物理性污染控制概述与噪声

物理性污染控制噪声污染辐射污染电磁污染光污染3物理性污染概述环境物理学按其研究对象可以分为：1、环境声学2、环境振动学3、环境电磁学4、环境放射学5、环境热学6、环境光学7、环境空气动力学一、环境物理学的学科体系4二、什么是物理性污染从污染源的属性上来看，环境污染可以分为三大类型：物理性污染化学性污染生物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。5二、物理性污染特点物理性：没有污染物广泛性：到处都有必然性：必不可少即时性：污染源消失，污染随即停止6主要内容噪声污染及其控制振动污染及其控制电磁辐射污染及其防治放射性污染及其控制热污染及其控制光污染及其控制第二章噪声污染及其控制第一节概述问题一：为什么要学习这门课程？生活中的各种噪声空调系统噪声投影机噪声9噪声的分类有哪些？噪声源噪声的分类噪声的特点与影响10影响局部性污染，不会造成区域或全球污染1噪声污染无残余污染物，不会积累2声能再利用价值不大，回收尚未被重视3噪声源停止运行后，污染即消失4特点引起耳聋诱发疾病影响生活影响工作噪声污染的特点噪声污染与水污染、大气污染相比，具有以下四个特点：1、噪声污染是感觉公害2、噪声污染具有局部性和分散性3、噪声污染具有能量性4、噪声污染危害的间接性和慢性5、噪声污染具有波动性和难避性11噪声控制的途径121、声源控制2、传播途径措施3、接收点防护摩托车消声器无声手枪机器加外罩在机器下垫泡沫等减震禁鸣喇叭工业区和生活区分开限制娱乐场所营业时间隔音板直属造林关门窗带隔音耳塞捂住耳朵第二章噪声污染及其控制第二节声学基础声波的形成声源：振动而发出声音的物体。媒质：传播声音的介质。声波：声源振动带动相邻的介质质点，使之交替进行压缩和膨胀运动，由近及远向前推进的介质振动。（分为横波与纵波）14声源可以是固体、液体或气体。介质可以是空气、液体、固体。声音不能在真空中传播！！！声源的振动弹性媒介振动声波空气、固体、液体15频率ƒ波长λ声速с声波的基本物理量物理量表示方式单位波长λ=c/f米（m）周期T秒（s）频率f=1/T赫兹（Hz）声速c米/每秒（m/s）声音的频谱•频程及频谱一•频谱分析二16频程及频谱频程（频带、带宽）：将可听声的频率（20Hz-20kHz）范围按倍数变化，划分为若干较小的频段，通常称为频程。次声波：不易衰减，波长很长而绕开障碍物发生衍射。超声波：方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能。在噪声测量中，常用的有倍频程和1/3倍频程。倍频程和1/3倍频程的中心频率。17频谱分析频谱：组成声音的各种频率的分布图。频谱分析：研究声音强度（声压级、声强级、声功率级）随频率分布的规律。频谱的形状：18线状谱连续谱复合谱◆是由一些频率离散的单音形成的谱，在频谱图上是一系列竖直线段。◆线状频谱可以确定单个频率处的声压。◆一些乐器发出的声音和周期或间断振动的声源产生的声音的频谱是线状谱。◆与振动相同的声波频率称为基频。◆频率等于基频整数倍的称为谐波频率。19◆频率在频谱范围内是连续的。其声能也连续地分布在所有频率范围内，形成一条连续的曲线。◆大部分噪声属于连续谱。20◆是连续频率和离散频率组合而成的频谱，有调噪声的频谱为复合谱。◆在噪声控制中，频谱图中声压级比较突出的部分及其所对应的频率是重点控制目标。21平面声波波阵面：声波在传播过程中，空间同一时刻相位相同的各点的轨迹。平面声波：当声波的波阵面是垂直于传播方向的一系列平面时，就称其为平面声波。22例如：活塞在充满空气的刚性管壁的管中振动时产生的声波。声压：声波引起的大气压强变化，称为声压。声场：有声波存在的区域称为声场。瞬时声压：声场中某一瞬时的声压值。有效声压：将瞬时声压对时间求均方根值若声源在理想媒质（电导率为零，无色散，没有热运动）中以单一频率传播，则可看做是简谐振动，那么媒质中各质点也随着作同一频率的简谐振动。23声能密度：单位体积媒质所含的声波能量。声强（I）：在声波传播方向上单位时间内垂直通过单位面积的平均声能量，W/m2声功率：声源单位时间内辐射的能量，W24级的概念声音的强弱变化相当宽人的正常说话声功率是0.00001W飞机起飞时的声功率是1000000000W；相差1014倍。表示非常不方便。再者，人耳对声音的感知并不正比于强度的绝对值，而更接近于其值的对数值，并且呈现正比关系级=𝐥𝐠被测量值基准值级是个无量纲值；dB的定义？25声强级26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I：声强，w/m2I0：参考声强，I0=10-12w/m20lg10IILI声压级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Pe：有效声压，PaP0：参考声压，P0=2×10-5Pa270lg20PPLep声压级计算28声压级相加声压级相减声压级平均声压级的叠加是能量的叠加a.公式法：b.查表法：应用分贝相加曲线计算)1010lg(1010/10/1221LLLb图表法计算计算步骤：1.把各个给定声压级按大小顺序排列；2.求出相邻声压级的差△Lp;3.查分贝相加曲线，得出△L’;4.根据公式计算出合成声压级LpT；如有多个声压级叠加，重复上述步骤。分贝相加（减）曲线例题：三个声音各自在空间某点的声压级为70dB、75dB和65dB，求该点的总声压级。32分析：属级的叠加①公式法②图表法a.公式法：LpB：背景噪声Lp：背景噪声和被测对象的总声压级Lps：被测对象真实的声压级b.查表法：应用分贝相加曲线计算)10-10lg(1010/10/ppspBLLL声压级相减例题：在车间内测量某机器的噪声，在机器运转时测的声压级为87dB，该机器停止运转时的背景噪声为79dB，求被测机器的噪声级。34分析：属级的叠加①公式法②图表法计算平均声压级的目的计算公式35声压级平均计算指向性指数一点多次测量的结果lgn10-10lg10pLpi1.0n1iLLpi：在某点各声源产生的声压级n：声压级的总个数例题：某测点连续测定5次，得声压级100dB，98dB，97dB，95dB，试计算其平均值？36声波的传播特性（一）声波的叠加（二）声波的反射、透射和折射（三）噪声在传播中的衰减（四）声波的指向性37（一）声波的叠加38实际遇到的声波不止含有一个频率或一个声源。这些情况都是涉及到声波的叠加。声波的叠加原理是多列声波合成声场的瞬时声压等于每列波瞬时声压之和。即𝒑=𝒑𝟏+𝒑𝟐+⋯𝒑𝒏=𝒑𝒊𝒏𝒊=𝟏式中，p：合成声场的瞬时声压；pi：第i列波的瞬时声压。（一）声波的叠加39相干波：具有相同频率、相同振动方向和固定相位差的声波。两列相干波的合成声压为：合成后的声波仍是一个同频率的声波。P=P1+P2=PA1cos（ωt-Φ1）+PA2cos（ωt-Φ2）=PAtcos（ωt-Φo）（一）声波的叠加40不相干波：不同频率，有固定相位差的声波；或者有无规则变化相位差的声波。不相干波合成总声压与各列波声压的关系式𝒑𝟐=𝒑𝟏𝟐+𝒑𝟐𝟐+⋯𝒑𝒏𝟐=𝒑𝒊𝟐𝒏𝒊=𝟏一般由几个声源发出的声波或同一声源发出的不同频率成分的波都互不干涉，合成声的总声压仍可用上式计算。注意（二）声波的反射、透射和折射41声波的一些特性与光波相似。声波在传播过程中遇到障碍物、不均匀媒质或者不同媒质时，在两媒质的界面会发生反射、折射和透射现象。1231•垂直入射声波的反射和透射2•斜入射声波的反射和折射3•温度及风速对声传播的影响垂直入射声波的反射和透射42分界面入射声波Pi反射声波Pr透射声波Pt总声压PΙPⅡ法向质点振动速度总声压uΙuⅡ媒质Iρ1c1媒质Ⅱρ2c2PⅠ=Pi+PrPⅡ=Pt图：平面声波的反射和透射0X垂直入射声波的反射和透射43ρ1c1=ρ2c2，声波无反射，是全透射。ρ2c2ρ1c1，媒质Ⅱ比媒质Ⅰ“硬”些；若ρ2c2》ρ1c1，声波发生全反射。如，声波从空气中入射到墙的界面上。ρ1c1ρ2c2，媒质Ⅱ比媒质Ⅰ“软”些；若ρ1c1》ρ2c2，在媒质Ⅰ中，入射声压与反射声压在界面处大小相等、相位相反，总声压达到极小，近似等于零，而质点速度达到极大，在媒质Ⅱ中无透射声波。斜入射声波的反射和透射44边界条件：声压连续；质点法向振动速度连续，则有反射线与入射线在同一垂直平面内，且分别位于界面法线的两侧，入射角与反射角相等，即𝜽𝒊=𝜽r反射定律折射线与入射线在同一垂直平面内，入射角正弦与折射角正弦之比等于两种媒质中的声速之比，即sin𝜽𝒊sin𝜽𝒕=𝒄𝟏𝒄𝟐折射定律斜入射声波的反射和透射45分界面媒质Ⅱρ2c2Ρ2c2媒质Ⅰ反射声波Pr透射声波Ptθtθrθi入射声波Piρ1c1ρ2c2法线图：平面声波斜入射的反射和折射斜入射声波的反射和透射当C1C2，则𝜽𝒊𝜽t，即折射线靠向法线；当C1C2，则𝜽𝒊𝜽t，即折射线远离法线；可见，两种媒质声速不同，声波将发生折射。就是同一种媒质，因某种原因引起声速分布不同，也会发生折射。当C1C2，总有𝜽𝒊𝜽t，当𝜽𝒄=𝜽t=90º，即折射波沿界面传播，𝜽𝒄称为全反射临界角。当𝜽𝒄𝜽t,则𝜽t90º，无透射波，入射波全部反射回媒质Ⅰ。温度及风速对声传播的影响晴朗白天，气温随高度增高而下降，声速将随高度增加而降低，声线向上空弯曲，声源辐射的噪声在距离声源一定距离的地面上掠过，在较远处形成声影区；夜晚，气温随高度增加而升高，声速也随高度增高而增大，声波传播方向向地面弯曲。温度及风速对声传播的影响有风时，声速应叠加上风速，风速一般随高度增加而增大；顺风时，声速随高度增加而增大，声线向地面弯曲；逆风时，声线向上空弯曲，距声源一定距离处形成声影区。顺风噪声在传播中的衰减◆声波在实际媒质中传播时，由于扩散、吸收散射等原因，随离开声源的距离增加，声音逐渐减弱。491、扩散引起的衰减2、空气吸收引起的衰减3、其他原因引起的衰减◆扩散衰减：声源辐射噪声时，声波传播，波阵面随距离增加而增大，声强随之减弱的现象。◆声波的扩散衰减与声源的形状有关。501、扩散引起的衰减点声源辐射线声源辐射矩形面声源声波在空气中传播衰减的原因512、空气吸收引起的衰减（1）声能转变为热能（2）热弛豫声能耗散空气压缩和膨胀，温度相应升高和降低，产生温度梯度，以热传导方式发生热交换；空气中相邻质点运动速度不同而产生黏滞力。声波扰动，使空气分子的平动能、转动能和振动能三种能量平衡破坏，建立新的平衡，声能被耗散，此过程称为热弛豫过程。声波在空气中传播的衰减系数a522、空气吸收引起的衰减定义：空气中声波传播1m衰减的分贝数，dB/m意义：表示声波在空气中的衰减程度。表2-5：大气中噪声传播的衰减声压常数表2-5表明，空气对声波的吸收与空气的温度、湿度和声波的频率有关。表2-5：大气中噪声传播的衰减声压常数53543、其他原因引起的衰减植被种类、高度、位置、配置、林带宽等密切相关。树木越密、树叶越茂盛、声波频率越高，衰减越明显。阔叶或针叶树林对噪声的衰减量约1-5dB/10m。植被声波由空气投射到疏松地面大部分能量通过土壤孔隙传播并衰减。刚性表面，如水泥地面对声波的衰减较小。声波传播途径中遇到屏障和建筑物发生反射，噪声衰减。空气中的尘粒、雾、雨、雪对声波的散射引起声能衰减。下垫面屏障物绝大多数声源，既不是点声源，也不是面声源，声源向周围辐射的声能也不均等，有些地方强些，有些地方弱些，这种声源称为指向性声源。声源的指向性与频率有关，频率高，则指向性强。声源的指向性常用指向性因数和指向性指数来表示。55（四）声波的指向性