环境噪声控制工程教学提纲.ppt
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1、环境噪声控制工程第一节第一节 噪声噪声噪声的定义噪声的定义l物理学定义物理学定义l环境声学定义:凡是人们不需要的声音环境声学定义:凡是人们不需要的声音噪声控制:降低和减少可听声噪声控制:降低和减少可听声l次声波:频率小于次声波:频率小于20Hzl超声波:频率大于超声波:频率大于20kHzl可听声:频率在可听声:频率在20Hz与与20kHz之间之间噪声污染的特点噪声污染的特点第二节第二节 噪声的危害噪声的危害听力机构损伤听力机构损伤 l暂时性听阀迁移暂时性听阀迁移l永久性听阀迁移永久性听阀迁移l暴震性耳聋暴震性耳聋诱发疾病诱发疾病对正常生活及工作的影响对正常生活及工作的影响第三节第三节 环境声学
2、研究内容环境声学研究内容噪声污染规律的研究噪声污染规律的研究噪声评价方法和噪声标准的研究噪声评价方法和噪声标准的研究噪声控制措施的研究噪声控制措施的研究噪声测量设备和技术的研究噪声测量设备和技术的研究第四节第四节 噪声的分类噪声的分类按城市环境噪声分类按城市环境噪声分类 交通噪声、工业噪声、建筑施工噪声和社会交通噪声、工业噪声、建筑施工噪声和社会生活噪声生活噪声按发声机理分类按发声机理分类l机械噪声机械噪声l空气动力性噪声空气动力性噪声l电磁噪声电磁噪声第五节 环境噪声控制噪声控制基本原理噪声控制基本原理l声源控制声源控制l传播途径传播途径l对接收者的防护对接收者的防护城市环境噪声的控制城市环
3、境噪声的控制l行政管理措施行政管理措施l规划性措施规划性措施 区域规划、道路规划和控制城市人口密度区域规划、道路规划和控制城市人口密度第二章第二章 声波的基础知识声波的基础知识声波的产生声波的产生描述声波的基本物理量描述声波的基本物理量频程和频谱频程和频谱声能量、声功率和声强声能量、声功率和声强声波的传播方程声波的传播方程平面波和球面波平面波和球面波声压级、声强级和声功率级声压级、声强级和声功率级声源的指向性声源的指向性第一节第一节 声声 波波 的的 产产 生生声源:发出声音的振动体。声源:发出声音的振动体。声波:在弹性媒质中,声音的机械振动由近及声波:在弹性媒质中,声音的机械振动由近及远的传
4、播过程。远的传播过程。声波传播的必要条件:弹性媒质的存在声波传播的必要条件:弹性媒质的存在声场:声波存在的空间声场:声波存在的空间声压:声波传播时大气中压强随着声波声压:声波传播时大气中压强随着声波作周期性的变化,声扰动所产生的逾量作周期性的变化,声扰动所产生的逾量压强就叫做声压。压强就叫做声压。p=P-P0 P0为平衡状态下的大气压强。为平衡状态下的大气压强。l有效声压:在一定时间间隔中,瞬时声压对有效声压:在一定时间间隔中,瞬时声压对时间取均方根值为有效声压。时间取均方根值为有效声压。第二节第二节 描述声波的基本物理量描述声波的基本物理量频率:频率频率:频率 f 为媒质质点每秒钟振动的次为
5、媒质质点每秒钟振动的次数。数。圆频率圆频率:2f波长:同一时刻,由于声波引起的传播波长:同一时刻,由于声波引起的传播媒质中密度最稠密(稀疏)的地点到邻媒质中密度最稠密(稀疏)的地点到邻近的最稠密(稀疏)的对应地点的距离,近的最稠密(稀疏)的对应地点的距离,或者说两个声压最大(小)值地点之间或者说两个声压最大(小)值地点之间的距离叫声波波长的距离叫声波波长。声速:振动状态或它具有的振动能量在声速:振动状态或它具有的振动能量在媒质中自由传播的速度叫声速媒质中自由传播的速度叫声速c。c=f c=331.4+0.61 t oC t 为摄氏温标下的温度。为摄氏温标下的温度。相位:任一时刻相位:任一时刻t
6、的质点振动状态,包括的质点振动状态,包括振动的位移及运动方向或者压强的变化。振动的位移及运动方向或者压强的变化。第三节第三节 频频 程程 和和 频频 谱谱频谱:声音的频率成分与能量分布的关系称为频谱:声音的频率成分与能量分布的关系称为声音的频谱。声音的频谱。频谱图:各个频率上声能量分布绘成的图形。频谱图:各个频率上声能量分布绘成的图形。通常频谱图以频率为横坐标,以频率对数为标通常频谱图以频率为横坐标,以频率对数为标度,以声压级为纵坐标。度,以声压级为纵坐标。Lp(dB)纯音谱纯音谱f(Hz)Lp(dB)连续谱连续谱f(Hz)Lp(dB)复合谱复合谱f(Hz)频带:把宽广的声频范围划分为若干连频
7、带:把宽广的声频范围划分为若干连续小区间,称其为频带或频程。续小区间,称其为频带或频程。频带划分方法频带划分方法l恒定宽频带划分方法:保持频带宽度恒定宽频带划分方法:保持频带宽度 f f2 f1不变不变l恒定相对宽频带划分方法:保持频带的上下恒定相对宽频带划分方法:保持频带的上下限之比为常数限之比为常数第四节第四节 声能量、声强和声功率声能量、声强和声功率声能量:由于声扰动使媒质获得的能量声能量:由于声扰动使媒质获得的能量l声能量声能量 媒质质点振动的动能媒质质点振动的动能 媒质媒质 形变的势能形变的势能 动能动能Ek任一时刻的势能任一时刻的势能Epl平均声能密度平均声能密度 单位体积媒质所具
8、有的平均动能和平均弹性单位体积媒质所具有的平均动能和平均弹性势能之和。势能之和。声功率声功率W 声源在单位时间内辐射的能量,单位为瓦。声源在单位时间内辐射的能量,单位为瓦。自由声场中,均匀辐射的声源的声功率为:自由声场中,均匀辐射的声源的声功率为:声强声强 I 单位时间内通过垂直于传播方向单位面积的平单位时间内通过垂直于传播方向单位面积的平均声能量,单位为均声能量,单位为W/m2。第五节第五节 平面波和球面波平面波和球面波波阵面波阵面 同一时刻相位相同的轨迹为波阵面同一时刻相位相同的轨迹为波阵面平面波平面波 波阵面与传播方向垂直的波。波阵面与传播方向垂直的波。沿沿x方向传播的平面波方程方向传播
9、的平面波方程 方程中方程中P为声压,为声压,C为声速为声速。上式的解为上式的解为简谐振动的平面波的方程简谐振动的平面波的方程 p为声场中某位置的瞬时声压;为声场中某位置的瞬时声压;pA为声压幅值;为声压幅值;为角频率;为角频率;k为圆波数,为圆波数,平面波质点振动速度和声阻抗率平面波质点振动速度和声阻抗率l质点振动速度方程质点振动速度方程 上式中的上式中的uA为质点振动速度幅值;为质点振动速度幅值;ue为质点为质点质点速度的有效值质点速度的有效值l声阻抗率声阻抗率Zs 声阻抗率单位是声阻抗率单位是Pa.s/m,是媒质所固有的一个常数。,是媒质所固有的一个常数。平面波的声能密度、声强和声功率平面
10、波的声能密度、声强和声功率l声能密度声能密度l声强声强l声功率声功率球面波的瞬时声压和振动速度球面波的瞬时声压和振动速度l点声源:当声源很小,其几何尺寸比辐射声点声源:当声源很小,其几何尺寸比辐射声波波长小很多时,则其大小和形状可被忽略波波长小很多时,则其大小和形状可被忽略而视为一点,该声源可称为点声源。而视为一点,该声源可称为点声源。l球面波:点声源发出的声波,其波阵面为同球面波:点声源发出的声波,其波阵面为同心球面。心球面。l球面波的瞬时声压和振动速度球面波的瞬时声压和振动速度 上式中,上式中,A为声源辐射声波能力的常数。为声源辐射声波能力的常数。声压的振幅声压的振幅媒质质点振动速度为媒质
11、质点振动速度为球面声波的声强和声功率球面声波的声强和声功率l声阻抗率声阻抗率l声强声强l声功率声功率第六节第六节 声压级、声强级和声声压级、声强级和声功率级功率级声压级声压级Lp:将待测声压的有效值:将待测声压的有效值Pe与参与参考声压考声压P0的比值取常用对数,再乘以的比值取常用对数,再乘以20,即,即 在空气中,参考声压在空气中,参考声压P0210-5 帕帕 声强级声强级LI:将待测声强:将待测声强I与参考声强与参考声强I0的的比值取常用对数,再乘以比值取常用对数,再乘以10,即,即 在空气中,参考声强在空气中,参考声强I010-12 瓦瓦/米米2,是,是 与与 参考声压参考声压P0相对应
12、的声强相对应的声强 声功率级声功率级Lw:将待测声功率:将待测声功率W 与参考声与参考声功率功率W0的比值取常用对数,再乘以的比值取常用对数,再乘以10,即即 在空气中,参考声功率在空气中,参考声功率W010-12 瓦瓦,是,是 与与 参考声压参考声压P0相对应的声功率相对应的声功率 声压级、声强级和声功率级的关系声压级、声强级和声功率级的关系l声压级、声强级的关系声压级、声强级的关系 在一般情况下在一般情况下b的值很小,因此可以认为的值很小,因此可以认为l声强级与声功率级的关系声强级与声功率级的关系 对于自由声场中的球面波有:对于自由声场中的球面波有:第七节第七节 声源的辐射声源的辐射指向性
13、声源指向性声源 声源在各方向的辐射的声压或声强不相同,这声源在各方向的辐射的声压或声强不相同,这种声源为指向性声源。种声源为指向性声源。指向性因数指向性因数Q 声场中某点的声强与在同一声功率声源在相同声场中某点的声强与在同一声功率声源在相同距离同心球面上的平均声强之比。距离同心球面上的平均声强之比。指向性指数指向性指数DI例:测得离点声源较远的例:测得离点声源较远的10米处的声压级为米处的声压级为60dB,求,求该声源的声功率该声源的声功率W。解:点声源发出的声波为球面波,球面面积解:点声源发出的声波为球面波,球面面积 s4r2 由声压级、声强级和声功率级的关系由声压级、声强级和声功率级的关系
14、 得到得到 第三章第三章 噪声的传播和分贝的计算噪声的传播和分贝的计算声波的叠加声波的叠加平面波的反射、透视和折射平面波的反射、透视和折射声波的绕射声波的绕射噪声在传播中的衰减噪声在传播中的衰减分贝的计算分贝的计算第一节第一节 声波的叠加声波的叠加 叠加原理:多列声波合成声场的瞬时声叠加原理:多列声波合成声场的瞬时声压等于每列声波瞬时声压之和。压等于每列声波瞬时声压之和。相干波相干波 具有相同频率和固定相位差的声波称为具有相同频率和固定相位差的声波称为相干波。相干波。l相干波的叠加相干波的叠加相干波的合成声压相干波的合成声压相干波的合成平均声能密度相干波的合成平均声能密度当当当当l干涉现象:两
15、列相干波在空间某些地方振动干涉现象:两列相干波在空间某些地方振动始终加强,在另些地方始终减弱的现象。始终加强,在另些地方始终减弱的现象。l驻波:当两列具有相同频率和固定相位差的驻波:当两列具有相同频率和固定相位差的声波在同一直线上沿相反方向进行时,两列声波在同一直线上沿相反方向进行时,两列波相遇叠加形成的合成声波即驻波。波相遇叠加形成的合成声波即驻波。l驻波声场的特征:合成声波的声压随着空间驻波声场的特征:合成声波的声压随着空间位置的不同有极大值和极小值位置的不同有极大值和极小值不相干波不相干波l合成声场的平均声能密度合成声场的平均声能密度ln列不相干波的合成声场的平均声能密度列不相干波的合成
16、声场的平均声能密度l合成声场的总有效声压合成声场的总有效声压第二节第二节 平面声波的反射、折射平面声波的反射、折射和透射和透射垂直入射的反射和透射垂直入射的反射和透射I1 c1II2 c2xo pt pr pi假设分界面是无限薄,声压在边界处连续,假设分界面是无限薄,声压在边界处连续,所以在所以在 x0处,有处,有 pI pII pAipArpAt uI uII媒质媒质I中的总声压为中的总声压为两个媒质中的质点振动速度分别为两个媒质中的质点振动速度分别为由边界条件可以得到由边界条件可以得到 uAiuAruAt或或声压反射系数声压反射系数rp:反射声波声压幅值:反射声波声压幅值PAr入射入射 声
17、波声压幅值声波声压幅值PAi之比之比 声压透射系数声压透射系数p:透射声波声压幅值:透射声波声压幅值PAt与入射与入射 声波声压幅值声波声压幅值PAi之比之比当当2 c2 1 c1时,媒质时,媒质II比媒质比媒质I“硬硬”当当1 c1 2 c2时,媒质时,媒质II比媒质比媒质I“软软”斜入射的反射和折射 I1 c1II2 c2o pt pr piritv 反射定律:反射线在入射反射定律:反射线在入射 面(入射线与界面面(入射线与界面 线所在线所在 的面)内,且与入射线位的面)内,且与入射线位 于界面法线的两边,入射于界面法线的两边,入射 角与角与 反射角相等,即反射角相等,即 i rv折折射射
18、定定律律:折折射射线线在在入入射射面面内内,且且入入 射射角角正正弦弦 之比等于媒质之比等于媒质I与与 媒质媒质II声速之比声速之比 v 全全反反射射现现象象:当当c1 c2时时,t 总总大大于于i,当当i 增增大大至至c时时,t增增加加到到90o,此此时时入入射射角角再再增增大大时时,入入射射波波全全部部反反射射回回第第一一媒媒质质,在在第第二二媒媒质质中中无无透透射波,射波,c称为全反射临界角。称为全反射临界角。温度对声传播的影响温度对声传播的影响温度对声传播的影响温度对声传播的影响已知:空气密度为1.21kg/m3,空气中声速为340 m/s,水的密度998 kg/m3,声速1483 m
19、/s,声波斜入射时的入射角为10o。计算1)声波由空气入射到水面时的反射角和折射角;2)声波由水入射到水与空气交界面时的反射角和折射角。问哪种情况存在全反射临界角,其值为多少。解:声波由空气入射到水面时的反射角是解:声波由空气入射到水面时的反射角是10o。折射角折射角 声波由水入射到水与空气交界面时的反射角声波由水入射到水与空气交界面时的反射角10o 折射角折射角第三节第三节 声波的绕射声波的绕射声波的衍射:声波在传播过程中遇到障声波的衍射:声波在传播过程中遇到障碍物时,能够绕过障碍物的边缘前进,碍物时,能够绕过障碍物的边缘前进,并引起声波传播方向的改变,称为声波并引起声波传播方向的改变,称为
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