值即得有效声压。令声压幅值：

1）声压和声压级声音种类声压声音种类声压正常人耳能听到最弱声2×10-5织布车间2普通说话声（1m远处）2×10-2柴油发动机、球磨机20公共汽车内0.2喷气飞机起飞200日常生活中声音的声压数据(Pa)声压级:

该声音的声压与参考声压的比值取以10为底的对数再乘20。

1）声压和声压级声压级单位：分贝。

常见声压级值声源声压级（dB）锅炉排气放空，离喷口1m汽车喇叭，距离1m内燃机车机房，走道中冲床车间，离冲床1m发电机电机间，离电机1m卡车，车厢内大声讲话，距离0.3m城市噪声，街道上住宅内的厨房1401201141009590857560[例1]当声压为原来声压的（a）加倍；（c）十倍；（b）减半；（d）十分之一时分别求声压级的变化。[例2]声压增加20%，求声压级Lp的变化量。2）声强和声强级：声波的总能量（设媒质体积为V0）:动能：势能：平面声波传播过程中，动能和势能数值相等。2）声强和声强级：声能密度：单位体积媒质所含的声波能量。平均声能密度：一周期内声能密度的平均值来反映媒质中某点处声能的储存情况。2）声强和声强级：声强（能流密度）:

声传播时伴随着能量的传播。用单位时间内通过垂直于声波传播方向的单位面积的能量(声波的能量流密度)表示声波的强度。单位是W/m2。媒质特性阻抗0cScT能量：能流密度：媒质的特性阻抗ZZ=ρ0c——媒质特性阻抗。由媒质性质决定的量。越大，在同一声压下质元获得的速度越小，反之，速度越大。单位：瑞利kg/m2·s当声波从一种媒质传播到另一媒质的有效界面时，两种媒质的特性阻抗将决定声波反射、透射的程度。声强级:

该声音的声强与参考声强的比值取以10为底的对数再乘10，即：2）声强和声强级：声强级单位：分贝。声压级和声强级的关系：空气的特性阻抗ρ0c0，可取408瑞利。3）声功率和声功率级声功率（W）:声源在单位时间内辐射的总能量，单位是瓦。意义：声功率是衡量声源声能量输出大小的基本物理量；声功率可用于鉴定各种声源。声源的声功率只是声源总功率中以声波形式辐射出去的很小一部分功率。声功率与声强的关系球面辐射时：波阵面面积3）声功率和声功率级声功率级单位：分贝。声功率级

该声音的声功率与参考声功率的比值取以10为底的对数再乘10，即：声功率级声压级(声强级)的关系：[例3]测得离点声源较远的5米处的声压级为75dB,求该声源的声功率W。[例4]已知大功率小型鼓风机的声功率级为140dB,设测点离鼓风机距离远大于声波波长，鼓风机可视为点声源，求离鼓风机分别为5m、10m和100m远处的声压级。2.2.3声级的计算（1）声级的合成

1)声功率的合成总声功率和各声源功率之间的关系式：根据声功率级的定义：2.2.3声级的计算2）声强的合成总声强和各声源的声强之间的关系式：根据声功率级的定义：2.2.3声级的计算3）声压的合成根据声压级的定义：当p1=p2=···pn时，例题：2.1、2.2、2.3（课本P21）（2）声级的分解已知两声源在某一测点产生的合成声压级Lp和其中一个声源在预测点单独产生的声压级Lp1，则另一声源在此单独产生的声压级Lp1为：查修正值表计算法：表2.5（P23）和图2.6(P25)例题2.4（P24）2.3声音的频谱噪声是空气的振动，一般是由多个频率组成的复合声。为了分析噪声的来源和性质，我们除了要了解噪声关于时间的变化规律外（时域分析），更关心噪声关于频率的分布特性（频域分析）。2.3声音的频谱（1）频谱图：以频率为横轴，以声压为纵轴，绘出的图。频谱图：低频：小于350Hz中频：350～1000Hz高频：大于1000Hz（2）频程

频谱分析是通过对声音频谱的研究，了解声音的能量在不同频率上分布的情况，从而了解声源的特性及深入研究声波的产生、传播和对听者的影响。通常将宽广的音频变化范围划分为若干个较小的频段，称为频段或频程。f1——任一频程的下限截止频率，Hzf2——任一频程的上限截止频率，Hzn=1，1倍频程，倍频程；n=1/3，1/3倍频程。n越大，频带划分越细，测量也需越精细。（3）频带和中心频率从f1到f2称为一个频带。每个频带用一个中心频率fm表示。频带宽度为：对于倍频程，n=1对于1/3倍频程，n=1/3（4）频带声压级1）滤波器能让一部分频率成分通过，其余频率成分衰减的仪器或电路。噪声测量中常采用带通滤波器（只允许一定频率范围的信号通过，高于或低于这一频率范围的信号不能通过）。频带声压级—在噪声强度的分频带测量中（频带划分已定，如为1/3倍或倍频程），在各频带上测得的噪声声压级。2.4声音的传播特性

2.4.1声源传播的一般规律1）声源的指向性声源的指向性：随方向分布的不均匀性（噪声源辐射强度分布情况）。指向性因数：所有方向上的平均声强某一方向上得声强声源的指向性与声源的尺寸有关。声源的尺寸大小与波长之比愈大，指向性就愈强。声源的指向性与频率相关。频率愈高指向性愈强。2.4声音的传播特性

2）声波的反射、透射、折射aθpiptprIII2.4声音的传播特性当声音从一种媒质入射到另一种媒质表面时，会发生反射和折射现象。

当c1>c2时，θi>θt；当c1<c2时，θi<θt。即当声波从声速大的媒质折射到声速小的媒质时，折射线折向法线方向。同一媒质中，声速不同，也会发生折射现象。2）声波的反射、透射、折射aθ声波的反射定律与折射定律入射声波、反射声波与折射声波的传播方向应该满足Snell定律：a.反射定律：b.折射定律：2.4.2声音的扩散衰减声波的衰减：声波在传播过程中，能量的逐渐减少。原因：扩散引起的衰减（Ad）空气吸收引起的附加衰减（Aa）地面吸收的附加衰减（Ag）声屏障衰减（Ab）气象条件的影响（Am）2.4.2声音的扩散衰减声波的扩散衰减与声源的形状有关。声源分类:点声源、线声源、面声源。点声源：声源表面各点的振动具有相同的振幅和相位，向四周辐射的声波是球面波。实际点声源：当声源的几何尺寸与其所辐射的声波波长相比很小时，或在其远场时，可近似看做是点声源。远场:离声源的距离比声源的尺寸大很多时。线声源：铁道上运行的列车、平直公路上行驶的车队都可以看做是线声源。面声源：在工厂内，车间内的生产性噪声通过车间墙体向外辐射声能，假设墙体表面辐射的声能分布是均匀的，则可以近似看做一个面声源。1）点声源的扩散衰减在自由声场中，点声源辐射的波是球面波：距离点声源r1处的声强为I1，距离r2处的声强为I2.则有：已知r1处的声压级，则r2处的声压级为;当r2=

2r1时，则△L=6dB。即在点声源的声场中，距声源的距离加倍，声级衰减6dB。可用来检验声源是否可作为点声源处理的简便方法。2）线声源的扩散衰减①离散声源组成的线声源：当当②有限长连续线声源（列车在轨道上运行）当当在线声源声场中某两点r1、r2处的声压级差为:即在线声源声场中，当r2=

2r1时，则△L=3dB。3）面声源的扩散衰减设面源尺寸长为b米，高为米。则：当距离小于，不衰减；当距离在之间，衰减规律相当于线声源的衰减；当距离大于，可按点声源的衰减规律。

2.4.3地面构筑物对声波的衰减1）障板衰减障板：在声波传播的路径上，设置由密实材料制成的板或强。障板衰减：声波由于障板的阻碍，能量声级降低。Lpd——无障