环境噪声控制工程

环境噪声控制工程[e-mail]目录第一章绪论第二章声波的基础知识第三章噪声的传播和分贝的计算第四章噪声评价和标准第五章噪声的测量第六章吸声和室内声场第七章隔声第八章消声器第九章隔振与阻尼第一章绪论噪声噪声的危害和影响环境声学研究的内容噪声分类环境噪声控制第一节噪声噪声的定义物理学定义环境声学定义：凡是人们不需要的声音噪声控制：降低和减少可听声次声波：频率小于20Hz超声波：频率大于20kHz可听声：频率在20Hz与20kHz之间噪声污染的特点第二节噪声的危害听力机构损伤暂时性听阀迁移永久性听阀迁移暴震性耳聋诱发疾病对正常生活及工作的影响第三节环境声学研究内容噪声污染规律的研究噪声评价方法和噪声标准的研究噪声控制措施的研究噪声测量设备和技术的研究第四节噪声的分类按城市环境噪声分类交通噪声、工业噪声、建筑施工噪声和社会生活噪声按发声机理分类机械噪声空气动力性噪声电磁噪声第五节环境噪声控制噪声控制基本原理声源控制传播途径对接收者的防护城市环境噪声的控制行政管理措施规划性措施区域规划、道路规划和控制城市人口密度第二章声波的基础知识声波的产生描述声波的基本物理量频程和频谱声能量、声功率和声强声波的传播方程平面波和球面波声压级、声强级和声功率级声源的指向性第一节声波的产生声源：发出声音的振动体。声波：在弹性媒质中，声音的机械振动由近及远的传播过程。声波传播的必要条件：弹性媒质的存在声场：声波存在的空间λ声压：声波传播时大气中压强随着声波作周期性的变化，声扰动所产生的逾量压强就叫做声压。p=P’-P0P0为平衡状态下的大气压强。有效声压：在一定时间间隔中，瞬时声压对时间取均方根值为有效声压。201TeppdtT第二节描述声波的基本物理量频率：频率f为媒质质点每秒钟振动的次数。圆频率ω：ω＝2πf波长：同一时刻，由于声波引起的传播媒质中密度最稠密（稀疏）的地点到邻近的最稠密（稀疏）的对应地点的距离，或者说两个声压最大（小）值地点之间的距离叫声波波长λ。声速：振动状态或它具有的振动能量在媒质中自由传播的速度叫声速c。c=λfc=331.4+0.61toCt为摄氏温标下的温度。相位：任一时刻t的质点振动状态，包括振动的位移及运动方向或者压强的变化。第三节频程和频谱频谱：声音的频率成分与能量分布的关系称为声音的频谱。频谱图：各个频率上声能量分布绘成的图形。通常频谱图以频率为横坐标，以频率对数为标度，以声压级为纵坐标。Lp（dB）纯音谱f（Hz）Lp（dB）连续谱f（Hz）Lp（dB）复合谱f（Hz）频带：把宽广的声频范围划分为若干连续小区间，称其为频带或频程。频带划分方法恒定宽频带划分方法：保持频带宽度Δf＝f2－f1不变恒定相对宽频带划分方法：保持频带的上下限之比为常数21212nfffff第四节声能量、声强和声功率声能量：由于声扰动使媒质获得的能量声能量＝媒质质点振动的动能＋媒质形变的势能动能Ek任一时刻的势能Ep20012kEVu0ppEpdV平均声能密度单位体积媒质所具有的平均动能和平均弹性势能之和。0/kpDEEV声功率W声源在单位时间内辐射的能量，单位为瓦。自由声场中，均匀辐射的声源的声功率为：声强I单位时间内通过垂直于传播方向单位面积的平均声能量，单位为W/m2。DVIDcStWIS第五节平面波和球面波波阵面同一时刻相位相同的轨迹为波阵面平面波波阵面与传播方向垂直的波。沿x方向传播的平面波方程方程中P为声压，C为声速。上式的解为222221tpcxp12pctxctx简谐振动的平面波的方程p为声场中某位置的瞬时声压；pA为声压幅值；ω为角频率；k为圆波数，,cosApxtPtkx2kc平面波质点振动速度和声阻抗率质点振动速度方程上式中的uA为质点振动速度幅值；ue为质点质点速度的有效值0coscosAAPutkxutkxc02AAAepucuu声阻抗率Zs声阻抗率单位是Pa.s/m，是媒质所固有的一个常数。平面波的声能密度、声强和声功率声能密度声强0spZcu220/eDpc20ePIc声功率球面波的瞬时声压和振动速度点声源：当声源很小，其几何尺寸比辐射声波波长小很多时，则其大小和形状可被忽略而视为一点，该声源可称为点声源。球面波：点声源发出的声波，其波阵面为同心球面。2200eeeepWSSpuScuc球面波的瞬时声压和振动速度上式中，A为声源辐射声波能力的常数。声压的振幅媒质质点振动速度为(,)cos()cos()AAprttkrptkrrAApr01(,)cos()cos()AAurttkrutkrcr球面声波的声强和声功率声阻抗率声强声功率222001122eAPAIPcrcc22024WISIrAc第六节声压级、声强级和声功率级声压级Lp：将待测声压的有效值Pe与参考声压P0的比值取常用对数，再乘以20，即在空气中，参考声压P0＝2×10-5帕dBPPLep0lg20dBPLp94lg20声强级LI：将待测声强I与参考声强I0的比值取常用对数，再乘以10，即在空气中，参考声强I0＝10-12瓦/米2，是与参考声压P0相对应的声强dBIILI0lg10dBILI120lg10声功率级Lw：将待测声功率W与参考声功率W0的比值取常用对数，再乘以10，即在空气中，参考声功率W0＝10-12瓦，是与参考声压P0相对应的声功率dBWWLW0lg10dBWLW120lg10声压级、声强级和声功率级的关系声压级、声强级的关系在一般情况下b的值很小，因此可以认为220200010lg10lg.40010lgIpppIpLIpIcLLbcpILL声强级与声功率级的关系对于自由声场中的球面波有：dBSLLSIWWWISWLWIIlg101lg101lg10000020lg11WILLrdB第七节声源的辐射指向性声源声源在各方向的辐射的声压或声强不相同，这种声源为指向性声源。指向性因数Q声场中某点的声强与在同一声功率声源在相同距离同心球面上的平均声强之比。22IpQIp指向性指数DI10lgppDIQDILL例：测得离点声源较远的10米处的声压级为60dB，求该声源的声功率W。解：点声源发出的声波为球面波，球面面积s＝4πr2由声压级、声强级和声功率级的关系得到WLPWWpWWrLLrLL1.001011lg2011lg20SLLLWIplg10第三章噪声的传播和分贝的计算声波的叠加平面波的反射、透视和折射声波的绕射噪声在传播中的衰减分贝的计算第一节声波的叠加叠加原理：多列声波合成声场的瞬时声压等于每列声波瞬时声压之和。相干波具有相同频率和固定相位差的声波称为相干波。niinppppp121相干波的叠加相干波的合成声压相干波的合成平均声能密度02221212211112201122cos()2cos()sinsintancoscostAtAtAAAAAAAApptppppppppp式中12122120cos()AAtppDDDc当当210,2,4,,12AtAAppp121220AAtppDDDc210,,3,,12AtAAppp121220AAtppDDDc干涉现象：两列相干波在空间某些地方振动始终加强，在另些地方始终减弱的现象。驻波：当两列具有相同频率和固定相位差的声波在同一直线上沿相反方向进行时，两列波相遇叠加形成的合成声波即驻波。驻波声场的特征：合成声波的声压随着空间位置的不同有极大值和极小值不相干波合成声场的平均声能密度n列不相干波的合成声场的平均声能密度合成声场的总有效声压12tDDD123tnDDDDD2222221231neteeeeneiipppppp第二节平面声波的反射、折射和透射垂直入射的反射和透射Iρ1c1IIρ2c2xoptprpi2211211,coscoscosckckxktPpxktPpxktPpttrrii假设分界面是无限薄，声压在边界处连续，所以在x＝0处，有pI＝pIIpAi＋pAr＝pAtuI＝uII媒质I中的总声压为11coscosIirAiArpppptkxptkx两个媒质中的质点振动速度分别为111111112222coscoscoscoscoscosIirAiArAiArIItAtAtuuuutkxutkxpptkxtkxccuuutkxptkxc由边界条件可以得到uAi＋uAr＝uAt或声压反射系数rp：反射声波声压幅值PAr入射声波声压幅值PAi之比声压透射系数τp：透射声波声压幅值PAt与入射声波声压幅值PAi之比112211AiArAtpppcc当ρ2c2ρ1c1时，媒质II比媒质I“硬”当ρ1c1ρ2c2时，媒质II比媒质I“软”221122112222112ArpAiAtpAipccrpccpcpcc声压反射系数声压透射系数222111221111221222114ritiIccrIccIccIcc声强反射系数声强透射系数斜入射的反射和折射Iρ1c1IIρ2c2optprpiθrθiθt反射定律：反射线在入射面（入射线与界面线所在的面）内，且与入射线位于界面法线的两边，入射角与反射角相等，即θi＝θr折射定律：折射线在入射面内，且入射角正弦之比等于媒质I与媒质II声速之比全反射现象：当c1c2时，θt总大于θi，当θi增大至θc时，θt增加到90o，此时入射角再增大时，入射波全部反射回第一媒质，在第二媒质中无透射波，θc称为全反射临界角。21sinsinccti温度对声传播的影响温度对声传播的影响已知：空气密度为1.21kg/m3，空气中声速为340m/s，水的密度998kg/m3，声速1483m/s，声波斜入射时的入射角为10o。计算1)声波由空气入射到水面时的反射角和折射角；2)声波由水入射到水与空气交界面时的反射角和折射角。问哪种情况存在全反射临界角，其值为多少。解：声波由空气入射到水面时的反射角是10o。折射角声波由水入射到水与空气交界面时的反射角10o折射角otticc2.4910sin3401483sinsin121oo3.210sin148334012第三节声波的绕射声波的衍射：声波在传播过程中遇到障碍物时，能够绕过障碍物的边缘前进，并引起声波传播方向的改变，称为声波的衍射或绕射。影响声波的绕射的因素与障碍物或孔洞的大小声波的频率声波波长大于障碍物声波波长小于障碍物入射反射入射反射声波波长大于孔洞尺寸入射透射反射入射透射声波波长小于孔洞尺寸反射第四节噪声的衰减扩散引起的衰减假设声源是点声源，发出球面波或半球面波11lg20,42rLLrWIWp接收点声源接收点声源8lg20,22rLLrWIWp221120lgpprLLr线声源辐射的噪声面声源辐射的噪声当时声源辐射平面波，声压衰减值为零；当时，按无限长声源处理；当时，按点声源处理。221110lgpprLLr0ar0abr0br声传播过程中的附加衰减大气的声吸收低温下，由于空气的热传导和粘滞性而引起声波中能量的损