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1、第一章 绪论,第一节 物理环境与环境物理学,一、什么是环境？,环境是以人类为主体的外部世界，即人类赖以生存和发展的物质条件的综合体。,环境,自然环境,社会环境,物理环境,大气环境,水环境,土壤环境,二、物理环境,物质能量交换和转化的过程构成了物理环境。,物理环境,天然物理环境,人工物理环境,天 然 物 理 环 境,自然 声 环 境,振 动 环 境,电 磁 环 境,放 射 性 辐 射 环 境,光 环 境,热 环 境,人 工 物 理 环 境,声 环 境,振 动 环 境,电 磁 环 境,放 射 性 辐 射 环 境,光 环 境,热 环 境,三、环境物理学的产生、发展、学科体系及研究特点,1、环境物理学
2、,环境物理学是研究物理环境同人类的相互作用的科学。,2、环境物理学的产生和发展,3、环境物理学的学科体系,环境物理学,环境声学,环境振动学,环境电磁学,环境放射学,环境热学,环境光学,环境空气动力学,4、环境物理学的研究特点,不仅研究污染控制，而且研究适宜人类活动的各种物理条件；,注重物理现象的定量研究。,第二节 物理性污染及其研究内容,一、物理性污染及其特点,1、物理性污染,物理运动的强度超过人的耐受限度因而形成物理性污染。,2、物理性污染的特点,一般是局部性的；,无后效性。,二、物理性污染的研究内容,主要包括物理性污染机理及规律、物理性污染评价方法和标准、物理性污染测试和监测、物理性污染的
3、环境影响评价、物理性污染控制的基本方法和技术。,其重点是环境噪声污染、环境振动破坏、电磁辐射污染控制工程基础理论和技术对策。,第二章 噪声污染及其控制,第一节 概述,一、噪声的定义,可听声的频率范围：20-20000Hz,20500Hz,低频声,5002000Hz,中频声,200020KHz,高频声,1、从物理学角度,无规则、非周期振动物体发出的声音。,2、从医学角度,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,人们不需要的,并对周围环境造成不良影响的声音。,二、噪声的来源,来源,工业生产,交通运输,建筑施工,社会生活,三、噪声的分类,产生源,交通噪声,工业噪
4、声,建筑施工噪声,社会生活噪声,产生机理,机械噪声,气流噪声(空气动力性噪声),电磁噪声,四、噪声的危害,生 理,心 理,仪器设备和建筑,1 损伤听力 受损严重导致耳聋。,2 干扰睡眠,3 引发各种病症 作用于中枢系统，出现头疼、疲劳、失眠、记忆力衰退等症状。使人易患胃功能紊乱症。使人交感神经不正常、引起心室组织缺氧，导致冠心病、动脉硬化和高血压等。,4 影响胎儿发育和儿童智力 家庭室内噪声是造成儿童聋哑的主要原因。噪声使儿童智力发展缓慢。,据调查，在法国每四个精神病者中有3人是噪音引起的。在巴黎和东京的自杀事件中有35%是由噪音引起的。有35%的犯罪狂与噪音有牵连。,1 使电子仪器连接部位出
5、现错动、引线抖动、元件偏移。,2 使周围建筑物受损。,噪声公害事件,1、1959年美国飞机噪声实验。,2、1960年11月，日本广岛市一男子因不堪忍受工厂噪声折磨刺杀工厂主。1961年7月，日本东京青年因不堪忍受客货车的噪声自杀身亡。,3、1981年，美国的现代派露天音乐会。,五、噪声污染及其特点,1、噪声污染,被测试环境的噪声级超过国家或地方规定的噪声标准限值，并影响人们正常生活、工作或学习的声音造成噪声污染。,2、噪声污染的特点,噪声污染是一种物理性污染，具有局部性和无后效性。,声源,传播途径,受体,抑制噪声源,控制传播途径,保护受体,六、噪声控制,1、噪声控制的途径,噪声控制技术手段一：
6、,在声源处抑制噪声,选用内阻尼大、内磨擦大的低噪声材料,改进机器设备的结构、提高加工精度和装配精度,改善或更换动力传递系统、革新工作机构,改革生产工艺和操作方法,噪声控制技术手段二：,在声传播途径中的控制,闹静分开,利用地形、绿化降噪,利用声学控制手段降噪（吸声、隔声、消声）,噪声控制技术手段三：,受体的保护措施,耳塞,耳罩、头盔,隔声岗亭,2、噪声控制的程序,噪声源测量和分析,降噪量确定,制定控制方案,评价是否达标,工程评价,确定受影响区域噪声的允许标准,第二节 声学基础,一、声波的形成,1、声源,凡能产生声音的振动物体统称为声源。,声源的振动带动介质的质点在其平衡位置附近进行往复运动。,2
7、、声波的形成,声源的振动引起声源周围弹性媒质（空气分子、水分子、固体分子）的振动，使声源产生的振动以声波形式传播。,波形成的两要素：声源和弹性媒质。,传播媒质,空气,液体,固体,本章研究对象,纵波,纵波、横波皆可能,二、描述声波的基本物理量,2、声压（p）,p=(P-P0),P0 空气在平衡状态下的大气压强（静态压强）,表示与静态压强的差（即压强的起伏变化量），单位Pa。,1、声波四要素,周期：T，单位 s;,波长：，单位m;,频率：f，单位Hz（1Hz=1s-1);,声速：c，单位m/s.,（与媒质、温度有关，在空气中c=340m/s）,三、声音的频谱,频程数n,1、频程,频程,把宽广的频率
8、变化范围划分为若干小区间，称这些小区间为频程（或频带）。,f1、f2为任一频程的下限频率和上限频率,当n=1/3,称为1/3倍频程，n=1称倍频程。各频程的中心频值:,n=1,带宽(),n=1/3,倍频程和1/3频程,频 率（Hz）,倍频程,1/3频程,下限频率,中心频率,上限频率,下限频率,中心频率,上限频率,11,16,22,22,31.5,44,44,63,88,88,125,177,177,250,355,355,500,710,14.1,16,17.8,17.8,20,22.4,22.4,25,28.2,28.2,31.5,35.5,35.5,40,44.7,44.7,50,56.2
9、,频谱图形大致分为三种：,2、频谱及频谱分析,声音的频谱：,组成声音的各种频率的分布图形。,a、线状谱,Lp,f,某些乐器发出的声音,b、连续谱,Lp,f,大部分噪声都属于连续谱,c、复合谱,Lp,有调噪声,f,四、声波的波动方程,声振动作为宏观物理现象，必须满足三个基本的物理定律：牛顿第二定律、质量守恒定律以及温度、体积等状态参数的状态方程。,或记作,拉普拉斯算符,牛顿第二定律导出声波的运动方程：,由质量守恒定律导出声波的连续性方程：,由PV=nRT导出声波的状态方程：,综合上述三方程得出声波的波动方程：,声波的波动方程,表明：,声压p是空间（x、y、z）和时间t的函数，记作p(x、y、z、
10、t)，描述声波在不同方位和时刻的声压变化规律。,五、声波的基本类型,根据声波传播时波阵面的形状不同将声波分为平面声波、球面声波和柱面声波。,波阵面：空间同一时刻相位相同的各点的轨迹曲线。,1、平面声波,定义：波阵面与传播方向（声线）垂直的声波。,典型平面声波：活塞在直管中的运动所辐射的声波。,波阵面,声线,2、球面声波,定义：波阵面为同心球面的声波。,典型球面声波：点声源在均匀媒质中辐射的声波。,声线,波阵面,3、柱面声波,定义：波阵面为同轴圆柱面的声波（其声源一般视为线声源）。,波阵面,声线,即：p(x,t),波阵面,声线,正向传播,负向传播,（1）平面声波的波动方程,六、平面声波,（2）瞬
11、时声压和有效声压,瞬时声压,p=(P-P0),P0 空气在平衡状态下的大气压强（静态压强）,表示与静态压强的差（即压强的起伏变化量），单位Pa。,瞬时声压的函数：,正向传播,负向传播,有效声压（）,（3）质点振动速度和声阻抗率,质点振动速度,正向传播：,负向传播：,声阻抗率（Zs),定义：在声场中某位置的声压与该位置质点振动速率之比。,即：,说明：对平面声波，声阻抗率,只与 和c有关，而与f、等无关。所以称 为媒质具有的特性阻抗，单位：Pas/m。,声阻抗率是媒质的特性而非声波的特性。,平面声波特点：振辐恒定，媒质具有特性阻抗。,（4）声能量、声能密度、声强和声功率,声能量,媒质受力后产生振动
12、和形变具有的声能量。（等于动能和弹性势能（位能）之和）,(单位：J),声能密度 D,声场中单位体积媒质所含有的声能量称为声能密度。,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能量称为声强。,(单位：J/m3),(单位：W/m2),声功率W,声源在单位时间内辐射的声能量。,注意：声功率仅仅是声源功率中以声波形式辐射出的一小部分功率。,S,S,0,x1,x2,媒质体积：V，垂直于x轴方向截面积：S。厚度x=x2-x1，声波从x1到x2经过时间t。,波阵面面积,有效声压值,媒质密度,七、球面声波,在三维空间中只需取某点到声源的距离，即同心球的半径r为参数。,其波动方程为：,对球面声波
13、有：,(A为声源辐射声波能力的常数),球面声波特点：振辐不是一个常数，而与声波的传播距 离成反比，即随r的增加而减少。,声线,波阵面,八、声音的声压级、声强级、声功率级,为何要引入级的概念？,人耳的听觉范围：20Hz20000Hz，用声压或声强的绝对值来衡量声音的强弱非常不方便，因此采用对数标度的方法。,1、分贝,级：用对数标注时，确定基准量后对被量度量与基准量的比值求对数，求出的对数值称为被量度量的级。,贝尔：如果所取对数是以10为底，则级的单位为贝尔（B）。,分贝：将1贝尔分为10档，每一档的单位称为分贝（dB）。,1、分贝,级：用对数标注时，确定基准量后对被量度量与基准量的比值求对数，求
14、出的对数值称为被量度量的级。,贝尔：如果所取对数是以10为底，则级的单位为贝尔（B）。,分贝：将1贝尔分为10档，每一档的单位称为分贝（dB）。,2、声压级、声强级和声功率级,（1）声压级（Lp）,定义式：,有效声压值,基准声压,正常人耳的听阀,（2）声强级（LI）,定义式：,被量度的声强,基准声强,若Lp0.5dB，可近似认为LpLI。,（3）声功率级（LW）,定义式：,被量度的声功率,基准声功率,球面波：LW=LI+20lgr+11,半球面波：LW=LI+20lgr+8,声压级：,声强级：,声功率级：,若Lp0.5dB：,球面波：LW=LI+20lgr+11,半球面波：LW=LI+20lg
15、r+8,九、级的计算,1、级的相加,利用图表进行分贝相加的运算：,1、把要相加的分贝值从大到小排列，按大到小的顺序计算；,2、用第一个分贝值减第二个分贝值；,3、由 查图得；按 计算出第1、2个分贝值之和；,4、用第1、2个分贝相加值与第3个分贝值相加，依次加下去直到两分贝之差大于10dB，可停止相加。此时得到的分贝和即为所求。,2、级的相减,声场中的总声压级为LpT，背景噪声的声压级为LpB，真实噪声声压级为LpS。,由声的相加可得出：,扣除背景噪声后的真实噪声级为：,十、声波的传播特性,1、声波的叠加,在相遇的区域内，任意一点的振动为各列波单独存在 时在该点所引起的振动位移的矢量和。,几列
16、波相遇之后，仍然保持他们各自原有的特性（频率、波长、振幅、振动方向等），并按照原来的方向继续前进，好象没有遇到其他波一样。,声波的叠加原理：,多列声波合成声场的瞬时声压等于每列波瞬时声压之和。,（1）相干波和驻波,为简化问题，首先讨论频率相同、振动方向相同且存在固定相位差的两列波的合成：设声场中某点至两声源的距离为x1、x2，两列波的瞬时声压为：,S,1,2,x1,x2,x2,S,1,2,x1,对空间中任一固定点，因其x1、x2为固定值，也为一定值。,具有相同频率、相同振动方向和恒定相位差的声波称为相干波。,相干波:,干涉现象:,两列相干波合成后在空间某些地方的振动始终加强，而在另一些地方的振
17、动始终减弱的现象。,干 涉 现 象,两列相干波在同一直线上沿相反方向进行时，当其相遇叠加形成的合成波。,驻波:,驻波现象最明显：,当 PAmax称波腹,PAmin称波节,1,2,两列相干波合成后的总声场的声能密度：,或者是频率不同，或者是振动方向不同，或者是不具有恒定相位差的声波都 称为不相干波。,以两列具有相同频率，但无恒定相位差的声波为例，讨论合成声场的声能密度：,虽无恒定相位差，但仍可由叠加原理推出：,不相干波:,若对 取足够长时间的平均值，有：,由此说明，频率相同，无规则变化的声波叠加后的平均声能密度等于每列波平均声能密度之和，这两列波不发生干涉。,由两列波推广到多列波：,用声压表示：
18、,注意：要求某一时刻声压的瞬时值，还应由 来进行计算,2、声波的反射、透射和折射,声波具有同光波相似的特性，本节只讨论平面声波的传播情况。在分析时，用声线代表声波的传播方向。,（1）垂直入射声波的反射和透射,0,x,媒质和媒质的特性阻抗Zs分别为,和,在求解时，已知其中一声波即可求得另外两声波。,(1),(2),引入两个系数：声压的反射系数rP 和透射系数P,进而推广到声强：声强的反射系数rI 和 透射系数I,符合能量守恒,（2）斜入射声波的反射和透射,0,Snell反射定律：反射线在入射面内，且与入射线位于界面法线两边，入射角与反射角相等。即：,Snell折射定律：折射线在入射面内，且入射角
19、正弦与折射角正弦之比等于媒质声速与媒质声速之比：,0,t随 i的增加而增加，当i增至某一角度c 时,t增至90（折射波沿界面传播），称c为全反射临界角。,当ic 时，声波不能进入媒质（即无折射波），入射波全部反射回媒质。,声压的反射系数 rP 和透射系数P:,3、温度及风速对声传播的影响,（1）温度对声传播的影响,夜晚,大气温度随高度 增高而升高,声速随高度 增高而增大,声波传播方向 向地面弯曲,白天,大气温度随高度 增高而下降,声速随高度 增高而降低,声波传播方向 向上空弯曲,形成声影区,（2）风速对声传播的影响,风速一般随高度增高而增大,顺风,声速随高度的增加而增大,形成声影区,声线向地面
20、弯曲,逆风,声速随高度的增加而减小,声线向上空弯曲,3、噪声在传播中的衰减,噪声衰减的原因：扩散（发散）、空气吸收、地面吸收、屏障、气象条件。噪声总的衰减：A=Ad+Aa+Ag+Ab+Am,（1）扩散引起的衰减,点声源,线声源,矩形面声源,视情况选择计算式。,a,b,D,（2）地面吸收的附加衰减,近似计算公式：,草地或灌木丛：,树木或森林：,f,频率,d,传播距离,第三节 噪声的评价和标准,一、噪声的评价量和评价方法,1、响度、等响曲线和响度级,（1）响度级,如果某一频率的纯音和1000Hz的纯音听起来一样响时，1000Hz纯音所对应的声压级就是该待定声音的响度级。用LN表示，单位：方（pho
21、n)。,例：一纯音：Lp=95dB，f=30Hz，听起来和Lp=70dB，f=1000Hz的一样响，则该纯音的响度级LN=方。,70,（2）等响曲线,同样响度级时，频率和声压级的关系曲线。,（3）响度,用来描述声音大小的主观感觉量。用N 表示，单位为宋（sone)。,规定响度级为40方时响度为1宋。,经验得出，响度级每增加10方，响度增加一倍：,（4）斯蒂文斯响度的计算,频带宽度,倍频带,1/2倍频带,1/3倍频带,修正因子F,0.30,0.20,0.15,复合噪声响度计算：,宽频带噪声中，不同频率噪声之间会产生掩蔽效应。因此需考虑计权因素：响度指数最大的频带贡献最大，其他频带对总响度的贡献应
22、乘上一个小于1的修正因子。此修正因子和频带宽度的关系为：,2、A声级和等效连续A声级,（1）A声级（A计权声级）,计权声级：人耳对高频声的敏感度高于低频声，为使声音的客观量度和人的听觉主观感受取得一致，对不同频率声音的声压级经某一特定的加权修正后，再叠加计算得出的总声压级称为计权声级。,计权网络：为模拟人耳的听觉特性，在测量仪器中，安装一套滤波器（亦称计权网络），对不同频率的声音进行一定的衰减和放大。一般设有A、B、C、D四套计权网络。A、B、C计权网络分别模拟人耳对40方、70方和100方纯音的响应。D计权网络常用于航空噪声的测量。,用A、B、C计权网络测得的分贝数称为A声级、B声级和C声级
23、，单位分别记为dB(A)、dB(B)和dB(C)。目前应用较多的是A计权声级。,（2）等效连续A声级,等效连续A声级又称等能量A计权声级，它等效于在相同时间间隔T内与不稳定噪声能量相等的连续稳定噪声的A声级，记作LAeq或Leq。,在同样的采样时间间隔下，测得一系列A声级数据，则测量时段内的等效连续A声级可通过下式计算：,（3）昼夜等效声级,同样的噪声在白天和夜间对人的影响不同，因此引入昼夜等效声级。,累计百分数声级也适用于非稳态噪声，并且还能反应出噪声随机起伏程度。,（4）统计声级（累计百分声级）,累计百分数声级Lx表示在测量时间内高于Lx声级所占的时间为x%。,如：L10=70dB，表示噪
24、声级高于70dB的时间占10%，其余90%的时间内噪声级均低于70dB.,通常认为：L90相当于本底噪声级，L50相当于中值噪声级，L10相当于峰值噪声级。,噪声控制的程序,噪声源测量和分析,降噪量确定,制定控制方案,评价是否达标,工程评价,确定受影响区域噪声的允许标准,二、环境噪声标准,（机电）产品噪声标准,工业企业厂界噪声标准,标准,噪声排放标准,环境质量标准,建筑施工场界噪声限值,铁路及机场周围噪声标准,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,工业企业厂界噪声标准（GB12348-90）,各类厂界噪声标准值（等效声级LAeq）,类标准适用于以居住、文教机关为主的
25、区域。类标准适用于居住、商业、工业混杂区及商业中心区。类标准适用于工业区。类标准适用于交通干线道路两侧区域。各类标准适用范围由地方人民政府划定,工业企业噪声卫生标准,车间内部允许噪声级（A计权声级）,每个工作日噪声暴露时间/h,允许噪声级/dB,最高噪声级/dB,8,4,2,1,1/2,1/4,1/8,90,93,96,102,105,108,111,1/16,99,115,城市区域环境噪声标准（GB3096-93）,城市各类区域环境噪声最高限值（等效声级LAeq）,0类标准适用于疗养区、高级别墅区、高级宾馆区等特别需要安静的区域，位于城郊和乡村的这一类区域分别按严于0类标准5dB执行。1类标
26、准适用于以居住、文教机关为主的区域。乡村居住环境可参照执行该类标准。2类标准适用于居住、商业、工业混杂区。3类标准适用于工业区。4类标准适用于城市中的道路交通干线道路两侧区域，穿越城区的内河航道两侧区域。穿越城区的铁路主、次干线两侧区域的背景噪声(指不通过列车时的噪声水平)限值也执行该类标准。,第五节 噪声控制技术吸声,通过吸声材料和吸声结构来降低噪声的技术称为吸声。吸声降噪是控制室内噪声常用的技术措施。,吸声,吸声材料,吸声结构,（一）吸声材料,1、吸声系数（）,材料吸收的声能（Ea）与入射到材料上的总声能（Ei）之比称为吸声系数。即：,Ei,Er,Et,界面,Ea,吸声材料,材料不吸声,入
27、射声能被 全部吸收,一般用吸声系数的算术平均值表示一种材料的平均吸声系数（）。,吸声系数,混响法吸声系数（无规则入射声系数）,驻波管法吸声系数（垂直入射声系数）,实际运用时需进行换算,T=0.161V(1/T2-1/T1)/S,0=Pmin/Pmax,利用在管中平面波入射波和反射波形成极大声压Pmax和极小声压Pmin推导出0,混响室,驻波管,（二）吸声量,吸声材料吸收声能的量与材料的吸声系数和材料的表面积有关。,吸声量定义为吸声系数与吸声面积的乘积：A=S(m2),房间总的吸声量：,1、吸声原理,多孔材料吸声的必要条件是：材料有大量空隙，空隙之间互相连通，孔隙与外界相通并深入材料内部。,多孔
28、吸声材料的吸声特性是随着频率的增高吸声系数逐渐增大，这意味着低频吸收没有高频吸收好。,（三）多孔性吸声材料,材料内部有许多微小细孔直通材料表面，且其内部有许多相互连通的气泡，具有一定的通气性能。,多孔性吸声材料主要有：,1、无机纤维材料,2、有机纤维材料,3、泡沫材料,4、吸声建筑材料,木质纤维板,泡沫玻璃,膨胀珍珠岩和微孔吸声砖,2、吸声特性及影响因素,影响因素,入射声波,材料性质,入射角度,频率,高频优于低频,厚度,对低频声，厚度越大吸声效果越好,对高频声，厚度几乎无影响,孔隙与密度,厚度不变增加密度可提高中、低频吸声系数,厚度不限时，材料以松散为宜,背后空腔,护面层,宜采用透气性好的纺织
29、品、金属网、塑料网,使用环境,背后空腔的影响,与多孔材料直接贴在墙面相比，中低频吸声性能会提高，其吸声系数随空气层厚度增加而增加，但增加到一定厚度后效果不再明显。,空气层厚度为1/4波长或其奇数倍时，吸声系数最大，为1/2波长或其整数倍时吸声系数最小。,吸声材料,二、吸声结构,声能量使物体振动变为热能消耗掉。因此，振动结构或物体都能消耗声能从而达到降噪效果。,吸声结构,薄板（膜）共振吸声结构,穿孔板共振吸声结构,微穿孔板共振吸声结构,单腔共振吸声结构,多孔穿孔板共振吸声结构,薄板（膜）共振吸声结构,声能量使物体振动变为热能消耗掉。因此，振动结构或物体都能消耗声能从而达到降噪效果。,刚性壁面,空
30、气层,龙骨,薄板(膜),共振：声波的频率与振动物体或结构的固有频率相同时会形成共振。,在形成共振时，振动最强烈，振辐和振速均最大，损耗的能量也最多。,薄膜：皮革、人造革、塑料薄膜等材料。,薄板：胶合板、硬质纤维板、石膏板、金属板等.,在实际工程中，共振频率的计算式：,薄膜吸声结构的共振频率通常在200-1000Hz范围，一般作为中频范围的吸声材料。,薄板吸声结构板厚度常取3-6mm，空气层厚度取3-10cm,共振频率约在80-300Hz，通常用于低频噪声的吸声降噪。,穿孔板共振吸声结构,穿孔板共振 吸声结构,单腔共振吸声结构,多孔穿孔板共振吸声结构,1、单腔共振吸声结构,当入射声波的频率f和系
31、统固有频率f0相等时，空气柱由于共振而发生剧烈振动，与颈侧壁磨擦而消耗声能。,2、多孔穿孔板共振吸声结构,V,V,V,穿孔板共振吸声结构主要用于吸收低、中频噪声的峰值（频带范围较窄）。,微穿孔板共振吸声结构,其结构与穿孔板吸声结构类似，其区别体现在：板薄、孔小、开孔率较低。兼有多孔吸声材料和共振吸声结构的特点。,三、室内吸声降噪,1、室内声场,室内声场,直达声场,从声源直接到受声点的直达声形成的声场,混响声场,经壁面反射（一次或多次）后到达受声点的反射声形成的声场,扩散声场：房间内声能密度处处相同，而且在任一受声点上，声波在各个传播方向作无规则分布的声场。,2、室内声能的增长和衰减过程,（1）
32、增长,室内声能的增长过程：,A,室内表面总吸声量,V,房间容积,声源开始辐射能量，随声源能量的不断供给，室内声能密度随时间的增加而增加。,t,D(t),4W/cA,此时，单位时间内被吸收的声能=声源供给的声能，D处于稳态（此过程实际上只需1-2秒）。,（2）衰减,室内声能的衰减过程：,在达到稳态时，停止发声，声能不会立即消失，会逐渐衰减至零。,A越大，衰减越快；V越大，衰减越慢。,平均吸声系数,平均自由程,平均自由程：单位时间内，室内声波经相邻两次反射间的路程的平均值。,3、室内声场的衰减,在达到稳态时，停止发声，直达声消失，但声能不会立即消失，会逐渐衰减至零，此过程为混响过程。,混响过程：,
33、声能密度衰减到原来的百万分之一，即衰减60dB所需时间。,混响时间：,混响时间的计算公式：,当f2000Hz，m值很小，可忽略，上式简化为：,若,上式简化为：,（赛宾公式）,m:衰减系数,（1）直达声场,4、室内声场的声压级,（2）混响声场,平均自由程：单位时间内，室内声波经相邻两次反射间的路程的平均值。,传播一个自由程的时间：,单位时间内平均反射次数：,达到稳态（反射声能=吸收声能）时：,1/R,（3）室内总声场,直达声贡献,混响声贡献,当受声点离声源很近：,室内声场以直达声为主，混响声可忽略。,当受声点离声源很远：,室内声场以混响声为主，直达声可忽略。,当 时，,直达声能和混响声能相等。,
34、此时的半径r记为临界半径（rc),当Q=1时，,此时rc又称混响半径。,5、吸声降噪量的计算,设R1和R2分别为室内安装吸声装置前后的房间常数，距声源r处声压级为Lp1和Lp2：,当受声点距声源很近，即rrc，以直达声为主，混响声可忽略：,当受声点距声源很远，即rrc，以混响声为主，直达声可忽略：,第六节 噪声控制技术隔声,一、隔声概述,隔声：设置适当的屏蔽物使大部分声能反射回去，从而降低噪声的传播。,1、隔声原理,Ei,Er,Et,Ea,针对直达声,隔声的具体形式：隔声墙、隔声罩、隔声间和声屏障。,2、透声系数与隔声量,透射声功率Wt与入射声功率W的比值。,透射系数（）：,透声系数的倒数取以
35、10为底的对数的10倍。,隔声量（R）：,离声源一定距离某处测得的隔声构件设置前的声功率级Lp1和设置后的声功率级Lp2之差值。,插入损失（IL）：,将中心频率为125至4000Hz的6个倍频程或100至3150Hz的16个1/3倍频程的隔声量作算术平均。,平均隔声量：,二、单层匀质墙的隔声性能,墙：隔声技术中，常把板状或墙状的隔声构件称为隔板或隔墙，简称墙。,单层墙：仅有一层的隔板（墙）。,双（多）层墙：有两（多）层，层间有空气或其他材料的隔板（墙）。,1、单层匀质墙隔声的频率特性,吻合效应：,弯曲波,声波在固体介质中传播时，固体质元既有纵向的弹性压缩，也有横向的弹性切变，两者结合作用会在介
36、质中产生一种弯曲波。,吻合效应,当一定频率的声波以某一角度投射到墙板上，正好与其激发的墙板的弯曲波发生吻合时，墙板弯曲波的振幅达到最大，因而向墙板的另面辐射较强的声波，可粗略认为墙板此时已失去了传声阻力，所以相应的隔声量很小，这一现象称为吻合效应。,只有在 的情况下才可能发生吻合效应。,发生吻合效应的条件：,当 时，相应的频率fc为产生吻合效应的最低频率，称临界吻合频率。,只要低于这一频率（f fc）就不会发生吻合效应。,2、单层匀质墙的隔声量,隔声质量定律：,经验估算式（非垂直入射声波）：,当f在1003200Hz范围内，采用平均隔声量表示隔声性能，有：,三、多层墙的隔声性能,1、双层隔声墙
37、,由质量定律 可知：m 越大，R 越高，即墙的厚度增加，R 也相应增加。但事实上，不能以一味增加墙的厚度来增加隔声量。,可做成双层墙，中间夹空气层。,双层隔声结构,空气层起近似于弹簧的作用,2、双层墙的共振频率及其隔声量的实际估算,垂直入射,若m1=m2=m，上式简化为：,声波以角入射,隔声量计算的经验估算式:,平均隔声量的经验估算:,空气层附加隔声量,2、多层复合板隔声,多采用几层面密度或性质不同的板材组成。通常用金属或非金属的坚实薄板做面层，内侧覆盖阻尼材料或填入多孔性吸声材料或空气层。,四、隔声间,隔声间一般由具有足够隔声量的墙体以及有一定隔声性能的门、窗组成。有封闭式和半封闭式两种。,
38、1、组合墙的平均隔声量,平均透声系数：,平均隔声量：,组合式隔声间,2、孔洞缝隙对墙板隔声的影响,孔洞对隔声的影响主要在高频段。隔声墙板越厚，孔隙对隔声性能的影响越小。,3、门窗的隔声和孔洞的处理,隔声门,隔声窗,孔洞的处理,四、隔声间的降噪计算,1、隔墙的噪声衰减,噪声衰减(NR)：隔墙两边的声压级差。,发声室内靠近隔墙处产生纯混响声场，有：,隔墙从发声室吸收的混响声场的声功率Wa:,假定入射到墙上的声能全部吸收，有:,透过隔墙进入接收室的声功率为W2：,接收室的直达声场的声能密度：,接收室的混响声场的声能密度：,接收室靠近隔墙处的总声能密度：,接收室靠近隔墙处的声压级Lp2：,隔墙的噪声衰
39、减NR：,2、隔声间的降噪计算,发声室与受声室皆为扩散声场时，隔声间的噪声衰减NR为：,五、隔声罩,隔声罩的作用：将声源封闭在罩内，以减少向周围的声辐射。,1、隔声罩的插入损失（IL）,定义为隔声罩设置前后，同一接收点的声压级之差。,2、隔声罩的设计要点,六、隔声屏（声屏障）,声屏障：在声源与接收点之间设置挡板，阻断声波的直接传播。,声屏障的作用：将声源和保护目标隔开，使保护目标落在屏障声影区内。,1、隔声屏的插入损失,A,B,2、隔声屏的设计要点,（1）隔声屏应有足够的高度。,（2）隔声屏必须配合吸声处理。,（4）声屏障周边与其他构件的连接处应注意密封。,（3）隔声屏本身须有足够的隔声量。,
40、第七节 噪声控制技术消声,一、概述,是一种既允许气流顺利通过，又能有效地阻止或减弱声能向外传播的装置。,1、消声器,消声器只能用来降低空气动力设备的进排气口噪声或沿管道传播的噪声，而不能降低空气动力设备本身所辐射的噪声。,（1）消声器的性能评价,对消声器的基本要求,插入损失：系统中插入消声器前后在系统外某定点测得的声压级之差。,消声器的评价量,传递损失：消声器进口端 与出口端声功率级之差。,减噪量：消声器进口端面测得平均声压级与出口端面测得的平均声压之差称为减噪量。,消声器,阻性消声器,抗性消声器,阻抗复合式消声器,微穿孔板消声器,扩散消声器,二、阻性消声器,与多孔性吸声材料相似：在气流通道管
41、壁衬以吸声材料，利用声波在多孔性吸声材料中传播时通过摩擦将声热转化为热能。,1、原理,阻性消声器一种吸收型消声器，因雷同于电阻对电源功率的损耗得名。阻性消声器对中、高频噪声的消声性能较好，对低频较差。,2、阻性消声器的结构形式,直管式消声器,片式消声器,适用于大风量的消声结构，与前者的区别是其通道由多孔材料的吸声片构成，等效为多吸声管道并联。通常采用吸声片厚度为50-100mm，片间距100-250mm。,最简单的阻性消声器，在管道内壁衬贴一层厚度均匀的孔吸声材料。,蜂窝式消声器,由若干个直管式消声器并联而成。适用于流速低、风量大的情况。,折板式消声器,是片式消声器的变形改变消声片的角度（20
42、)。,消声弯头,在弯管壁面衬贴吸声材料。,（1）频率的影响,3、阻性消声器性能的影响因素,高频失效：,声波频率越高，传播方向性越强，方向性过强会形成“声束”，因而很少接触附在管壁的吸声材料而导致消声量明显下降。,上限失效频率：,高于失效频率时消声量的估算：,（2）气流的影响,气流再生噪声产生的原因：,气流速度较大、管壁的粗糙等原因引起的湍流噪声；,消声器在气流冲击下产生振动而辐射噪声。,再生噪声声功率级的计算：,消声器的设计不应使气流的流速过高。,三、抗性消声器,利用声抗的大小来消声。依靠管道截面的突变或旁接共振腔等在传播过程中引起阻抗的改变而产生声能的反射、干涉，从而降低由消声器向外辐射的声
43、能。,1、原理,常用的抗性消声器有扩张室式和共振腔式两大类。,抗性消声器适用于低、中频噪声的控制。,（1）结构形式,2、扩张室式消声器,pi,pr,pt,S2,S1,（2）消声量的计算,m 扩张比,面积为S2扩张室的长度,k 波数,LR 最大,LR 最小,（3）扩张室式消声器的截止频率,a、上限频率,当声波频率过低时，易与扩张室和连接管所构成的声振系统的固有频率接近，造成声音放大。因此，下限频率为：,b、下限频率,（4）改善消声频率特性的方法,主要针对 的情况：,设计多节扩张室，使每节具有不同的通过频率，并将其串联。,将单节扩张式改进为内插管式。,（1）消声原理和结构形式,3、共振式消声器,消
44、声原理：与共振吸声结构原理相同。,（2）共振吸声频率,注意孔间要有足够距离。,（3）消声量的计算,单一频率,实际工程中的计算：,倍频程,消声特性曲线图：,1/3 倍频程,（4）改善消声特性的方法,此类消声器的缺点是频带范围窄，改进方法有：,选定较大K值；,增加声阻（在共振腔中填充一定的吸声材料）；,多节共振腔串联（目的是错开共振频率）。,四、阻抗复合式消声器,阻抗复合式消声器原理：,阻性消声器,中高频噪声,抗性消声器,中低频噪声,阻抗复合式消声器,综合阻性和抗性消声器的原理。,常见形式：,阻性扩张室复合式、阻性共振腔复合式、阻性扩张室共振腔复合式,五、微穿孔板消声器,微穿孔板消声器是一种特殊的
45、消声结构，它利用微穿孔板吸声结构而制成。通过选择微穿孔板上的不同穿孔率与板后的不同腔深，能够在较宽的频率范围内获得良好的消声效果。因此，微穿孔板消声器能起到阻抗复合式消声器的消声作用。,微穿孔板的板材一般用厚度为0.5-1.0mm的铝板、钢板、不锈钢板、镀锌板、塑料板、PVC板、胶合板、纸板等制作孔径在0.1-1.0mm之间。为拓宽吸收频带，孔径应尽可能小，但受微孔易堵塞和制造工艺难度大的限制，常用孔径为0.5-1.0mm。穿孔率一般在1-3。,消声原理,小孔增大吸声系数（微穿孔板吸声结构）,阻性,微穿孔板后的空腔形成共振吸声结构,抗性,扩散消声器,主要用于降低高压排气放空的空气动力性噪声。,
46、小孔喷注消声器：,常见形式：小孔喷注消声器和多孔扩散消声器。,在一般的排气放空中，排气管的直径为几厘米，辐射的噪声主要在人耳听阈范围内。而小孔消声器的小孔直径为1mm，其峰值频率比普通排气管喷注噪声的峰值频率要高几十倍或几百倍，将喷注噪声移到了超声范围。,多孔扩散消声器：,多孔扩散消声器是根据气流通过多孔装置扩散后，速度及驻点压力都会降低的原理设计制作的一种消声器。,随着材料工业的发展，已广泛使用多孔陶瓷、烧结金属、多层金属网制成多孔扩散消声器，当气流通过这些材料制成的消声器时，气体压力降低，流速被扩散减小，也相应地减弱了辐射噪声的强度。同时，这些材料往往还具有阻性材料的吸声作用，自身也可以吸
47、收一部分声能。,六、消声器的设计,1、消声器的设计程序和要求,（1）确定空气动力机械设备（或系统）的噪声级；,（2）选定消声器的装设位置；,（3）确定允许噪声级计算所需消声量；,（4）确定消声器的结构类型。,2、消声器的设计,（1）阻性消声器的设计,根据气流流量和流速计算所需要的截面；,选择适当的吸声材料；,选择适当的护面层；,验算消声效果。,（2）抗性消声器的设计,确定各节扩张室及插入管的长度；,根据所需消声量和气流速度确定扩张比m，一般情况下9m16；,验算所设计的扩张室式消声器的上、下截止频率是否在内以及气流对消声量的影响，检查在给定的气流速度下，消声量是否还能满足要求。,扩张室式消声器
48、的设计：,重点是确定共振频率和K值。,共振腔式消声器的设计：,工业噪声源控制技术概述,目前影响工人健康、严重污染环境的工业噪声源有风机、空压机电机、柴油机、织机以及高压放空排气。,一 风机噪声及其控制,风机噪声的声级，不仅与其风机的结构形式有关，而且还同其工作状态(由全压和风量决定)有关。不同系列、不同型号的风机，其声级是不一样的。同一风机，在不同工况下，其声级也是不同的。,风机分为轴流式、离心式、混流式等多种型式。风机噪声以空气动力性噪声为主，其中离心风机噪声以低频为主，并随着频率的升高而降低；轴流风机则以中频噪声为主。,对它的噪声治理分为声源治理和传播路径治理。前者主要对风机的叶轮、叶片、
49、壳体、支承结构以及所用材料等进行改进，以降低风机自身的噪声；后者主要采用消声器、隔声罩、吸声墙面等噪控产品从风机噪声的传播路径上对风机噪声进行治理。,常用方法是在风机的进、出口处安装消声器。对于有更高降噪要求的场合，可以采用机组隔声罩，并在机组与地基之间安置减震器。采取上述方法，一般可获得明显的降噪效果。,空压机广泛应用于机械、矿山、冶金、化工及建筑等部门。它产生的噪声级高，影响面宽，也已成为危害工人健康和污染环境的重要噪声源之一。,二 空压机噪声及其控制,从生产制造部门来说，解决空压机噪声问题可进一步提高产品质量和竞争能力，从使用部门来讲，解决空压机噪声问题，可大大有助于改善环境和减少工人受
50、噪声的危害。,空压机的噪声是由气流噪声（主要通过进、排气口向外辐射）、机械运动部件撞击、磨擦产生的机械噪声以及包括电动机或些油机所产生的电磁噪声组成。其中90%为低频噪声。,正确设计或选用适当的消声器和隔声罩，是降低现有空压机噪声的关键问题。国内现已有不少噪声控制设备厂家，可提供有效的低频性和低中频性，采用抗性消声器（在进气口安装）较为合理(也可采用阻抗复合式消声器）。,电机（包括发电机和电动机）是工农业生产中量大面广的动力设备，据调查，目前国产的中小型电机噪声多在90100dBA之间，大型电机噪声均高达100dBA以上，声能分布在125500Hz之间（个别出现在1000HZ）。其噪声特性为低
