1、第二節(jié) 聲學基礎知識,2.1 聲音的產生和傳播 2.2 聲波的描述 2.3 聲波的傳播特性 2.4 聲源的指向性,2.1 聲音的產生和傳播,物體的振動是產生聲音的根源。 聲源：把產生聲音的振動物體稱作聲源。,點聲源：聲源尺寸遠小于測點到聲源距離時，聲波以球面波形狀較均勻地向各個方向輻射。 線聲源：如一列較長的列車；公路上長的車隊等。 面聲源：如透過一個壁面向開闊空間傳播。,聲波：向前推進著的振動稱為聲波。 聲場：有聲波傳播的空間叫聲場。 聲音傳播:聲源、介質 聲音傳播實質：是物體振動形式的傳播。,傳播形式：,空氣 縱波,固體、液體 縱波、橫波,2.2.1 描述聲波的基本物理量,振幅,位移,位移

2、：物體離開靜止位置的距離稱為位移，最大的位移叫振幅，振幅的大小決定了聲音的大小。,周相,2.2 聲波的描述,1. 周期（T）： 質點振動每往復一次所需要的時間，單位：秒（s） 2. 聲波頻率（f）： 一秒鐘內媒質質點振動的次數(shù)，單位：赫茲(Hz),3. 波長： 聲波兩個相鄰密部或兩個相鄰疏部之間的距離叫 做波長，或聲源每振動一次，聲波的傳播距離。,4. 聲速（c）：振動在媒質中傳播的速度。,室溫時聲速近似值（m/s）,聲速與溫度關系,氣體中的聲速： c（331.450.61t）ms-1 其中331.45是0度時聲音在空氣中速度，就是說地面上溫度每升高一度，聲速增加約0.61米秒 氣體分子運動的

3、快慢和溫度有關系，溫度越高，運動越快，傳遞振動越快。 也就是：溫度越高，聲速越大 。,聲速：固體液體氣體,聲速是介質特性的函數(shù)，不同介質中聲速不同。 固體分子運動：分子之間力的作用使分子在各自的平衡位置附近振動，平衡位置不能改變。由于分子間結合緊密，振動很容易從一個分子傳遞給另一個分子，導致聲音在固體中的速度大，傳播快。,液體分子運動：在平衡位置附近振動，但由于液體的流動性，平衡位置也可以移動。由于分子間結合也很緊密，振動也容易從一個分子傳遞給另一個分子，導致聲音在液體中的速度較大，傳播較快 。 氣體分子運動：氣體分子間距大，只有在相互碰撞時才考慮作用力。一般情況下，分子運動是自由運動，這就使

4、氣體不容易傳遞振動，因此，聲音在氣體中的速度小于液體和固體中的速度。,2.2.2 聲波的物理量度,（1）聲壓：受聲波的傳播擾動，局部空氣產生壓縮或膨脹，壓縮的地方壓強增大，膨脹的地方壓強縮小，這樣在原來的大氣壓上產生壓強的變化，此壓強變化稱聲壓。,1. 聲壓、聲壓級,瞬時聲壓：聲場中某一瞬時的聲壓值 峰值聲壓：一定時間間隔內最大一瞬時聲壓值 有效聲壓（pe）：在一定時間間隔中，瞬時聲壓對時間的均方根值。 電子儀器測得的聲壓即有效聲壓。,聞閾聲壓：正常人耳剛能聽到聲音的聲壓。 痛閾聲壓：剛剛引起正常人耳疼痛感覺的聲音的聲壓。 對1000Hz的聲音，聞閾聲壓是 210-5 Nm-2 ，痛閾聲壓是2

5、0 Nm-2。,（2）聲壓級,為什么要用“級”表征聲音的大小？ 用聲壓絕對值表示聲音強弱不方便。從聞閾聲壓210-5Pa到痛閾聲壓2101Pa，聲壓絕對值相差100萬倍。采用與基準值的相對值較方便。,級的概念：1個量的級是這個量與同類基準值之比的對數(shù)，用L表示。,r10時，級的單位為貝（耳），工程上常用分貝表示級，符號為dB。 re時，級的單位為奈培(Np), 1Np8.686dB,表達式：,聲壓級：該聲音的聲壓與參考聲壓的比值取以10為底的對數(shù)再乘20，即：,聲壓級單位：分貝，用dB表示。,某些環(huán)境下的聲壓和聲壓級,常見的聲壓級范圍如右圖所示：,2. 聲強和聲強級：,（1）聲強：在聲波傳播方

6、向上單位時間內垂直通過 單位面積的平均聲能量，稱為聲強，用 I 表示，單位：瓦每平方米 。 聲壓和聲強都是度量聲音大小、強弱的物理量。 聲壓是用力的關系說明聲音的強弱，聲強是用能 量的關系說明聲音的強弱。,I=W/A,二者可以互相換算： 式中： ，空氣密度； C，聲速；,（2）聲強級：該聲音的聲強與參考聲強的比值取以10為底的對數(shù)再乘10，即：,聲強級單位：dB。,聲壓級和聲強級的關系：,3. 聲功率和聲功率級,（1）聲功率：聲源在單位時間內輻射的總能量， 單位：瓦。 意義：聲功率是衡量聲源輸出聲能量大小的基 本量，表征聲源的特性，反映了聲源的 本質，可用于鑒定各種聲源。,聲功率與聲強的關系,

7、球面輻射時：,波陣面面積,（2）聲功率級：該聲音的聲功率與參考聲功率的比值取以10為底的對數(shù)再乘10，即：,聲功率級單位：dB,聲能密度：單位體積介質所含的聲波能量，常采用一個周期內聲能密度的平均值表示。,4. 聲能密度：,5. 頻譜與頻譜分析,頻譜：指組成聲音的各種頻率的分布圖形。 頻譜分析：對噪聲源發(fā)出聲音的聲壓級（聲強 級、聲功率級）在各頻率的分布特性進行分析，考察頻譜特征。這種對噪聲頻譜特征的分析叫做頻譜分析。 頻譜圖：以頻率為橫坐標，聲壓級為縱坐標， 描述噪聲強度與頻譜關系的圖。,外弦a1(440Hz)空弦音,內弦d1(293.67Hz)空弦音,二胡聲音的頻譜圖,聲音頻譜類型： 線狀

8、譜：一系列離散頻率的純音組成的頻譜，頻譜圖是離散的豎直線段。一些樂器的聲音、周期或間斷振動的聲源產生的聲音。 與振動相同的頻率稱為基頻；頻率等于基頻整數(shù)倍的稱為諧波頻率。 連續(xù)譜：聲能連續(xù)分布在寬廣的頻率范圍內，形成一條連續(xù)的曲線譜線。大部分噪聲屬于連續(xù)譜。,線狀譜,連續(xù)譜,復合譜,復合譜：既有連續(xù)聲音頻譜，又有離散線譜。 聽起來有明顯的音調，稱為有調噪聲。 在噪音控制中，頻譜圖中聲壓級較突出的部分及其所對應的頻率是重點控制的目標。,常見噪聲的頻譜圖,頻程：為方便起見，通常將寬廣的音頻變化范圍劃分為若干個較小的頻段，稱為頻程、頻帶或帶寬。 兩個不同頻率的聲音作相對比較，有決定意義的是兩個頻率的

9、比值，而不是它們的差值。,n倍頻程,f1、f2頻程的上限頻率和下限頻率,各倍頻程的中心頻率：,f1 f2 = f, 稱為帶寬,n=1，倍頻程；n=2，2倍頻程； n=1/3，1/3倍頻程。,6. 聲壓級的計算,【自學P19-22】,由于聲壓級的對數(shù)特性，所以分貝值之間的加和不能按照加減運算法進行。其計算過程為：將各個分貝值先轉化成聲功率，然后相加，相加后再將其轉回分貝單位。,6. 聲壓級的計算,（1）聲強級和聲功率級的相加：聲強和聲功率表征的是能量，由于能量可以相加，所以，總聲強或總聲功率可以由各聲源的代數(shù)相加得到，然后計算聲強級和聲功率級。,【自學P19-22】,（2）聲壓級的相加,n個聲源

10、互不干涉(p24),幾種聲音同時發(fā)生，則總的聲壓級不是各聲壓級的簡單算術和，而是按照能量的疊加規(guī)律，即壓力的平方進行疊加。,代入上式：,P20例題1-2,令：,則：,代入下式：,得：,計算噪聲值的圖解方法,令：,分貝和的增值表：,Lp,Lp,課本p20-21,例 :某車間四臺機床單獨運轉時聲壓級分別為97dB、95dB、100dB、80dB，試求車間內合成聲壓級。 解一、計算法,=102.6 dB,解二:查表法,計算時先將聲壓級從大到小排列，在按由大到小的順序進行計算。,合成聲壓級P總102.7 dB,(3) 聲壓級相減,用儀器測出的聲源的聲壓級實際上是聲源與背景噪聲的總聲壓級。所以在有背景噪

11、聲的環(huán)境中，聲源的聲壓級無法直接測得，只能根據(jù)總聲壓級和背景聲壓級求得。,儀器測 量噪聲,聲源真實噪聲,背景噪聲,由,得,課本p21-22，例題3,2.2.3 聲波的類型,在均勻的理想流體中的小振幅聲波的波動方程為：,或,聲壓是空間坐標和時間的函數(shù)，反映了不同地點和不同時刻聲壓的變化規(guī)律。,波陣面：指空間同一時刻相位相同的各點的軌跡曲線。 根據(jù)波振面的形狀可將聲波分為不同的類型。 聲線：常稱為聲射線，就是子聲源發(fā)出的代表能量傳播方向的直線，在各向同性的媒質中，聲線就是代表波的傳播方向且處處與波陣面垂直的直線。,聲波的類型,1.平面聲波：,聲波的波陣面垂直于傳播方向的一系列平面時，稱為平面聲波。

12、,a. 波動方程：,對于簡諧振動而言：,正向傳播,負向傳播,b. 質點振動速度： 對于簡諧振動而言：,質點振動的速度振幅,c.聲阻抗率：,對于平面聲波而言：,單位（Pas/m）,聲場中某位置的聲壓與該位置質點振動速率之比,聲阻抗率僅與介質密度和聲速有關，是介質固有的常數(shù)，兩種介質的聲阻抗率將決定聲波反射和透射的強度。,d. 聲線：相互平行的一系列直線。,2. 球面聲波,波陣面是以任何值為半徑的同心球面。 a.波動方程：,對于從球心向外傳播的簡諧球面聲波而言：,振幅隨傳播距離的增加而減少，二者成反比關系。,b. 聲線：是由聲源點發(fā)出的半徑線。,3.柱面聲波：,波陣面為同軸圓柱面的聲波稱為柱面聲波

13、。 a.波動方程：,對遠場簡諧柱面聲波而言：,振幅隨徑向距離的增加而減少，與距離的平方根成反比關系。,b.聲線：是由線聲源發(fā)出的徑向線。,回顧,聲壓、聲強、聲功率 聲強級、聲壓級、聲功率級 頻譜和頻譜分析 頻程 聲波的類型：平面波、球面波、柱面波,2.3 聲波的傳播特性,2.3.1 聲場 2.3.2 聲波的反射、透射、折射 2.3.3 聲波的散射與衍射 2.3.4 聲波的疊加 2.3.5 聲波在傳播中的衰減,2.3.1 聲場（Sound Field）,1.聲場：聲場是指傳播聲波的空間。 2. 聲場的分類: 自由聲場：聲源在均勻、各向同性的介質中， 邊界影響可以忽略不計的聲場。,在自由聲場中，聲

14、波按聲源的輻射特性向各個方向不受阻礙和干擾地傳播。,消聲室:在經過專門設計的房間中，在一定頻率范圍內，房間邊界能有效吸收所有入射的聲波，這樣的房間內聲音主要是直達聲，可認為是自由聲場。這樣的房間稱消聲室。,消聲室,擴散聲場（混響聲場）:如果室內各處的聲壓級幾乎相等，聲能密度也處處相等，那么這樣的聲場叫做擴散聲場（混響聲場）。 半自由聲場(半擴散聲場):在寬闊的廣場上空，或者室內有一個面是全反射面，其余各面都是全吸聲面，這樣的空間稱半自由聲場或反射面前方的自由聲場。如消聲室地板用反射面來模擬半自由空間則稱為半消聲室。,2.3.2 聲波的反射、透射、折射,1.聲波的反射定律與折射定律,入射聲波、反

15、射聲波與折射聲波的傳播方向應該滿足Snell定律：,a.反射定律：,b.折射定律：,c.與折射定律有關的討論,由折射定律可知：聲波的折射由聲速決定 全反射：t=90折射波沿界面?zhèn)鞑?思考(p27) 1.為什么聲音在晚上比晴朗的白天傳播的遠一點？ 2.為什么逆風傳播的聲音難以聽清？,2.反射系數(shù)和透射系數(shù),a.聲壓的反射系數(shù)和透射系數(shù) 反射系數(shù)：反射聲壓與入射聲壓的比值。 透射系數(shù)：透射聲壓與入射聲壓的比值。,在邊界上，兩面的聲壓與法向的質點速度應該連續(xù)，即：,可以導出：,b.聲強的反射系數(shù)和透射系數(shù)：,c.當聲波垂直入射時的反射系數(shù)和透射系數(shù),聲波垂直入射: 聲壓的反射系數(shù)和透射系數(shù)可表示為,

16、聲強的反射系數(shù)和透射系數(shù)可以表示為：,3. 吸聲系數(shù),定義：入射聲波在界面上失去的聲能（包括透射 到介質2中去的聲能）與入射聲能之比,rp 的數(shù)值與入射方向有關，因此也與入射的方向有關。,2.3.3 聲波的散射、衍射、干涉,1.聲波的散射: 聲波傳播過程中，遇到的障礙物表面較粗糙或障礙物的大小與波長差不多，則聲波入射時，產生各個方向的反射，這種現(xiàn)象稱為散射。 聲波的散射既與障礙物的形狀有關，又與入射聲波的頻率有關。,2.聲波的衍射：聲波傳播過程中遇到障礙物或孔 洞時，如果聲波的波長比障礙物尺寸大得多，聲波會繞過障礙物而不改變傳播方向，這種現(xiàn)象稱為聲波的衍射。,兩列波頻率、振動方向相同且具有恒定

17、相位差的聲波，合成聲仍是同一頻率的振動，在空間某一些位置的振動始終加強，在另一些位置的振動始終減弱，這種現(xiàn)象稱為聲波的干涉現(xiàn)象。 產生干涉現(xiàn)象的聲波稱為相干波，產生干涉現(xiàn)象的聲源稱為相干聲源。 不產生干涉現(xiàn)象的聲波稱為不相干波，不產生干涉現(xiàn)象的聲源稱為不相干聲源。,3.聲波的干涉現(xiàn)象：,聲波的干涉現(xiàn)象,4. 不相干聲波的疊加,1.聲壓的疊加： 2.能量的疊加：,2.3.4 聲波在傳播中的衰減,聲波在介質中傳播時，由于擴散、吸收、散射等原因，離開聲源的距離增加，聲音逐漸減弱。,1.擴散引起的衰減,擴散衰減：由于波陣面的擴展而引起的聲強隨距離而減弱的現(xiàn)象稱為擴散衰減。 聲波的擴散衰減與聲源的形狀有

18、關,a. 點聲源的擴散衰減,點聲源輻射的一般為球面波,聲壓從r1處傳播到r2處時的發(fā)散衰減：,b.線聲源的擴散衰減,r0L/，聲源視為無限長線聲源： r0L/，線聲源視為點聲源。,c.矩形面聲源的擴散衰減,r0a/，聲源輻射平面聲波，聲壓不衰減。 a/r0b/，面聲源視為點聲源。,2.空氣吸收引起的附加衰減,空氣吸收：聲波在空氣中傳播時，因空氣的粘滯性和熱傳導，在壓縮和膨脹過程中，使一部分聲能轉化為熱能而損耗，稱為空氣吸收。這種吸收稱為經典吸收。 弛豫吸收：所謂弛豫吸收是指空氣分子轉動或振動時存在固有頻率，當聲波的頻率接近這些頻率時要發(fā)生能量交換。能量交換的過程都有滯后現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為弛豫吸

19、收。,點聲源在從r1處聲壓級 Lp1，傳播到r2處 Lp1，若聲波衰減包括擴散衰減和空氣吸收衰減，則,對無限長聲源，有,3.地面吸收的附加衰減,當?shù)孛媸欠莿傂员砻鏁r：地面吸收將會對聲傳播產生附加衰減，但短距離（30-50m）其衰減可以忽略，而在70m以上應予以考慮。,聲波在厚的草地上面或穿過灌木叢傳播時，在頻率為1000Hz時的附加衰減較大，可高達 25dB/100m 。,聲波穿過樹木或者森林時，不同樹林的衰減 相差很大，在1000赫茲時： 濃密的常綠樹樹冠 23 dB/100m 地面上稀疏的樹干 3 dB/100m,4.聲屏障衰減,當聲源與接收點之間存在密實材料形成的障礙物時會產生顯著的附加

20、衰減，這樣的障礙物稱為聲屏障。,聲波遇到屏障會產生反射、透射和衍射現(xiàn)象。 屏障的作用： 阻擋直達聲的傳播， 隔絕透射聲， 并使衍射聲有足夠的衰減。 聲屏障的附加衰減與聲源及接收點相對屏障位置、聲屏障高度及結構以及聲波頻率密切相關。,5.氣象條件的影響,雨、雪、露等對聲波的散射會引起聲能的衰減。但這種因素引起的衰減量很小，大約每1000m衰減不到0.5dB，因此可以忽略不計。 風和溫度梯度對聲波傳播的影響很大。,2.4 聲源的指向性,聲源的指向性：聲源發(fā)出的聲波，在各個方向上的聲能分布并不一定相同，這種隨方向分布的不均勻性，稱為聲源的指向性。 指向性因數(shù)：聲場中某點的聲強，與同一聲功率源在相同距

21、離同心球輻射面上的平均聲強之比：,方向r處的聲強、聲壓,半徑r的同心球面上平均聲強、聲壓,指向性指數(shù)：,聲源的指向性與聲源的尺寸有關。 聲源的指向性與頻率相關。,Q=1或DI=0的聲源稱為無指向性聲源,幾種典型聲源的指向特性,回 顧,概念：自由聲場，擴散聲場，相干波，聲源的 指向性 為什么聲音晚上比晴朗的白天傳播遠一點？ 為什么逆風傳播的聲音難以聽清？ 影響聲波衰減的因素都有哪些方面？ 擴散衰減中，點聲源、線聲源、面聲源的劃分原則。,第三節(jié) 環(huán)境噪聲評價與標準,3.1 環(huán)境噪聲的評價量和評價方法 3.2 環(huán)境噪聲標準,3.1 噪聲的評價量和評價方法,噪聲評價量建立的原則： 不同頻率的聲音對人的

22、影響不同； 不同環(huán)境對人的影響不同； 噪聲出現(xiàn)的時間不同對人的影響不同； 同樣的聲音對不同心理和生理特征的人群反 應不同。,1、響度 響度是人耳判別聲音由輕到響的強度等級概念，是描述聲音大小 的主觀感覺量。 不僅取決于聲音的強度(如聲壓級)，還與它的頻率及波形有關。 響度的單位是宋(sone)，符號是“N”。 頻率為1000Hz，聲壓級為40dB時的響度為1宋。,3.1.1 響度和響度級,2、響度級 把1000Hz的純音作為標準，某個聲音的感覺一樣響時，就把1000Hz純音的聲壓級定義為該聲音的響度級。符號為LN，單位為方(phon)。 例如：某噪聲聽起來與聲壓級為80dB、頻率為1000Hz

23、聲音一樣響，則該噪聲的響度級80phon。 響度與響度級的關系：,等響曲線：對各個頻率的聲音作試聽比較，以頻率為橫坐標，聲壓級為縱坐標，得到的響度相同的等值線，通常稱為等響曲線。（p31）,圖2-10 等響曲線,同一條等響曲線上各點的聲音頻率和聲壓級不同，但響度級相同； 等響曲線反映人耳對高頻聲敏感的特性，特別是對30005000Hz的聲音特別敏感。在噪聲控制時，首先應該降低中、高頻的刺耳噪聲。 聲壓級高于100dB，等響曲線較為平坦。說明當聲音強度達到一定程度之后，頻率對響度的影響不大，而主要取決于聲壓級。,3.1.2 A聲級,使用頻率計權網絡測得的聲壓級稱為聲級； 根據(jù)濾波器特點分：A聲級

24、、B聲級、C聲級、D聲級； 分別表示dB(A)、dB(B)、dB(C)、dB(D)。,人耳無法測定聲音的頻率成分和相應的強度，只能利用測量儀器聲級計來測定，為了模擬人耳的聽覺特性，在聲級計中安裝一個濾波器使它對頻率的判別與人耳相似。,A、B和C聲級的主要差別在于對低頻成分的衰減程 度，A衰減最多，B其次，C最少。,A聲級能很好的評價連續(xù)而穩(wěn)定的噪聲，被各國用于有各種噪聲源存在的城市噪聲評價。 B聲級：為評價6070phon左右的噪聲而提出?，F(xiàn)在已經很少使用。 C聲級用于評價高響度的噪聲。也很少使用；有時用于代替總聲壓級的測量。 D聲級主要用于航空噪聲的評價。,3.1.3 連續(xù)等效A聲級,A聲級

25、對不連續(xù)的噪聲不合適，采用連續(xù)等效A聲級評價這種非穩(wěn)態(tài)噪聲。 定義：用能量平均方法，以一個連續(xù)不變的A聲級來表示某段時間內噪聲聲級，符號“Leq”。 數(shù)學表達式：,如測量是在同樣的采樣時間間隔，則表達式變?yōu)椋?3.1.4 晝夜等效聲級,Ld：晝間(06:00-22:00)噪聲能量平均A聲級； Ln：夜間(22:00-06:00)噪聲能量平均A聲級。,晝夜等效聲級表示一晝夜24h噪聲的等效作用，用來評價區(qū)域環(huán)境的影響。,連續(xù)等效聲級反映了噪聲對人體的影響，但未能反映噪聲的起伏程度；因而采用累計百分數(shù)聲級來評價噪聲。 累計百分數(shù)聲級Ln表示在測量時間內高于Ln聲級所占的時間為n。 描述了噪聲隨時間

26、的變化特性。 例如L10=70dB，表示聲級高于70dB時間占10，其余90的時間內噪聲級均低于70dB。,3.1.5 累計百分數(shù)聲級（統(tǒng)計聲級）,通常，L90表示本底噪聲，L50表示中值噪聲級， L10表示噪聲峰值。 累計百分數(shù)聲級一般用于有較好正態(tài)分布的噪聲評價，當符合正態(tài)分布時，其與等效聲級的關系為：,L10用于評價漲落較大的噪聲時，與人的主觀反應相關性較好。已被美國聯(lián)邦公路局作為公路設計噪聲限制的評價量。,3.1.6 室內噪聲的評價量,1. 噪聲標準曲線: 噪聲標準（NC）曲線 更佳噪聲標準（PNC）曲線 適于室內活動場所穩(wěn)態(tài)噪聲的評價，以及有特別噪聲環(huán)境要求的場所的設計。,計算方法：

27、 測各頻帶聲壓級； 將各頻帶的聲壓級與圖中聲壓級比較,得到各頻帶對應的PNC曲線號數(shù)； 最大號數(shù)即為所測環(huán)境的噪聲評價值 。,更佳噪聲標準（PNC）曲線,2. 噪聲評價數(shù)(NR)曲線 考慮了高頻噪聲對人的干擾更大。 噪聲評價數(shù)： 將1000Hz倍頻帶聲壓級值作為噪聲評價數(shù)NR。 其他63-8000Hz倍頻帶的聲壓級和NR的關系也可由下式計算：,求NR值的步驟： 測各頻帶的聲壓級； 將測得的噪聲各頻帶的聲壓級與圖中聲壓級比較既可以得到各頻帶的NR值； 取其中最大的NR值（取整數(shù)）； 將最大值加1即為所測環(huán)境的NR值。,3.1.7 與煩惱程度有關的評價量,1. 噪度和感覺噪聲級 噪度（Na）：在中

28、心頻率為1 kHz的倍頻帶上，聲壓級為40dB的噪聲的噪度為1吶 (noy)。 感覺噪聲級(LPN)：將噪度轉換成分貝指標，稱為感覺噪聲級。 有效感覺噪聲級(LEPN)：在感覺噪聲級基礎上，對持續(xù)時間和可聞純音及頻率修正后得到的量,計權等效連續(xù)感覺噪聲級(LWECPN),LEPN ：N次飛行的有效感覺噪聲級能量平均值。 N1：白天飛行次數(shù)，N2：傍晚飛行次數(shù)， N3：夜間飛行次數(shù)。,2. 交通噪聲指數(shù)(TNI),定義：,考慮到噪聲氣候的范圍，本底噪聲情況。,只適用于機動車輛噪聲對周圍環(huán)境干擾的評價，限于車流量較多及附近無固定聲源的環(huán)境。,3. 噪聲污染級,用以評價噪聲對人煩惱程度的評價量，它既

29、包含對噪聲能量的評價，也包含噪聲漲落的影響。,對隨機分布的噪聲，噪聲污染級和等效連續(xù)聲級或累計百分數(shù)聲級之間的關系：,3.2.1 環(huán)境噪聲污染防治法,中華人民共和國環(huán)境噪聲污染防治法 1996年10月第八屆全國人民代表大會通過 內容：八章六十四條,3.2 環(huán)境噪聲的評價標準,1、聲環(huán)境質量標準,環(huán)境保護標準,3.2.2 環(huán)境噪聲標準,2、環(huán)境噪聲排放標準,3、相關監(jiān)測規(guī)范、方法標準,各類車輛定置噪聲A聲級限值(dB),4. 產品噪聲標準,地鐵電動車組司機室和客室內允許的噪聲級（LPA）(dB),5. 噪聲排放標準,a.各類廠界噪聲標準,類標準適用于以居住、文教機關為主的區(qū)域；類標準適用于居住、

30、商業(yè)、工業(yè)混雜區(qū)及商業(yè)中心區(qū)；類標準適用于工業(yè)區(qū)；類標準適用于交通干線兩側的區(qū)域。,b. 不同施工階段作業(yè)的廠界噪聲限值（等效聲級Leq),c. 機場周圍飛機噪聲標準值及適用區(qū)域,注：一類區(qū)域：特殊區(qū)域居住區(qū)；居住、文教區(qū)。 二類區(qū)域：除一類以外的生活區(qū)。,工業(yè)企業(yè)廠區(qū)內各類地點的噪聲標準（A聲級dB）,6. 環(huán)境質量標準,車間內部容許噪聲級（A聲級dB）,我國民用建筑室內允許噪聲級,城市各類區(qū)域環(huán)境噪聲最高限值（等效聲級Leq）,夜間突發(fā)噪聲其峰值不得超過相應區(qū)域標準 15dB, 農村生活區(qū)域參照1類區(qū)域標準執(zhí)行,常用的環(huán)境噪聲的評價量,思考,吸聲控制混響聲（反射聲）,室內噪聲包括聲源直接傳

31、來的直達聲和室內各壁面反射來的混響聲。 吸聲：聲波通過媒質或入射到媒質分解面上時聲能的減少過程，稱為吸聲。 吸聲技術：通過吸聲材料和吸聲結構來降低噪聲的技術。 一般通過吸聲控制可使室內降低35dB(A)，使用噪聲嚴重的車間降噪610dB(A) 。,第四節(jié) 噪聲控制技術吸聲,吸聲系數(shù)：材料吸收的聲能(包括吸收的和透射 的)與入射到材料上的總聲能的比值。,4.1.1 表示材料吸聲性能的量,4.1 吸聲材料,一般在0-1之間，值愈大，材料吸聲性能愈好 聲波被完全反射，a=0，材料不吸聲； 聲波被完全吸收，a=1，聲波全部被吸收。,吸聲系數(shù)除與材料本身的結構、性質、使用條件有關外，還與聲波人射角和頻率

32、有關。,吸聲量：吸聲系數(shù)與吸聲面積的乘積，也稱等 效吸聲面積，即：,A吸聲量，m2； a某頻率聲波的吸聲系數(shù)； S吸聲面積，m2,如果組成室內各壁面的材料不同，則壁面在某頻率下的總吸聲量為：,Ai第i種材料組成的壁面的吸聲量， Si第i種材料組成的壁面的的面積， ai第i種材料在某頻率下的吸聲系數(shù)。,4.1.2 吸聲材料的基本類型,吸 聲 材 料,多孔性吸聲材料,共振吸聲結構,特殊吸聲結構,纖維狀,顆粒狀,泡沫狀,穿孔板共振吸聲結構,單個共振器,空間吸聲體,吸聲尖劈,薄膜共振吸聲結構,薄板共振吸聲結構,幾種多孔性吸聲材料,珍珠巖吸聲板,聚脂纖維吸音棉,超細玻璃棉卷材,木絲吸音板,聚酯纖維吸音棉

33、,4.1.3 多孔吸聲材料,木制多孔吸音裝飾板，被廣泛的運用在視聽室，歌劇院等空間,吸音石膏板造型天花，不但具備功能性，同時也十分有設計感,1. 吸聲機理,聲波入射到多孔的吸聲材料表面，一部分聲波被反射，另一部分聲波透入多孔材料衍射到內部的孔隙，激起孔內空氣與筋絡振動，由于空氣分子間的粘滯阻力及空氣與筋絡間的摩擦阻力，使聲能轉化為熱能而消耗，從而達到吸聲的效果。 多孔吸收材料常用于高、中頻的吸收。,2 . 吸聲材料構造特性,材料的孔隙率一般在70%以上，多數(shù)達到90%左右； 孔隙應該盡可能細小，且均勻分布； 微孔應相互貫通，而不封閉； 微孔要向外敞開，使聲波易于進入微孔內部。,a. 材料厚度的

34、影響,厚度增加，提高低頻聲的吸收效果；對高頻音影響不大（高頻音在材料表面就被吸收）。,3. 影響材料吸聲的因素,b. 材料的密度或孔隙率,孔隙率：材料內部孔洞體積與材料總體積的比值。 存在一個最佳吸聲性能的密度范圍。 厚度不變，增大密度，可提高中低頻的吸聲系數(shù)。,c. 材料中空腔的影響,a 隨空氣層厚度增加而增加，但有限制,d. 護面層的影響,作用：保護吸聲材料，防止污染環(huán)境。 種類：護面網罩、纖維布、塑料薄膜和穿孔板等 要求：要有良好的通氣性。,e. 溫度、濕度的影響,溫度升高，吸聲性能向高頻方向移動。 溫度降低，提高低頻聲的吸收效果。,濕度增大，吸聲性能降低，而且從高頻開始。,常用吸聲材料

35、的使用情況,吸聲機理：(亥姆霍茲共振原理)當共振吸聲結構的固有頻率與入射聲波的頻率一致時，產生共振，將部分振動轉化為熱能，達到吸聲效果。,4.2 吸聲結構,吸聲結構的特點： 低頻吸收性能好； 裝飾性強； 強度足夠； 聲學性能易于控制。,4.2.1常用的吸聲結構,1.空氣層共振吸聲結構 2.薄膜吸聲結構 3.薄板吸聲結構 4.穿孔板吸聲結構 5.微穿孔板吸聲結構,1. 空氣層共振吸聲結構,1空氣層厚度為0 2空氣層厚度為100mm； 3空氣層厚度為300mm。,2. 薄膜吸聲結構,系統(tǒng)共振頻率：,空氣層,膜狀材料,M0,面密度；L，空氣層厚度 吸聲頻帶：200-1000Hz， 吸聲系數(shù)：0.35

36、,3.薄板吸聲結構,系統(tǒng)共振頻率：,吸聲頻帶：80-300Hz， 吸聲系數(shù)：0.2-0.5 薄板厚度：3-6mm 空氣層厚度：3-10mm,4. 穿孔板吸聲結構,單孔時系統(tǒng)共振頻率：,多孔時系統(tǒng)共振頻率：,鋁穿孔吸聲板,穿孔率（P）=穿孔面積/總面積 穿孔面積越大，吸聲頻率越高。 吸聲頻帶：低中頻噪聲， 吸聲系數(shù)：0.4-0.7 薄板厚度：2-5mm 孔 徑：2-4mm 穿 孔 率：1%-10%,5. 微穿孔板吸聲結構,金屬微穿孔吸聲板,特點： 吸聲頻帶較寬； 可用于高溫、潮濕、腐蝕性氣體或高速氣流等其它材料及結構不適合的環(huán)境中； 結構簡單，設計理論成熟，吸聲結構的理論計算與實測值接近。,1.

37、 空間吸聲體,主要由多孔吸聲材料加外包裝構成，不需要壁板等結構一起形成共振空腔。 特點：懸空懸掛，吸聲性能好，節(jié)約吸聲材料；便于安裝，裝拆靈活。,4.2.2 特殊吸聲結構,2. 吸聲尖劈,吸聲尖劈具有很高的吸聲系數(shù)，可達到 0.99，常用于特殊用途的聲學結構的構造。,4.3 吸聲設計,4.3.1 吸聲設計原則,先對聲源進行隔聲、消聲等處理，當噪聲源不宜采用隔聲措施或采用隔聲手段仍不能達到噪聲排放標準時，可采用吸聲處理作為輔助手段。,4.3.2 吸聲設計程序,根據(jù)聲源特性估算受 聲點的各頻帶聲壓級,確定各吸聲面的吸聲系數(shù),了解環(huán)境特點，選定噪聲控制標準,計算各頻帶所需吸聲量,計算室內應有的吸聲系

38、數(shù),確定受聲點允許的噪聲 級和各頻帶聲壓級,選擇合適的吸聲材料,如果一個房間的墻面上布置有幾種不同的材料時，它們對應的吸聲系數(shù)和面積分別為1、2、3 和Sl、S2、S3 ，房間平均吸聲系數(shù)為：,1. 房間平均吸聲系數(shù)的計算,2. 吸聲量的計算,若一個房間的墻面上布置有幾種不同的材料時，則房間的吸聲量為：,3.室內聲壓級的計算,擴散聲場：房間內聲能密度處處相同，而且在任一受聲點上，聲波在各個傳播方向作無規(guī)分布的聲場叫擴散聲場 。 室內聲場由直達聲和經反射后的混響聲組成。,室內聲場,直達聲場,混響聲場,聲源的指向性因數(shù),距點聲源 r 處的聲強為：,Q-聲源的指向性因數(shù)：點聲源位于自由場空間，Q=1

39、;置于無窮大剛性平面上，Q=2;聲源置于兩個剛性平面的交線上，Q=4;聲源置于三個剛性反射面的交角上，Q=8。,距點聲源 r 處的聲壓及聲能密度為：,a.直達聲場的計算,聲壓級的計算：,自由程：聲波每相鄰兩次反射所經過的路程 平均自由程：室內自由程的平均值。,聲速為c時，聲波傳播一個自由程所需的時間為：,單位時間內平均反射次數(shù)為：,V, 房間體積；S, 面積,b.混響聲場：,單位時間聲源向室內貢獻的混響聲為：,混響聲的聲能為：,反射一次，壁面吸收的聲能為：,單位時間內壁面吸收的聲能為：,穩(wěn)態(tài)時，聲源提供的混響聲，等于被吸收的聲能：,室內的混響聲能密度為：,設：,混響聲場中的聲壓為：,相應聲壓級

40、為：,c. 總聲場：,離聲源r處的聲壓級：,聲源聲功率級LW，聲源指向性因數(shù)Q 房間常數(shù)R（m2）： S，面積(m2) ； ，房間平均吸聲系數(shù)(m2),混響半徑（P53-54）,當直達聲與混響聲的聲能相等時的距離稱為臨界半徑。,Q=1時的臨界半徑稱為混響半徑。 意義： 當受聲點與聲源的距離小于臨界半徑時，吸聲處理的降噪 效果不大；當受聲點與聲源的距離大大超過臨界半徑時， 吸聲處理才有明顯的效果。,4.混響時間計算,當聲源停止發(fā)聲后聲能密度衰減到原來的百萬分之一，即聲壓級下降60dB所需的時間，叫做混響時間。 Sabine公式：(T60與房間吸聲系數(shù)的關系),V房間容積，m3 A室內總吸聲量，m

41、2,C.F. Eyring 公式:,Eyring-Millington 公式:,當0.2時，,5. 吸聲降噪量計算,設R1、R2分別為室內設置吸聲裝置前后的房間常數(shù)，則距聲源r處相應的聲壓級分別為:,吸聲前后的聲壓級之差，即吸聲降噪量為:,當受聲點離聲源較近時，降噪量很小。 當受聲點離聲源較遠時（混響半徑以外），忽略直達聲，降噪量可簡化為：,房間內吸聲系數(shù)均較小（小于1），上式簡化為：,由于：,1、多孔吸聲材料的吸聲機理,3、吸聲結構的吸聲機理,思 考,2、影響材料吸聲的因素有哪些？,由于聲能被反射和吸收，穿透障礙物傳出來的聲能總是或多或少地小于入射聲波的能量，這種由屏障物引起的聲能降低的現(xiàn)象

42、稱為隔聲。 具有隔聲能力的屏障物稱為隔聲結構或隔聲構件。,第五節(jié) 隔聲技術,5.1.1 表示材料隔聲性能的量,5.1 概述,1、透聲系數(shù)：材料透射的聲能與入射到材料上總 聲能的比值。,2、隔聲量（透射損失、傳聲損失）,表示方法：用R或TL表示，單位為dB,越小，R越大，隔聲性能越好。,隔聲量與入射聲波的頻率有關。,平均隔聲量：各頻程隔聲量的算術平均數(shù),3. 插入損失： 離聲源一定距離某處測得的隔聲構件設置前的聲功率級和設置后的聲功率級之差。,通常在現(xiàn)場評價構件的隔聲效果。,5.2 隔聲結構的類型,隔聲墻 隔聲罩 隔聲間 隔聲屏障,5.2.1 隔聲墻,隔音技術中，通常將板狀或墻狀的隔聲構件稱為隔

43、聲墻。僅有一層墻板稱為稱為單層隔聲墻，有兩層或多層，層間有空氣或其他材料，則稱為雙層或多層隔聲墻。,1、單層勻質墻的隔聲性能,（1）單層勻質隔聲墻的隔聲頻率特征,第I區(qū):剛度和阻尼控制區(qū) 剛度控制區(qū) 阻尼控制區(qū) 第II區(qū):質量控制區(qū) 第III區(qū):吻合效應區(qū),單層勻質墻的隔聲量與人射聲波的頻率有很大的關系，根據(jù)隔聲量與人射聲波頻率的變化規(guī)律大致可分為3 個區(qū)。,第I區(qū):剛度和阻尼控制區(qū),剛度控制區(qū)：聲波頻率低于墻板的第一個共振頻率f0的區(qū)域。隔聲量隨聲波頻率的升高而下降，每倍頻程隔聲量下降6dB；隔聲量與墻板的剛度成正比，墻板剛度越大，隔聲量越高，所以叫剛度控制區(qū)。,阻尼控制區(qū)：入射聲波頻率與墻

44、板的固有頻率相同時，引起共振，隔聲量最小。在共振頻率后，隔聲曲線會出現(xiàn)幾個連續(xù)的低谷，但隨著頻率的增加，共振減弱，隔聲量總體呈上升趨勢。 增加墻板的阻尼可以降低共振，所以成為阻尼控制區(qū)。,共振區(qū)有一系列共振頻率，基頻和諧波頻率對隔聲量影響最大。 磚、石墻的共振頻率很低，一般不再聲頻區(qū)，通常不考慮； 薄板共振頻率較高，阻尼控制區(qū)可分布在較寬的聲頻區(qū)，應予以防止，如增加薄板的阻尼。,第II區(qū):質量控制區(qū),隨著聲波頻率的提高，墻板隔聲量受墻板慣性質量影響，“質量”越大，隔聲量就越大。 隔聲量與入射聲波頻率呈線性關系。,質量定律：單層墻的隔聲量與其單位面積質量（面密度）的對數(shù)成正比；也與聲波頻率的對數(shù)

45、成正比。,面密度增加一倍，隔聲量增加約6dB； 入射頻率增加一倍，隔聲量增加約6dB。,第III區(qū): 吻合效應區(qū),隨入射聲波頻率的升高，由于吻合效應，隔聲量下降，在臨界吻合頻率fc之后，隔聲量增加。,吻合效應：聲波入射會引起墻板彎曲振動，若入射聲波的波長在墻板上的投影恰好等于墻板的固有彎曲波長，墻板彎曲波振動的振幅達到最大，會導致向墻板另一側輻射聲波，此時墻板的隔聲量明顯下降，這種現(xiàn)象為吻合效應。,聲波入射引起墻板彎曲振動，好比風吹動幕布，在幕布上產生波動現(xiàn)象。,發(fā)生吻合效應的條件：,構件的b一定，發(fā)生吻合效應的頻率有多個。,彎曲波的波長,入射聲波波長,入射角,發(fā)生吻合效應,臨界吻合頻率：產生

46、吻合效應的最低入射頻率。,墻板面密度,墻板彎曲勁度,墻板厚度,墻板密度,墻板彈性模量,臨界吻合頻率的影響因素：,增加墻板阻尼和厚度，可減緩吻合效應導致的隔聲量下降,（2）單層勻質隔聲墻的隔聲量,質量定律：聲波垂直入射時,m為墻體面密度，f為入射聲波頻率， 0為空氣密度，c0為空氣聲速 。,物理意義：單層墻的隔聲量與其單位面積的質量的對數(shù)成正比；聲波頻率越高，隔聲量越高。,隔聲量估算,無規(guī)入射時，經驗公式：,場入射隔聲量的經驗公式：,平均隔聲量的經驗公式：,2、雙層隔聲墻,按質量定律選用單層墻時，若要使隔聲量很大時，墻體就會很笨重，且造價高。如將實體墻分成兩片獨立墻，在墻之間留有空氣層，則隔聲量

47、將比同等質量的單層墻高。,（1）雙層隔聲墻,雙層隔聲墻的隔聲原理,聲波透過第一墻，由于墻外及夾層中空氣與墻板特性阻抗不同，造成聲波兩次反射，形成衰減，又由于空氣層的彈性和附加吸收作用，使振動能量衰減較大，再傳給第二墻時，又發(fā)生聲波兩次反射，使透射聲能再次減少，導致總的透射損失更大。,隔聲特性,a雙層墻無吸聲材料 b-雙層墻有少量吸聲材料 c雙層墻鋪滿吸聲材料 d雙層墻；e 單層墻,雙層墻隔音特性,聲波頻率小于雙層墻共振頻率，雙層墻板整體振動，空氣層不起作用，隔聲能力同單層墻。等于雙層墻共振頻率，隔聲量低谷。大于雙層墻共振頻率，隔聲曲線急劇上升(雙層結構墻優(yōu)越性)。進入吻合效應區(qū)，臨界吻合頻率處

48、隔音量低谷。,共振頻率,雙層墻的共振指聲波法向入射時的墻板共振頻率,空氣層越薄，雙層墻的共振頻率。,經驗公式：,平均隔聲量：,隔聲量的估算:,（2）多層復合隔聲結構,由幾層面密度或性質不同的板材組成的隔聲結構，層間填充阻尼材料或多孔吸聲材料或空氣層。 各層材料的聲阻抗不匹配，分層界面上聲波產生多次反射，阻抗相差越大，聲能反射越多，隔音越好。 各層板材的共振頻率和臨界吻合頻率錯開，改善共振和吻合效應造成的隔聲低谷。 阻尼材料可以減弱板的振幅，對共振頻率和吻合效應頻率出現(xiàn)的隔聲低谷起抑制作用。,（1）隔聲罩主要結構形式,局部開敞型,固定密封型,3、隔聲罩,活動密封型,通風散熱型,（2）隔聲罩的基本

49、構造,(3) 隔聲罩的插入損失(P72),全封閉的隔聲罩的插入損失：,TL :隔聲罩罩壁的隔聲量 ：內飾吸聲材料的吸聲系數(shù),局部封閉的隔聲罩的插入損失：,TL :隔聲罩罩壁的隔聲量 ：內飾吸聲材料的吸聲系數(shù) S0: 非封閉總面積，S :封閉總面積,（4）隔聲罩的設計要點,選擇適當?shù)牟牧虾托螤?罩壁采用輕薄材料時，壁面上適當處理（加筋、涂組尼層），減弱共振和吻合效應。 隔聲罩的內表面進行吸聲處理 隔聲罩的密封 隔聲罩與設備、基座不能有剛性接觸，以免形成生聲橋，傳遞聲波，降低隔聲性能。,4、隔聲間,（1）隔聲間的結構,（2）隔聲門,(3) 隔聲窗,(4) 隔聲間的聲學評價,a. 組合墻的平均隔聲量

50、：,b.隔聲間的插入損失：P72,:隔聲間的平均隔聲量 ：隔聲間的總吸聲量 S: 隔聲間的內表面總面積,（5）隔聲間設計要點,合適的材料 孔洞和縫隙的影響 通風換氣口的設計,5、隔聲屏障,用來阻擋聲源與接收點間直達聲的障板稱為隔聲屏障，一般用于車間或辦公室內、道路兩側。,隔聲屏障的隔聲原理：可以將高頻聲反射回去，使屏障后形成“聲影區(qū)”，在聲影區(qū)內噪聲明顯降低。對低頻聲，由于繞射的結果，隔聲效果較差。,（1）隔聲屏障的基本形式,（2）插入損失,（3）隔聲屏障設計要點,聲屏障的隔聲量應比設計目標值大 聲屏障應有足夠的高度 聲屏障應盡量靠近噪聲源 應盡可能采用吸聲型聲屏障（尤其是在混響聲場場合）,確

51、定受聲點允許的噪聲 級和各頻帶聲壓級,5.3 隔聲設計程序,根據(jù)聲源特性估算受 聲點的各頻帶聲壓級,選擇合適的隔結構與構件,了解環(huán)境特點，選定噪聲控制標準,計算各頻帶所需隔聲量,與構件的插入損失比較,消聲器：是讓氣流通過使噪聲衰減的裝置，安裝在氣流通過的管道中或進排氣口上，有效地降低空氣動力性噪聲。,第六節(jié) 消聲器,6.1 消聲器性能評價,6.1.1 聲學性能,1、插入損失 LIL：系統(tǒng)中插入消聲器前后在系統(tǒng)外某點測得的聲功率級之差。,2、傳聲損失 LR：消聲器進口端聲功率級與出口端聲功率級之差。,3、減噪量LNR：消聲器進口端面測得的平均聲壓 級與出口端測得的平均聲壓級差。,4. 衰減量 ：

52、消聲器內部兩點之間聲壓級的差值,插入損失 減噪量,傳聲損失 衰減量,不只是消聲器 本身性能,消聲器本身性能,6.1.2 消聲器綜合性能要求：,消聲：在正常工作狀況下，要求在較寬的頻帶范圍有較大的消聲量，特別是對突出頻帶的噪聲必須保證其消聲量。 空氣動力性能：對氣流的壓力損失要小，壓力和功率損失在允許范圍內，基本不影響設備的動力性能。 空間位置及構造：位置合理，構造盡量簡單、便于裝卸。所用結構和材料要堅固耐用，滿足各種使用環(huán)境下的聲學性能穩(wěn)定。,6.2 消聲器的分類,消 聲 器,阻性消聲器,抗性消聲器,阻抗復合式消聲器,微穿孔板消聲器,擴散性消聲器,擴張室消聲器,共振腔消聲器,干涉式消聲器,無源

53、消聲器,有源消聲器,小孔消聲器,多孔擴散消聲器,節(jié)流減壓消聲器,6.2.1 阻性消聲器,1、阻性消聲原理： 利用吸聲材料消聲的吸收型消聲器。吸聲材料固定在氣流通道內，利用聲波在多孔吸聲材料中傳播時，因摩擦阻力和粘性阻力將聲能轉化為熱能，達到消聲日的。與電學類比，吸聲材料相當于電阻，故稱阻性消聲器。,優(yōu)點：在較寬的中、高頻范圍內消聲，特別對刺耳 的高頻聲消聲效果明顯。 缺點：在高溫、高速、含水蒸汽、含塵、含油以及 對吸聲材料有腐蝕性的氣體中壽命短，消聲效果差；對低頻噪聲消聲效果不理想。,（1）直管式消聲器,優(yōu)點：加工簡單，空氣動力性能好，適用于氣 體流量較小的情況。 缺點：不適于氣體流量較大的情

54、況。高頻損失,2、常用阻性消聲器的類型,(2) 片式消聲器,優(yōu)點：結構不復雜，中、高頻消聲效果好， 阻力系數(shù)較小。,(3) 折板式消聲器,增加聲波反射次數(shù)，更多地與吸聲材料接觸， 提高了高頻消聲效果。 優(yōu)點：適用于壓力和噪聲較高的設備。 缺點：大大增加了阻力損失。,（4）聲流式消聲器,增加反射次數(shù)，并對某些頻率產生吻合振動。 優(yōu)點：高消聲、低阻損，阻力系數(shù)介于片式和折 板式消聲器之間，適用大斷面流通管道。 缺點：加工復雜，造價較高。,(5) 蜂窩式消聲器,優(yōu)點：中、高頻消聲效果好，可根據(jù)不同的適應 范圍，設計單元結構。 缺點：阻力損失較大，阻力系數(shù)一般在1-1.5之 間，用于風量較大、流速較低的情