噪聲的聲學(xué)特性

噪聲的聲學(xué)特性第1頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月1.聲源聲音是由物體的振動產(chǎn)生的發(fā)出聲音的物體稱為“聲源”。聲源發(fā)出的聲音必須通過中間媒質(zhì)才能傳播出去。第2頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月2聲音的傳播根據(jù)傳播的媒質(zhì)的不同，可以將聲分成空氣聲，水聲和固體聲等類型。在空氣中，聲波是一種縱波，這時的媒質(zhì)質(zhì)點振動方向是與聲波的傳播方向相一致。反之，將質(zhì)點振動方向與聲波傳播方向相垂直的波稱為橫波?？v波和橫波都是通過質(zhì)點間的動量傳遞第3頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月來傳播能量的，而不是有物質(zhì)的遷移來傳播能量的。物體振動的幅度隨時間的變化如正弦曲線，則這種振動稱為簡諧振動。物體離開靜止位置的距離稱為位移，最大位移稱為振幅a。振幅a的大小取決于聲音的強弱。第4頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月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）周期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/st為空氣溫度,331.45為0度時的聲速。第5頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)噪聲的聲學(xué)特性為了對噪聲進行控制和治理，必須對噪聲的聲學(xué)特征、噪聲頻譜進行分析。本節(jié)主要內(nèi)容：聲壓、聲強、聲功率、聲壓級、聲強級、聲功率級、分貝、響度、響度級、計權(quán)聲級、噪聲污染級、交通污染指數(shù)、晝夜等效聲級等基本概念、噪聲疊加的計算、分貝的相減等。第6頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月1、噪聲的物理量度1.1聲壓和聲壓級聲壓：用聲擾動在空氣中所產(chǎn)生的逾量壓強p來表述聲波的狀態(tài)：p=P－P0，這個逾量壓強p稱為該點的瞬時聲壓，單位是帕斯卡（PA）。

區(qū)分有效聲壓第7頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月聽閾（Yu）為：2×10-5Pa痛閾為：20Pa表示不方便引出聲壓級——第8頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月聲壓級：聲壓的平方與一個基準聲壓平方比值的對數(shù)再乘10。(單位分貝，計作dB)

其中p0=2×10-5pa第9頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2聲強和聲強級聲強：單位時間內(nèi)通過垂直于聲波傳播方向單位面積的平均聲能量叫聲強，一般用I表示，單位為W/m2。聲強級：聲強級常用LI表示，定義為第10頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月聲壓級和聲強級之間的關(guān)系

第11頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月1.3聲功率和聲功率級

聲功率：聲源在單位時間內(nèi)輻射的聲能量叫聲功率，聲功率用W表示，單位為瓦。

聲功率級：第12頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月聲強與聲功率之間的關(guān)系第13頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月1.4噪聲的頻譜與頻帶頻譜第14頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月線狀譜線狀譜由頻率離散的一些單音組成。一般波形呈周期性的聲音的頻譜為線狀譜。一些樂器所發(fā)出聲音的頻譜也為線狀譜。第15頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月第16頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月第17頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月第18頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月連續(xù)譜

連續(xù)譜是由頻率在一定范圍內(nèi)的連續(xù)的分音組成。在這樣的頻譜中，聲能連續(xù)地分布在頻率很廣的一個范圍內(nèi)，組成一條連續(xù)的曲線。

環(huán)境噪聲的頻譜一般多為連續(xù)譜。第19頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月第20頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月復(fù)合譜：由線狀譜和連續(xù)譜疊加而成。第21頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月倍頻程第22頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月頻帶、中心頻率第23頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月第24頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月

2、噪聲的主觀評價

對噪聲進行評價是一個比較復(fù)雜的問題，主要是由于各種不同的噪聲有各自的物理性質(zhì)，并且不同環(huán)境下，人們進行噪聲控制的目的不同，要根據(jù)不同情況，擬定不同的噪聲評價量，以制定不同的噪聲控制標準?，F(xiàn)在國際上已經(jīng)提出的各種噪聲評價量已有上百種，大部分的評價量是在某些基本評價量的基礎(chǔ)上作些變化或修正。第25頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1響度、響度級和等響曲線

響度：響度的單位是“宋”（sone），定義1000Hz純音聲壓級為40dB時的響度為1sone。響度級：把1000Hz純音時聲強的dB數(shù)稱為這條等響曲線的以“方”為單位的響度級。第26頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月第27頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月響度級LN和響度N之間的關(guān)系

N=2(LN-40)/10LN=40+10log2N=40+33.22lgN第28頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月2.2

計權(quán)聲級

從等響曲線看出，人耳對低頻聲不敏感，對高頻聲敏感，為模擬人耳的聽覺特性，在測量儀器中安裝一套濾波器（亦稱計權(quán)網(wǎng)絡(luò)），對不同頻率的聲音進行一定的衰減或放大，一般設(shè)A、B、C、D四種計權(quán)網(wǎng)絡(luò)。D計權(quán)網(wǎng)絡(luò)主要用于航空噪聲的評價。

A計權(quán)網(wǎng)絡(luò)稱為A聲級，單位dB（A）或分貝（A）

B計權(quán)網(wǎng)絡(luò)稱為B聲級，單位dB（B）或分貝（B）

C計權(quán)網(wǎng)絡(luò)稱為C聲級，單位dB（C）或分貝（C）

D計權(quán)網(wǎng)絡(luò)稱為D聲級，單位dB（D）或分貝（D）第29頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月2.3等效連續(xù)A聲級（Leq）

定義：在某段時間內(nèi)隨時間起伏變化的各個A聲級的平均能量，并用一個在相同時間內(nèi)聲能與之相等的連續(xù)穩(wěn)定的A聲級來表示該段時間內(nèi)噪聲的大小，這一連續(xù)穩(wěn)定的A聲級為該不穩(wěn)定噪聲的等效連續(xù)聲級，記為Leq。第30頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月第31頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月例1：某人一天工作8h，其中4h在90dB（A）的噪聲下工作，3h在85dB（A）的噪聲下工作，1h在80dB（A）的噪聲下工作，計算等效連續(xù)A聲級。第32頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月解：=82.4dB第33頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月2.4日夜等效聲級Ldn日夜等效聲級用來評價區(qū)域環(huán)境噪聲，表示一日夜（24h）噪聲的等效作用。日間一般指6h到22h，夜間指22h至次日6h，若日間等效聲級為Ld，夜間等效聲級為Ln，則定義日夜等效聲級Ldn為：第34頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月統(tǒng)計聲級一般用Lx表示，指x%的測量時間所超過的聲級。如L90=70dB，表示整個測量時間內(nèi)有90%的測量時間噪聲都超過70dB，通常把它看作背景噪聲。L50=74dB，表示整個測量時間內(nèi)有50%的測量時間噪聲都超過74dB，通常把它看作中間值噪聲（平均噪聲）。L10=80dB,表示整個測量時間內(nèi)有10%的測量時間噪聲都超過80dB，通常把它看作峰值噪聲。第35頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月求統(tǒng)計噪聲的方法將測得的聲壓級從大到小排列：若100個數(shù)據(jù)，第10個為L10，第50個為L50，第90個為L90。若200個數(shù)據(jù)，第20個為L10

，第100個為L50

，第180個為L90

。

Leq和L50之間的關(guān)系：

Leq=L50+d2/60（其中d=L10-L90）第36頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月2.4噪聲污染級噪聲污染級用來評價噪聲對人體的影響，它用等效聲級和標準差表示，綜合了能量平均值和變動特性兩者的影響。標準偏差越大，表示噪聲離散程度越大，即噪聲起伏越大。噪聲污染級用LNP表示，表達式為

LNP=Leq-kσ

Leq—指定的測量時間內(nèi)A計權(quán)聲級的等能量聲級值。

σ—聲級的標準偏差

k—常數(shù)，為2.56。第37頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月2.5交通噪聲指數(shù)交通污染指數(shù)TNI=4（L10-L90）+L90-30（dB）噪聲評價指數(shù)PNI=Li/75等級分級名稱PNILeq一很好?0.6?45二好0.6~0.6745~50三一般0.67~0.7550~56四壞0.75~1.056~75五惡化?1.0?75環(huán)境噪聲影響等級第38頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月2.6晝夜等效聲級

晝夜等效聲級是考慮到噪聲夜間對人的影響比白天嚴重，而對夜間噪聲進行增加10dB加權(quán)處理后的等效連續(xù)A聲級。晝夜等效聲級自使用以來，獲得很大成功，人們發(fā)現(xiàn)，受噪聲煩擾的居民百分數(shù)與晝夜等效聲級有很好的相關(guān)性。第39頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)

聲波的傳播特性第40頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月1.聲場聲波在其中傳播的那部分媒質(zhì)范圍，是指有聲波存在的彈性媒質(zhì)所占的空間。媒質(zhì)可以是氣體、液體、固體，環(huán)境聲學(xué)涉及的媒質(zhì)主要是大氣。傳播聲波的空間稱為聲場。第41頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月1.1自由聲場聲波在介質(zhì)傳播時，在各個方向上都沒有反射，介質(zhì)中任何一點接受的聲音都只是來自聲源的直達聲，這種可以忽略邊界影響，由各個同性均勻介質(zhì)形成的聲場稱為自由聲場。

自由聲場是一種理想化的聲場，嚴格的說，在自然界中不存在這種聲場，但人們可以近似將空曠的野外看成是自由聲場。第42頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2擴散聲場擴散聲場與自由聲場完全相反，在擴散聲場中，聲波接近全反射狀態(tài)。在室內(nèi)，人們聽到的聲音除來自聲源的直達聲外，還有來自室內(nèi)各表面得反射聲。如果室內(nèi)各表面非常光滑，聲波傳到壁面上會完全反射回來。如果室內(nèi)各處的聲壓幾乎相等，聲能密度也處處均勻相等，那么這樣的聲場就叫做擴散聲場（混響聲場）。第43頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月1.3半自動聲場

在實際工程中，遇到最多的情況既不是完全的自動聲場，也不是完全的混響聲場，而是介于二者之間，這就是半自動聲場。第44頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月2.聲波的反射

干涉、折射、繞射

2.1聲波的反射噪聲聲波在傳播過程中經(jīng)常會遇到障礙物，這時聲波將從一個媒質(zhì)（空氣）入射到另一媒質(zhì)中去。由于這兩種媒質(zhì)的聲學(xué)性質(zhì)不同，一部分聲波從障礙物表面上反射回去，另一部分聲波則透射到障礙物里面去。第45頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月

反射聲強Ir與入射聲強Io之比稱為聲強反射系數(shù)r1。

r1=

Ir/Io透射聲強It與入射聲強Io之比叫透射系數(shù)。若有兩種媒介互相接觸，媒介的密度與其聲速的乘積即特性阻抗，分別為p1c1與

p2c2。

由此可知，反射系數(shù)取決于介質(zhì)的特性阻抗p1c1與

p2c2。第46頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月

當(dāng)兩種媒質(zhì)特性阻抗接近時，即p1c1≈p2c2，則r1≈0，聲波沒有反射而全部透射至第二種媒介；當(dāng)兩種媒介的特性阻抗相差很大，p1c1＞p2c2，r1≈1時，聲波的能量將從分界面全部反射回原媒質(zhì)中去。p1c1＜p2c2，r1≈1時，聲波幾乎全部反射，但反射波與入射波相位相反。根據(jù)以上原理，利用介質(zhì)不同的特性阻抗，可以達到降噪目的。

＞第47頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月2.2聲波的干涉兩列或數(shù)列聲波同時在一媒質(zhì)中傳播并在某處相遇，再相遇區(qū)內(nèi)任一點的振動將是兩個或數(shù)個波所引起振動的合成。在一般情況下，振幅、頻率和相位都不同的波在某點疊加時比較復(fù)雜。但如果兩個波的頻率相同、振動方向相同、位相相同或位第48頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月

相差固定，那么這兩列波疊加時在空間某些點上振動加強，而在另一些點上振動減弱或互相抵消，這種現(xiàn)象稱為波的干涉現(xiàn)象。能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象的聲波的聲源稱為相干聲源。聲波的這種干涉現(xiàn)象在噪聲控制技術(shù)中被用來抑制噪聲。第49頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月2.3聲波的折射聲波在傳播途中遇到不同的分界面時，除了發(fā)生反射外，還會發(fā)生折射，聲波折射時傳播方向?qū)l(fā)生改變，聲波從聲速大的介質(zhì)折射入聲速小的介質(zhì)時聲波傳播方向折向分界面的法線；反之，聲波從聲速小的介質(zhì)折射入聲速的的介質(zhì)時，聲波傳播方向折離法線。由此可見，聲波的折射是由聲速決定的。第50頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月2.4聲波的繞射當(dāng)聲波遇到障礙物時除了發(fā)生反射和折射外，還會發(fā)生繞射現(xiàn)象。繞射現(xiàn)象與聲波的頻率波長及障礙物的大小都有關(guān)系。如果聲波的頻率比較低波長較長，而障礙物的大小比波長小得多，這時聲波能繞過障礙物，并在障礙物后面繼續(xù)傳播，這種情況為低頻繞射。第51頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月如果聲波的頻率比較高，波長較短，而障礙物又比波長大得多，這時繞射現(xiàn)象不明顯。在障礙物的后面聲波到達的就較少，形成一個明顯的“影區(qū)”，這種現(xiàn)象稱為高頻繞射。繞射現(xiàn)象在噪聲控制中很有用處的。隔聲屏障可以用來隔離大量的高頻噪聲，它常被用來減弱高頻噪聲的影響。第52頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月

3.噪聲在傳播中的衰減

人們都可以感覺到，離噪聲源近時，噪聲大；離噪聲源遠時，噪聲小，這是因為噪聲在傳播過程中會衰減，造成這種衰減的原因有兩個：一是擴散引起的衰減，二是空氣吸收引起的衰減。第53頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月3.1擴散引起的衰減對于點聲源聲波在傳播過程中波陣面要擴展，波陣面面積隨離聲源的距離增加面不斷擴大，這樣通過單位面積的能量就相應(yīng)減小。由于波陣面擴展而引起的聲源隨距離減弱的現(xiàn)象稱為傳播衰減。對于平面波，其聲強I=W/S。由于平面波的波陣面S為常數(shù)，所以聲強I也是常數(shù)，即聲波傳播幾乎無衰減。第54頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月

點聲源的距離衰減：對于自由空間（球面波）聲強：I＝W/（4πr2）；聲功率級：LW＝LP+20lgr＋11對于半自由空間（球面波）聲強：I＝W/（2πr2）；聲功率級：LW＝LP+20lgr＋8距離r1與r2之間的聲級差為：LW=LP(r1)＋20lgr1＋11（8）＝LP(r2)＋20lgr2＋11（8）即：△LP

＝LP(r1)－LP(r2)＝20lgr2/r1當(dāng)r2/r1＝2，衰減6dB，即距離增加1倍，聲壓級衰減6dB。第55頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月

線聲源的距離衰減：面積S＝2πrl；聲強：I＝W/（2πrl）；聲功率級：LW＝LP+10lg（2πrl

）（1）當(dāng)r/l<1/10時，視為無線長線聲源，則：距離r1與r2之間的聲級差為：△LP

＝LP(r1)－LP(r2)＝10lgr2/r1當(dāng)r2/r1＝2，衰減3dB，即距離增加1倍，聲壓級衰減3dB。（2）當(dāng)r/l>1時，距離加倍，聲壓級衰減6dB。△LP

＝LP(r1)－LP(r2)＝20lgr2/r1第56頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月實例實例1：距鍋爐房2米處測得聲壓級為80dB，且鍋爐房距離居民樓16米；距冷卻塔5米處測得聲壓級為80dB，且冷卻塔距離居民樓20米。求兩設(shè)備噪聲對居民樓造成共同影響？解：△LP

＝LP(r1)－LP(r2)＝20lgr2/r1鍋爐房對居民樓的影響：L1=80-20lg16/2=80-3×6=62dB;冷卻塔對居民樓的影響：L2=80-20lg20/5=80-2×6=68dB;共同影響：L=68＋1＝69dB第57頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月實例2：有一列500米火車正在運行。（1）距鐵路中心線20米處測得聲壓級為90dB，距鐵路中心線40米處有一居民樓，試求該列火車噪聲對居民樓的影響。（2）若距鐵路中心線500米處測得聲壓級為75dB，距鐵路中心線1000米處有療養(yǎng)院，試求該列火車噪聲對療養(yǎng)院的影響。第58頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月解：（1）r/l＝20～40/500<1/10，則按無限長線聲源計算：火車對居民樓的影響：L1=LP(20)-20lg40/20=90-6=84dB。（2）r/l＝500～1000/500<1，則火車對療養(yǎng)院的影響：L2=75-10lg1000/500=75-3=72dB。第59頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月3.2空氣吸收的衰減聲波在空氣中傳播時，因空氣的粘滯性和熱傳導(dǎo)，在壓縮和膨脹過程中，使一部分聲能轉(zhuǎn)化為熱能而損耗，成為空氣吸收。距離越遠，空氣的聲吸收也越大。衰減的大小與聲源的頻率、空氣的濕度和溫度有關(guān)。如在標準大氣壓下，20℃下，濕度為50％時，聲源頻率為250、500、1000、2000、4000Hz的空氣吸收引起的衰減分別為0.12、0.28、0.5、1.04、2.65dB/100m。高頻噪聲比低頻噪聲衰減得快。第60頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月3.3其他原因引起的衰減

空氣中的塵粒、霧、雨、雪等，對聲波的散射會引起聲能的衰減。聲波在傳播過程中，會受到各種復(fù)雜的地面條件的影響。遇到樹木（草地、灌木）會引起衰減，衰減的大小與樹木的種類、樹葉的繁茂程度和樹木的高度有關(guān)。對于較茂密的樹林，每10米衰減2～3dB；每100米，衰減20～30dB。對于厚的草地或穿過灌木叢，頻率為1000Hz的衰減可高達25dB/100m。第61頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月4噪聲疊加與相減

4.1噪聲的疊加第62頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月第63頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月例1：在某點測得幾個噪聲源單獨存在時的聲壓級分別為84dB、87dB、90dB、95dB、96dB、91dB、85dB、80dB，求這幾個噪聲源同時存在時該點的總聲壓級是多少？第64頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月解：由題意可得第65頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月例2：有一聲源，在某一點測得各中心頻率的聲壓級如下，求該點的總聲壓級？

中心頻率/Hz63125250500100020004000聲壓級/dB70778088909584第66頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月解：由題意可得第67頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月例3：有7臺機器工作時，每臺在某測點處的聲壓級都是92dB，求該點的總聲壓級。解：第68頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月第69頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月噪聲的疊加增值表第70頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月用圖或表計算分貝和的步驟：（1）把要相加的分貝值從大到小排列，按由大到小的順序進行計算。（2）用第一個分貝值減第二個得δ

。（3）由δ查圖或表得△Lp’，然后按Lpt=Lp1+△Lp’計算出第1，2個分貝值之和。（4）用第1，2個分貝和再與第三個分貝值相加，一直加下去，直到兩分貝之差大于10dB，可停止相加，此時得到的分貝