第七章 环境噪声及其控制.ppt

1、第七章 环境噪声及其控制,第一节 环境声学的基本概念 第二节 噪声的危害和噪声标准 第三节 噪声的来源与防治,第一节 环境声学的基本概念,一、噪声的定义 二、噪声的物理量度 三、噪声的频谱 四、声波的传播 五、噪声评价,第一节 环境声学的基本概念,一 噪声的定义 凡是不需要的声音，就是噪声。 过响声； 妨碍声； 不愉快声； 无影响声 其中，过响声、不愉快声属于客观的噪声；妨碍声和无影响声属于主观的噪声。,二 噪声的物理量度,（一）声压、声能量、声强和声功率 1、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或br；1Pa10 br。 当声频为1000Hz时，人耳可听声压范围为2

2、10-520Pa，其中， 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。由于人耳无法感受声压的起伏，只能感受一个稳定的有效声压。 媒质的声阻抗率Zsp/uc，u为质点速度，c为声速。,（一）声压、声能量、声强和声功率,2、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。 对于自由空间的平面声波：DW/cSI/cp2/c2,（一）声压、声能量、声强和声功率,3、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

3、为声强，即在传播方向上通过单位面积上的声功率。单位：W/m2。 对于自由空间的平面声波和球面波： IW/Spup2/c 声强与离开声源的距离有关： 对于自由空间的点声源：I球W/（4r2） 对于放在具有反射的地面上的点声源：I球W/（2r2）,（一）声压、声能量、声强和声功率,4、声功率W 声功率就是指声源在单位时间内辐射出来的总声能量。单位：W。 对于自由空间的点声源： W球4r2p2/c 对于放在具有反射的地面上的点声源： W半球2r2p2/c,（二）声波的测量单位,1、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。 表达式： r10时，级的单位为贝（耳），级表示的量与功率

4、成正比。工程上常用分贝表示级，是贝的十分之一，符号为dB。 re时，级的单位为奈培（Np）。1Np8.686dB,主要声学量的级和基准,（二）声波的测量单位,2、声压级Lp Lp20lg（p/p0） Lp为声压级，单位dB；p为有效声压，Pa；基准声压p02105 Pa。 对于听阈Lp0；对于痛阈Lp120dB。,某些环境下的声压和声压级,（二）声波的测量单位,3、声强级LI LI10lg（I/I0） LI为声强级，单位dB；I为声强，瓦/米2；基准声强I011012瓦/米2 。 LI=10lg(I/I0)=10lg(p2/ p02 )+10lg p02/(I0 c)= LP+10lg400/

5、 c 当在1atm，38.9时，空气的c 400Pas/m， LI Lp 在一般情况下，空气中的声波LI与 Lp 的值相差0.2dB，故LILp,（二）声波的测量单位,4、声功率级LW LW10lg（W/W0） LW为声功率级，单位dB；W为声功率，瓦；基准声功率W011012瓦。 LW=10lg(W/W0)=10lg(IS/ W0 ) =10lg I/10-12+10lgS=LI+10lgSLP+10lgS 对于球面声波，距离声源半径微r，则有： LW= LP+10lg4r2 LP+20lgr11 对于半球面声波，距离声源半径微r，则有： LW= LP+10lg2r2 LP+20lgr8,（

6、三）噪声级的合成,1、噪声级合成是按照能量的叠加规律进行叠加的。 2、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。则： L110lg I1/I0， L210lg I2/I0 ， Ln10lg In/I0 。 I1/I010 0.1L1， I2/I010 0.1L2， In/I010 0.1Ln 。 所以，总声强级L10lg （I1/I0 I2/I0 In/I0 ）10lg（ 10 0.1L110 0.1L2 10 0.1Ln ）,（三）噪声级的合成,3、声压级：能量与声压的平方成正比。总声压的平方等于

7、各声压排放之和。 假设有n个噪声源同时存在，声压与声压级分别为p1、 p2、 pn和L1、 L2、 Ln。则： Lp120lg p1/p0， Lp220lg p2/p0， ，Lpn20lg pn/p0 。 （p1/p0）210 0.1Lp1， （p1/p0）2 10 0.1Lp2， ， （p1/p0）210 0.1Lpn 。 所以，总声压级Lp10lg（ 10 0.1L110 0.1L2 10 0.1Ln ）,（三）噪声级的合成,4、n个相同噪声级合成的总噪声级 L10lg（ 10 0.1L110 0.1L2 10 0.1Ln ） 10lg（n 10 0.1L1 ）L110lgn 当n2时，

8、LL110lg2 L13 即表示两个相同的声压级相加，能量增加一倍，声级增加3dB。,（三）噪声级的合成,5、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L1L2 ，则有： LL110lg（ 10 0.1L110 0.1L2） L1 10lg 10 0.1L1 10 0.1L2）/ 10 0.1L1 10lg 1+ 10 0.1(L1-L2 ) 设噪声合成的附加值L 10lg 1+ 10 0.1(L1-L2 )，则 LL1 L 其中L可查表，根据表可知，当L1-L26dB时， L1dB，所以当两个声源中的一个噪声级超出另一个噪声级68dB，则较弱的噪声可以忽略不计。,两噪声

9、级合成的附加值,（三）噪声级的合成,6、计算例题 例1 强度为80dB的噪声，其相应的声压为多少？ 解：Lp20lg（p/p0），则，pp010 Lp/20 所以，p210510 80/200.2Pa 例2 声强为106 W/m2时的声强级是多少？ 解：L10lg（I/I0）10lg（ 106 /1012 ） 所以，L60dB,（三）噪声级的合成,例3 室内洗衣机工作时，测得噪声声压p0.02Pa；电冰箱单独开动时声压级是54dB，试计算两者同时开动时的合成声压级。 解：洗衣机单独工作时声压级为： L120lg0.02/（2105）20360dB 电冰箱声压级L254dB L1- L26dB，

10、所以L1dB 则两者同时工作时L60161dB,（三）噪声级的合成,例4 、声压级分别为70、76、77、80、83dB，试计算合成声压级。 解：L86dB 例5 、声压级分别为70、84、78、82、86、89dB，试计算合成声压级。 解（1）首先将声压级按从大到小顺序排列：89、86、84、82、78、70； （2）89与86合成：合成声压级891.890.8dB； （3）90.8与84合成：90.80.8491.64dB； （4）91.64与82合成：91.640.4692.1dB （5）由于92.17814.1dB，因而78、70dB两个声源可忽略不计。则总声压级为92.1dB。,（四

11、）噪声级的相减,1、噪声级相减是按照能量的相减进行的。 噪声级的相减与相加类似，实质都是声能的加和减。 例：室内有两个噪声源，同时工作时总声压级为82dB，当其中一个声源停止工作时，测得室内声压级为81dB，试求另一声源的声压级。 解：由于82811dB， 则另一声源声压级81675dB。,三、噪声的频谱,（一）噪声分析的基本知识 声音的频率就是声源振动的频率； 人耳听到的声音有的低沉，有的尖锐主要是声音的音调的高低引起的，而音调是人耳对声源振动频率的主观感受。 声音可按频率分为：次声（20000Hz）； 噪声控制主要研究可听声，可听声可分为：低频声（2000Hz）。 人们在生活中听到的声音是

12、不同频率、强度的纯音复合而成的。,（二）频程,1、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）； 频程有上、下限截止频率、中心频率值和带宽； 带宽（频带宽度）就是上、下限截止频率之差。,2、频程的表示方法 一般用高频和低频的频率比的对数来表示，对数以2为底，单位为倍频程。表达式为： f2/f12n 或 nlog2（ f2/f1） f1、 f2分别成倍频程关系的低频和高频频率，即上、下限截止频率，Hz；n为两个频率相距的倍数。 中心频率f0（ f2f1 ）1/2，所以有f22n

13、/2f0， f12n/2f0； 频带宽度f f2f1（ 2n/2 2n/2）f0。 n1时，即两个频率相距1倍时，称为一倍频程； f/f0=0.707； n1/3时，称1/3倍频程； f/f0=0.231 。,（二）频程,一倍频程的中心频率和频率范围,1/3倍频程的中心频率和频率范围,1、频谱的概念 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，这种只有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。 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，通常以倍频程或1

14、/3倍频程等划分的频带为横坐标，以倍频带声压级为纵坐标，绘出的噪声的测量图形来描述声频谱。,（三）频谱,线谱（离散谱）,连续谱,复合谱,四、 声波的传播,（一）距离衰减 1、声源 点声源：当声源的尺寸远小于测点到声源的距离时，声波以球面波的形状较均匀地向各个方向辐射。 线声源：如一列较长的列车；公路上长的车队等。 面声源：如透过一个壁面向开阔空间传播。,（一）距离衰减,2、点声源的距离衰减 对于自由空间（球面波） 声强：IW/（4r2）；声功率级：LW LP+20lgr11 对于半自由空间（球面波） 声强：IW/（2r2）；声功率级：LW LP+20lgr8 距离r1与r2之间的声级差为： L

15、W= LP(r1)20lgr111（8） LP (r2)20lgr211（8） 即： LP LP(r1)LP (r2)20lgr2/r1 当r2/r12， 衰减6dB，即距离增加1倍，声压级衰减6dB。,（一）距离衰减,3、线声源的距离衰减 面积S2rl；声强：IW/（2rl）； 声功率级：LW LP+10lg（ 2rl ） （1）当r/l1时，距离加倍，声压级衰减6dB。,（一）距离衰减,4、实例 实例1：距锅炉房2米处测得声压级为80dB，且锅炉房距离居民楼16米；距冷却塔5米处测得声压级为80dB，且冷却塔距离居民楼20米。求两设备噪声对居民楼造成共同影响？ 解： LP LP(r1)LP

16、 (r2)20lgr2/r1 锅炉房对居民楼的影响：L1=80- 20lg16/2=80-36=62dB; 冷却塔对居民楼的影响：L2=80- 20lg20/5=80-26=68dB; 共同影响：L=68169dB,（一）距离衰减,实例2：有一列500米火车正在运行。 （1）距铁路中心线20米处测得声压级为90dB，距铁路中心线40米处有一居民楼，试求该列火车噪声对居民楼的影响。 （2）若距铁路中心线500米处测得声压级为75dB，距铁路中心线1000米处有疗养院，试求该列火车噪声对疗养院的影响。 解： （1）r/l2040/500 1/10，则按无限长线声源计算： 火车对居民楼的影响：L1=

17、LP (20)-20lg40/20=90-6=84dB。 （2） r/l5001000/500 1， 则火车对疗养院的影响：L2=75- 10lg1000/500=75-3=72dB。,（二）空气吸收的衰减,声波在空气中传播时，因空气的粘滞性和热传导，在压缩和膨胀过程中，使一部分声能转化为热能而损耗，成为空气吸收。 衰减的大小与声源的频率、空气的湿度和温度有关。如在标准大气压下，20下，湿度为50时，声源频率为250、500、1000、2000、4000Hz的空气吸收引起的衰减分别为0.12、0.28、0.5、1.04、2.65dB/100m。 高频噪声比低频噪声衰减得快。,（三）地面吸收的衰

18、减,声波在传播过程中，会受到各种复杂的地面条件的影响。遇到树木（草地、灌木）会引起衰减，衰减的大小与树木的种类、树叶的繁茂程度和树木的高度有关。 一般来说，短距离（3050米）衰减可忽略，70米以上应考虑。 对于较茂密的树林，每10米衰减23dB；每100米，衰减2030dB。 对于厚的草地或穿过灌木丛，频率为1000Hz的衰减可高达25dB/100m。,（四）噪声的传播途径,1、声波的反射； 2、声波的折射 服从Snell定律； 3、声波的干涉 相干波发生叠加的现象； 4、声波的衍射 声波遇到障碍物或空洞时（波长远大于障碍物和空洞）发生绕流的现象，也称为“漏声”现象。,五、噪声评价,（一）人

19、耳的听觉特性与A声级 1、人耳的听觉特性 不同频率的声音，即使声压级相同，人耳感觉的响亮程度不同，如同样60dB， 100Hz 和1000Hz的两种声音，1000Hz的声音人耳听起来响一些，而要100Hz的声音听起来与1000Hz，60dB的声音一样响，声压级要达到67dB； 人耳对10005000Hz的声音最敏感。 人耳的听觉系统具有滤波的功能“酒会效应”，即人耳能在有其他噪声存在的环境下听出某些频率的声音。,（一）人耳的听觉特性与A声级,2、响度 响度是人耳判别声音由轻到响的强度等级概念，是描述声音大小 的主观感觉量。 不仅取决于声音的强度(如声压级)，还与它的频率及波形有关。 响度 的单

20、位是宋(sone)，符号是“N”。 1宋的定义为声压级为40dB，频率为1000Hz，且来自听者正前方的平面行波的强度。如果另一个声音听起来比这个大n倍，即声音的响度为n宋。,（一）人耳的听觉特性与A声级,2、响度级 响度级是用来定量地确定声音的轻或响的程度的参数； 响度级是建立在两个声音的主观比较上的。定义1000Hz纯音声压级的分贝值为响 度级的数值，任何其它频率的声音，当调节1000Hz纯音的强度使之与这声音一样响时，该1000Hz纯音的声压级分贝数定义为这一声音的响度级。 响度级的单位是方(phon)，符号是“LN”。 响度与响度级的关系：声压级每增加10方，响度值加倍 N2(LN-4

21、0)/10 或 LN4033.3lgN 等响曲线：对各频率进行试听分析，达到同样响度级时，频率与声压级的关系曲线。,（一）人耳的听觉特性与A声级,3、A声级 由等响曲线可以看出，人耳能听到的最小的声音与频率有关，频率低，人耳的灵敏度差；频率高，人耳灵敏度好。 如果有一台机器发出的噪声，含有从低到高频声，其噪声一进人耳就失真了，或被滤去了一部分低频成分，也可以说被人耳计权了。 由于人耳的听觉无法测定声音的频率成分和相应的强度，只能利用测量仪器声级计来测定，为了模拟人耳的听觉特性，在声级计中安装了一个滤波器使它对频率的判别与人耳相似，这个滤波器称为A计权网络，该声级计称为A声级计。 当声音信号进入

22、A网络，中、低频声音按比例衰减通过，1000Hz声音无衰减通过。通过A声级计测定的声压级称为A声级，记做dBA或dB（A）。,（一）人耳的听觉特性与A声级,4、B、C、D声级 A、B和C计权声级的主要差别在于对低频成分的衰减程 度，A衰减最多，B其次，C最少。 A计权声级是模拟人耳 对55分贝以下低强度噪声的频率特性；B计权声级是模拟55分贝到85分贝的中等强度噪声的频率特性；C计权声级是模拟高强度噪声的频率特性；D计权声级是对噪声参量的 模拟，专用于飞机噪声的测量。 A计权声级表征人耳主观听觉较好，故实 际中较常采用A计权声级。,（二）等效连续声级(Leq),A计权声级能较好评价连续稳态 噪

23、声，但对一个起伏的或不连续的噪声，A计权声级就不合适 了。 用噪声能量按时间平均方法来评价噪声对人影响，即等效连续声级，符号“Leq”。它是用一个相同时问内声能与之相等的连续稳定的A声级来表示该段时间内噪 声的大小。 数学表达式：,（二）等效连续声级(Leq),如果测量是在同样的采样时间间隔，则表达式变为： 昼夜等效声级Ldn 注：昼间为07:0022:00，共16小时；夜间为22:007:00，共8小时，考虑夜间噪声对人们的影响更大，对夜间的噪声A声级加10dB进行修正。,（三）累计百分数声级Ln,连续等效声级反映了噪声对人体的影响，但是未能反映噪声的起伏程度；因而采用累计百分数声级来评价噪

24、声。 累计百分数声级Ln表示在测量时间内高于Ln声级所占的时间为n。例如L1070dB，表示声级高于70dB的时间占10，其余90的时间内噪声级均低于70dB。 通常， L90表示本底噪声， L50表示中值噪声级， L10表示噪声峰值。 累计百分数声级一般只用于有较好正态分布的噪声评价，当符合正态分布时，其与等效声级的关系为： LeqL50(L10L90)2/60,第二节 噪声的危害和噪声标准,一、噪声的危害 二、噪声标准,一、噪声的危害,1、噪声对听力的损伤 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 听力损失用500Hz、1000Hz和2000Hz三个频率

25、上听力损失的平均值来表示。 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）。 噪声级在80dB以内，才能保证人们长期工作不发生耳聋。在90dB以下，只能保证80的人工作40年后不会耳聋；85dB仍会有10的人产生噪声性耳聋。 强噪声性耳聋，或爆震性耳聋,一、噪声的危害,2、噪声对睡眠的干扰 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； 40dB的突发性噪声可使10的人惊醒，到60dB时，可使70的人惊醒。,3、噪声能诱发疾病 长期暴

26、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； 噪声会引起消化系统的疾病，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。,一、噪声的危害,4、噪声影响语言交谈和通讯联络的干扰 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。,一、噪声的危害,一、噪声的危害,5、特强噪声会对仪器设备和建筑结构造成危害 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

27、150dB时，仪器的元件可能失效或损坏； 当噪声超过140dB时，轻型建筑物会遭受损伤。,二、噪声标准,噪声标准主要分为声环境质量标准、环境噪声排放标准以及技术方法标准三类 （一）我国环境噪声允许范围 1980年根据生理和心理学研究，结合我国的实际情况，制定了我国环境噪声允许范围。,（二）城市区域环境噪声标准（GB3096-93） 按区域功能划分的,（三）听力保护标准工业企业噪声卫生标准（GBJ8785）,（三）听力保护标准工业企业噪声卫生标准（GBJ8785）,工作环境噪声每增加3dB，工作时间就必须减少一半。 噪声剂量或噪声暴露率D为： 实际暴露的小时数T实除以允许暴露的小时数T。 即： D T实/T，如D1，则现场工作人员接受的噪声超过标准。 如果接受的噪声不是一固定噪声级，则： D T实1/T1 T实2/T2 ,（三）听力保护标准工业企业噪声卫生标准（GBJ8785）,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