物理性污染控制ppt.ppt

1、物理性污染控制,2,教材名称：环境物理性控制 （孙兴滨. 闫立龙. 张宝杰. 主编，化学工业，第二版） 参考书目： 物理性污染控制 （陈杰瑢 主编 ，高等教育出版社） 环境噪声控制工程 （洪宗辉主编，高等教育出版社）,教材和参考书目,3,4,噪声,放射性污染,电磁辐射污染,热污染,噪声污染,11,一、环境物理学学科体系,环境声学 环境振动学 环境放射学 环境电磁学 环境热学 环境光学,12,13,环境物理学的产生与发展 20世纪50年代物理性污染的日益严重 研究物理环境同人类相互作用的科学 属于环境科学的一个分支,二、物理环境,研究对象周围的环境,天然物理环境 人工物理环境,15,天然物理环境

2、（原生物理环境） 风、雨、地震、海啸、火山爆发、台风、雷电、太阳黑子、耀斑、天然放射性元素的衰变、太阳光辐射、热辐射。 自然现象所产生的声、振动、电磁、光、热。,16,人工物理环境（次生物理环境） 人类活动不同程度的干预天然物理环境生成的。（工业生产、取暖、光源、电磁设备、核电站）,17,三、污染物分类,污染物性质 化学性污染：水污染、大气污染 生物性污染：水污染、土壤污染 物理性污染：噪声、热、辐射、光 按污染物来源 自然污染：火山、地震 人为污染：。,18,四、什么是物理性污染 物理性污染是指物理运动的强度超过人的耐受限度。,19,五、物理性污染的特点 局部性的，区域性和全球性污染较少见

3、污染源消失，污染级随即消失,20,小结,1、什么是物理环境 2、人工物理环境是如何形成的 3、环境物理学的分支学科有哪些 4、什么是物理性污染 5、物理性污染的特点 6、环境物理性污染的主要研究内容,第二章 噪声污染,第一节 噪声及其危害,一、噪声的研究背景,二战结束以来，随着工业交通的迅速发展，环境噪声日趋严重，eg：在我国大城市环境污染投诉中噪声占60%70%，已成为广泛的社会公害。,二、什么是噪声,说文：“扰也” 玉篇：“群呼烦扰也” 不需要的声音超过人们生活和社会活动所允许的程度,24,二、噪声的定义,1、物理学角度 无规则，非周期振动物体发出的声音 2、医学角度 超过60分贝的声音

4、3、从心理学角度 人们不需要的声音 4、从环境学角度 对周围环境造成不良影响的声音,分贝,分贝及相应代表性行为,三、噪声的特点,1、具有明显的主观心理性与生理性 2、衰减快，无残留，不积累，只造成 局部性污染 3、主要为慢性危害,四、噪声的来源,1、交通噪声鸣笛,全国道路交通情况,2、工业噪声eg：纺织厂,工业企业噪声卫生标准,工作环境噪声每增加3dB，工作时间就必须减少一半。（不得超过115 ）,90分贝8小时,99分贝1小时,3、施工噪声机械振动、摩擦、撞击,33,建筑施工机械噪声级,4、生活噪声,家用电器噪声,城区环境噪声构成比例,五、噪声的危害,1、损伤听力（80dB）,长期在强噪声环

5、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）。,大量统计资料表明,听力损失又称聋度或听力级，是人耳在某一频率的听阈比正常听阈高出的分贝数。 由于年龄关系产生的听力损失称为老年性耳聋； 由于社会环境噪声产生称为社会性耳聋； 职业性噪声导致的听力损失称为噪声性耳聋。 (平均听力损失超过25dB),听力损失,听力阈级耳朵可以察觉到的纯音的声压级（用以衡量听力损失的量） 噪声性迁移由噪声引起的阈级提高 暂时性域移：

6、可以恢复 永久性域移,听力阈级与噪声性迁移,2、干扰睡眠 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； 突然的噪声可以使人惊醒 40dB的突发性噪声可使10的人惊醒， 60dB可使70的人惊醒。 （睡眠周期）,43,长期暴露在强噪声环境下，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；消化系统紊乱，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。,3、对人体生理机能引起不良反应,44,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

7、声级超过90dB时，即使大喊大叫也难以进行正常交谈。,4、干扰语言交谈和通讯联络,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150dB时，仪器的元件可能失效或损坏,5、特强噪声损坏仪器设备和建筑结构,48,49,50,环境声学研究内容,噪声污染规律,控制技术与测试技术,评价方法和标准,第二节 环境声学研究内容,噪声控制的途径,小结,1、噪声的定义 2、噪声的危害有哪些 3、听力阈级、听力损失、噪声性迁移 4、噪声的特点 5、噪声的来源 6、环境声学研究内容,第三节 声波的基本性质及传播规律,一、声波的产生及描述方法,声源的振动,弹性

8、媒介振动,声波,空气、固体、液体,1、产生声音感觉的条件,空气 纵波 声波 固体、液体 纵波、横波,能量的传递相邻质点间的动量 传递来完成，而不是由物质的迁移来传播能量的。,2、声波传播的物理过程,声波传播的物理过程,波长 =c/f 米 （m） 周期 T 秒 （s） 频率 f =1/T 赫兹 （Hz） 相位 t时刻某一指点的震动状态 声速 c 米每秒（m/s）（振动时f相同，相位不一定相同） （空气中 340 m/s）,3、描述声波的基本物理量,(1) ,二、 声波的基本类型,平面声波 1、声波 球面声波（波阵面的形状） 柱面声波,波阵面是指空间同一时刻相位相同的各点的轨迹曲线,平面声波,声波

9、的类型,球面声波,球面声波（点声源）,柱面声波（线声源）,2、声线（声射线）,声线用来描绘声波的传播，是自声源发出的代表能量传播方向的直线 。（与波正面垂直）,当声波频率较高时，传播途径中遇到物体的几何尺寸比声波波长大很多时，可以不计声波的波动特性，直接用声线来处理。,平面声波声线立体图,球面声波声线立体图,柱面声波声线立体图,3、声压、声能量、声强和声功率,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 当声频为1000Hz时，人耳可听声压范围为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。,日常生活中声音的声压数据,声能量 由于声扰动，声

10、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。,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为声强，单位：W/m2。 声强与离开声源的距离有关,声功率 声源在单位时间内发射的总能量 记为W，单位（w）,对于平面声波有：,声能密度,声强,声功率,基准声压p02105 Pa,三、 声波的叠加,相干波具有相同频率、相同振动方向和恒定相位差的声波,驻波声压值pT随空间不同位置有极大值和极小值分布的周期波为驻波，其声场称为驻波场，驻波的极大值和极小值分别称为波腹和波节,

11、1、相干波和驻波,几个声源同时存在，在声场某点处的声压分别为p1，p2，p3。,合成声压为：p=p1+p2+.+pn=pi,如果2个声波频率相同，振动方向也一样，但存在恒定相位差,合成声压为：p=p1+p2=PTcos（t- ）,PT声压幅值 2f 角频率 相位,2、声音的频谱,（1）噪声分析的基本知识 人耳听到的声音有的低沉，有的尖锐主要是人耳对声源振动频率的主观感受。 人们在生活中听到的声音是不同频率、强度的纯音复合而成的。,次声 20000Hz 可听声可分为：低频声 2000Hz,声音可按频率分为,（2）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

12、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）,f1，f2任意频程的上限频率和下限频率 f2/f12n n频程倍数，n为正实数,频程有上、下限截止频率、带宽 带宽（频带宽度）上、下限截止频率之差。,（3）频谱的概念 纯音：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。,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，,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。,线谱（离散谱）,连续谱,复合谱,四、级的概念,1个量的级是这个量与同类基

13、准值之比的对数，用L表示。 对数以10为底，级的单位为贝尔（B）,贝尔分为10档，每一档的单位为分贝（dB），1B=10dB 对数以e=2.71828为底，级的单位为奈培（Np）, 1 Np8.686dB,1、分贝的定义,2、声压级、声强级、声功率级,声压级Lp 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。,声强级 LI为声强级，单位dB；I为声强，瓦/米2； 基准声强I011012瓦/米2 。,当在1atm，38.9时，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,声功率级LW L

14、W10lg（W/W0） LW为声功率级，单位dB；W为声功率，瓦； 基准声功率W011012瓦。 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,对于给定的声源，其声功率是不变的，但空间各处声压级、声强级会发生变化。 对于恒定声功率的点声源发出的球面波，在声场中距离增加1倍，声强级减少6dB，当距离足够远时：,LILp,噪声级合成是按照能量的叠加规律进行叠加的。 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

15、I1、 I2、 In和L1、 L2、 Ln。,3、级的叠加,L110lg I1/I0， L210lg I2/I0 ， Ln10lg In/I0 I1/I010 0.1L1， I2/I010 0.1L2， In/I010 0.1Ln 总声强级L10lg （I1/I0 I2/I0 In/I0 ） 10lg（ 10 0.1L110 0.1L2 10 0.1Ln ）,Lp1=80dB，Lp2=80dB LpT=83dB 结论： LL110lg2 L13 两个相同的声压级相加，能量增加一倍，声级增加3dB。 如果两个声压级相差10dB以上，总声压级与高声压级的近似相同。,以n2为例,例1: 8个声音在空

16、间某点的声压 级分别为84、87、90、95、96、91、85、80，求总声压级。,LpT Lp+10lgn 92+10lg7 100.4dB,例2:7台机器工作，每台的声压级分均为92，求总声压级。,n个相同的声压级叠加,LpT Lp+10lgn,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 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 ) LL1 L L可查表可知，当L1-

17、L26dB，L1dB 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。,计算题 1、强度为80dB的噪声，其相应的声压 为多少？ 2、声强为106 W/m2时的声强级是多少？ 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。 4、声压级分别为70、76、77、80、83dB，试计算合成声压级。 5、声压级分别为70、84、78、82、86、89dB，试计算合成声压级。,噪声级的相减,总声压级LpT，背景噪声声压声压级LpB，真实噪声声压声压级Lps LpT LpB+ LpS Lps LpT Lp

18、B 对于机器的声压级,Lps10lg（10 0.1 LpT 10 0.1 LpB）,例3：两台机器工作时，在某点测得总声压级为80d，其中一台停止工作，测得声压级76dB,求停止工作的机器单独工作时的声压级,Lps10lg（10 0.1 LpT 10 0.1 LpB） 10lg（10 8 10 7.6） 77.8dB,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。,随距离的

19、发散衰减Ad 空气吸收的附加衰减Aa 地面吸收的附加衰减Ag 声屏障衰减Ab 气象条件对声传播的影响Am 总衰减A Ad +Aa + Ag + Ab + Am,五、声波在传播中的衰减,1、距离衰减 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。,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,点声源的距离衰减,距离r1与r2之间的声级差

20、为： LW= 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。,点声源的距离衰减,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。,线声源的距离衰减,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 (r2)20l

21、gr2/r1 锅炉房对居民楼的影响： L1=80- 20lg16/2=62dB; 冷却塔对居民楼的影响： L2=80- 20lg20/5=68dB; 共同影响：L=68169dB,作业： 在半自由声场空间中，离点源2m处测得声压级的平均值为85dB。 求：声功率级和声功率 距声源10m远处的声压级,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

22、/500 1， 则火车对疗养院的影响： L2=75- 6=75-6=69dB。,2、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。,空气吸收的附加衰减Aa,20时,410-6,f频率；d传播距离；相对湿度,3、地面吸收的衰减,声波在传播过程中，会受到各种复杂

23、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。,在厚草地或穿过灌木丛传播时衰减 Ag（0.18lgf-0.31）d,穿过树木或森林的声衰减 Ag0.01 f 1/3 d,4、声屏障衰减Ab,声屏障的作用： 阻挡直达声的传播 隔绝透射声 声屏障衰减与声源及接受点相对屏障的位置、屏障的高度及结构，以及声波的频率密切相关。,4、声

24、屏障衰减Ab,雨、雪、雾等对声波的衰减量大约每1000米不到0.5dB，因此可以忽略，风和温度梯度对声波的传播影响很大。,5、气象条件对声传播的影响Am,风速梯度和温度梯度使地面声速分布发生变化，使声波发生折射，当声波发生向上偏的折射时出现“声影区” 声影区：因折射而传播不到直达声的区域。,小结,1、产生声音感觉的条件 2、纵波、横波 3、声波的基本类型 4、相干波和驻波 5、波阵面 6、声线 7、分贝的定义,小结,8、频程 9、频谱 10、声影区 11、基础量和级的换算 12、级的叠加、级的相减 13、声波在传播中的衰减（包括计算）,第三节 噪声的评价和标准,噪声对人的危害和影响是多方面的，

25、噪声变化特性的差异及人们对噪声主观反应的复杂性，使得对噪声的评价较为复杂。 噪声评价目的：有效的提出适合于人们对噪声反应的主观评价量。,一、噪声的评价量,不同频率的声音对人的影响不同； 不同时间出现的噪声对人的影响不同； 同样的声音对不同心理和生理特征的人群反应不同；,1、噪声评价量的建立原则,2、纯音的响度级、等响曲线、响度,当某一频率的纯音和1000Hz的纯音听起来同样响时，这时1000Hz的纯音的声压级就定义为该待定声音的响度级。响度级的符号为LN，单位为方（phon）.,响度,与主观感觉的轻响程度成正比的参量称之为响度，符号N，单位宋（sone），响度是正常听者判断的一个声音，是响度级

26、为40phone的倍数，响度级为40phone的声音响度为1sone。,响度级与响度的关系,响度级每增加10phone， 响度增加一倍 响度与响度级的关系 LN=40+10log2N N=2 0.1（LN-40）,等响曲线:,对各个频率的声音作这样的试听比较，得出达到同样响度级时频率与声压级的关系曲线，通常称为等响曲线,3、响度指数与斯蒂文斯响度,S=Sm+F（SiSm）,例：根据倍频带的声压级求响度及响度级,4、计权声级和计权网络,等响曲线声压级相同的声音会因为频率的不同产生不一样的主观感觉。 为了使声音的客观量度和人耳的听觉主官感受近似取得一致，通常对不同频率声音的声压级经某一特定的加权修

27、正后，再叠加计算可得到噪声的总声压级，此声压级称为计权声级。,计权网络是近似人耳对纯音的响度级频率特性而设计的,A计权网络相当于40phone等响曲线的倒置 B70phone C100phone D常用于航空噪声的测量,A声级 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。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。,人耳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，在声级计中安装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

28、入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）。,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计权的频率与人耳对宽频带的声音的灵敏度相当表征人耳主观听觉较好，被普遍应用。,5、等效连续声级(Leq),A计权声级能较好评价连续稳态 噪声，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”。它是用一个相同时间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：,如果测量是在同样的

29、采样时间间隔，则表达式变为：,N 测试数据个数,把一个工作日（8h）的A声级从小到大排列，略去78dB以下的声级，第一段规定用中心声级80dB代替，78-82，其余各段依次类推，相邻段中心声级相差5dB，段数与相应中心声级的暴露时间见下表,工业噪声中，计算等效连续A声级方法：,例：某工人一天工作8h，受噪声影响状况如下：每小时4次噪声达102dB，每次持续6min，1次达106dB持续1min，其余时间仅受背景噪声79dB影响，求该工人一天接触噪声的等效声级？,6、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，

30、对夜间的噪声A声级加10dB进行修正。,7、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声。,累计百分数声级一般只用于有较好正态分布的噪声评价,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。 L90表示本底噪声， L50表示中值噪声级， L10表示噪声峰值。,对于统计特性符合正态分布的噪声，其累计百分数声级与等效连续A声级之间有近似关系,8、噪度和感觉噪声级,与人们主观判断噪声的“吵闹”程度成比例 的数值量称为噪度，用

31、Na表示，单位呐（noy） 在中心频率为1KHZ的倍频带上，声压级 为40dB的噪声的噪度为1noy。 将噪度转换成分贝指标，称为感觉噪声级， 用LpN表示，单位dB 当感觉噪度值每增加1倍，感觉噪声级增加 10dB LpN=40+10log2Na LpN=LA+13,9、计权等效连续感觉噪声级LwecpN,航空噪声评价中 ，对在一段检测时间内飞行事件的噪声评价采用计权等效连续感觉噪声级，考虑一段监测时间内通过以固定点的飞行引起的总噪声级，同时也考虑不同时间内飞行所造成的不同社会影响。,10、交通噪声指数,TNI=4（L10L90）+L9030,第一项“噪声气候”的范围，表明噪声的 起伏变化程

32、度。 本底噪声状况 调节量,繁忙干线：L90=70dB，L10=84dB，TNI=96dB,车流量较少干线：L90=55dB，L10=84dB，TNI=141dB,TNI=4（L10L90）+L9030,繁忙干线：L90=70dB，L10=84dB，TNI=96dB,车流量较少干线：L90=55dB，L10=84dB，TNI=141dB,TNI与噪声的起伏变化有很大的关系，适用于机动车噪声 对周围环境干扰的评价，限于车流量较多及附近无固定 声源的环境,11、噪声污染级,评价噪声对人的烦恼程度 用标准偏差来反映噪声的涨落，标准程度越大，离散程度越大，即噪声起伏越大。用LNp来表示，数值上等于连续

33、等效声级与标准偏差之和。,第一项累积各个噪声分量，取决于噪声能量，第二项取决于噪声事件的持续时间，噪声起伏大小，第二项值大，对噪声污染级的影响也大，更能引起人们的烦恼，对于随机分布的噪声,LNP=Leq+（L10L90） LNP=L50+（L10L90）+1/60(L10L90),2,13、噪声掩蔽,由于噪声的存在，降低了人耳对另外一种声音听觉的灵敏度，使听阈发生迁移的现象。 听阈提高的分贝数称为掩蔽值。 eg：1000HZ的纯音3dB听到，70dB环境中，84dB听到，掩蔽值81dB。,听力损失又称聋度或听力级，是人耳在某一频率的听阈比正常听阈高出的分贝数。,12、语言清晰度指数和语言干扰级

34、,语言清晰度指数（AI）是一个正常的语言信号能为听者听懂的百分数 语言干扰级SIL是对语言清晰度指数AI的简化代用量 6004800HZ6个倍频带声压级的算术平均值 更佳语言干扰级PSIL500,1000,2000HZ三个倍频带的算术平均值 PSIL=SIL+3,二、环境噪声评价标准和法规,中华人民共和国环境噪声污染防治法,产品噪声标准：机电产品（家电、办公、车辆） 噪声排放标准：1.工业企业厂界噪声标准 2.建筑施工场界噪声标准 3.铁路及机场周围环境噪声标准 环境质量标准：工业企业噪声卫生标准，室内环境噪声允许标准，城市区域环境噪声标准,1、我国环境噪声允许范围,2、听力保护标准工业企业噪

35、声卫生标准,工作环境噪声每增加3dB，工作时间就必须减少一半。 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。,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：某工人在车床厂工作，4小时定额生产140个零件，每个零件加工2分钟，车床 工作时声级为93dB(A)。试计算噪声剂量(D)

36、，并以现有企业标准评价是否超过安全标准。,实例3：某车间工作人员在一个工作日内噪声暴露的累计时间分别为90dB4小时，75dB2小时，100dB2小时，试计算噪声剂量(D)，并以现有企业标准评价是否超过安全标准。,解：完成定额工作量所需时间： T实 1402280分钟 噪声剂量 D280/（460）1.17 1，超标。,解：噪声剂量 D4/8+2/12.5 1，超标。,3、各类厂界噪声标准值,小结,响度级、等响曲线、响度 斯蒂文斯响度（计算） 计权声级和计权网络 等效连续声级(Leq) 工业噪声中，计算等效连续A声级方法 昼夜等效声级Ldn,小结,累计百分数声级Ln 噪度和感觉噪声级 交通噪声

37、指数TNI 噪声污染级 噪声掩蔽 语言清晰度指数和语言干扰级 噪声暴露率D(计算),第四节 噪声测试和监测,一、测量仪器,1、声级计：噪声测量中最常用的基本声学仪器，一种可测量声压级的便携式仪器。 国际电工委员会将声级计分为0、1、2、3四种等级，环境中主要使用1型（精密级）和2型（普通级）。,声级计一般由传声器、放大器、衰减器、计权网络、检波器和指示器组成。,传声器：将声压转换成电压的声电转换器。 （声级计中大多选用空气电容传声器和驻极体电容传声器） 放大器：一般采用两级放大器，即输入放大器和输出放大器，其作用是将微弱的电信号放大。,衰减器：声级计的量程范围较大一般为25dB130dB，将强

38、信号给予衰减。 输入衰减器和输出衰减器是用来改变输入信号的衰减量和输出信号衰减量的，以便使表头指针指在适当的位置。输入放大器使用的哀减器调节范围为测量低端，输出放大器使用的衰减器调节范围为测量高端。许多声级计的高低端以 70dB 为界限。,滤波器：包括A、B、C、计权网络滤波器 在声级计模拟人耳的听觉特性，把电信号修正为与听感近似值的网络，通过计权网络测得的声压级，不是客观物理量的声压级，而是经过听感修正的声压级。 检波器作用是把迅速变化的电压信号转变成变化较慢的直流电压信号。,声级计的主要附件： 防风罩:防止较大风速对传声器干扰 鼻形锥：在稳定方向的高速气流中测量噪声中使用，降低因气流而产生

39、的噪声 延长电缆“避免测量仪器和监测人员对声场的干扰 声级计的校准：对仪器进行校准,2、频谱分析仪和滤波器,具有对声信号进行频谱分析功能的设备称为频谱分析仪，其核心是滤波器。 让频率在f1和f2之间的信号通过，且不影响信号的幅值和相位，同时阻止f1以下和f2以上的任何信号通过。,3、磁带记录仪 4、读出设备 5、实时分析仪,二、环境噪声监测方法 1、城市区域环境噪声测量 城市区域环境噪声测量方法 对于噪声普查应采用网格测量法 对于常规检测应采用定点测量法,每一网格中的工厂、道路及非建成区的面积之和不得大于网格面积的50,有效网格总数应多于100个,每次每个测点测量10min的连续等效声级，全部

40、网格中心的10min的连续等效声级的算术平均值代表某一区域的噪声水平,定点测量方法：,24小时连续监测，测量每小时的连续等效声级，昼间A声级能量平均值，夜间A声级能量平均值,该区的环境噪声水平由下式计算：,道路交通噪声测量,测点：市区交通干线(机动车流量不小于100辆 )一侧的人行道上，距马路沿20cm处，此处距两交叉路口应大于50cm,机动车辆噪声测量,在测试中心周围25m半径范围内不应有大的反射物，测试跑道应有20m以上平直、干燥的沥青路面或混凝土路面，路面坡度不超过0.5,车内噪声、车外噪声,航空噪声测量,测量飞机噪声采用D计权 飞机噪声的基本评价量是感觉噪声级LpN 航空噪声测量条件,

41、2、工业企业噪声测量 生产环境噪声 工业企业内部噪声 机器设备噪声 工业企业对外界环境的影响,生产环境噪声测量 根据国家标准GBJ87-85工业企业噪声控制设计规范。 1、测量时，传声器置于人耳附近，工作人员暂时离开； 2、对于稳定噪声只测A声级，不稳定噪声8小时工作时间内取样，计算连续等效A声级 3、声级变化小于3dB，选取1-3个测点，大于3dB，分为若干小区域重复以上过程。,机器设备噪声 设法避免减小环境的背景噪声和反射声的影响 小型机器（外形尺寸小于0.3m）：测点距表面0.3m 中型机器（外形尺寸0.3-1m）：测点距表面0.5m 大型机器（外形尺寸大于1m）：测点距表面1m,厂界噪

42、声测量 1、要求：使用精度为2以上的声级。 2、测量的声级：等效声级 3、测点：选在厂界外1m，高1.2m以上的噪声敏感处；若与居民区相连，厂界无法测量时，测点选在居室中央，室内限值比标准低10dB 4、背景声值的修正：背景值比待测声级低10dB以上为正常，两者相差10dB应加以修正,小结,声级计等级 声级计组成部分 传声器分为哪两种 声级计的主要附件 除声级计之外的测量设备 噪声普查采用什么方法，具体步骤 常规检测采用什么方法，具体步骤 航空噪声采用D计权,第五节 环境噪声影响评价,一、环境噪声影响评价的目的和意义二、环境噪声影响评价工作程序和内容,评价工作程序,确定噪声环境影响评价工作等级

43、，编写环境影响评价大纲噪声部分,环境噪声现状调查和测量,建设项目工程分析(与噪声有关的内容),环境噪声现状评价,噪声级预测、受影响人口预测,噪声管理法规与标准,噪声环境影响评价,噪声防治对策,噪声影响评价专题报告,噪声环境影响评价工作等级划分基本原则,划分依据： 投资额划分建设项目规模（大、中、小） 噪声源的种类及数量 项目建设前后噪声级的变化程度 建设项目噪声有影响范围内的环境保护目标、环境噪声标准和人口分布,噪声环境影响评价工作基本要求,环境影响评价大纲噪声部分,环境噪声评价量,噪声环境影响的评价范围根据评价工作等级确定,环境影响评价报告书噪声专题报告编写提纲,噪声预测,1.预测的基础资料

44、 （1）声源资料 发声持续时间，空间位置，作用时 间段，噪声级等 （2）影响声波传播的各种参量 气象因素、遮挡物、地面覆盖等,预测范围大于等于评价等级要求 预测点布置 所有的环境噪声现状测量点 网格法确定,1、噪声控制基本原理与原则,第六节 噪声控制技术概述,在声源处抑制噪声 在声传播途径中控制 接收器的保护,抑制噪声源,声源控制降噪效果,控制噪声的传播途径,常用噪声控制措施的原理与应用范围,保护接收器,在声源处抑制噪声：包括降低激发力，减小系统各环节对激发力的响应以及改变操作程序或改造工艺过程等。 在声传播途径中控制：噪声控制的普遍技术，包括隔声、吸声、消声、阻尼减振等措施 接收器的保护：耳

45、塞、耳罩、消声头盔，对精密仪器将其安装在隔声间或隔振台上,2、噪声控制的一般原则 科学性、 技术的先进性 （不能影响原有设备的技术性能）、 经济性、,3、噪声控制的基本程序,噪声源测量和分析,传播途径调查和分析,受影响区域调查,降噪量确定,制定控制方案,设计施工,工程评价,总降噪量、声源、途径降噪量,声源分布,频率特性,时间特性,声质量评价、经济性、适应性评价,声源控制、途径控制,危害状况、本底噪声、允许标准,传播途径有空气声、固体声,4、噪声源分析 机械噪声：摩擦力、撞击力、非平衡力等使机械部件和壳体产生振动 空气动力性噪声：气体流动过程中的相互作用或者气流和固体介质之间的相互作用 电磁噪声

46、：电磁场交替变化引起的机械部件或空间容积振动,5、城市环境噪声控制 （1）噪声源分类：工业生产噪声、建筑施工噪声、交通运输噪声、社会生活噪声 （2）城市规划与噪声控制 a、居住区规划中的噪声控制 b、工业区远离居住区 C、居住区人口控制规划 美国环保局发布资料Ldn=10lg+22,（3）道路交通噪声控制 a、低噪声车辆 b、道路设计 C、合理的城市规划 （4）噪声管理：1997年3月1日环境噪声污染防治法 （5）城市绿地降噪,厚草地、灌木丛：Ag（0.18lgf-0.31）d,树木、森林 ：Ag0.01 f 1/3 d,第七节 吸声和室内声场,吸声是噪声污染控制的一种重要手段； 在噪声污染控

47、制工程设计中，常利用吸声材料吸收声能量来降低室内噪声。,室内噪声的来源：,通过空气传来的直达声 室内各墙壁面反射回来的混响声,室内混响声对环境的影响：,混响使室内噪声级增加，如一列火车进入隧道以后的噪声级比行驶在空旷的野外可高出5-10dB; 混响对听觉的干扰；,一、吸声材料的声学分类及吸声特性,多孔性吸声材料（针对高频噪声控制）特征： 内部有许多微小细孔，并与材料表面相通，具 有通气性。 吸声机理： 声波投射到多孔材料表面时，部分投入的声波 与纤维或颗粒表面产生内摩擦（摩擦力来自空气的 压缩、膨胀），部分声能转变成热能，从而使声音 的能量减小。,多孔性吸声材料分类：,无机纤维（如玻璃棉、岩棉

48、及其制品等） 有机纤维（如棉麻植物纤维、木质纤维等） 泡沫材料（如泡沫塑料、泡沫混凝土等） 吸声建筑材料（如微孔吸声砖、膨胀珍珠岩）,共振吸声结构（针对低频噪声控制） 材料特征：薄膜或薄板表面穿孔 吸声机理：应用共振原理 1）声音与薄板（薄膜）固有频率产生共振 2）声音与板后空腔气室空气产生共振,共振吸声结构的分类,微穿孔板吸声结构（小于1mm微孔） 穿孔板共振吸声结构（共振腔结构） 薄板或薄膜吸声结构（材料本身产生共振）,二、吸声特性的描述（吸声系数和吸声量）,1）吸声系数：,当 0时，无吸声 当 1时，完全吸收，无声能反射,1）吸声系数,是频率的函数 同一种材料，不同频率，吸声系数不同为研

49、究问题方便，常用中心频率为125，250，500，1000，2000，4000Hz六个频程的吸声系数的平均值，称为平均吸声系数,2）吸声量：,A：材料的总吸声量 Si：材料i的吸声表面积 (m2) 可推知，吸声量A的单位是m2,三、吸声系数的测量,1)混响室法 把被测吸声材料按一定的要求放置于专门的声学实验室（混响室）中进行测定。将不同频率的声波以相同的几率从各个角度入射到材料表面，根据吸声材料前后混响时间的变化来确定材料的吸声特性。 用此方法测定的吸声系数称为混响吸声系数或无规则入射吸声系数，记作,2)驻波管法,基于振幅合成, 产生驻波时:,驻波比 n,波腹：,波节：,声强系数与声压系数之间

50、为平方关系，即：,由于,a代替I得到：,比较两种吸声测量方法可知： 基于声音传播方向的无规则性，混响室法测得的吸声系数更接近材料的实际应用环境；但测定吸声系数较困难，两种方法测定的吸声系数可以进行换算。,四、多孔材料的吸声机理和影响吸声性能的因素,1、吸声机理,由于,当Zsm（材料声阻抗率）与c相等时，a1，说明材料将声音完全吸收，但在实际应用中不可能。理想吸声材料要求其声阻抗率接近于空气的特性阻抗率。,压缩、膨胀、摩擦、产热,降低声音能量,2、影响吸声性能的因素,材料的厚度 材料的密度 材料层于刚性面间的空气层 护面层（多应用于多孔疏松材料） 空间吸声体（室内悬挂吸声体）,A：材料厚度（频率

51、一定时）,多孔材料对高频率声音吸声效果明显，即在高频区吸声系数较大； 多孔材料对低频率声音吸声效果差，即在低频区吸声系数较小； 随着材料厚度的增加，吸声最佳频率向低频方向移动；,A：材料厚度,厚度每增加1倍，最大吸收频率向低频方向移动一个倍频程； 材料厚度（最佳吸收频率下的波长） 当声音频率大于500Hz时，吸声系数与厚度无关。,B：材料密度（容重）,随着材料密度的增大，最大吸收系数amax向低频方向移动.,C：空气层,即：材料层与刚性面间的空气层； 当空气层厚度d=1/4时，吸声系数a最大； 当空气层厚度d=1/2,或是整数倍时，吸声系数a最小； 对于低频率声音来说，较大，空气层厚度也要加大

52、，对于房顶可适当增加空气层的厚度，一般5-10cm。,D：护面层,多孔材料疏松，无法固定，不美观，需表面覆盖护面层，如护面穿孔板，织物或网纱等； 穿孔率（P），即穿孔总面积与未穿孔总面积的比值，穿孔率越大，对中高频率声音吸收效果越好，穿孔率越小，对低频吸收效果越好。,穿孔率的计算：,1）当圆孔为正方形排列时 2）当孔为等边三角形排列时,3）当孔为平行狭缝时,穿孔率计算：,E：空间吸声体,分散悬挂于建筑空间上部，用以降低室内噪声或改善室内音质的吸声构件。具有用料少、重量轻、投资省、吸声效率高、布置灵活、施工方便的特点。 许多国家从20世纪50年代开始使用空间吸声体，70年代应用广泛。中国从70年

53、代起应用。80年代应用增多。 空间吸声体可有板状、方块状、柱体状、圆锥状和球体状等多种形状。其中板状的结构最简单。,E：空间吸声体,即：将吸声体悬挂在室内对声音进行多方位吸收； 该法节省吸声材料，对工厂、企业的吸声降噪比较适用。,F：,G：温度、湿度,五、共振吸声结构分类与吸声原理,共振吸声结构分类,薄板或薄膜共振吸声结构,1）薄板（膜）共振吸声结构,基于空气的体积弹性量为c2 假设空腔厚为L，则弹性系数 根据弹簧振子共振频率 代入得到：,其中： M：薄板面密度, Kg/m2 L: 空腔厚度，cm f: Hz : 空气密度,薄板共振吸声结构的应用范围： 薄膜吸声结构的共振频率通常在200-10

54、00Hz范围，最大吸声系数约为0.3-0.4，一般作为中频范围的吸声材料。 当薄板固定在刚性面骨架上时，薄板和板后的封闭空气层，也构成振动系统，其中K与板的弹性、骨架构造、安装情况有关。,2）单腔共振吸声体,共振吸收频率：,其中： S：孔面积，m2 V：空腔体积，m3 t：孔深度，m ：孔口修正量，m t+为有效颈长，对于直径为d的圆孔，d/4,3）穿孔薄板共振吸声体（多腔共振吸声体）,假设： S：每各孔面积, m2 A：共振单元薄板面积, m2 D：空气层厚度，m 则穿孔率PS/A，共振腔体积VAD 其共振频率为,六 室内声场和吸声降噪,1、声场的分类 直达声场：从声源直接到达接受点的直达声

55、形成的声场。 混响声场：经过房间面壁一次和多次反射后到达接受点 的反射声形成的声场。 扩散声场：房间内声能密度处处相同，而且在任一受声 点上，声波在各个传播方向作无规则分布的声场。 扩散声场包含直达声场和混响声场，是由两声场叠加形成,2、扩散声场的声能密度和声压级,（1）、直达声场 对于点声源，直达声的声强为： Q指向因子 当声源置于自由空间，Q=1 当声源置于无穷大刚性平面上，Q=2 当声源置于两个刚性平面的交线上，Q=4 当声源置于三个刚性平面的交角上，Q=8,对于点声源，直达声的声强为：,因为：,所以：,直达声声能密度：,(2)、混响声场,自由程：在室内声场中，声波每相邻两次反射所经过的

56、路程。 平均自由程：声波经过相邻两次反射距离的平均值（d）。 由理论和实验均证实不论空间形状如何，均有：,其中：V为房间体积，S为房间总表面积。,设声音在1秒钟内传播的距离为c米，则1秒钟内的平均反射次数为：,设声源单位时间发出的声功率为W，则当声波被房间壁面部分吸收后剩余的声能量为:,设混响声平均声能密度为 ，则单位时间被吸收的声能量为：,亦即：声源提供的混响声能量。,当单位时间内声源贡献的混响声能与被吸收的混响声能相等时，体系达到稳定状态，即：,所以，室内混响声场平均声能密度为：,设：,R：房间常数，m2,则混响声场平均声能密度为：,又由于直达声声能平均密度为：,当室内存在混响时，室内某点

57、的平均声能密度应等于直达声和混响声能密度之和，即：,3）总声场,把直达声场和混响声场叠加形成总声场。,声能密度与有效声压是 平方正比关系，即：,则：,所以混响声压级为：,从混响声压级公式可看出：公式中第一项Lw为直达声，第二项为混响声。 当 时，即 r 很小，声场以直达声为主； 当 时 ，即 r 很大，声场以混响声为主； 当 时，直达声声能密度与混响声声能密度相等，这时r称为临界半径，即： 当Q1时的临界半径又称为混响半径。,当接受点与声源距离大于临界半径时，即混响声占主导地位，则吸声降噪处理效果明显； 当接受点与声源距离小于临界半径时，即直达声占主导地位，则吸声降噪处理效果不明显。,4、室内

58、声音的衰减和混响半径,混响声：由于室内存在混响，声音发出后，不会立即消失，要持续一段时间，这一段时间内持续的声音成为“混响声”。,声音经过第2次反射后：,声音经过第n次反射后：,声音经过第1次反射后：,则t秒后的平均声能密度为：,又由于声能密度与有效声压是 平方正比关系，所以有：,由于在t秒内总反射次数为：,当声能密度衰减到原来的百万分之一时所需要的时间，即声压级衰减60dB所需要的时间，称为混响时间所以有：,混响时间,当声音为高频区声音，声音传播过程中空气吸声不能不考虑，t秒内传播距离为ct，经空气 吸收后声能密度降为原来的e-mct，其中m为声音衰减常数，单位为m-1，则t秒后平均声能密度衰减为：,则：,1）当声音频率低于2000Hz时，m可忽略，也即：,2）当声音频率低于2000Hz，且平均吸声系数小于0.2时，有：,此时混响时间为：,5、吸声降噪量,设吸声前的声压级为：,吸声后的声压级为：,则：,当某接受点远离声源时，即：,则：,一般情况下，平均吸声系数都比1小得多，所以有：,由于平均吸声