噪聲污染-1課件

第九次作業(yè)情況第9次作業(yè)存在的問題第二題存在著普遍性的錯誤。根據(jù)定義：式中Vp和Va分別表示標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的污染物體積和空氣體積。當(dāng)P、V或T變化時，必須用相應(yīng)PVT狀態(tài)下的參數(shù)來計算。L/L表示的是單位體積空氣中污染物的體積數(shù)。是不會隨氣體的PVT狀態(tài)而變化的。按照PV/T=nR可以推導(dǎo)出來。6.1引言噪聲通常定義為“不需要的聲音”(unwantedsound)，是一種環(huán)境現(xiàn)象。人一生都暴露在有噪聲的環(huán)境中。噪聲也可看成是一種環(huán)境污染物，一種由人類各種活動產(chǎn)生的廢物。按后一種觀點，噪音與響度(loudness)無關(guān)，但它會對個人造成生理或心理上的不良影響，或可能干擾個人或團(tuán)體的社會活動，包括語言交流、工作、休息、娛樂、睡眠等活動。第六章噪聲污染足夠強度與持久性的噪聲能導(dǎo)致暫時的或永久性的聽力損失，從輕微的聽力減弱到幾乎完全耳聾。一般而言，當(dāng)暴露于強度足夠高的聲源時會造成暫時性的聽力損失。若暴露持續(xù)一段時間，則會導(dǎo)致永久性的聽力減弱。噪聲對人們造成的短暫的、但通常較嚴(yán)重的影響包括：干擾語言交流和對其他聽覺信號的認(rèn)知，妨礙睡眠和休閑，降低人們進(jìn)行復(fù)雜工作的能力，導(dǎo)致生活質(zhì)量降低。噪聲直到近些年才被廣泛認(rèn)為是一種的嚴(yán)重的環(huán)境污染物，且具有潛在的危險，原因有以下幾點：（1）將噪聲定義為“不需要的聲音”是很主觀的，被某人認(rèn)為是噪聲的聲音，卻可能被另外一人喜愛。（2）噪聲衰退的時間短，不像空氣污染物和水污染物那樣長期存在于環(huán)境中，因此當(dāng)人們設(shè)法去降低、控制或抱怨環(huán)境噪聲時，該噪聲可能已不再存在。（3）噪聲對人們生理和心理的影響經(jīng)常是錯綜復(fù)雜的、隱伏的，其影響結(jié)果的出現(xiàn)是漸進(jìn)的，以致于很難將原因與結(jié)果聯(lián)系在一起。實際上，一些聽覺可能已經(jīng)受到噪聲影響的人，卻不認(rèn)為有什么問題。（4）普通公民均以國家科技的進(jìn)步為榮，他們都很高興看到快速運輸工具、節(jié)省人力的設(shè)施和新的娛樂設(shè)施的出現(xiàn)。不幸的是，科技進(jìn)步卻往往伴隨著環(huán)境噪聲的增加，而大部分人往往容易接受額外增加的噪聲，將其作為技術(shù)進(jìn)步代價的一部分。6.1.1聲波的性質(zhì)固體的振動產(chǎn)生聲波，或當(dāng)流體越過、環(huán)繞或穿過固體孔洞時流體分離產(chǎn)生聲波?？諝鈮嚎s使空氣局部密度和壓力增加；相反，膨脹則使密度和壓力減小。這些交替的壓力變化即是人耳所聽到的聲音?？諝饨惶鎵嚎s與膨脹產(chǎn)生的正弦波:prms的計算步驟為：先計算平均時間區(qū)段內(nèi)每一瞬間振幅值的二次方，然后將此二次方值加起來，再除以平均時間，最后開二次方求得：公式中符號上方橫線表示對時間加權(quán)平均，而T是測量的時間周期。6.1.2聲功率和聲強功：物體位移的距離與作用在位移方向上力的乘積。因此聲波沿著聲波傳播的方向傳送能量。其作功的速率定義為聲功率(soundpower，W)。聲強(soundintensity，I)：垂直于聲波傳播方向單位面積上聲功率的時間加權(quán)平均值。I與W的關(guān)系為：I=W/AA是指垂直于聲波運動方向的面積。聲強、聲壓與聲功率之間的關(guān)系：式中：I-聲強，W/m2；-介質(zhì)的密度，kg/m3；c-聲音在介質(zhì)中的速度，m/s。空氣密度與聲音速度均為溫度的函數(shù)，當(dāng)溫度與壓力確定后，空氣密度則可查得。在壓力為101.325kPa的空氣中，聲音速度可由下列公式計算：式中：T-熱力學(xué)溫度，K。6.1.3聲級和分貝一個正常的健康人所能聽到的最弱聲壓約為0.00002Pa。土星火箭(Saturnrocket)離地升空時產(chǎn)生的聲壓大于200Pa。即使在科學(xué)紀(jì)錄史上，這也是一個“天文數(shù)字”。為處理這個問題，使用一種基于測量數(shù)字間比例的對數(shù)值的尺度來表示噪聲，并將所測量的數(shù)值稱為級(1evels)，其單位則根據(jù)AlexanderGrahamBell的名字命名為貝[爾](bel)，單位符號為B，用公式表示如下：式中：L’-聲級，B；Q-測量數(shù)值；Q0-基準(zhǔn)數(shù)值。由于貝[爾]是一個相當(dāng)大的單位，為了方便起見，又將其分成10個小單位，此小單位稱為分貝(decibel，dB)。聲級用分貝表示時計算公式如下：常見的聲壓級范圍如右圖所示：（4）聲壓級計算由于聲壓級的對數(shù)特性，所以分貝值之間的加和不能按照加減運算法進(jìn)行。其計算過程為：將各個分貝值先轉(zhuǎn)化成聲功率，然后相加，相加后再將其轉(zhuǎn)回分貝單位?！皥D7-4”提供了一個計算噪聲值的圖解方法。分貝和的增值表：此題也可先轉(zhuǎn)換成聲功率，相加后再轉(zhuǎn)換成分貝而計算：聲壓級分貝相加的公式：6.1.4噪聲的特征計權(quán)網(wǎng)絡(luò)、八度音階頻帶、平均聲壓級（1）平均聲壓級由于分貝具有對數(shù)特性，因而對聲壓級的測量值不能用正常的求和方式計算其平均值。可利用下列的公式進(jìn)行計算：：平均聲壓級，dB;n：測量次數(shù)Li：第i個聲壓級同樣，平均聲功率級：（2）聲音的類型噪聲的類型可以用以下術(shù)語之一進(jìn)行定性的描述：穩(wěn)態(tài)(steady-state)或連續(xù)式(continuous)；間斷式(intermittent)；脈沖式(impulse)或沖擊式(impact)。連續(xù)噪聲的聲級是不間斷的，在觀察期間內(nèi)，其變化小于5dB，例如家用電風(fēng)扇產(chǎn)生的噪聲。間斷噪聲是一種持續(xù)與間斷時間均超過1s的連續(xù)噪聲，如牙醫(yī)鉆牙產(chǎn)生的噪聲。脈沖噪聲的特點是持續(xù)時間小于1s，且在0.5s內(nèi)其聲壓變化大于或等于40dB，如武器發(fā)射炮彈時發(fā)出的噪聲。常見的脈沖噪聲一般有兩種。脈沖A的特點是聲壓級快速升高到尖峰，隨后是一個小的負(fù)壓波或衰減到背景值之下。脈沖B的特點是呈振蕩衰減，A型脈沖的持續(xù)時間就是最初尖峰衰減到背景值的時間，B型脈沖的持續(xù)時間為振動尖峰衰減20dB所需的時間。因為脈沖的持續(xù)時間短，所以必須使用一種特別的聲級計來測量脈沖噪聲。美國職業(yè)安全與健康局(OccupationalSafetyandHealthAdministration，OSHA)將時間間隔小于0.5s的重復(fù)性噪聲，包括脈沖噪聲，劃分為穩(wěn)定噪聲。在空氣中，頻率1000Hz、20Pa的聲壓相當(dāng)于空氣分子1.0nm的位移?？諝夥肿拥臒徇\動相當(dāng)于約lPa的聲壓。如果你的耳朵非常敏感，那么你可以聽到空氣分子像海邊的波浪一樣沖擊你的耳朵。（2）響度一般而言，兩個不同頻率但相同聲壓級的純聲聽起來會有不同的響度級。響度級是一種心理上對聲響大小的量度。1933年，F(xiàn)letcher和Munson進(jìn)行了一系列的實驗，以確定頻率與響度間的關(guān)系。基準(zhǔn)聲和測試聲交替地呈現(xiàn)給被測試者，調(diào)整測試聲的聲級直到聽起來與基準(zhǔn)聲的響度一樣。把以分貝表示的聲壓級對測試聲頻率作圖得到一曲線，該曲線稱為Fletcher-Munson曲線或等響度曲線。參考聲頻率為1000Hz。曲線用“方”(phon)標(biāo)示，它是用分貝表示的頻率為1000Hz的純聲的響度級。最低的曲線(虛線)表示“聽力閾值”(hearingthreshold)。具有正常聽力的人，彼此間的聽力閾值約在10dB間變化。6.2.3聽力損傷（1）機制除了激烈的噪聲引起鼓膜破裂外，外耳和中耳很少被噪聲傷害。一般情況下，聽力損失是由于毛細(xì)胞被傷害引起神經(jīng)損傷而造成的。有兩種理論可用來解釋噪聲引起的傷害：第一種理論認(rèn)為過大的剪切力使毛細(xì)胞受到機制性損傷；第二種理論認(rèn)為強烈的噪聲刺激迫使毛細(xì)胞新陳代謝活動加劇，從而使這些毛細(xì)胞因負(fù)荷過度而死亡。毛細(xì)胞一旦被破壞便不能再生。（2）影響聽力閾值的因素影響暫時性和永久性聽力閾值偏移的重要的因素有以下幾個：（a）聲級：正常人經(jīng)歷暫時性聽力閾值偏移之前，聲級必須超過60~80dBA。（3）暫時性聽力閾值偏移(TTS)TTS經(jīng)常伴隨有耳鳴、聽不清聲音和耳朵不舒服等現(xiàn)象。大多數(shù)TTS在暴露于噪聲的兩小時內(nèi)發(fā)生。在出現(xiàn)TTS以后，在暴露于噪聲后的第1到2個小時內(nèi)開始向HTL基線恢復(fù)。在暴露后的16~24h內(nèi)大部分將會回復(fù)。（4）永久性聽力閾值偏移(PTS)TTS與PTS之間似乎有直接的關(guān)系。如果在某一噪聲級下暴露2~8h后不會產(chǎn)生TTS，則持續(xù)暴露下去也不會產(chǎn)生PTS。導(dǎo)致聽力損失的噪聲頻率一般在3000~6000Hz之間。因噪聲導(dǎo)致的永久性聽力喪失，其開始和發(fā)展過程是緩慢的、不知不覺的。暴露的個人不可能注意到。噪聲暴露導(dǎo)致的全部聽力喪失目前尚未發(fā)現(xiàn)。（5）聽覺創(chuàng)傷外耳和中耳很少被強烈的噪聲所傷害。但爆炸的聲音會使鼓膜破裂或使聽骨鏈錯位，短暫地暴露于非常強烈的噪聲所導(dǎo)致的永久性聽力損失稱為“聽覺創(chuàng)傷”。6.2.4損傷-危險標(biāo)準(zhǔn)損傷-危險標(biāo)準(zhǔn)指明：在可以避免聽力損傷的危險時，一個人在噪聲下的最大允許暴露量。美國眼科和耳鼻喉科研究院定義的聽力損傷是在500，1000和2000Hz下，超過25dB的平均HTL(ANSI-1969)，這是低限。完全損傷發(fā)生于當(dāng)平均HTL超過92dB時。年齡增加導(dǎo)致的聽力損失包含在設(shè)定的25dBANSI低限中。已制訂了兩個標(biāo)準(zhǔn)，以保護(hù)所有的工作人員幾乎都可以重復(fù)地暴露于噪聲中而不致于對其聽力和理解正常講話的能力造成不利的影響。Example：一個在安靜區(qū)域的人，希望與一個相距6m遠(yuǎn)且正在駕駛一輛4.5t的卡車司機講話，他會遇到什么困難?已知卡車駕駛室的聲級為73dBA。（dBA表示A計權(quán)背景聲級）。Solution：利用“圖7-20”，我們可以預(yù)見他將必須非常大聲喊叫。但若移動到1m以內(nèi)，則能使用“期望”的聲級，即在噪聲場所使用的聲級將不知不覺地輕微增加?？梢钥闯?，在起居室或教室內(nèi)(相距4.5~6m)，為了正常交談，A計權(quán)背景聲級必須低于50dB。6.2.6煩惱噪聲引起的煩惱是一種對聽覺經(jīng)歷作出的反應(yīng)。在被噪聲擾亂或打斷的活動中，在對噪聲的生理反應(yīng)以及在對由噪聲所帶來信息含義上的反應(yīng)方面，產(chǎn)生的煩惱均有一定的規(guī)律可循。例如，同樣的聲音在晚上聽起來可能比白天更令人煩惱。未被注意到且不會很快移除的聲音可能比短暫的聲音更令人煩惱。煩惱的程度以及煩惱是否導(dǎo)致抱怨，抵制產(chǎn)品或抗議一個既存的或預(yù)期會產(chǎn)生的噪聲源等行動取決于很多因素。某些因素已被確定，其相對的重要性也已進(jìn)行過評估。很多現(xiàn)存的噪聲評估或預(yù)測系統(tǒng)被應(yīng)用于預(yù)測煩惱反應(yīng)。6.2.7睡眠干擾睡眠干擾是一種特別的煩惱。睡眠擾人問題非常復(fù)雜。一個鄉(xiāng)下人可能難于在喧鬧的市區(qū)入睡，而一個都市人在鄉(xiāng)村地區(qū)可能被安靜所困擾。為什么父母親會因為自己小孩身體的輕微轉(zhuǎn)動而驚醒，卻不會被雷雨所驚醒呢？這些現(xiàn)象表明暴露于聲音和晚間的睡眠質(zhì)量二者間的關(guān)系是十分復(fù)雜的。對于相對簡短的噪聲在安靜環(huán)境中對人的睡眠的影響已有過深入的研究。6.2.8對工作效率的影響當(dāng)工作需要用到聽覺信號、語言或非語言時，任何強度的噪聲，當(dāng)其足以妨礙或干擾人們對這些信號的認(rèn)知時，該噪聲將影響工作效率。在不需要聽覺信號的地方工作時，噪聲對工作效率的影響難于評估。人類的行為是復(fù)雜的，因此很難準(zhǔn)確地弄清楚不同種類的噪聲如何影響進(jìn)行不同種類工作的不同種類的人。雖然如此，仍然可以得出一般性的結(jié)論：（1）沒有特別意義的穩(wěn)定噪聲似乎不干擾人類的行為，除非A計權(quán)噪聲級超過約90dB。（2）不規(guī)律的噪聲爆發(fā)比穩(wěn)定的噪聲更具分裂破壞性，即使低于90dB，有時仍會影響工作效率。（3）高于1000~2000Hz的高頻噪聲對工作效率的影響比低頻噪聲更嚴(yán)重。噪聲似乎并不影響工作的整體進(jìn)度，但高聲級的噪聲可能增強工作進(jìn)度的改變。（4）“噪聲停頓”可能會使工作速度加快。噪聲更可能減少工作的準(zhǔn)確性而不是減少總的工作量。比起簡單工作，復(fù)雜工作更可能受到噪聲的不良影向。6.2.9聲音的隱私性如沒有隱密的機會，每個人將必須嚴(yán)格地遵守嚴(yán)格的社會規(guī)范，或每個人必須采取高度隨意的態(tài)度。隱私的機會避免了上述任何一種極端情況的出現(xiàn)。特別是當(dāng)沒有聲音隱私機會時，人們可能會經(jīng)歷前述所有的噪聲影響，此外，個人會因自己的行動可能干擾他人而受到限制。6.3等級評估系統(tǒng)6.3.1噪聲評估系統(tǒng)的目標(biāo)一個理想的噪聲評估系統(tǒng)應(yīng)該將聲級計(soundlevelmeter)或分析儀所測量的結(jié)果簡單明了地加以總結(jié)，并用一種有意義的方式將噪聲暴露表示出來。在前面對響度和煩惱的討論中，可以注意到人們對噪聲的反應(yīng)與噪聲的頻率關(guān)系很大。更進(jìn)一步，我們注意到，噪聲的形式(連續(xù)、間歇或脈沖式)和每天發(fā)生的時間(夜晚比白天更糟糕)是引起煩惱的重要因素。因此，理想的噪聲評估系統(tǒng)必須考慮噪聲的頻率，并區(qū)分白天與夜晚的噪聲。而且，評估系統(tǒng)必須能夠描述累積的噪聲暴露。而統(tǒng)計系統(tǒng)能夠滿足這些需要。一個統(tǒng)計評估系統(tǒng)實際應(yīng)用的困難在于對每個測量位置都會有一組十分龐大的參數(shù)，需要應(yīng)用一組相當(dāng)大的數(shù)列去描述周圍環(huán)境的特征。但在實際執(zhí)法中想有效地利用這樣一組數(shù)列幾乎是不可能的。因此，必須確定一種適合測量噪聲暴露的單一數(shù)值的測量方法。以下的內(nèi)容將描述目前正在使用中的一個評估系統(tǒng)。6.3.2LN概念參數(shù)LN是一個統(tǒng)計測量值，表示超過某一特定聲級的頻率。例如，當(dāng)我們寫出L40=72dBA，即可知道在測量時間中，超過72dB(A)的頻率為40％，LN對N（N＝1％，2％，3％，等等）作圖可得到一個累積分布曲線，如“圖7-23”所示。與累積分布曲線相關(guān)聯(lián)的另一種曲線是概率分布曲線，它表示噪聲級在一定聲級間隔內(nèi)的頻率，如“圖7-24”所示。圖中，有22%的時間，測量的噪聲級范圍在70~72dBA之間，有17%的時間，其范圍在72~74dBA之間，等等。這個圖和LN之間的關(guān)系非常簡單，將從右至左連續(xù)間隔上的百分比加起來，即可得到一個相對的LN值，其中N為百分比的加和，L則是各相加間隔最左邊的較低限制值，因此L40的值為：L(2+7+14+17)＝72dBA。6.3.3Leq概念等效連續(xù)聲級(Leq)可應(yīng)用于任何波動的噪聲級。其定義為：在聲場中一定點位置上，用某一段時間內(nèi)能量平均的方法，將間歇暴露的幾個不同聲級的噪聲，以一個聲級來表示該段時間內(nèi)的噪聲大小，這個聲級即為等效連續(xù)聲級，單位仍為dB。等效連續(xù)聲級可用下式表示：式中t為測定Leq的時間，L(t)為隨時間變化的噪聲級。一般而言，L(t)和時間之間沒有明確定義的關(guān)系，因此，只能利用一系列不連續(xù)樣本的L(t)。Leq的表達(dá)式可以修正為式中：n-利用的總樣本數(shù)；Li-第i個樣本的聲級，dBA；ti：總樣本的時間分?jǐn)?shù)。Example：90dBA的噪聲級存在5min，然后60dBA的噪聲級存在50min，請問對于該55min時段的Leq是多少?假設(shè)取樣間隔為5min。Solution：若取樣間隔是5min，則樣本總數(shù)n為11。對每個樣本而言，其所占總樣本的時間分?jǐn)?shù)ti為1/11=0.091。利用這些計算值，我們可計算總和如下：最后，代入公式計算：6.4社區(qū)噪聲源及其標(biāo)準(zhǔn)6.4.1運輸噪聲（1）飛機噪聲一架大型噴氣機(如波音747)的噪聲頻譜顯示，飛機在起飛時的聲壓級比降落時高。除了渦輪噴氣式飛機和小型飛機有較低的聲壓級外，其他的飛機都是如此。飛機飛行時令人煩惱的標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)大量的現(xiàn)場測試和意見調(diào)查得出的。（2）高速公路汽車噪聲對大多數(shù)汽車而言，噪聲主要是在時速55km/h以下正常行駛時產(chǎn)生的。雖然汽車輪胎的噪聲相對于卡車來說小得多，但在時速80km/h以上時卻是主要的噪聲來源。盡管汽車沒有卡車那樣吵人，但因為汽車的數(shù)量遠(yuǎn)大于卡車，所以汽車對噪聲環(huán)境總的影響也較大。擾人與交通噪聲指數(shù)TNI之間的關(guān)系6.4.2建筑工程噪聲19類常見的建筑施工設(shè)備的聲級范圍如“圖7-29”所示。雖然所列實例有限，但數(shù)據(jù)卻相當(dāng)準(zhǔn)確。機器和材料相互作用產(chǎn)生的噪聲通常對噪聲級的貢獻(xiàn)更大。將建筑工程噪聲所造成的擾人程度定量化是很困難的，以下兩點可供參考：（1）在郊區(qū)建造一幢房子時，若在邊界線8h的Leq值超過70dBA，則會有輕微的抱怨；（2）在郊區(qū)進(jìn)行挖掘和施工時，若在邊界線8h的Leq值超過85dBA，將會有合法的抗議活動。6.5室外聲音的傳播6.5.1距離衰減如果一個半徑為的圓球沿徑向均勻膨脹和收縮，則球的表面會均勻地發(fā)散出聲波。若將球放在一個不會將聲波反射回聲源的地方，且遠(yuǎn)小于1(是波數(shù))，則徑向上的聲密度與距離的二次方成反比：上式即為聲強與聲源距離的二次方成反比的關(guān)系式，又稱反二次方定律(inversesquarelaw)。該定律解釋了聲強隨距離衰減的部分原因是聲波發(fā)散(“圖7-30”)。I：聲強，W/m2；W：聲源的聲功率，W。如果我們測量的是聲功率級(Lw，W0＝1pW)，而不是聲功率(W)，則方程式可改寫為：LpLw-20lgr-11式中：Lp-聲壓級，dB；Lw-聲功率級，dB；r-聲源與接受者之間的距離，m；20lgr-分貝轉(zhuǎn)換，等于10lgr2；11-分貝轉(zhuǎn)換而來，等于10lg4。6.5.2聲源輻射場由噪聲源發(fā)散出來的聲波，其特性會隨距聲源的距離變化(“圖7-31”)。在靠近聲源的位置，也就是在近場(nearfield)，顆粒速度和聲壓并不同相。在此區(qū)域內(nèi)，Lp隨距離的變化不遵守反二次方定律。當(dāng)顆粒速度和聲壓同相時，測量聲音的位置稱為遠(yuǎn)場(farfield)。若聲源處在自由空間(freespace)，即沒有任何反射面，則在遠(yuǎn)場中的