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,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,环境物理性污染控制工程,杜 诚,教材名称：,李连山杨建设 主编,环境物理性污染控制工程，华中科技大学出版社,参考书目：,洪宗辉主编.环境噪声控制工程.高等教育出版社；,李耀中主编.噪声控制技术.化学工业出版社；,马大遒主编.噪声与振动控制工程手册.机械工业出版社,教材和参考书目,2,3,4,噪声,放射性污染,电磁辐射污染,热污染,噪声污染,振动污染,一、环境物理学学科体系,环境声学,环境振动学,环境放射学,环境电磁学,环境热学,环境光学,11,环境物理学的产生与发展,20,世纪,50,年代物理性污染的日益严重,研究物理环境同人类相互作用的科学,属于环境科学的一个分支,13,环境物理学的学科体系,（一）环境声学（较为成熟的学科，关注较早，发展最快）,1962,年,中国马大猷教授等创建卦限消声室,1974,年 第八届国际声学会议正式使用了“环境声学术语”,1976,年,中国马大猷教授等研制成小孔消声器,（二）环境振动学：与声学密切相关,（三）环境电磁学,（四）环境放射学,（五）环境热学,（六）环境光学,二、物理环境,研究对象周围的环境,天然物理环境,人工物理环境,16,天然物理环境（原生物理环境）,风、雨、地震、海啸、火山爆发、台风、雷电、太阳黑子、耀斑、天然放射性元素的衰变、太阳光辐射、热辐射。,自然现象所产生的声、振动、电磁、光、热,。,人工物理环境（次生物理环境）,人类活动不同程度的干预天然物理环境生成的。（工业生产、取暖、光源、电磁设备、核电站）,17,三、污染物分类,污染物性质,化学性污染：水污染、大气污染,生物性污染：水污染、土壤污染,物理性污染：噪声、热、辐射、光,按污染物来源,自然污染：火山、地震,人为污染：。,18,19,四、什么是物理性污染,物理性污染是指物理性指标的强度超过人的,耐受限度。,环境中声、振动、电磁辐射、放射性、热、光等在特定时间和空间中的强度过高或过低，危害人体健康、生态环境、仪器设备造成的污染或异常现象。,五、物理性污染的特点,局部性,无残留性,但,其效应可积累,20,物理性污染的研究内容,1,、机理与规律,2,、评价与标准,3,、环境影响评价,4,、测试和监测,5,、污染控制基本方法与技术,21,1,、什么是物理环境,2,、人工物理环境是如何形成的,3,、环境物理学的分支学科有哪些,4,、什么是物理性污染,5,、物理性污染的特点,6,、环境物理性污染的主要研究内容,小节,第二章 噪声污染控制工程,第一节 噪声及其危害,一、噪声的研究背景,二战结束以来，随着工业交通的迅速发展，环境噪声日趋严重，,eg,：在我国大城市环境污染投诉中噪声占,60%70%,，已成为广泛的社会公害。,二、什么是噪声,说文,：“,扰,也”,玉篇,：“群呼烦,扰,也”,不需要的声音,超过人们生活和社会活动所允许的程度,二、噪声的定义,1,、物理学角度,无规则，非周期振动物体发出的声音,2,、医学角度,超过,60,分贝,的声音,3,、从心理学角度,人们不需要的声音,4,、从环境学角度,对周围环境造成不良影响的声音,26,分贝,极静,0,刚刚引起听觉,较吵,80,车辆行驶,10,落叶沙沙声,90,嘈杂马路,20,轻声耳语,很吵,100,拖拉机开动,30,卧室,110,电锯工作,安静,40,图书室,感到疼痛,120,球磨机工作,50,办公室,130,螺旋桨飞机,较静,60,一般说话,无法忍受,140,喷气式飞机,70,大声说话,150,火箭发射,分贝及相应代表性行为,三、噪声的特点,1,、感觉公害性,具有明显的主观心理性与生理,2,、能量性,3,、慢性危害,4,、波动性与难避性,5,、潜伏性,四、噪声的来源,1,、交通噪声,鸣笛,全国道路交通情况,2,、工业噪声,eg,：纺织厂,工业企业噪声卫生标准,工作环境噪声每增加,3dB,，工作时间就必须减少一半。（不得超过,115,）,90,分贝,8,小时,99,分贝,1,小时,3,、施工噪声,机械振动、摩擦、撞击,建筑施工机械噪声级,35,4,、生活噪声,家用电器噪声,城区环境噪声构成比例,五、噪声的危害,1,、损伤听力（,80dB,）,长期在强噪声环境下工作，会使内耳听觉组织受到损伤，造成耳聋；,慢性的噪声性耳聋,听力正常（听力损失在,15dB,以内,),；,接近正常（听力损失,15,25dB),；,轻度耳聋（听力损失,25,40dB),；,中度耳聋（听力损失,40,65dB),；,重度耳聋（听力损失,65dB,以上）。,国际标准化组织规定的听力损伤测定方法？,大量统计资料表明,听力损失又称聋度或听力级，是人耳在某一频率的听阈比正常听阈高出的分贝数。,由于年龄关系产生的听力损失称为,老年性耳聋,；,由于社会环境噪声产生称为,社会性耳聋,；,职业性噪声导致的听力损失称为,噪声性耳聋,。,(,平均听力损失超过,25dB),听力损失,听力阈级,耳朵可以察觉到的纯音的声压级（用以衡量听力损失的量）,噪声性迁移,由噪声引起的阈级提高,暂时性阈移（听力疲劳）：可以恢复,永久性阈移（噪声性耳聋）：不可恢复,听力阈级与噪声性迁移,噪声性耳聋的两个特点：累积性不可治愈性,爆震性耳聋,2,、干扰睡眠,40,dB,的连续噪声可使,10,的人睡眠受到影响,；,50,dB,的连续噪声可使,15,的人睡眠受到影响,70dB,的连续噪声可使,50,的人受到影响；,突然的噪声可以使人惊醒,40dB,的突发性噪声可使,10,的人惊醒，,60dB,可使,70,的人惊醒。,（周期性噪声）,长期暴露在强噪声环境下，会引起人体的紧张反应，使肾上腺素分泌增加，引起心率加快，血压升高；消化系统紊乱，引起消化不良，诱发胃肠粘膜溃疡；会引起疲劳、头晕及记忆力衰退，诱发神经衰弱症。,3,、对人体生理机能引起不良反应,46,47,当人们交谈距离为,1,米时，平均声级为,65dB,；,当环境噪声级高于语言声级,10dB,时，谈话声音会被环境噪声完全掩盖；,当噪声级超过,90dB,时，即使大喊大叫也难以进行正常交谈。,4,、干扰语言交谈和通讯联络,当噪声级超过,135dB,时，电子仪器的连接部位会出现错动，微调元件发生偏移，使仪器发生故障而失效；,当超过,150dB,时，仪器的元件可能失效或损坏,5,、特强噪声损坏仪器设备和建筑结构,51,52,53,小结,1,、噪声的定义,2,、噪声的危害有哪些,3,、听力阈级、听力损失、噪声性迁移,4,、噪声的特点,5,、噪声的来源,环境噪声学,研究内容,声学现象与规律,控制技术与测试技术,评价方法和标准,第二节 环境声学基础,一、声波的产生及描述方法,声源的振动,弹性媒介振动,声波,空气、固体、液体,1,、产生声音感觉的条件,空气,纵波,声波,固体、液体 纵波、横波,能量的传递,相邻质点间的动量,传递来完成，,而不是,由物质的迁移来传播能量的。,纵波：介质质点振动方向与声波传播方向一致；,横波：,介质质点振动方向垂直于声波传播方向。,地震的震动方式与其波动性质的关系！,2,、声波传播的物理过程,声音的产生和传播,声波：这种向前推进着的空气振动称为声波。,声场：有声波传播的空间叫声场。,声音传播的实质：,物体振动形式的传播,。,声波的特性,声波的波动性,与光波的比较,声波产生的条件,媒质惯性和弹性,真空中能否传播声波？,横波与纵波（固体有切变弹性）,声波通过相邻质点间动量传递来传播能量，而,不是物质的迁移,声学史话（声的波动性）,人虽然知道声在空气中传播，但声的本质是什么还是众说纷坛，有人说是波，有人说是粒子，这和光学中的波动说和粒子说的争论一样。,1687,年牛顿在他的“原理”一书中对声波作为弹性波推导了声速的公式。但经过测量，发现计算值和实验值有较大的误差。原来牛顿认为声波传播是个等温过程，没有考虑声波变化较快，是个绝热过程。,1816,年拉普拉斯修改了牛顿的公式，把,等温压缩系数,换为,绝热压缩系数,，消除了理论和实验的差别。,通过牛顿到拉普拉斯的工作，人们才最后确认声波是弹性波，奠定了经典声学的基础。,线性声波和非线性声波,线性声波,简谐振动（位移与弹力成正比,方向相反的振动），正（余）弦函数,前提条件：,质点振速,声速,质点位移,波长，密度增量,静态密度,非线性声波,不满足上面条件，比如正（余）弦波变成锯齿波,位移,：物体离开静止位置的距离称为位移，最大的位移叫振幅，,振幅,的大小决定了声音的大小。,相位,：某一时刻，某一质点的振动状态（包括质点振动的位移大小和运动方向,声波传播的物理过程,波长,=c/f,米 （,m,）,周期,T,秒 （,s,）,频率,f=1/T,赫兹 （,Hz,）,相位,t,时刻某一指点的震动状态,声速,c,米每秒（,m/s,）（振动时,f,相同，相位不一定相同）,（空气中,340 m/s,）,3,、描述声波的基本物理量,(1),声速：,振动在媒质中传播的速度。,媒质特性的函数，取决于该媒质的弹性和密度；,声速会随环境的温度有一些变化。,21.1,时声速近似值（,m/s,）,媒质,名称,空气,水,混凝土,玻璃,铁,铅,软木,硬木,声速,344,1372,3048,3653,5182,1219,3353,4267,二、声波的基本类型,平面声波,1,、声波 球面声波（波阵面的形状）,柱面声波,波阵面是指空间同一时刻相位相同的各点的轨迹曲线,在均匀的理想流体中的小振幅声波的波动方程为：,平面声波,平面声波,k,的意义,质点振动速度,c(,声速,),的意义,P,0,cos(,t,0,kx,0,)=P,0,(,t,0,+,t,),k(x,0,+,x,),这就要求,t,k,x=0,因为,k=,/c,，所以,：,c.,声阻抗率,声场中某位置的声压与该位置质点振动速率之比。,频率、圆频率、角频率,圆频率，别称角频率，是指即2秒内振动的次数。,频率、角频率和周期的关系为=2f=2/T。,圆周运动中的角速度与简谐振动中的角频率，虽然单位相同且都有=2/t的相同形式，但它们并不是同一个物理量。,在简谐振动中，角频率与振动物体间的速度 v 的关系为 。,在圆周运动中，角速度与线速度之间的关系为 。,圆频率虽然名字中有“频率”二字但其单位并不是“Hz”而是“rad/s”,。,声学史话（瑞利）,瑞利勋爵的姓是斯特鲁特,(18421919),，瑞利是他的封号，但我们声学界早已习惯了，提起他就说瑞利，包括瑞利盘、瑞利散射等等，反而把他的姓忘了。瑞利是集经典声学大成者，他的名著”声学理论”至今还有重大影响，声学上许多现象、原理和方法都是他发现和提出的。他多才多艺，不仅在声学上有突出贡献，对经典物理学的发展也有重大影响。,瑞利多才多艺除集经典声学大成之外，他在电学、光学等其他方面还有许多重大贡献。他于,1904,年获得诺贝尔奖,球面声波,声波的类型,类型,波阵面,声线,声源类型,平面声波,垂直于传播方向的平面,相互平行,的直线,平面声源,球面声波,以任何值为,半径的球面,由声源发出的半径线,点声源,柱面声波,同轴圆柱面,线声源发出的半径线,线声源,球面声波（点声源）,柱面声波（线声源）,2,、声线（声射线）,声线用来描绘声波的传播，是自声源发出的代表能量传播方向的直线。（与波阵面垂直）,声线：,常称为声射线，就是子声源发出的代表能量传播方向的直线，在各向同性的媒质中，声线就是,代表波的传播方向且处处与波阵面垂直的直线,。,平面声波声线立体图,球面声波声线立体图,柱面声波声线立体图,3,、声压、声能量、声强和声功率,声压,p,当有声波存在时，在媒质中产生的压强的增量。单位：,Pa,当声频为,1000Hz,时，人耳可听声压范围为,210,-5,Pa,称为听阈，,20Pa,称为痛阈。,有效声压,pe,：一段时间内声压的均方根值。,日常生活中声音的声压数据,声能量,由于声扰动，声波在媒质中传播，产生动能和形变的势能。,动能和势能,之和即为声能量。单位：,J,声场：空间中存在声波的区域。,声能密度,D,：声场中单位体积媒质所含有的声能量，单位：,J/m,3,。,声强,I,单位时间内，通过和声波射线垂直的单位面积内的声能量称为声强，单位：,W/m,2,。,声强与离开声源的距离有关,声功率,声源在单位时间内发射的总能量记为,W,，单位（,w,）,对于平面声波有：,声能密度,声强,声功率,基准声压,p,0,210,5,Pa,单位体积介质所含的声波能量，常采用一个周期由声能密度的平均值表示,声能量,单位时间单位面积的平均声能量,声强,单位时间内辐射的总声能量,声功率,4,、,声波的叠加,几个声源同时存在，在声场某点处的声压分别为,p,1,，,p,2,，,p,3,。,。,合成声压为：,p=p,1,+p,2,+.+p,n,=,pi,相干波和驻波,相干波,具有相同频率、相同振动方向和恒定相位差的声波,驻波,声压值,p,T,随空间不同位置有极大值和极小值分布的周期波为,驻波,，其声场称为,驻波场,，驻波的极大值和极小值分别称为,波腹和波节,干涉现象：波腹与波节不断加强的现象,如果，两个声波频率相同，振动方向相同，且存在恒定的相位差,式中,x,1,与,x,2,的坐标原点是由各列声波独自选定的，不一定是空间的同一位置。由叠加原理得：,P,T,声压幅值,2,f,角频率,相位,由三角函数关系知：,上述分析表明，对于两个频率相同振动方向相同，相位差恒定的声波，,合成声仍是一个同频率的声振动,。,它们之间相位差,与时间,t,无关，仅与空间位置有关,合成声波的声压幅值,P,T,在空间的分布随,变化。在空间某些位置振动始终加强，在另一些位置振动始终减弱，此现象称为,干涉现象,。这种具有相同频率、恒定相位差的声波称为,相干波,。,相干波和驻波,当,=0,2,，,4,时,P,T,为极大值，,P,Tmax,=P,01,+P,02,；,在另外一些位置，当,=,，,3,，,5,时，,P,T,为极小值，,P,T min,=,P,01,P,02,，这种声压值,P,T,随空间不同位置有极大值和极小值分布的声场，称为,驻波声场,。,驻波的极大值和极小值分别称为,波腹和波节,。当,P,01,与,P,02,相等时，,P,Tmax,=2 P,01,，,P,T min,=0,，驻波现象最明显。,两列波的频率相同，振动方向相同和具有恒定相位差的声波，合成声仍是同一频率的振动，在空间某一些位置的振动始终加强，在另一些位置的振动始终减弱，这种现象称为声波的,干涉现象,。,能产生干涉现象的声波称为,相干波,，产生干涉现象的声源称为,相干声源,。,声波的干涉现象,相干波和驻波能量的叠加,不相干声波能量的叠加,频率互不相同，,或者相互之间并不存在固定的相位差,或者是两者兼有，也就是说，这些声波是互不相干的。,这样，对于空间定点,不再是固定的常值，而是随时间作无规变化，叠加后的合成声场不会出现驻波现象。且由于,人耳及声学仪器是一段时间的平均,不能用瞬时值计算,5,、声音的频谱（补充）,（,1,）噪声分析的基本知识,人耳听到的声音有的低沉，有的尖锐主要是人耳对声源振动频率的主观感受。,人们在生活中听到的声音是不同,频率、强度,的,纯音,复合而成的。,次声,20000Hz,可听声可分为：低频声,300Hz,中频声,300,1000Hz,高频声,1000Hz,声音可按频率分为,（,2,）频程的概念,由于从低频到高频变化高达,1000,倍，一般不可能也没有必要对每一个频率逐一测量，为方便和实用，通常把声频的变化范围划分为若干个段落，称为频程（频段或频带）,f,1,，,f,2,任意频程的上限频率和下限频率,f,2,/f,1,2,n,n,频程倍数，,n,为正实数,频程有上、下限截止频率、带宽,带宽（频带宽度）,上、下限截止频率之差。,（,3,）频谱的概念,纯音：单一频率的声音称为纯音。具有单一音调的声觉。,自然界纯音很少见，只有个别仪器或乐器能发出纯音。,声源作简谐振动所产生的声波为简谐波，声压与时间的关系是正弦曲线，,复音：由一些频率不同的简单正弦式成分合成的声波。具有一个音调以上的声觉。,频谱：组成复音的声压与频率的关系图。,线谱（离散谱）,连续谱,复合谱,6,、声波的反射、透射、折射,（,1,）,当声波垂直入射时的反射系数和透射系数,分界面是相当薄的一层，在分界面两边的声压是连续相等的：,p,1,=p,2,两种媒质在各面密切接触，界面两边媒质质点的法向振动速度也应该连续相等，即,u,1,=u,2,在媒质,中的声压将在媒质,中沿,x,正方向传播的入射平面声波表示为,:,在媒质,中仅有透射声波，故,相应的质点振动速度,在,x=0,界面处。声压连续和质点振动速度连续，故有,:,（,2,）,当,声波垂直入射,时，声压的反射系数和透射系数可以表示为：,声压的反射系数的定义为反射声压幅值与入射声压幅值的比值,声压的透射系数为透射声压幅值与入射声压幅值的比值,。,声强的反射系数,和透射系数可以表示为：,r,I,+,I,=1,当,1,c,1,2,c,2,时，媒质,比媒质,“,硬”些。若,1,c,1,L,2,L,L,1,10lg,（,10,0.1L1,10,0.1L2,）,L,1,10lg 10,0.1L1,10,0.1L2,）,/10,0.1L1,10lg 1+10,0.1(L1,-,L2,),设噪声合成的附加值,L,10lg 1+10,0.1(L1,-,L2,),L,L,1,L L,可查表可知，当,L,1,-L,2,6dB,，,L1dB,两个声源中的一个噪声级超出另一个噪声级,6,8dB,，,则较弱的噪声可以忽略不计。,计算题,1,、强度为,80dB,的噪声，其相应的声压 为多少？,2,、声强为,10,6,W/m,2,时的声强级是多少？,3,、室内洗衣机工作时，测得噪声声压,p,0.02Pa,；电冰箱单独开动时声压级是,54dB,，试计算两者同时开动时的合成声压级。,4,、声压级分别为,70,、,76,、,77,、,80,、,83dB,，试计算合成声压级。,5,、声压级分别为,70,、,84,、,78,、,82,、,86,、,89dB,，试计算合成声压级。,噪声级的相减,总声压级,L,pT,，,背景噪声声压声压级,L,pB,，,真实噪声声压声压级,L,ps,L,pT,L,pB,+L,pS,L,ps,L,pT,L,pB,对于机器的声压级,L,ps,10lg,（,10,0.1,LpT,10,0.1,LpB,）,例,3,：两台机器工作时，在某点测得总声压级为,80d,，其中一台停止,工作，测得声压级,76dB,求停止工作的机器单独工作时的声压级,L,ps,10lg,（,10,0.1,LpT,10,0.1,LpB,）,10lg,（,10,8,10,7.6,）,77.8dB,噪声级相减是按照能量的相减进行的。,噪声级的相减与相加类似，实质都是声能的加和减。,例：室内有两个噪声源，同时工作时总声压级为,82dB,，当其中一个声源停止工作时，测得室内声压级为,81dB,，试求另一声源的声压级。,解：由于,82,81,1dB,，,则另一声源声压级,81,6,75dB,。,随距离的发散衰减,A,d,空气吸收的附加衰减,A,a,地面吸收的附加衰减,A,g,声屏障衰减,A,b,气象条件对声传播的影响,A,m,总衰减,A,A,d,+A,a,+,A,g,+,A,b,+,A,m,五、声波在传播中的衰减,1,、距离衰减,声源,点声源：当声源的尺寸远小于测点到声源的距离时，声波以球面波的形状较均匀地向各个方向辐射。,线声源：如一列较长的列车；公路上长的车队等。,面声源：如透过一个壁面向开阔空间传播。,对于自由空间,（球面波）,声强：,I,W/,（,4r,2,）；,声功率级：,L,W,L,P,+20lgr,11,对于半自由空间,（球面波）,声强：,I,W/,（,2r,2,）；,声功率级：,L,W,L,P,+20lgr,8,点声源的距离衰减,距离,r,1,与,r,2,之间的声级差为：,L,W,=L,P,(r,1,),20lgr,1,11,（,8,）,L,P,(r,2,),20lgr,2,11,（,8,）,即：,L,P,L,P,(r,1,),L,P,(r,2,),20lgr,2,/r,1,当,r,2,/r,1,2,，衰减,6dB,，即距离增加,1,倍，声压级衰减,6dB,。,点声源的距离衰减,面积,S,2rl,；声强：,I,W/,（,2rl,）；,声功率级：,LW,LP+10lg,（,2rl,）,1,）当,r/L1,时，距离加倍，声压级衰减,6dB,。,线声源的距离衰减,实例,实例,1,：距锅炉房,2,米处测得声压级为,80dB,，且锅炉房距离居民楼,16,米；距冷却塔,5,米处测得声压级为,80dB,，且冷却塔距离居民楼,20,米。求两设备噪声对居民楼造成共同影响？,解：,L,P,L,P,(r1),L,P,(r2),20lgr2/r1,锅炉房对居民楼的影响：,L1=80-20lg16/2=62dB;,冷却塔对居民楼的影响：,L2=80-20lg20/5=68dB;,共同影响：,L=68,1,69dB,作业：,在半自由声场空间中，离点源,2m,处测得声压级的平均值为,85dB,。,求：声功率级和声功率,距声源,10m,远处的声压级,实例,2,：,有一列,500,米火车正在运行。,（,1,）距铁路中心线,20,米处测得声压级为,90dB,，距铁路中心线,40,米处有一居民楼，试求该列火车噪声对居民楼的影响。,（,2,）若距铁路中心线,500,米处测得声压级为,75dB,，距铁路中心线,1000,米处有疗养院，试求该列火车噪声对疗养院的影响。,解：（,1,）,r/l,20,40/500 1,，,则火车对疗养院的影响：,L2=75-6=75-6=69dB,。,2,、空气吸收的衰减,声波在空气中传播时，因空气的粘滞性和热传导，在压缩和膨胀过程中，使一部分声能转化为热能而损耗，成为空气吸收。,衰减的大小与声源的频率、空气的湿度和温度有关。如在标准大气压下，,20,下，湿度为,50,时，声源频率为,250,、,500,、,1000,、,2000,、,4000Hz,的空气吸收引起的衰减分别为,0.12,、,0.28,、,0.5,、,1.04,、,2.65dB/100m,。,高频噪声比低频噪声衰减得快。,空气吸收的附加衰减,Aa,20,时,410,-6,f,频率；,d,传播距离；,相对湿度,3,、地面吸收的衰减,声波在传播过程中，会受到各种复杂的地面条件的影响。遇到树木（草地、灌木）会引起衰减，衰减的大小与树木的种类、树叶的繁茂程度和树木的高度有关。,一般来说，短距离（,30,50,米）衰减可忽略，,70,米以上应考虑。,对于较茂密的树林，每,10,米衰减,2,3dB,；每,100,米，衰减,20,30dB,。,对于厚的草地或穿过灌木丛，频率为,1000Hz,的衰减可高达,25dB/100m,。,在厚草地或穿过灌木丛传播时衰减,A,g,（,0.18lgf-0.31,）,d,穿过树木或森林的声衰减,A,g,0.01 f,1/3,d,4,、声屏障衰减,A,b,声屏障的作用：,阻挡直达声的传播,隔绝透射声,声屏障衰减与声源及接受点相对屏障的位置、屏障的高度及结构，以及声波的频率密切相关。,4,、声屏障衰减,A,b,雨、雪、雾等对声波的衰减量大约每,1000,米不到,0.5dB,，因此可以忽略，风和温度梯度对声波的传播影响很大。,5,、气象条件对声传播的影响,A,m,风速梯度和温度梯度使地面声速分布发生变化，使声波发生折射，当声波发生向上偏的折射时出现“声影区”,声影区：因折射而传播不到直达声的区域。,小结,1,、产生声音感觉的条件,2,、纵波、横波,3,、声波的基本类型,4,、相干波和驻波,5,、波阵面,6,、声线,7,、分贝的定义,小结,8,、频程,9,、频谱,10,、声影区,11,、基础量和级的换算,12,、级的叠加、级的相减,13,、声波在传播中的衰减（包括计算）,第三节 噪声的评价和标准,噪声对人的危害和影响是多方面的，噪声变化特性的差异及人们对噪声主观反应的复杂性，使得对噪声的评价较为复杂。,噪声评价目的：有效的提出适合于人们对噪声反应的主观评价量。,一、噪声的评价量,不同频率的声音对人的影响不同；,不同时间出现的噪声对人的影响不同；,同样的声音对不同心理和生理特征的人群反应不同；,1,、噪声评价量的建立原则,2,、纯音的响度级、等响曲线、响度,当某一频率的纯音和,1000Hz,的纯音听起来同样响时，这时,1000Hz,的纯音的声压级就定义为该待定声音的响度级。响度级的符号为,L,N,，单位为方（,phon,）,.,响度,与主观感觉的轻响程度成正比的参量称之为响度，符号,N,，单位宋（,sone,），响度是正常听者判断的一个声音，是响度级为,40phone,的倍数，响度级为,40phone,的声音响度为,1sone,。,响度级与响度的关系,响度级每增加,10phone,，,响度增加一倍,响度与响度级的关系,LN=40+10log2N,N=2,0.1,（,LN-40,）,等响曲线,:,对各个频率的声音作这样的试听比较，得出达到同样响度级时频率与声压级的关系曲线，通常称为等响曲线,3,、响度指数与斯蒂文斯响度,S=Sm+F,（,SiSm,）,例：根据倍频带的声压级求响度及响度级,中心频率,63,125,250,500,1000,2000,4000,8000,声压级,76,81,78,71,75,76,81,59,响度,5,10,10,8,12,15,25,8,4,、计权声级和计权网络,等响曲线,声压级相同的声音会因为频率的不同产生不一样的主观感觉。,为了使声音的客观量度和人耳的听觉主官感受近似取得一致，通常对不同频率声音的声压级经某一特定的加权修正后，再叠加计算可得到噪声的总声压级，此声压级称为计权声级。,计权网络是近似人耳对纯音的响度级频率特性而设计的,A,计权网络相当于,40phone,等响曲线的倒置,B70phone,C100phone,D,常用于航空噪声的测量,A,声级,人耳能听到的最小的声音与频率有关，频率低，人耳的灵敏度差；频率高，人耳灵敏度好。一台机器发出的噪声，含有从低到高频声，其噪声一进人耳就失真了，或被滤去了一部分低频成分，也可以说被人耳计权了。,人耳无法测定声音的频率成分和相应的强度，只能利用测量仪器,声级计来测定，在声级计中安装滤波器使它对频率的判别与人耳相似，这个滤波器称为,A,计权网络，该声级计称为,A,声级计。,当声音信号进入,A,网络，中、低频声音按比例衰减通过，,1000Hz,声音无衰减通过。通过,A,声级计测定的声压级称为,A,声级，记做,dBA,或,dB,（,A,）。,A,、,B,和,C,计权声级的主要差别在于对低频成分的衰减程度，,A,衰减最多，,B,其次，,C,最少。,A,计权的频率与人耳对宽频带的声音的灵敏度相当表征人耳主观听觉较好，被普遍应用。,5,、等效连续声级,(L,eq,),A,计权声级能较好评价连续稳态 噪声，但对一个起伏的或不连续的噪声，,A,计权声级就不合适了。,用噪声能量按时间平均方法来评价噪声对人影响，即等效连续声级，符号,“,L,eq,”,。它是用一个相同时间内声能与之相等的连续稳定的,A,声级来表示该段时间内噪 声的大小。,数学表达式：,如果测量是在同样的采样时间间隔，则表达式变为,：,N,测试数据个数,把一个工作日（,8h,）的,A,声级从小到大排列，略去,78dB,以下的声级，第一段规定用中心声级,80dB,代替，,78-82,，其余各段依次类推，相邻段中心声级相差,5dB,，段数与相应中心声级的暴露时间见下表,工业噪声中，计算等效连续,A,声级方法：,段数,n,1,2,3,4,5,6,中心声级,80,85,90,95,100,105,暴露时间,t,1,t,2,t,3,t,4,t,5,t,6,例：某工人一天工作,8h,，受噪声影响状况如下：每小时,4,次噪声达,102dB,，每次持续,6min,，,1,次达,106dB,持续,1min,，其余时间仅受背景噪声,79dB,影响，求该工人一天接触噪声的等效声级？,6,、昼夜等效声级,L,dn,注：昼间为,07:00,22:00,，共,16,小时；夜间为,22:00,7:00,，共,8,小时，考虑夜间噪声对人们的影响更大，对夜间的噪声,A,声级加,10dB,进行修正。,7,、累计百分数声级,L,n,连续等效声级反映了噪声对人体的影响，但是未能反映噪声的起伏程度；因而采用累计百分数声级来评价噪声。,累计百分数声级一般只用于有较好正态分布的噪声评价,累计百分数声级,L,n,表示在测量时间内高于,L,n,声级所占的时间为,n,。例如,L,10,70dB,，表示声级高于,70dB,的时间占,10,，其余,90,的时间内噪声级均低于,70dB,。,L,90,表示本底噪声，,L,50,表示中值噪声级，,L,10,表示噪声峰值。,对于统计特性符合正态分布的噪声，其累计百分数声级与等效连续,A,声级之间有近似关系,8,、噪度和感觉噪声级,与人们主观判断噪声的“吵闹”程度成比例的数值量称为噪度，用,Na,表示，单位呐（,noy,）,在中心频率为,1KHZ,的倍频带上，声压级为,40dB,的噪声的噪度为,1noy,。,将噪度转换成分贝指标，称为感觉噪声级，用,LpN,表示，单位,dB,当感觉噪度值每增加,1,倍，感觉噪声级增加,10dB,LpN=40+10log2Na LpN=LA+13,9,、计权等效连续感觉噪声级,L,wecp,N,航空噪声评价中,，对在一段检测时间内飞行事件的噪声评价采用计权等效连续感觉噪声级，考虑一段监测时间内通过以固定点的飞行引起的总噪声级，同时也考虑不同时间内飞行所造成的不同社会影响。,10,、交通噪声指数,TNI=4,（,L,10,L,90,）,+L,90,30,第一项“噪声气候”的范围，表明噪声的起伏变化程度。,本底噪声状况,调节量,繁忙干线：,L,90,=70dB,，,L,10,=84dB,，,TNI=96dB,车流量较少干线：,L,90,=55dB,，,L,10,=84dB,，,TNI=141dB,TNI=4,（,L,10,L,90,）,+L,90,30,繁忙干线：,L90=70dB,，,L10=84dB,，,TNI=96dB,车流量较少干线：,L90=55dB,，,L10=84dB,，,TNI=141dB,TNI,与噪声的起伏变化有很大的关系，适用于机动车噪声,对周围环境干扰的评价，限于车流量较多及附近无固定,声源的环境,11,、噪声污染级,评价噪声对人的烦恼程度,用标准偏差来反映噪声的涨落，标准程度越大，离散程度越大，即噪声起伏越大。用,LNp,来表示，数值上等于连续等效声级与标准偏差之和。,第一项累积各个噪声分量，取决于噪声能量，第二项取决于噪声事件的持续时间，噪声起伏大小，第二项值大，对噪声污染级的影响也大，更能引起人们的烦恼，对于随机分布的噪声,L,NP,=Leq+,（,L,10,L,90,）,L,NP,=L,50,+,（,L,10,L,90,）,+1/60(L,10,L,90,),2,13,、噪声掩蔽,由于噪声的存在，降低了人耳对另外一种声音听觉的灵敏度，使听阈发生迁移的现象。,听阈提高的分贝数称为掩蔽值。,eg,：,1000HZ,的纯音,3dB,听到，,70dB,环境中，,84dB,听到，掩蔽值,81dB,。,听力损失又称聋度或听力级，是人耳在某一频率的听阈比正常听阈高出的分贝数。,12,、语言清晰度指数和语言干扰级,语言清晰度指数（,AI,）是一个正常的语言信号能为听者听懂的百分数,语言干扰级,SIL,是对语言清晰度指数,AI,的简化代用量,6004800HZ6,个倍频带声压级的算术平均值,更佳语言干扰级,PSIL500,1000,2000HZ,三个倍频带的算术平均值,PSIL=SIL+3,二、环境噪声评价标准和法规,中华人民共和国环境噪声污染防治法,产品噪声标准：机电产品（家电、办公、车辆）,噪声排放标准,：,1.,工业企业厂界噪声标准,2.,建筑施工场界噪声标准,3.,铁路及机场周围环境噪声标准,环境质量标准：工业企业噪声卫生标准，室内环境噪声允许标准，城市区域环境噪声标准,1,、我国环境噪声允许范围,人的活动,最高值,理想值,体力劳动,90,70,脑力劳动,60,40,睡眠,50,30,2,、听力保护标准,工业企业噪声卫生标准,噪声级,分贝（,A,）,工作时间（小时）,现有企业,新建、改建、扩建企业,90,85,8,93,88,4,96,91,2,99,94,1,不得超过,115,工作环境噪声每增加,3dB,，工作时间就必须减少一半。,噪声暴露率,D,为：,实际暴露的小时数,T,实,除以允许暴露的小时数,T,。,即：,D,T,实,/T,，如,D1,，则现场工作人员接受的噪声超过标准。,实例,1,：某现有企业某车间有一台机床，运转时,A,声级为,111dB,，试问工人在该噪声环境下，每日累积最长工作时间为多少？,解：根据工业企业噪声卫生标准，,99dB,时为,1,小时，声级每升高,3dB,，工作时间缩短一半，则：,111,99,12dB,，,12/3,4,，即工作时间为,1/2,4,1/16,小时,4,分钟。,实例,2,：某工人在车床厂工作，,4,小时定额生产,140,个零件，每个零件加工,2,分钟，车床 工作时声级为,93dB(A),。试计算噪声剂量,(D),，并以现有企业标准评价是否超过安全标准。,实例,3,：某车间工作人员在一个工作日内噪声暴露的累计时间分别为,90dB4,小时，,75dB2,小时，,100dB2,小时，试计算噪声剂量,(D),，并以现有企业标准评价是否超过安全标准。,解：完成定额工作量所需时间：,T,实,1402,280,分钟,噪声剂量,D,280/,（,460,）,1.17 1,，超标。,解：噪声剂量,D,4/8+2/1,2.5 1,，超标。,3,、各类厂界噪声标准值,类别,昼间,夜间,1,（居住、文教）,55,45,2,（商业中心）,60,50,3,（工业）,65,55,4,（交通干线）,70,55,小结,响度级、等响曲线、响度,斯蒂文斯响度（计算）,计权声级和计权网络,等效连续声级,(Leq),工业噪声中，计算等效连续,A,声级方法,昼夜等效声级,Ldn,小结,累计百分数声级,Ln,噪度和感觉噪声级,交通噪声指数,TNI,噪声污染级,噪声掩蔽,语言清晰度指数和语言干扰级,噪声暴露率,D(,计算,),第四节 噪声测试和监测,一、测量仪器,1,、声级计：噪声测量中最常用的基本声学仪器，一种可测量声压级的便携式仪器。,国际电工委员会将声级计分为,0,、,1,、,2,、,3,四种等级，环境中主要使用,1,型（精密级）和,2,型（普通级）。,类型,精密级,普通级,0,1,2,3,精度,0.4dB,0.7dB,1.0dB,1.5dB,用途,实验室,声学研究,现场测试,监测、普查,声级计一般由传声器、放大器、衰减器、计权网络、检波器和指示器组成。,传声器：将声压转换成电压的声电转换器。,（声级计中大多选用空气电容传声器和驻极体电容传声器）,放大器：一般采用两级放大器，即输入放大器和输出放大器，其作用是将微弱的电信号放大。,衰减器：声级计的量程范围较大一般为,25dB130dB,，将强信号给予衰减。,输入衰减器和输出衰减器是用来改变输入信号的衰减量和输出信号衰减量的，以便使表头指针指在适当的位置。输入放大器使用的哀减器调节范围为测量低端，输出放大器使用的衰减器调节范围为测量高端。许多声级计的高低端以,70dB,为界限。,滤波器：包括,A,、,B,、,C,、计权网络滤波器,在声级计模拟人耳的听觉特性，把电信号修正为与听感近似值的网络，通过计权网络测得的声压级，不是客观物理量的声压级，而是经过听感修正的声压级。,检波器作用是把迅速变化的电压信号转变成变化较慢的直流电压信号。,声级计的主要附件：,防风罩,:,防止