环境噪声及其控制.ppt

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1、第七章 环境噪声及其控制,第一节 环境声学的基本概念第二节 噪声的危害和噪声标准第三节 噪声的来源与防治,第一节 环境声学的基本概念,一、噪声的定义二、噪声的物理量度三、噪声的频谱四、声波的传播五、噪声评价,第一节 环境声学的基本概念,一 噪声的定义凡是不需要的声音，就是噪声。过响声；妨碍声；不愉快声；无影响声 其中，过响声、不愉快声属于客观的噪声；妨碍声和无影响声属于主观的噪声。,二 噪声的物理量度,（一）声压、声能量、声强和声功率1、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或br；1Pa10 br。当声频为1000Hz时，人耳可听声压范围为210-520Pa，其中，210

2、-5Pa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。由于人耳无法感受声压的起伏，只能感受一个稳定的有效声压。媒质的声阻抗率Zsp/uc，u为质点速度，c为声速。,（一）声压、声能量、声强和声功率,2、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/m3。对于自由空间的平面声波：DW/cSI/cp2/c2,（一）声压、声能量、声强和声功率,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，即在传播方向上通过单位面积上的声功率。

3、单位：W/m2。对于自由空间的平面声波和球面波：IW/Spup2/c声强与离开声源的距离有关：对于自由空间的点声源：I球W/（4r2）对于放在具有反射的地面上的点声源：I球W/（2r2）,（一）声压、声能量、声强和声功率,4、声功率W声功率就是指声源在单位时间内辐射出来的总声能量。单位：W。对于自由空间的点声源：W球4r2p2/c对于放在具有反射的地面上的点声源：W半球2r2p2/c,（二）声波的测量单位,1、级的概念1个量的级是这个量与同类基准值之比的对数，用L表示。表达式：r10时，级的单位为贝（耳），级表示的量与功率成正比。工程上常用分贝表示级，是贝的十分之一，符号为dB。re时，级的单

4、位为奈培（Np）。1Np8.686dB,主要声学量的级和基准,（二）声波的测量单位,2、声压级LpLp20lg（p/p0）Lp为声压级，单位dB；p为有效声压，Pa；基准声压p02105 Pa。对于听阈Lp0；对于痛阈Lp120dB。,某些环境下的声压和声压级,（二）声波的测量单位,3、声强级LILI10lg（I/I0）LI为声强级，单位dB；I为声强，瓦/米2；基准声强I011012瓦/米2。LI=10lg(I/I0)=10lg(p2/p02)+10lg p02/(I0 c)=LP+10lg400/c 当在1atm，38.9时，空气的c 400Pas/m，LI Lp 在一般情况下，空气中的声

5、波LI与 Lp 的值相差0.2dB，故LILp,（二）声波的测量单位,4、声功率级LWLW10lg（W/W0）LW为声功率级，单位dB；W为声功率，瓦；基准声功率W011012瓦。LW=10lg(W/W0)=10lg(IS/W0)=10lg I/10-12+10lgS=LI+10lgSLP+10lgS对于球面声波，距离声源半径微r，则有：LW=LP+10lg4r2 LP+20lgr11对于半球面声波，距离声源半径微r，则有：LW=LP+10lg2r2 LP+20lgr8,（三）噪声级的合成,1、噪声级合成是按照能量的叠加规律进行叠加的。2、声强级：声强与能量成正比。总声强等于各声强之和。假设有

6、n个噪声源同时存在，声强与声强级分别为I1、I2、In和L1、L2、Ln。则：L110lg I1/I0，L210lg I2/I0，Ln10lg In/I0。I1/I010 0.1L1，I2/I010 0.1L2，In/I010 0.1Ln。所以，总声强级L10lg（I1/I0 I2/I0 In/I0）10lg（10 0.1L110 0.1L2 10 0.1Ln）,（三）噪声级的合成,3、声压级：能量与声压的平方成正比。总声压的平方等于各声压排放之和。假设有n个噪声源同时存在，声压与声压级分别为p1、p2、pn和L1、L2、Ln。则：Lp120lg p1/p0，Lp220lg p2/p0，Lpn

7、20lg pn/p0。（p1/p0）210 0.1Lp1，（p1/p0）2 10 0.1Lp2，（p1/p0）210 0.1Lpn。所以，总声压级Lp10lg（10 0.1L110 0.1L2 10 0.1Ln）,（三）噪声级的合成,4、n个相同噪声级合成的总噪声级L10lg（10 0.1L110 0.1L2 10 0.1Ln）10lg（n 10 0.1L1）L110lgn当n2时，LL110lg2 L13即表示两个相同的声压级相加，能量增加一倍，声级增加3dB。,（三）噪声级的合成,5、不同噪声级的合成假设存在两个噪声源，声压级分别为L1、L2，且L1L2，则有：LL110lg（10 0.1

8、L110 0.1L2）L1 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)，则LL1 L其中L可查表，根据表可知，当L1-L26dB时，L1dB，所以当两个声源中的一个噪声级超出另一个噪声级68dB，则较弱的噪声可以忽略不计。,两噪声级合成的附加值,（三）噪声级的合成,6、计算例题例1 强度为80dB的噪声，其相应的声压为多少？解：Lp20lg（p/p0），则，pp010 Lp/20所以，p210510 80/200.2Pa例2 声强为106 W/m2时的声强级是多少？解：

9、L10lg（I/I0）10lg（106/1012）所以，L60dB,（三）噪声级的合成,例3 室内洗衣机工作时，测得噪声声压p0.02Pa；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。解：洗衣机单独工作时声压级为：L120lg0.02/（2105）20360dB电冰箱声压级L254dBL1-L26dB，所以L1dB则两者同时工作时L60161dB,（三）噪声级的合成,例4、声压级分别为70、76、77、80、83dB，试计算合成声压级。解：L86dB例5、声压级分别为70、84、78、82、86、89dB，试计算合成声压级。解（1）首先将声压级按从大到小顺序排列：89、

10、86、84、82、78、70；（2）89与86合成：合成声压级891.890.8dB；（3）90.8与84合成：90.80.8491.64dB；（4）91.64与82合成：91.640.4692.1dB（5）由于92.17814.1dB，因而78、70dB两个声源可忽略不计。则总声压级为92.1dB。,（四）噪声级的相减,1、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82811dB，则另一声源声压级81675dB。,三、噪声

11、的频谱,（一）噪声分析的基本知识声音的频率就是声源振动的频率；人耳听到的声音有的低沉，有的尖锐主要是声音的音调的高低引起的，而音调是人耳对声源振动频率的主观感受。声音可按频率分为：次声（20000Hz）；噪声控制主要研究可听声，可听声可分为：低频声（2000Hz）。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。,（二）频程,1、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）；频程有上、下限截止频率、中心频率值和带宽；带宽（频带宽度）就是上、下限截止频率之差。,2、频程的

12、表示方法一般用高频和低频的频率比的对数来表示，对数以2为底，单位为倍频程。表达式为：f2/f12n 或 nlog2（f2/f1）f1、f2分别成倍频程关系的低频和高频频率，即上、下限截止频率，Hz；n为两个频率相距的倍数。中心频率f0（f2f1）1/2，所以有f22n/2f0，f12n/2f0；频带宽度f f2f1（2n/2 2n/2）f0。n1时，即两个频率相距1倍时，称为一倍频程；f/f0=0.707；n1/3时，称1/3倍频程；f/f0=0.231。,（二）频程,一倍频程的中心频率和频率范围,1/3倍频程的中心频率和频率范围,1、频谱的概念纯音：声源作简谐振动所产生的声波为简谐波，声压与

13、时间的关系是正弦曲线，这种只有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。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，通常以倍频程或1/3倍频程等划分的频带为横坐标，以倍频带声压级为纵坐标，绘出的噪声的测量图形来描述声频谱。,（三）频谱,线谱（离散谱）,连续谱,复合谱,四、声波的传播,（一）距离衰减1、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。,（一）距

14、离衰减,2、点声源的距离衰减对于自由空间（球面波）声强：IW/（4r2）；声功率级：LW LP+20lgr11对于半自由空间（球面波）声强：IW/（2r2）；声功率级：LW LP+20lgr8距离r1与r2之间的声级差为：LW=LP(r1)20lgr111（8）LP(r2)20lgr211（8）即：LP LP(r1)LP(r2)20lgr2/r1当r2/r12，衰减6dB，即距离增加1倍，声压级衰减6dB。,（一）距离衰减,3、线声源的距离衰减面积S2rl；声强：IW/（2rl）；声功率级：LW LP+10lg（2rl）（1）当r/l1时，距离加倍，声压级衰减6dB。,（一）距离衰减,4、实例

15、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：LP LP(r1)LP(r2)20lgr2/r1锅炉房对居民楼的影响：L1=80-20lg16/2=80-36=62dB;冷却塔对居民楼的影响：L2=80-20lg20/5=80-26=68dB;共同影响：L=68169dB,（一）距离衰减,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

16、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/l2040/500 1/10，则按无限长线声源计算：火车对居民楼的影响：L1=LP(20)-20lg40/20=90-6=84dB。（2）r/l5001000/500 1，则火车对疗养院的影响：L2=75-10lg1000/500=75-3=72dB。,（二）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、2

17、000、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。,（三）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（3050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23dB；每100米，衰减2030dB。对于厚的草地或穿过灌木丛，频率为1000Hz的衰减可高达25dB/100m。,（四）噪声的传播途径,1、声波的反射；2、声波的折射服从Snell定律；3、声波的干涉相干波

18、发生叠加的现象；4、声波的衍射声波遇到障碍物或空洞时（波长远大于障碍物和空洞）发生绕流的现象，也称为“漏声”现象。,五、噪声评价,（一）人耳的听觉特性与A声级1、人耳的听觉特性不同频率的声音，即使声压级相同，人耳感觉的响亮程度不同，如同样60dB，100Hz 和1000Hz的两种声音，1000Hz的声音人耳听起来响一些，而要100Hz的声音听起来与1000Hz，60dB的声音一样响，声压级要达到67dB；人耳对10005000Hz的声音最敏感。人耳的听觉系统具有滤波的功能“酒会效应”，即人耳能在有其他噪声存在的环境下听出某些频率的声音。,（一）人耳的听觉特性与A声级,2、响度响度是人耳判别声音

19、由轻到响的强度等级概念，是描述声音大小 的主观感觉量。不仅取决于声音的强度(如声压级)，还与它的频率及波形有关。响度 的单位是宋(sone)，符号是“N”。1宋的定义为声压级为40dB，频率为1000Hz，且来自听者正前方的平面行波的强度。如果另一个声音听起来比这个大n倍，即声音的响度为n宋。,（一）人耳的听觉特性与A声级,2、响度级响度级是用来定量地确定声音的轻或响的程度的参数；响度级是建立在两个声音的主观比较上的。定义1000Hz纯音声压级的分贝值为响 度级的数值，任何其它频率的声音，当调节1000Hz纯音的强度使之与这声音一样响时，该1000Hz纯音的声压级分贝数定义为这一声音的响度级。

20、响度级的单位是方(phon)，符号是“LN”。响度与响度级的关系：声压级每增加10方，响度值加倍 N2(LN-40)/10 或 LN4033.3lgN等响曲线：对各频率进行试听分析，达到同样响度级时，频率与声压级的关系曲线。,（一）人耳的听觉特性与A声级,3、A声级由等响曲线可以看出，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。如果有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。由于人耳的听觉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，为了模拟人耳的听觉特性，在声级计中安装

21、了一个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）。,（一）人耳的听觉特性与A声级,4、B、C、D声级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计权声级是模拟人耳 对55分贝以下低强度噪声的频率特性；B计权声级是模拟55分贝到85分贝的中等强度噪声的频率特性；C计权声级是模拟高强度噪声的频率特性；D计权声级是对噪声参量的 模拟，专用于飞机噪声的测量。A计权声级表征人耳主观听觉较好

22、，故实 际中较常采用A计权声级。,（二）等效连续声级(Leq),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“Leq”。它是用一个相同时问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：,（二）等效连续声级(Leq),如果测量是在同样的采样时间间隔，则表达式变为：昼夜等效声级Ldn注：昼间为07:0022:00，共16小时；夜间为22:007:00，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。,（三）累计百分数声级Ln,连续等

23、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Ln表示在测量时间内高于Ln声级所占的时间为n。例如L1070dB，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。通常，L90表示本底噪声，L50表示中值噪声级，L10表示噪声峰值。累计百分数声级一般只用于有较好正态分布的噪声评价，当符合正态分布时，其与等效声级的关系为：LeqL50(L10L90)2/60,第二节 噪声的危害和噪声标准,一、噪声的危害二、噪声标准,一、噪声的危害,1、噪声对听力的损伤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

24、的噪声性耳聋听力损失用500Hz、1000Hz和2000Hz三个频率上听力损失的平均值来表示。听力正常（听力损失在15dB以内)；接近正常（听力损失1525dB)；轻度耳聋（听力损失2540dB)；中度耳聋（听力损失4065dB)；重度耳聋（听力损失65dB以上）。噪声级在80dB以内，才能保证人们长期工作不发生耳聋。在90dB以下，只能保证80的人工作40年后不会耳聋；85dB仍会有10的人产生噪声性耳聋。强噪声性耳聋，或爆震性耳聋,一、噪声的危害,2、噪声对睡眠的干扰40dB的连续噪声可使10的人睡眠受到影响；70dB的连续噪声可使50的人受到影响；40dB的突发性噪声可使10的人惊醒，到

25、60dB时，可使70的人惊醒。,3、噪声能诱发疾病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；噪声会引起消化系统的疾病，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。,一、噪声的危害,4、噪声影响语言交谈和通讯联络的干扰当人们交谈距离为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。,一、噪声的危害,一、噪声的危害,5、特强噪声会对仪器设备和建筑结构造成危害当噪声级超过135dB时，电子仪器的连接部位会出现错动，微调

26、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；当噪声超过140dB时，轻型建筑物会遭受损伤。,二、噪声标准,噪声标准主要分为声环境质量标准、环境噪声排放标准以及技术方法标准三类（一）我国环境噪声允许范围 1980年根据生理和心理学研究，结合我国的实际情况，制定了我国环境噪声允许范围。,（二）城市区域环境噪声标准（GB3096-93）按区域功能划分的,（三）听力保护标准工业企业噪声卫生标准（GBJ8785）,（三）听力保护标准工业企业噪声卫生标准（GBJ8785）,工作环境噪声每增加3dB，工作时间就必须减少一半。噪声剂量或噪声暴露率D为：实际暴露的小时数T实

27、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。如果接受的噪声不是一固定噪声级，则：D T实1/T1 T实2/T2,（三）听力保护标准工业企业噪声卫生标准（GBJ8785）,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：1119912dB，12/34，即工作时间为1/241/16小时4分钟。实例2：某工人在车床上工作，8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

28、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 1402280分钟 噪声剂量D280/（460）1.17 1，超标。,（四）机动车辆噪声标准,第三节 噪声的来源与控制,一、噪声的来源与特性二、噪声的控制,一、噪声的来源与特性,1、噪声的来源（1）交通噪声城市环境噪声70的来源汽车噪声一般为8992dB；电喇叭为90110dB；汽喇叭（火车）105110dB。（2）工厂噪声来自生产过程和市政施工过程中机械振动、摩擦、撞击以及气流扰动产生的声音。一般纺织厂噪声为90106dB，机械工业80120dB，大型球磨机120dB，风铲、风镐、大型鼓风机130dB以

29、上。（3）生活噪声,一、噪声的来源与特性,2、噪声的特性噪声的公害特性噪声的声学特性,二、噪声的控制,（一）噪声的控制原理噪声传播的三个阶段：噪声源、传播途径和接受者；噪声控制原理：在噪声到达耳膜之前，采取阻尼、隔振、吸声、隔声、消声器、个人防护和建筑布局等七大措施，尽力减弱或降低声源的振动，或将传播中的声能吸收掉，或设置障碍，使声音全部或部分反射出去，减弱噪声对耳膜的作用。,（二）噪声的控制途径,1、从声源上降低噪声最根本的方法研制和采用噪声低的设备和加工工艺。,（二）噪声的控制途径,2、在传播途径上控制噪声（1）吸声声波在传播过程中发生摩擦和阻尼，能降低1015dB。吸声材料（内部要多孔、孔孔要相连通且这些孔要与外界连通）：玻璃棉、泡沫塑料、吸声砖等；吸收结构：共振吸声、薄板吸声、微孔板吸声结构等。（2）隔声使声能受到阻挡而不能直接通过，能降低1035dB。隔声墙、隔声罩、隔声间和声屏障等（3）隔振防止振动能量从振源传播出去。如金属弹簧、橡胶垫等。（4）消声器只能降低空气动力设备的进排气口噪声或沿管道传播的噪声，可降低2040dB。主要有阻性、抗性及复合性消声器等。,（二）噪声的控制途径,3、在接受点阻止噪声最后的办法上述两种方法失效后，采用的方法；主要有耳塞、耳罩、防声蜡棉和防护面具等。,