噪聲污染及其控制

1、物理性污染控制,教師：謝勇麗,第一章 緒論,第一節(jié) 物理環(huán)境與環(huán)境物理學,一、什么是環(huán)境？,環(huán)境是以人類為主體的外部世界，即人類賴以生存和發(fā)展的物質條件的綜合體。是指影響人類生存和發(fā)展的各種天然的和經過人工改造的自然因素的總體，包括大氣、水、海洋、土地、礦藏、森林、草原等。,環(huán)境,自然環(huán)境,社會環(huán)境,物理環(huán)境,大氣環(huán)境,水環(huán)境,土壤環(huán)境,二、物理環(huán)境,物質能量交換和轉化的過程構成了物理環(huán)境。,物理環(huán)境,天然物理環(huán)境,人工物理環(huán)境,天 然 物 理 環(huán) 境,自然 聲 環(huán) 境,振 動 環(huán) 境,電 磁 環(huán) 境,放 射 性 輻 射 環(huán) 境,光 環(huán) 境,熱 環(huán) 境,人 工 物 理 環(huán) 境,聲 環(huán) 境,振

2、動 環(huán) 境,電 磁 環(huán) 境,放 射 性 輻 射 環(huán) 境,光 環(huán) 境,熱 環(huán) 境,三、環(huán)境物理學的產生、發(fā)展、學科體系及研究特點,1、環(huán)境物理學,環(huán)境物理學是研究物理環(huán)境同人類的相互作用的科學。,2、環(huán)境物理學的產生和發(fā)展,3、環(huán)境物理學的學科體系,環(huán)境物理學,環(huán)境聲學,環(huán)境振動學,環(huán)境電磁學,環(huán)境放射學,環(huán)境熱學,環(huán)境光學,環(huán)境空氣動力學,4、環(huán)境物理學的研究特點, 不僅研究污染控制，而且研究適宜人類活動的各種物理條件；, 注重物理現象的定量研究。,第二節(jié) 物理性污染及其研究內容,一、物理性污染及其特點,1、物理性污染,物理運動的強度超過人的耐受限度因而形成物理性污染。,2、物理性污染的特點,

3、 一般是局部性的；, 無后效性。,二、物理性污染的研究內容,主要包括物理性污染機理及規(guī)律、物理性污染評價方法和標準、物理性污染測試和監(jiān)測、物理性污染的環(huán)境影響評價、物理性污染控制的基本方法和技術。,其重點是環(huán)境噪聲污染、環(huán)境振動破壞、電磁輻射污染控制工程基礎理論和技術對策。,第二章 噪聲污染及其控制,第一節(jié) 概述,一、噪聲的定義,可聽聲的頻率范圍：20 - 20000Hz,20500Hz,低頻聲,5002000Hz,中頻聲,200020KHz,高頻聲,1、從物理學角度,無規(guī)則、非周期振動物體發(fā)出的聲音。,2、從醫(yī)學角度,超過60分貝的聲音。,3、從心理學角度,人們不需要的聲音。,4、從環(huán)境學角

4、度,人們不需要的,并對周圍環(huán)境造成不良影響的聲音。,二、噪聲的來源,來源,工 業(yè) 生 產,交 通 運 輸,建 筑 施 工,社 會 生 活,三、噪聲的分類,產 生 源,交通噪聲,工業(yè)噪聲,建筑施工噪聲,社會生活噪聲,產 生 機 理,機械噪聲,氣流噪聲 (空氣動力性噪聲),電磁噪聲,四、噪聲的危害,生 理,心 理,儀器設備和建筑,1 損傷聽力 受損嚴重導致耳聾。,2 干擾睡眠,3 引發(fā)各種病癥 作用于中樞系統(tǒng)，出現頭疼、疲勞、失眠、記憶力衰退等癥狀。 使人易患胃功能紊亂癥。 使人交感神經不正常、引起心室組織缺氧，導致冠心病、動脈硬化和高血壓等。,4 影響胎兒發(fā)育和兒童智力 家庭室內噪聲是造成兒童聾

5、啞的主要原因。 噪聲使兒童智力發(fā)展緩慢。,據調查，在法國每四個精神病者中有3人是噪音引起的。在巴黎和東京的自殺事件中有35%是由噪音引起的。有35%的犯罪狂與噪音有牽連。,1 使電子儀器連接部位出現錯動、引線抖動、元件偏移。,2 使周圍建筑物受損。,噪聲公害事件,1、1959年美國飛機噪聲實驗。,2、1960年11月，日本廣島市一男子因不堪忍受工廠噪聲折磨刺殺工廠主。1961年7月，日本東京青年因不堪忍受客貨車的噪聲自殺身亡。,3、1981年，美國的現代派露天音樂會。,五、噪聲污染及其特點和影響,1、噪聲污染,被測試環(huán)境的噪聲級超過國家或地方規(guī)定的噪聲標準限值，并影響人們正常生活、工作或學習的

6、聲音造成噪聲污染。,2、噪聲污染的特點,噪聲污染是一種物理性污染，具有局部性和無后效性。,3、噪聲的影響,暫時性聽閾遷移 噪聲性耳聾 暴振性耳聾 國際化標準組織確定聾等級的標準,六、噪聲控制,1、噪聲控制的途徑,噪聲控制技術手段一：,在聲源處抑制噪聲, 選用內阻尼大、內磨擦大的低噪聲材料, 改進機器設備的結構、提高加工精度和裝配精度, 改善或更換動力傳遞系統(tǒng)、革新工作機構, 改革生產工藝和操作方法,噪聲控制技術手段二：,在聲傳播途徑中的控制, 鬧靜分開, 利用地形、綠化降噪, 利用聲學控制手段降噪（吸聲、隔聲、消聲）,噪聲控制技術手段三：,受體的保護措施, 耳塞, 耳罩、頭盔, 隔聲崗亭,2、

7、噪聲控制的程序,噪聲源測量和分析,降噪量確定,制定控制方案,評價是否達標,工程評價,確定 受影 響區(qū) 域噪 聲的 允許 標準,第二節(jié) 聲環(huán)境影響評價,1. 自我保護階段,中華人民共和國環(huán)境噪聲污染防治法第二條規(guī)定： 環(huán)境噪聲：指在工業(yè)生產、建筑施工、交通運輸和社會生活中所產生的、干擾周圍生活環(huán)境的聲音。 環(huán)境噪聲污染：指所產生的環(huán)境噪聲超過國家規(guī)定的環(huán)境噪聲排放標準，并干擾他人正常生活、工作和學習的現象。,1.1相關的聲環(huán)境標準：,質量標準,排放標準,*聲環(huán)境質量標準 (GB3096-2008),1.標準值及適用范圍,等效聲級LAeq /dB,0類標準指康復療養(yǎng)區(qū)等特別需要安靜的區(qū)域。 1類標

8、準指以居民住宅、醫(yī)療衛(wèi)生、文化教育、科研設計、行政辦公為主要功能，需要 保持安靜的區(qū)域。,2類聲環(huán)境功能區(qū)指以商業(yè)金融、集市貿易為主要功能，或者居住、商業(yè)、工業(yè)混雜，需要維護 住宅安靜的區(qū)域。 3類聲環(huán)境功能區(qū)指以工業(yè)生產、倉儲物流為主要功能，需要防止工業(yè)噪聲對周圍環(huán)境產生嚴重影響的區(qū)域。 4 類聲環(huán)境功能區(qū)：指交通干線兩側一定距離之內，需要防止交通噪聲對周圍環(huán)境產生嚴重影響的 區(qū)域，包括 4a 類和 4b 類兩種類型。4a 類為高速公路、一級公路、二級公路、城市快速路、城市主干 路、城市次干路、城市軌道交通（地面段）、內河航道兩側區(qū)域；4b 類為鐵路干線兩側區(qū)域。,*聲環(huán)境質量標準 (GB3

9、096-2008),*工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標準,等效聲級LAeq /dB,該標準適用于工廠及有可能造成噪聲污染的企事業(yè)單位的邊界。,夜間頻繁突發(fā)噪聲（如排氣噪聲），峰值不準超過標準值的10dB(A) 夜間偶然突發(fā)噪聲（如短促鳴笛），峰值不準超過標準值15dB(A),建筑施工場界噪聲限值(GB12523-90),等效聲級LAeq /dB,該標準適用于城市建筑施工期間場地產生的噪聲。噪聲值是指與敏感區(qū)域相應的建筑施工場地邊界線處的限值。,不同施工階段作業(yè)噪聲限值,如幾個施工階段同時進行，以高噪聲階段的限值為準。,1.2 聲學基礎,聲音三要素： 聲源、介質、接收器。,頻率：聲源在單位時間內的振動

10、次數，用f表示。每秒振動一次稱1赫茲（Hz）。人耳能覺察的頻率在2020000Hz間。 20000Hz超聲。,波長：是振動經過一個周期，聲波傳播的距離，用希臘字母表示。單位：m 周期：聲波通過一個波長的距離所用的時間，用T表示。單位：s,聲速：振動在介質中傳播的速度。在任何介質中，聲速的大小只取決于媒質的彈性和密度，與聲源無關。 單位：m/s,聲在空氣中傳播的速度是隨氣溫的升高、降低而增大、減小。氣溫與聲速的關系可按下式計算：,空氣 : 344m/s 水: 1372m/s 鋼 : 5182m/s,式中： c 聲速，m/s； t 空氣溫度，；,聲波的波長、頻率f、周期T與聲速c之間的關系： c

11、= f ； f =1/T； c=/T；,1.3 噪聲的基本評價量,1.分貝,指兩個相同的物理量（例如A1和A0）之比取以10為底的對數并乘以10（或20）即,式中A0是基準量（或參考量），A1為被量度的量。 被量度量與基準量取對數，所得值稱為被量度量的“級”；表示被量度量比基準量高出多少級。,分貝符號為“dB”，是無量綱的。,*2.聲壓和聲壓級,聲壓是衡量聲音大小的尺度（N/m2或Pa）。 人耳對1000Hz的聽閾聲壓為2105 N/m2(Pa)，痛閾聲壓為20 N/m2(Pa)。 聲壓級就是聲壓的平方與一個基準的聲壓平方的比值的對數值，可以用下式表示：,式中：Lp 對應聲壓P的聲壓級，dB；

12、 P 聲壓，N/m2； P0 基準聲壓，取2105 N/m2 ，即聽閾聲壓。,* 聲壓級的計算遵循對數運算法則。,（1）分貝的相加：公式法,pi、Lpi為噪聲源i作用于該點的聲壓與聲壓級。,補充：若兩個聲源的聲壓級相等 Lp1=Lp2，則總聲壓級： LpTLp1+10lg2Lp13（dB）,（1）分貝的相加：查表法,例如 L1=100dB，L2=98dB，求L1+2=？,先算出兩個聲音的分貝差，L1L22dB，再查表找出2dB相應的增值L2.1dB，然后加在分貝大的L1上，得出L1與L2的和L1+2=100+2.1=102.1，取整數為102dB。,例題,1.求70、76、73、82、70、7

13、9dB的聲壓級疊加后的總聲壓級。,例題,2.某車間3個聲源，在測試點產生的聲壓級分別為96、95、85dB，求測試點的總聲壓級。,解： Lp=10lg(109.6+109.5+108.5) =98.7dB 或者先查表求得95dB與96dB的和為98.5dB，再根據公式法求98.5dB與85dB的和。,例題,3.室內吊扇工作時，測得噪聲聲壓為0.002Pa；電冰箱單獨開動時聲壓級是46dB，兩者同時開動時的合成聲壓級是？,解： 吊扇單獨工作時的聲壓級為 L1=20lg（0.002/2105） =40dB 電冰箱聲壓級46dB，即L2 46dB。 查表法： L2L1=6dB ，L=1dB， 兩者同

14、時工作時L合46147dB 或公式法：L合46.97dB47dB,（2）分貝的相減 公式法,已知兩個聲源在某一預測點產生的合成聲壓級為LpT和其中一個聲源在預測點單獨產生的聲壓級Lp2，則另一個聲源在此點單獨產生的聲壓級Lp1可用下式計算：,（2）分貝的相減 查表法,已知兩個聲源在M點產生的總聲壓級LpT及其中一個聲源在該點產生的聲壓級Lp1，則另一個聲源在該點產生的聲壓級Lp2可按定義，得 Lp2LpTLp LpT -Lp1差值與Lp的對應關系如下表,4.為測定某車間中一臺機器得噪聲大小，從聲級計上測得聲級為104dB，當機器停止工作，測得背景噪聲為100 dB，求該機器噪聲得實際大小。,解

15、：由題可知104dB是指機器噪聲和背景噪聲之和LPT， 背景噪聲LP1為100dB。由LPTLP14dB，從表知道，Lp2.2dB，因此機器噪聲為1042.2101.8dB。 或用公式法計算。 Lp210lg(1010.4-1010)=101.8dB,例題,例題,5.某機修車間共有13臺機器設備，其中1臺沖床在車間中央點的噪聲貢獻值為78dB，2臺鉆床各自單獨產生75dB，10臺車床單獨產生71dB，試求機器全部運行時，車間中央點的總噪聲級。,(3) 分貝的平均,一般不按算術平均，而求對數平均值，聲壓級平均值可按下式計算：,式中， Lpn個噪聲源的平均聲級； Li第i個噪聲源的聲級； n噪聲源

16、的個數。,(4) 聲壓級相同的聲音疊加,設L1=L2=Ln，則,例題,5.某機修車間共有13臺機器設備，其中1臺沖床在車間中央點的噪聲貢獻值為78dB，2臺鉆床各自單獨產生75dB，10臺車床單獨產生71dB，試求機器全部運行時，車間中央點的總噪聲級。,解： 兩臺鉆床同時運轉在中央點的噪聲值為 75378dB 再次與沖床噪聲疊加 78381dB 10臺車床同時運行在中央點產生的噪聲值 7110lg1081dB 全部運轉時中央點的噪聲級為 81384dB,3.聲功率和聲功率級,聲功率是聲源在單位時間內向空間輻射聲的總能量，單位W。 WE/t 以1012 W為基準，則聲功率級為:,式中：Lw對應聲

17、功率W的聲功率級，dB； W聲功率，W； W0基準聲功率，等于1012W；,4.聲強和聲強級,聲強即單位面積上的聲功率，是在單位時間內通過與傳播方向垂直的單位面積的聲能量，單位 W/m2。 IE/( t s)W/ s 以人耳的聽閾聲強值1012 W/m2為基準，則聲強級定義為：,式中： LI對應聲強I的聲強級，dB； I聲強，W/m2； I0基準聲強，等于1012 W/m2； 聲壓級和聲強級都是描述空間某處聲音強弱的物理量。在自由聲場中，聲壓級與聲強級的數值近似相等。,5、環(huán)境噪聲的評價量,A聲級 等效連續(xù)A聲級 晝夜等效聲級 統(tǒng)計噪聲級 計權有效連續(xù)感覺噪聲級WECPNL,A聲級,環(huán)境噪聲的

18、度量與噪聲的物理量和人對聲音的主觀聽覺有關。聲壓級相同的聲音，高頻的比低頻的聽起來響。 為模擬人耳對聲音的反應，用儀器直接測量出人的主觀響度感覺，研究人員在噪聲測量儀器中安裝一個濾波器計權網絡。當聲音進入網絡時，中低頻的聲音按比例衰減通過，1000Hz以上的高頻聲音無衰減地通過。 通過A計權網絡測得的聲壓級稱為A聲級，以LPA或LA 表示，單位為dB。凡不加聲明的聲級均指A聲級。,等效連續(xù)A聲級,A聲級用來評價連續(xù)的穩(wěn)態(tài)噪聲具有明顯的優(yōu)點，但在評價非穩(wěn)態(tài)噪聲時有明顯的不足。 等效連續(xù)A聲級將某一段時間內連續(xù)暴露的不同A聲級變化，用能量平均的方法以一個A聲級值去表示該段時間內的噪聲大小，Leq(

19、A)，單位為dB。,A聲級的測量，實際上是采用間隔取樣的，所以等效連續(xù)A聲級可以按下式計算：,Li 第i次讀取的A聲級，dB N取樣總數,噪聲在夜間對人影響更為嚴重，將夜間噪聲另增加10dB加權處理后，用能量平均的方法得出24小時A聲級的平均值，用Ldn表示，單位為dB。,晝夜等效聲級,式中：Li 晝間16小時中第i小時的等效聲級，dB； Lj 夜間8小時中第j小時的等效聲級，dB；,在某點噪聲級有較大波動時，用于描述該點噪聲隨時間變化狀況的統(tǒng)計物理量。一般用L10 、L50 、L90表示。 L10： 取樣時間內10的時間超過的噪聲級，噪聲平均峰值； L50： 取樣時間內50的時間超過的噪聲級

20、，噪聲平均中值； L90： 取樣時間內90的時間超過的噪聲級，噪聲平均底值；,統(tǒng)計噪聲級,6、噪聲的衰減和反射效應,距離衰減 空氣吸收衰減 聲屏障衰減 附加衰減 反射效應,噪聲的衰減：主要受傳播距離、空氣吸收、阻擋物的反射與屏障等影響，而使其衰減。 噪聲影響預測：根據聲源附近某一位置（參考位置）處的已知聲級來計算遠處預測點的聲級。在預測中，需要考慮由聲波幾何發(fā)散、聲屏障、空氣吸收及其他附加衰減量。,采用不同的噪聲評價量，其噪聲衰減計算采用不同的公式。常用的有以下兩種：倍頻帶衰減和A聲級衰減。,（1）衰減的因素和基本概論,噪聲是多種頻率聲音的組合，頻譜分析可以將噪聲的強度按頻率順序展開 ，使噪聲

21、的強度成為頻率的函數，并考查其波形，有助于了解聲源特性，尋找主要的噪聲污染源。 頻譜分析是使噪聲信號通過一定帶寬的濾波器。噪聲監(jiān)測中所用的濾波器是等比帶寬濾波器。 倍頻帶是根據人耳對聲音頻率的反應 ，把可聽聲頻率范圍分成10個頻帶，每一段的高端頻率與低端頻率之比為2:1。由于10個頻帶已經把可聽聲全部包括進去，簡化了測量，在實際應用中，噪聲現場測試只用638000Hz這8個倍頻帶就能滿足。,倍頻帶,倍頻帶的中心頻率fm與上下截止頻率fu, fl的關系：,倍頻帶的頻段、中心頻率及頻率截止范圍,式中： 距聲源r處的倍頻聲壓級； 參考位置r0處的倍頻帶聲壓級； 聲波幾何發(fā)散引起的衰減量； 聲屏障引起

22、的衰減量； 空氣吸收引起的衰減量； 附加衰減量。,A、計算倍頻帶衰減 現場監(jiān)測常用 638000Hz間8個倍頻帶，所取得的倍頻帶數據以Loct表示，噪聲戶外傳播聲級衰減可采用下式計算：,(1)計算預測點的倍頻帶聲壓級：,(2) 根據各倍頻帶聲壓級合成計算出預測點的A聲級：,設各個倍頻帶聲壓級為 Lpi，L piLoct(r)；則A聲級為,式中： Li第i個倍頻帶的A計權網絡修正值，dB； n總倍頻帶數。 63Hz16000Hz范圍內的A計權網絡修正值可以查表得到。 對穩(wěn)態(tài)的機械噪聲，原則上使用倍頻帶計算式。,B. 計算A聲級衰減 本法常用于各種噪聲的預測計算：,式中：LA(r) 距聲源r處的A

23、聲級； 參考位置r0處的A聲級； AdiV聲波幾何發(fā)散引起A聲級衰減量； Abar聲屏障引起的A聲級衰減量； Aatm空氣吸收引起的A聲級衰減量； Aexc附加衰減量。,* 距離衰減,1. 點聲源衰減值：,L1 距離增加產生衰減值，dB； r點聲源至受聲點的距離，m。,在距離聲源r1處傳播至r2處的衰減值：,當r22r1時， L1 6dB， 點聲源聲傳播距離增加1倍，衰減值是6dB。,例題,在城市1類聲功能區(qū)內，某卡拉OK廳的排風機在19:0002:00間工作，在距直徑0.1m的排氣口1m處，測得噪聲級為68dB，在不考慮背景噪聲和聲源指向性條件下，問距排氣口10m處的居民樓前，排氣噪聲是否超

24、標？如果超標，排氣口至少應距居民樓前多少米？,解： 排氣口視為點源 從1m到10m的衰減量為L20lg10/120dB L2L1 L682048dB 1類區(qū)標準白天55dB，夜間45dB，故白天達標，夜間超標。 為使不超標，L2=68-45=23dB， L20lgr2/r1 r2r110 L/20 =1023/20=14.1m,* 距離衰減,2. 線聲源衰減值：,L1 距離增加產生衰減值，dB； r線聲源至受聲點的垂直距離，m； l線聲源長度。,當r/l 1時，可視為點聲源。 有限長聲源采用不同的計算公式。,例題,一測點距平直公路中心線20m，測得等效聲級68dB，試求距中心線200m處的等效聲級。若在路旁建一醫(yī)院，醫(yī)院位于聲環(huán)境質量1類功能區(qū)內，在不考慮背景噪聲情況下，問至少應距公路中心線多遠處方能噪聲達標？,解：設公路直長 L10lg(r2/r1)=10lg(200/20)=10dB L200m=6810=58dB 執(zhí)行GB3096-93 一類區(qū)標準 684510lg(r2/r1)=10lg(r2/2