噪聲污染及其控制聲學(xué)基礎(chǔ)講述PPT課件

1、1第一節(jié) 概 述一、聲音和噪聲 聲音是一種物理現(xiàn)象，聲音以不同的方式和途徑傳遞著信息，在人類活動(dòng)中起著非常重要的作用。 “聲音”一詞有兩個(gè)意思：客觀的聲振動(dòng)和主觀的聲感覺(后者也叫響聲)。 第1頁/共81頁2第一節(jié) 概 述了解：聲學(xué)的發(fā)展歷程 有關(guān)建筑聲學(xué)的記載最早見于公元前1世紀(jì)羅馬建筑師維特魯威所寫的建筑十書。 我國古代是對(duì)聲學(xué)有突出貢獻(xiàn)的國家之一。東漢王允把聲音與水波類比；宋朝張載：“聲者形氣相軋而成”，“聲成文謂之音”，“音和乃成樂”；古時(shí)對(duì)噪聲的理解是“群呼煩擾”；16世紀(jì)，中國建成了著名的天壇皇穹宇(回音壁)，這是對(duì)建筑聲學(xué)的一大貢獻(xiàn)。 中世紀(jì)，歐洲教堂采用大的內(nèi)部空間和吸聲系數(shù)低

2、的墻面，易產(chǎn)生較長的混響聲。天壇皇穹宇 到19世紀(jì)末，古典理論聲學(xué)發(fā)展達(dá)到最高峰。第2頁/共81頁3第一節(jié) 概 述了解：聲學(xué)的發(fā)展歷程 20世紀(jì)初，美國賽賓提出了著名的混響理論，奠定了現(xiàn)代聲學(xué)研究的基礎(chǔ)。 從20世紀(jì)20年代開始，電子管和放大器的應(yīng)用，為現(xiàn)代建筑聲學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展開辟了道路。 在第二次世界大戰(zhàn)中，開始把超聲廣泛地用到水下探測。 20世紀(jì)50年代以來，噪聲污染日益嚴(yán)重，逐漸形成了一門新興綜合性學(xué)科環(huán)境聲學(xué)第3頁/共81頁4 噪聲簡介 狹義：從物理學(xué)觀點(diǎn)來說，振幅和頻率雜亂斷續(xù)或統(tǒng)計(jì)上無規(guī)則的聲振動(dòng)稱為噪聲。 廣義：從環(huán)境保護(hù)的角度來說，一般認(rèn)為，凡是干擾人們工作、學(xué)習(xí)和休息的聲音即

3、不需要的聲音統(tǒng)稱為噪聲。 噪聲對(duì)周圍環(huán)境造成不良影響，就形成噪聲污染，特點(diǎn)是局部性、無后效性（），屬于“感覺公害”，為四大公害之一。 第一節(jié) 概 述 目前，噪聲污染投訴在環(huán)境投訴中所占比例是最高的。第4頁/共81頁5噪聲的種類噪聲的種類按來源：分為自然噪聲和人為噪聲； 按頻率分布可把噪聲分為低頻（500Hz）、中頻（5001000Hz）和高頻（1000Hz）噪聲；工業(yè)噪聲按發(fā)聲機(jī)理可分為機(jī)械噪聲（紡織機(jī)、球磨機(jī)、電鋸等）、空氣動(dòng)力性噪聲（鼓風(fēng)機(jī)、空壓機(jī)等）、電磁噪聲（發(fā)電機(jī)、變壓器等）。按城市環(huán)境噪聲的來源可分為交通噪聲、工業(yè)噪聲、建筑施工噪聲、社會(huì)生活噪聲；第一節(jié) 概 述按噪聲源的時(shí)間特性分

4、為穩(wěn)定噪聲和非穩(wěn)定噪聲；第5頁/共81頁6 城市環(huán)境噪聲城市環(huán)境噪聲交通運(yùn)輸建筑施工 城市環(huán)境噪聲城市環(huán)境噪聲7070的來源。的來源。汽車噪聲一般為汽車噪聲一般為898992dB92dB；電喇；電喇叭為叭為9090110dB110dB；汽喇叭（火車）；汽喇叭（火車）105105110dB110dB。 建筑用的混凝土攪拌機(jī)、建筑用的混凝土攪拌機(jī)、打樁機(jī)、推土機(jī)、鉆機(jī)、風(fēng)動(dòng)打樁機(jī)、推土機(jī)、鉆機(jī)、風(fēng)動(dòng)工具等產(chǎn)生巨大的噪聲，常在工具等產(chǎn)生巨大的噪聲，常在80dB80dB以上。以上。第6頁/共81頁7工業(yè)生產(chǎn)社會(huì)生活 來自生產(chǎn)過程中機(jī)械振動(dòng)、來自生產(chǎn)過程中機(jī)械振動(dòng)、摩擦、撞擊以及氣流擾動(dòng)產(chǎn)生的摩擦、撞擊

5、以及氣流擾動(dòng)產(chǎn)生的聲音。一般紡織廠噪聲為聲音。一般紡織廠噪聲為9090106dB106dB，機(jī)械工業(yè)，機(jī)械工業(yè)8080120dB120dB，大，大型球磨機(jī)型球磨機(jī)120dB120dB，風(fēng)鏟、風(fēng)鎬、，風(fēng)鏟、風(fēng)鎬、大型鼓風(fēng)機(jī)大型鼓風(fēng)機(jī)130dB130dB以上。以上。 生活噪聲一般強(qiáng)度不大。在生活噪聲一般強(qiáng)度不大。在8080分貝以下，但它使人心煩意亂，分貝以下，但它使人心煩意亂，干擾人的正常工作與生活。干擾人的正常工作與生活。 城市環(huán)境噪聲城市環(huán)境噪聲第7頁/共81頁8街道上顯示噪聲等級(jí)的裝置1234第8頁/共81頁9聽力損傷（聽覺適應(yīng)、暫時(shí)性聽閾遷移或聽覺疲勞、噪聲性耳聾）；對(duì)睡眠（3050dB）

6、、交談、通訊、思考及工作效率的影響；引起人體生理機(jī)能不良反應(yīng);（神經(jīng)系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)）影響心理狀態(tài)；影響胎兒及兒童的發(fā)育；損害視力；對(duì)動(dòng)物的影響；對(duì)儀器設(shè)備、建筑結(jié)構(gòu)的影響。噪聲級(jí)噪聲級(jí)/dB主觀反映主觀反映保持正常的談話距離保持正常的談話距離/m通訊質(zhì)量通訊質(zhì)量45安靜安靜11很好很好55稍吵稍吵3.5好好65吵吵1.2較困難較困難75很吵很吵0.3困難困難85巨吵巨吵0.1No way三、噪聲的危害三、噪聲的危害第一節(jié) 概 述第9頁/共81頁101、控制途徑聲音從產(chǎn)生到引起聽覺三個(gè)階段聲源的聲源的振動(dòng)振動(dòng)空氣等介空氣等介質(zhì)的傳播質(zhì)的傳播人耳接收人耳接收（鼓膜的振動(dòng)）（鼓膜的振動(dòng)）

7、從聲源上降低噪聲 從傳播途徑上降低噪聲（ ）在接受點(diǎn)進(jìn)行防護(hù)四、噪聲控制四、噪聲控制第一節(jié) 概 述第10頁/共81頁112、噪聲控制的程序 在實(shí)際工作中噪聲控制一般可分為兩類情況：一類是現(xiàn)有的企業(yè)噪聲超過國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，需采取噪聲控制措施；另一類是新建、擴(kuò)建和改建的企業(yè)，在規(guī)劃、設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)考慮噪聲的污染情況、以便確定合理的噪聲控制方案，減少噪聲污染。 基本程序： 調(diào)查、測試噪聲污染情況 選擇噪聲允許標(biāo)準(zhǔn) 確定噪聲控制方案； 進(jìn)行工程評(píng)價(jià)，論證控制方案能否達(dá)標(biāo) 控制措施的鑒定與評(píng)價(jià)。第一節(jié) 概 述第11頁/共81頁12 第二節(jié) 聲學(xué)基礎(chǔ)一、聲波的形成聲源的振動(dòng)聲源的振動(dòng)彈性媒介振動(dòng)彈性媒介振動(dòng)聲波

8、聲波空氣、固體、液體空氣、固體、液體第12頁/共81頁13聲音的產(chǎn)生和傳播 聲源振動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)相鄰的空氣質(zhì)點(diǎn)，使之交替進(jìn)行壓縮膨脹運(yùn)動(dòng)。這種壓縮、膨脹（疏密相間）交替運(yùn)動(dòng)由近及遠(yuǎn)向前推進(jìn)的空氣振動(dòng)稱為聲波。 第二節(jié) 聲學(xué)基礎(chǔ)第13頁/共81頁14 聲音的傳播是實(shí)質(zhì)上是振動(dòng)的傳播，傳播出去的是物質(zhì)能量而不是物質(zhì)本身。 縱波：振動(dòng)方向與聲波的傳播方向一致。在空氣中的聲波是一種縱波。 橫波：質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波的傳播方向相垂直的波。在固體和液體中可能是縱波，也可能是橫波。 第二節(jié) 聲學(xué)基礎(chǔ)第14頁/共81頁15二、聲波的基本物理量聲壓（聲壓（p14） p=(P-P0) 帕斯卡（帕斯卡（Pa）波長波長 =c

9、/f 米（米（m）周期周期 T 秒（秒（s）頻率頻率 f =1/T 赫茲赫茲 （Hz）聲速聲速 c 米米/秒（秒（m/s） 第二節(jié) 聲學(xué)基礎(chǔ)第15頁/共81頁16氣體中的聲速為：00pc （2-4）空氣的=1.4，則式（2-4）有如下形式：(?)05.20Tc 或tc6.045.331（2-5）0 介質(zhì)處于平衡態(tài)時(shí)的密度，kg/m3；p0 介質(zhì)處于平衡態(tài)時(shí)的壓強(qiáng)，Pa； 比熱比(定壓比熱定容比熱）T 絕對(duì)溫度，K?？諝庵械穆曀僖话憧扇?40m/s。 第二節(jié) 聲學(xué)基礎(chǔ)第16頁/共81頁17三、聲音的頻譜1、頻率、頻程及倍頻程（) 頻率：音調(diào)是人耳對(duì)聲音的主觀感受，在客觀上它決定于聲源振動(dòng)頻率，頻

10、率是描述聲音特性的主要參數(shù)之一。人耳可以聽到聲音的頻率范圍為20Hz 20000Hz。 頻程：把可聽聲的頻率變化范圍分成若干較小的段落，稱為頻程或頻帶或帶寬。 第二節(jié) 聲學(xué)基礎(chǔ)第17頁/共81頁18 n倍頻程： 或 （2-6） 式中：f2、f1任意頻程的上限頻率和下限頻率，Hz ； n 頻程倍數(shù),為正實(shí)數(shù)。噪聲測量中經(jīng)常使用倍頻程（n=1）和1/3倍頻程。nff212122logffn 2:14:1 頻程的劃分：使每一個(gè)頻程的上限頻率和下限頻率的比值為確定的常數(shù)。例 2個(gè)頻率相差1個(gè)倍頻程就是說兩個(gè)頻率之比為（ ），相差2個(gè)倍頻程就意味著頻率之比為（ ）。 第二節(jié) 聲學(xué)基礎(chǔ)第18頁/共81頁1

11、9中心頻率值（f0）：上、下限頻率的幾何平均值，即 120fff （2-7）帶寬（f）：上、下限頻率之差，即f與f0的關(guān)系式為： 12fff0)212(ffnn（2-10） 每段頻程以中心頻率來命名。 第二節(jié) 聲學(xué)基礎(chǔ)第19頁/共81頁20 例可聽聲頻率范圍用10段倍頻程表示如下表所示。每段則以中心頻率來命名。 例如對(duì)于4590Hz這一段頻程的中心頻率為63Hz，上限頻率為90Hz，下限頻率為45Hz，帶寬為45Hz。倍頻程的中心頻率與頻率范圍 第二節(jié) 聲學(xué)基礎(chǔ)第20頁/共81頁21三、聲音的頻譜2、頻譜及頻譜分析 頻譜：聲音的頻譜是指組成聲音的各種頻率的分布圖形。 頻譜分析：噪聲通常包含許多

12、頻率成分，將噪聲的聲壓級(jí)、聲強(qiáng)級(jí)或聲功率級(jí)按頻率順序展開，使噪聲成為頻率的函數(shù)。觀察頻率的分布，分析聲壓級(jí)（聲強(qiáng)級(jí)、聲功率級(jí)）所對(duì)應(yīng)的頻率，即稱為頻譜分析。 頻譜圖：通常以頻率為橫坐標(biāo)，聲壓級(jí)（聲強(qiáng)級(jí)、聲功率級(jí)）為縱坐標(biāo)，來描述頻率與聲音強(qiáng)度的關(guān)系圖。 第二節(jié) 聲學(xué)基礎(chǔ)第21頁/共81頁22頻譜圖： 在噪聲控制中，頻譜圖中聲壓級(jí)比較突出的部分及其所對(duì)應(yīng)的頻率是重點(diǎn)控制目標(biāo)。聲壓級(jí)/dB頻率（a）線狀譜（b）連續(xù)譜（c）復(fù)合譜（a）變壓器噪聲（b）渦輪風(fēng)扇氣流噪聲（c）火車轉(zhuǎn)彎尖叫聲 第二節(jié) 聲學(xué)基礎(chǔ)第22頁/共81頁23 第二節(jié) 聲學(xué)基礎(chǔ)四、聲音的波動(dòng)方程 定義：聲場的特性可以通過聲壓、彈性介

13、質(zhì)密度以及質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度等物理量來描述。通過研究上述物理量隨時(shí)間和空間的變化規(guī)律，建立數(shù)學(xué)表達(dá)式，就稱為聲音的波動(dòng)方程。 第23頁/共81頁24四、聲音的波動(dòng)方程1、運(yùn)動(dòng)方程（牛頓第二定律） 在直角坐標(biāo)系中，用聲壓p來描述聲波。在均勻理想流體介質(zhì)中，小振幅聲波的運(yùn)動(dòng)方程是：2222222221tpczpypxp或 2222222zpypxp22221tpcp式中：p 瞬時(shí)聲壓，Pa； c 聲速，m/s； t 時(shí)間，s； 拉普拉斯算符，在直角坐標(biāo)系中（2-13） 第二節(jié) 聲學(xué)基礎(chǔ)第24頁/共81頁252、連續(xù)性方程 實(shí)質(zhì)上就是質(zhì)量守恒定律，參考理想流體的連續(xù)性方程，可得直角坐標(biāo)系中聲波的連續(xù)性方

14、程： )(0zuyuxutzyx或 ut0式中：0 介質(zhì)的靜態(tài)密度，kg/m3； 介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)速度u沿x、y、z方向的分量，m/s。zyuu、xu（2-14） 第二節(jié) 聲學(xué)基礎(chǔ)四、聲音的波動(dòng)方程第25頁/共81頁263、物態(tài)方程 介質(zhì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，其內(nèi)部的壓強(qiáng)、密度和溫度都發(fā)生變化。由于聲波傳播過程進(jìn)行得較快，故用理想氣體絕熱狀態(tài)方程可以得到聲波傳播時(shí)的物態(tài)方程為：tctp2或 2cp（2-15）由式（2-15）及理想氣體的絕熱方程（ ）可推出氣體中聲速的計(jì)算式（2-4）常數(shù)pV 第二節(jié) 聲學(xué)基礎(chǔ)四、聲音的波動(dòng)方程第26頁/共81頁27活塞在直管中運(yùn)動(dòng)所輻射的聲波五、平面聲波 聲波在傳播過程中，同一時(shí)刻

15、相位相同的軌跡稱為波陣面。波陣面與傳播方向垂直的波稱平面聲波。 第二節(jié) 聲學(xué)基礎(chǔ)聲波的傳播方向第27頁/共81頁28五、平面聲波 （一）聲壓波動(dòng)方程 運(yùn)動(dòng)方程： （2-16） 連續(xù)性方程： （2-17） 聯(lián)立式（2-15）（2-17），得聲壓p的波動(dòng)方程： （2-18）式（2-18）的一般解為： xptu0 xutp0222221tpcxp)()(21xctxctp（2-19） 第二節(jié) 聲學(xué)基礎(chǔ)第28頁/共81頁29五、平面聲波 （二）瞬時(shí)聲壓和有效聲壓（) 聲壓：受聲波的傳播擾動(dòng)，局部空氣產(chǎn)生壓縮或者膨脹，在壓縮的地方壓強(qiáng)增大，在膨脹的地方壓強(qiáng)減小，這樣就在原來的大氣壓上產(chǎn)生了壓強(qiáng)的變化（p

16、=P-P0）。此壓強(qiáng)變化（p）是由于聲波引起，稱為聲壓。 瞬時(shí)聲壓：有聲波存在的區(qū)域稱為聲場，聲場中某一瞬時(shí)的聲壓值稱為瞬時(shí)聲壓。 第二節(jié) 聲學(xué)基礎(chǔ)第29頁/共81頁30單一頻率平面波的聲壓波動(dòng)方程： )cos(),(kxtptxpA（2-19）)cos(),(kxtptxpA（沿x正方向）（沿x負(fù)方向）（2-20）圖2-2 聲壓隨空間位置和時(shí)間的變化曲線 第二節(jié) 聲學(xué)基礎(chǔ)第30頁/共81頁31 有效聲壓（pe）：某段時(shí)間內(nèi)瞬時(shí)聲壓的均方根值： TedtpTp021（2-22） 平面波的有效聲壓： 2Aepp （2-23） 聲壓是度量聲音大小，強(qiáng)弱的物理量。 正常人耳剛剛能聽到的聲壓(聽閾聲壓

17、)是210-5 Pa；普通房間的聲壓是0.1Pa； 人們喧嘩的聲壓是0.51Pa。 很強(qiáng)的噪聲如球磨機(jī)、鑿巖機(jī)、風(fēng)鏟等聲壓達(dá)20Pa。這樣強(qiáng)的聲壓會(huì)使人耳產(chǎn)生疼痛的感覺叫痛閾聲壓。 當(dāng)聲壓達(dá)數(shù)百帕以上，比如在噴氣式飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)，會(huì)引起耳膜出血。 第二節(jié) 聲學(xué)基礎(chǔ)第31頁/共81頁32五、平面聲波（三）質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度和聲阻抗率 質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度幅值： （2-26）cpuueAe02cpuAA0（2-25）)cos(0kxtcpuAx)cos(kxtuA 質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度的有效值：（2-29） 第二節(jié) 聲學(xué)基礎(chǔ)第32頁/共81頁33五、平面聲波 聲阻抗率（）： 或 （2-30） Zs僅與介質(zhì)密度和聲速有關(guān)，是

18、介質(zhì)固有的一個(gè)常數(shù)。當(dāng)聲波從一種介質(zhì)傳播到另一種介質(zhì)的有效界面時(shí)，兩種介質(zhì)的聲阻抗率將決定聲波反射和透射的強(qiáng)度。 upZScZS0單位：Pas/m 第二節(jié) 聲學(xué)基礎(chǔ)第33頁/共81頁34（四）聲能密度、聲強(qiáng)和聲功率 1、聲能密度： 單位體積介質(zhì)所含的聲波能量，用D表示。聲場中某點(diǎn)總的平均聲能密度為： 2、聲強(qiáng)（）：在聲波傳播方向上單位時(shí)間內(nèi)垂直通過單位面積的平均聲能量，通常用I表示，單位為W/m2。聲強(qiáng)與聲能密度的關(guān)系為： 202cpDe（2-31）cDtxDtSVDI（2-32）x由于聲波的擾動(dòng)使介質(zhì)得到的能量稱為聲能 第二節(jié) 聲學(xué)基礎(chǔ)第34頁/共81頁35聲強(qiáng)與聲壓的關(guān)系式：2002eec

19、ucpI（2-33） 聲強(qiáng)是衡量聲音強(qiáng)弱的物理量之一；與有效聲壓和聲特性阻抗有關(guān)；聲強(qiáng)隨距聲源距離的增加而降低；聲強(qiáng)是矢量，其方向就是聲波傳播方向。 第二節(jié) 聲學(xué)基礎(chǔ)第35頁/共81頁36 3、聲功率（） ：是指聲源在單位時(shí)間內(nèi)輻射的聲能量，用W表示，單位為瓦。自由聲場中，對(duì)于均勻輻射的聲源，聲功率與聲強(qiáng)的關(guān)系為： 20ecuSISW（2-34） 聲功率是表征聲源特性的不變量，反映了聲源的本質(zhì)。 第二節(jié) 聲學(xué)基礎(chǔ) 注：自由聲場注：自由聲場是指在均勻的各向同性的介質(zhì)中，邊界影響可以不計(jì)時(shí)所形成的聲場。第36頁/共81頁37五、平面聲波（四）聲音的聲壓級(jí)、聲強(qiáng)級(jí)、聲功率級(jí) 聲壓級(jí)（）：該聲音的聲壓

20、與基準(zhǔn)聲壓之比，取以10為底的對(duì)數(shù)，再乘以20。單位為分貝（dB）其表達(dá)式為： 0lg20ppLeP（2-36）式中：pe有效聲壓，Pa； p0 基準(zhǔn)聲壓，210-5Pa94lg20ePpL（2-37） 第二節(jié) 聲學(xué)基礎(chǔ)第37頁/共81頁38噪聲源聲級(jí)dB對(duì)人的影響火箭導(dǎo)彈發(fā)射噴氣式飛機(jī)噴口螺旋槳飛機(jī)高射機(jī)槍柴油機(jī)球磨機(jī)織布機(jī)電鋸載重汽車喧鬧馬路大聲說話（附近較吵）一般說話普通房間靜夜輕聲耳語消聲狀態(tài)（室內(nèi)聽覺下限）1501601301401201301201301101201101201001101001109010090100708060705060304020301020010無法忍受無

21、法忍受痛的痛閾很吵很吵很吵很吵很吵很吵較吵一般較靜安靜安靜極靜聽閾 日常聲壓級(jí)及其對(duì)人的影響第38頁/共81頁39第39頁/共81頁40聲強(qiáng)級(jí)：0lg10IILI（2-38）式中 I 聲強(qiáng)，W/m2； I0 基準(zhǔn)聲強(qiáng)，10-12W/m2。120lg10ILI（2-40）（2-39） 聲功率級(jí)：0lg10WWLW 第二節(jié) 聲學(xué)基礎(chǔ)第40頁/共81頁41六、球面聲波 波陣面為同心球面的波稱為球面聲波 。 形成條件：點(diǎn)聲源、均勻介質(zhì)。 球面聲波的聲壓與半徑和時(shí)間的函數(shù)關(guān)系（波動(dòng)方程）為： )cos()cos(),(krtpkrtrAtrpA（2-41） 從式（2-41）可以看出，瞬時(shí)聲壓隨距離的增大

22、而減小，故離聲源越遠(yuǎn)，聲音越小質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度：)cos()cos(10krtukrtrAcuA（2-44）球面聲波的聲功率：IrISW24 第二節(jié) 聲學(xué)基礎(chǔ)第41頁/共81頁42七、聲壓級(jí)計(jì)算（一）聲壓級(jí)相加： 1、總聲功率級(jí)LW：設(shè)W、W1、W2、Wn為總聲功率和各聲源聲功率，則： 根據(jù)聲功率級(jí)的定義可知：nWWWW.21120).lg(10lg10lg10lg102100nWWWWWWWWL（2-46） 2、總聲強(qiáng)級(jí)LI：設(shè)I、I1、I2、In為總聲強(qiáng)和各聲源的聲強(qiáng)，則：120).lg(10lg10lg10lg102100nIIIIIIIIL（2-48）第42頁/共81頁43 3、總聲壓級(jí)L

23、p：設(shè)p、p1、p2、pn為總聲壓和各聲源的聲壓（有效聲壓）：cpI02（2-41）代入 ，得：nIIII.21222212.npppp（2-51）由 代入（2-49），得：20/0010lg20pLPppppL10/10/10/10/1010101021pnPppLLLL 兩邊取對(duì)數(shù)，并經(jīng)整理得：niLppiL11 . 010lg10（2-49）nLLpplg10（2-52）若每個(gè)聲壓級(jí)都相等：第43頁/共81頁44 例某車間有兩臺(tái)相同的車床，它們單獨(dú)開動(dòng)時(shí)，測得聲壓級(jí)均為100dB，求這兩臺(tái)機(jī)床同時(shí)開動(dòng)時(shí)聲壓級(jí)是多少？ 解：根據(jù)式（2-52）計(jì)算得： dBnLLpp1032lg10100l

24、g10 由上例可以看出，兩個(gè)特性相同，聲壓級(jí)相等的噪聲疊加，其總聲壓級(jí)比單個(gè)聲源的聲壓級(jí)增加了3dB。 第二節(jié) 聲學(xué)基礎(chǔ)第44頁/共81頁45n1iL1 . 0pipT10lg10LdBLpt2 .1001010101010101010lg100 . 85 . 81 . 96 . 95 . 90 . 97 . 84 . 8例2在某點(diǎn)測得幾個(gè)噪聲源單獨(dú)存在時(shí)的聲壓級(jí)分別為84dB、87 dB、90 dB、95 dB、96 dB、91 dB、85 dB、80 dB，求這幾個(gè)噪聲源同時(shí)存在時(shí)該點(diǎn)的總聲壓級(jí)是多少？解：由得： 第二節(jié) 聲學(xué)基礎(chǔ)第45頁/共81頁46 利用圖表計(jì)算多個(gè)聲源的總聲壓級(jí)： 設(shè)

25、兩聲壓級(jí)Lp1和Lp2，且Lp1Lp2， 則：21pppLLLpppLLL12代入1010lg10)(1 . 01 . 011PppLLLpL)101lg(101 . 01PLpL 設(shè) ，則僅是已知量 的函數(shù)，故可用Lp1與Lp2 計(jì)算出)101lg(101 . 0PLpL101lg10)(1 . 021ppLLpL21ppLLpL總聲壓級(jí)為：1pppLLL（2-53）pL 為分貝和的附加值niLppiL11 . 010lg10第46頁/共81頁47 利用圖表計(jì)算多個(gè)聲源的總聲壓級(jí)步驟是： 把要相加的分貝值從大到小排列，按由大到小的順序進(jìn)行計(jì)算； 用第1個(gè)分貝值減第2個(gè)分貝值得 ； 由 ，查圖

26、或表得 ，然后按 ，計(jì)算出第l、2個(gè)分貝值之和； 用第1、2個(gè)分貝和之值再與第3個(gè)分貝值相加，依次加下去，直到兩分貝之差大于10分貝（或15），可停止相加，此時(shí)得到的分貝和即為所求。pLpLpL1pppLLL 第二節(jié) 聲學(xué)基礎(chǔ)第47頁/共81頁48 例某針織廠1位擋車工操作臺(tái)五臺(tái)機(jī)器，在她的操作位置測得著五臺(tái)機(jī)器的聲壓級(jí)分別為95dB、90dB、92dB、86dB和80dB，試求在她的操作位置生產(chǎn)總聲壓級(jí)是多少？ 解：先按聲壓級(jí)的大小依次排序，從前面兩個(gè)開始計(jì)算其差值為3，查表2-3或圖2-4，得到相應(yīng)的附加值為1.8，則前兩個(gè)聲壓級(jí)的分貝值之和為（95+1.8=96.8），然后逐個(gè)相加，如下

27、所示：959290868096.8+1.8+0.897.6+0.397.9+0.198練習(xí)：p95，13 第二節(jié) 聲學(xué)基礎(chǔ)第48頁/共81頁49 在噪聲控制中，要抓住噪聲源中主要的、有影響的噪聲源，將這些主要噪聲源的噪聲降下來，才能取得良好的降噪效果。（二）聲壓級(jí)相減： 若設(shè)背景噪聲為LpB，背景噪聲和被測對(duì)象的總聲壓級(jí)為Lp，被測對(duì)象真實(shí)的聲壓級(jí)為Lps，根據(jù) 查表2-4或圖2-5得到對(duì)應(yīng)的修正值 ，得： pBpLL psLpsppsLLL 第二節(jié) 聲學(xué)基礎(chǔ)第49頁/共81頁50 例某車間有一臺(tái)空壓機(jī)，當(dāng)空壓機(jī)開動(dòng)時(shí)，測得噪聲聲壓級(jí)為90dB，當(dāng)空壓機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，測得噪聲聲壓級(jí)為83dB，求

28、該空壓機(jī)的噪聲聲壓級(jí)為多少？ 解：空壓機(jī)開動(dòng)與不開動(dòng)時(shí)的噪聲聲壓級(jí)差值為： 查表得： ， 則空壓機(jī)的聲壓級(jí)為：dBLLpBp78390dBLps1dBLLLpBpps89190 第二節(jié) 聲學(xué)基礎(chǔ)第50頁/共81頁51 八、聲波的傳播特性（一）聲波的疊加 聲波傳播的獨(dú)立性：幾列聲波在同一介質(zhì)中傳播時(shí)，如果這幾列聲波在空間某點(diǎn)處相遇，每列波都將保持自己原有的特性（傳播方向、質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向、頻率、瞬時(shí)聲壓等）, 不受其它波的影響 。 聲波的疊加原理：在幾列聲波重疊的區(qū)域里，介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)同時(shí)參與這幾列聲波引起的振動(dòng)，即質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)是各列波單獨(dú)傳播時(shí)在該點(diǎn)引起的振動(dòng)的合成。 第二節(jié) 聲學(xué)基礎(chǔ)第51頁/共81頁

29、52 八、聲波的傳播特性（一）聲波的疊加 聲波的疊加原理：多列聲波合成聲場的瞬時(shí)聲壓等于每列波瞬時(shí)聲壓之和，即：niinppppp121.（2-58）式中：p 合成聲場的瞬時(shí)聲壓，Pa； pi 第i列波的瞬時(shí)聲壓，Pa。 第二節(jié) 聲學(xué)基礎(chǔ)第52頁/共81頁531 1、相干波、相干波相干條件：相干條件：振動(dòng)方向振動(dòng)方向相同相同頻率相同頻率相同相位差固定相位差固定相干波：滿足相干條件的幾列波稱為相干波。 設(shè)聲場中某點(diǎn)與兩聲源的距離分別為x1和x2，則根據(jù)聲波波動(dòng)方程，兩列波的瞬時(shí)聲壓為：)cos(111kxtppA)cos(11tpA)cos(222kxtppA)cos(22tpA 第二節(jié) 聲學(xué)基

30、礎(chǔ)第53頁/共81頁5421ppp)cos(11tpA)cos(22tpA)cos(0tpA（2-61）這兩列波的相位差 為：)(2)()(121221xxtt（2-64）應(yīng)用疊加原理，合成聲壓p為： 合成后的聲波仍然是一個(gè)同頻率的聲波動(dòng)。1 1、相干波、相干波 第二節(jié) 聲學(xué)基礎(chǔ)第54頁/共81頁55 當(dāng) 時(shí)，pA為極大值， ，表明在聲場中任一點(diǎn)上，兩列波均以相同相位到達(dá)，兩列相干波聲波加強(qiáng)； n2,.4,2, 012|21maxAAAppp 當(dāng) 時(shí)，pA為極小值， ，兩列聲波終以相反相位到達(dá)，兩列相干波聲波減弱；) 12(,.3,12n|21minAAAppp)cos(2212122212A

31、AAAAppppp合成聲壓幅值：1 1、相干波、相干波相干波的加強(qiáng)或減弱稱為干涉現(xiàn)象 第二節(jié) 聲學(xué)基礎(chǔ)第55頁/共81頁56 若兩相干波在同一直線上沿相反方向進(jìn)行時(shí)，當(dāng)其相遇由疊加而形成的合成波稱為駐波，駐波是干涉現(xiàn)象的特例。 當(dāng) 則駐波現(xiàn)象最明顯，此時(shí)合成聲壓幅值有一極大值和一極小值，前者稱為波腹，后者稱為波節(jié)。 21AApp1 1、相干波、相干波相干波在合成聲場中的平均聲能密度為： )cos(21202121cppDDDAA（2-67） 第二節(jié) 聲學(xué)基礎(chǔ)駐波的形成第56頁/共81頁572、不相干波 具有相同頻率，而相位差無規(guī)則變化的聲波，疊加后的平均聲能密度等于每列聲波平均聲能密度之和。這

32、表明兩列波不發(fā)生干涉，稱之為不相干波。 對(duì)于具有不同頻率的聲波，無論其相位差固定與否，聲波之間也不發(fā)生干涉，也稱為不相干波。 不相干波合成聲的平均聲能密度為：nDDDD.21可得合成噪聲的總聲壓與各列波聲壓的關(guān)系式：222212.npppp（2-69）（2-70） 第二節(jié) 聲學(xué)基礎(chǔ)第57頁/共81頁58（二）聲波的反射、透射和折射1、垂直入射波的反射和透射piprpt1c12c20 x界面)cos(1xktppiAi)cos(1xktppArr)cos(2xktppAtt 第二節(jié) 聲學(xué)基礎(chǔ)第58頁/共81頁59（二）聲波的反射、透射和折射1、垂直入射波的反射和透射piprpt1c12c20 x

33、p u分界面無限薄，聲壓和法向質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度在兩種介質(zhì)的分界分界面無限薄，聲壓和法向質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度在兩種介質(zhì)的分界面面x=0處是連續(xù)的：處是連續(xù)的：p=p u=up= pi +pru= ui +ur p = pt u= ut界面p u 第二節(jié) 聲學(xué)基礎(chǔ)第59頁/共81頁60在界面處，聲壓連續(xù)和質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度連續(xù)，故有：AtArAipppAtArAiuuu（2-77）（2-78）將式 ， 與（2-78），（2-78）聯(lián)立得： 11cpuAiAi11cpuArAr221111cppcpcpArAiArAi 定義聲壓反射系數(shù)rp為反射聲壓幅值pAr與入射聲壓幅值pAi之比，則：11221122ccccpp

34、rAiArp（2-80）（2-79）第60頁/共81頁61 定義聲壓透射系數(shù)p為透射聲壓幅值pAr與入射聲壓幅值pAi之比，則：1122222cccppAiAtp（2-81） 聲波在分界面上反射和透射的大小與入射、反射和透射聲波聲壓大小無關(guān)，僅與兩介質(zhì)的聲特性阻抗（聲阻抗率 ）有關(guān)，這說明介質(zhì)的聲特性阻抗對(duì)聲波的傳播有著重要的影響。cZS11221122ccccpprAiArp聲壓反射系數(shù)： 第二節(jié) 聲學(xué)基礎(chǔ)第61頁/共81頁62 聲強(qiáng)反射系數(shù)：22112221122)()(pIrccccr（2-82） 聲強(qiáng)透射系數(shù)：211222211)(4ccccI（2-83）1IIr（2-84）11221

35、122ccccpprAiArp（2-80） 聲壓反射系數(shù)：1122222cccppAiAtp（2-81） 聲壓透射系數(shù)：第62頁/共81頁63 當(dāng) 時(shí)，聲波全部透射，只要聲特性阻抗相等，那么對(duì)聲波的傳播就好像不存在分界面一樣。2211cc 當(dāng) ，如聲波從空氣垂直人射到空氣與水(或墻)的界面上，介質(zhì)相當(dāng)于剛性反射體。在介質(zhì)I中聲波發(fā)生全反射，并且反射聲波與入射聲波形成駐波，界面處形成聲壓波腹（2pA1），速度為零；在介質(zhì)中，并不產(chǎn)生疏密交替的透射聲波。 2211cc 當(dāng) ，如聲波從水中人射到空氣與水的界面上，在介質(zhì)I中，人射聲壓與反射聲壓在界面處，大小相等、相位相反，總聲壓達(dá)到極小，近似等于零，

36、而質(zhì)點(diǎn)速度達(dá)到極大，在介質(zhì)I中也產(chǎn)生駐波聲場。這時(shí)在介質(zhì)中也沒有透射聲波。 2211cc第63頁/共81頁64 聲波從空氣中入射到堅(jiān)硬的剛性物體表面時(shí)，大部分的聲能量就會(huì)反射回來，反射聲的存在會(huì)使噪聲強(qiáng)度提高。 兩種介質(zhì)聲特性阻抗的差異決定了聲波反射、透射強(qiáng)度。 第二節(jié) 聲學(xué)基礎(chǔ)第64頁/共81頁651c12c2piprpt0irt（二）聲波的反射、透射和折射2、斜入射聲波的反射和折射斯涅爾定律：（1）反射定律：（2）折射定律：ri21sinsinccti 第二節(jié) 聲學(xué)基礎(chǔ)第65頁/共81頁66（二）聲波的反射、透射和折射3、溫度及風(fēng)速對(duì)聲傳播的影響（利用折射定律來解釋）聲線：聲能傳播方向的曲

37、線，處處與波陣面垂直。 第二節(jié) 聲學(xué)基礎(chǔ)第66頁/共81頁67（三）聲波的繞射（衍射）（a）小孔、小障礙（a）大孔、大障礙 聲波在傳播過程中如遇到障脂物(或孔、洞)，當(dāng)波長比障礙物尺寸大得多時(shí)，會(huì)繞過障礙物的邊緣前進(jìn)，而傳播方向改變，這種現(xiàn)象稱做聲波的繞射（衍射）。聲波衍射示意圖 第二節(jié) 聲學(xué)基礎(chǔ) 思考：低頻噪聲和高頻噪聲相比，那種噪聲更容易發(fā)生衍射？第67頁/共81頁68（四）噪聲在傳播中的衰減1、擴(kuò)散引起的衰減 由于波陣面擴(kuò)展，而引起聲強(qiáng)減弱的現(xiàn)象稱為擴(kuò)散衰減。聲波的擴(kuò)散衰減與聲源的形狀有關(guān)。 點(diǎn)聲源輻射：1212lg20rrLLpp 線聲源輻射：設(shè)線聲源長l，聲源中心到測點(diǎn)D距離為r0，

38、當(dāng)聲源為無限長線聲源時(shí)(即 )，可按式（2-88）計(jì)算；當(dāng) 時(shí)，將線聲源視為點(diǎn)聲源，可按式（2-87）計(jì)算。 （2-87）1212lg10rrLLpp（2-88）/0lr /0lr 第二節(jié) 聲學(xué)基礎(chǔ)第68頁/共81頁69 矩形面聲源：矩形的面聲源，其邊長為a、b，且ab，設(shè)測點(diǎn)D距聲源中心距離為r0。 當(dāng) ，聲源輻射平面波，聲壓級(jí)衰減值為0分貝，即距離聲源近時(shí)，聲壓級(jí)不衰減；/0ar 當(dāng) 時(shí)，按無限長線聲源考慮，即應(yīng)用式（2-88）計(jì)算；/0bra 當(dāng) 時(shí)，按點(diǎn)聲源考慮，即應(yīng)用式（2-87）計(jì)算；/0br baOr0D 第二節(jié) 聲學(xué)基礎(chǔ)第69頁/共81頁70實(shí)例1: 距鍋爐房距鍋爐房2 2米處

39、測得聲壓級(jí)為米處測得聲壓級(jí)為80dB80dB，且鍋爐房距離，且鍋爐房距離居民樓居民樓1616米；距冷卻塔米；距冷卻塔5 5米處測得聲壓級(jí)為米處測得聲壓級(jí)為80dB80dB，且冷卻，且冷卻塔距離居民樓塔距離居民樓2020米。求兩設(shè)備噪聲對(duì)居民樓造成共同影響？米。求兩設(shè)備噪聲對(duì)居民樓造成共同影響？解：鍋爐與冷卻塔按點(diǎn)聲源處理： 鍋爐房對(duì)居民樓的影響：Lp1=80- 20lg16/2=80-36=62dB;冷卻塔對(duì)居民樓的影響：Lp2=80- 20lg20/5=80-26=68dB;共同影響：L=68169dB1、擴(kuò)散引起的衰減 第二節(jié) 聲學(xué)基礎(chǔ)第70頁/共81頁71實(shí)例實(shí)例2 2：有一列：有一列5

40、00500米火車正在運(yùn)行。米火車正在運(yùn)行。（1 1）距鐵路中心線）距鐵路中心線2020米處測得聲壓級(jí)為米處測得聲壓級(jí)為90dB90dB，距鐵路中心，距鐵路中心線線4040米處有一居民樓，試求該列火車噪聲對(duì)居民樓的影響。米處有一居民樓，試求該列火車噪聲對(duì)居民樓的影響。（2 2）若距鐵路中心線）若距鐵路中心線500500米處測得聲壓級(jí)為米處測得聲壓級(jí)為75dB75dB，距鐵路，距鐵路中心線中心線10001000米處有療養(yǎng)院，試求該列火車噪聲對(duì)療養(yǎng)院的米處有療養(yǎng)院，試求該列火車噪聲對(duì)療養(yǎng)院的影響。影響。解：解： （1）r(2040)500m，按點(diǎn)聲源處理，則火車對(duì)療養(yǎng)院的影響：Lp2=75- 20lg1000/500=75-6=69dB。1、擴(kuò)散引起的衰減 第71頁/共81頁72 練習(xí)題某工廠有甲、乙兩臺(tái)相同的風(fēng)機(jī)（點(diǎn)聲源），相距40m。在甲、乙的中點(diǎn)O測得噪聲級(jí)為67dB。C點(diǎn)距乙為10m。廠界兩測點(diǎn)A、B分別位于兩聲源的中垂線、連線上，距甲均為40m，如下圖所示。廠界噪聲標(biāo)準(zhǔn)限值為60dB。問：1）C點(diǎn)處的聲壓級(jí)是多少dB？2）A、B點(diǎn)的廠界噪聲是否