環(huán)境噪聲控制工程_聲學(xué)基本知識(shí)

1、環(huán)境噪聲控制工程Chapter 2 聲學(xué)基礎(chǔ)知識(shí) o2.1 聲音的產(chǎn)生和傳播o2.2 聲波的描述o2.3 聲波的傳播特性o2.4 聲源的輻射特性2.1聲音的產(chǎn)生和傳播物體的振動(dòng)是產(chǎn)生聲音的根源。 聲源：我們把產(chǎn)生聲音的振動(dòng)物體稱作聲源。2.1.2 聲音的產(chǎn)生和傳播 聲波：這種向前推進(jìn)著的空氣振動(dòng)稱為聲波。聲場(chǎng)：有聲波傳播的空間叫聲場(chǎng)。聲音傳播的實(shí)質(zhì)：聲音傳播是指物體振動(dòng)形式的傳播。2.2 聲波的描述 o2.2.1 描述聲波的基本物理量o2.2.2 聲音的物理量度o2.2.3 聲波的類型2.2.1 描述聲波的基本物理量2.2.1 描述聲波的基本物理量)2sin(ftx振幅位移位移：物體離開靜止位

2、置的距離稱為位移，最大的位移叫振幅振幅，振幅的大小決定了聲音的大小。周相2.2.1 描述聲波的基本物理量1.1.周期：質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)每往復(fù)一次所需要的時(shí)間，單位為秒（s）。2 2.聲波頻率：一秒鐘內(nèi)媒質(zhì)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的次數(shù)，單位為赫茲(Hz)。頻率范圍(Hz)20000聲音次2000超低頻聲 中頻聲 高頻定義聲音頻聲聲2.2.1 描述聲波的基本物理量3.波長(zhǎng)：聲波兩個(gè)相鄰密部或兩個(gè)相鄰疏部之間的距離叫做波長(zhǎng)，或者說聲源每振動(dòng)一次，聲波的傳播距離。cTfcTf12.2.1 描述聲波的基本物理量4.聲速：振動(dòng)在媒質(zhì)中傳播的速度。媒質(zhì)特性的函數(shù)，取決于該媒質(zhì)的彈性和密度；聲速會(huì)隨環(huán)境的溫度有一些變化。媒質(zhì)名稱空

3、氣水混凝土玻璃鐵鉛軟木硬木聲速3441372304836535182121933534267表 21.1 時(shí)聲速近似值（m/s）o1. 聲壓與聲壓級(jí)o2. 聲強(qiáng)與聲強(qiáng)級(jí)o3. 聲功率與聲功率級(jí)o4. 聲能密度o5. 頻譜和頻程2.2.2 聲波的物理量度聲波的物理量度2.2.2 聲波的物理量度聲波的物理量度1.聲壓和聲壓級(jí)：)(0PPp靜態(tài)壓強(qiáng)1.聲壓和聲壓級(jí) a.瞬時(shí)聲壓：某一瞬間的聲壓。 b.有效聲壓（pe）：在一定時(shí)間間隔中將瞬時(shí)聲壓對(duì)時(shí)間求方均根值即得有效聲壓。TedttpTp02)(1 1.聲壓和聲壓級(jí)：聲音種類聲壓聲音種類聲壓正常人耳能聽到最弱聲210-5織布車間2普通說話聲（1m遠(yuǎn)

4、處）210-2柴油發(fā)動(dòng)機(jī)、球磨機(jī)20公共汽車內(nèi)0.2噴氣飛機(jī)起飛200日常生活中聲音的聲壓數(shù)據(jù) (Pa)c. 聲壓級(jí):該聲音的聲壓與參考聲壓的比值取以10為底的對(duì)數(shù)再乘20，即：0lg20ppLpapp50102 1.聲壓和聲壓級(jí)：聲壓級(jí)單位：分貝。 2.聲強(qiáng)和聲強(qiáng)級(jí)：a.聲強(qiáng):在聲傳播方向上單位時(shí)間內(nèi)垂直通過單位面積的聲能量，稱為聲音的強(qiáng)度，簡(jiǎn)稱為聲強(qiáng)，單位是瓦每平方米 。cPI2b.聲強(qiáng)級(jí):該聲音的聲強(qiáng)與參考聲強(qiáng)的比值取以10為底的對(duì)數(shù)再乘10，即：0lg10IILI212010mWI2.聲強(qiáng)和聲強(qiáng)級(jí)：聲強(qiáng)級(jí)單位：分貝。0lg10IILIccPPcPcPLI00000202lg10lg20

5、lg10cPI2cLLpI400lg10聲壓級(jí)和聲強(qiáng)級(jí)的關(guān)系：3.聲功率和聲功率級(jí)a.聲功率:聲源在單位時(shí)間內(nèi)輻射的總能量，單位是瓦。意義：聲功率是衡量聲源聲能量輸出大小的基本物理量；聲功率可用于鑒定各種聲源。b.聲功率與聲強(qiáng)的關(guān)系SWI 球面輻射時(shí)：24 rWI波陣面面積c.聲功率級(jí)0lg10WWLWWW12010聲功率級(jí)單位：分貝。4.聲能密度定義：聲場(chǎng)中單位體積媒質(zhì)所含有的聲能量。 對(duì)于在自由空間內(nèi)傳播的平面聲波而言： 202cpDe5.頻程和頻譜：a.頻譜圖：以頻率為橫軸，以聲壓為縱軸，繪出的圖叫聲音的頻譜圖。常見噪聲的頻譜圖5.頻程和頻譜：b. 頻程：為方便起見，通常將寬廣的音頻變化

6、范圍劃分為若干個(gè)較小的頻段，稱為頻段或頻程。nff21212fff ffnn)212(噪聲級(jí)的合成噪聲級(jí)的合成1、噪聲級(jí)合成是按照能量的疊加規(guī)律進(jìn)行疊加的。、噪聲級(jí)合成是按照能量的疊加規(guī)律進(jìn)行疊加的。2、聲強(qiáng)級(jí)：聲強(qiáng)與能量成正比。總聲強(qiáng)等于各聲強(qiáng)之和。、聲強(qiáng)級(jí)：聲強(qiáng)與能量成正比?？偮晱?qiáng)等于各聲強(qiáng)之和。假設(shè)有假設(shè)有n個(gè)噪聲源同時(shí)存在，聲強(qiáng)與聲強(qiáng)級(jí)分別為個(gè)噪聲源同時(shí)存在，聲強(qiáng)與聲強(qiáng)級(jí)分別為I1、 I2、 In和和L1、 L2、 Ln。則：。則：L110lg I1/I0， L210lg I2/I0 ， Ln10lg In/I0 。I1/I010 0.1L1， I2/I010 0.1L2， In/I0

7、10 0.1Ln 。所以，總聲強(qiáng)級(jí)所以，總聲強(qiáng)級(jí)L10lg （I1/I0 I2/I0 In/I0 ）10lg（ 10 0.1L110 0.1L2 10 0.1Ln ） 噪聲級(jí)的合成噪聲級(jí)的合成3、聲壓級(jí)：能量與聲壓的平方成正比?？偮晧旱钠椒降扔诟髀晧号欧拧⒙晧杭?jí)：能量與聲壓的平方成正比?？偮晧旱钠椒降扔诟髀晧号欧胖汀Ｖ汀＜僭O(shè)有假設(shè)有n個(gè)噪聲源同時(shí)存在，聲壓與聲壓級(jí)分別為個(gè)噪聲源同時(shí)存在，聲壓與聲壓級(jí)分別為p1、 p2、 pn和和L1、 L2、 Ln。則：。則：Lp120lg p1/p0， Lp220lg p2/p0， ，Lpn20lg pn/p0 。（p1/p0）210 0.1Lp1， （

8、p1/p0）2 10 0.1Lp2， ， （p1/p0）210 0.1Lpn 。所以，總聲壓級(jí)所以，總聲壓級(jí)Lp10lg（ 10 0.1L110 0.1L2 10 0.1Ln ） 噪聲級(jí)的合成噪聲級(jí)的合成4、n個(gè)相同噪聲級(jí)合成的總噪聲級(jí)個(gè)相同噪聲級(jí)合成的總噪聲級(jí)L10lg（ 10 0.1L110 0.1L2 10 0.1Ln ） 10lg（n 10 0.1L1 ）L110lgno 當(dāng)當(dāng)n2時(shí)，時(shí)， LL110lg2 L13即表示兩個(gè)相同的聲壓級(jí)相加，能量增加一倍，聲級(jí)即表示兩個(gè)相同的聲壓級(jí)相加，能量增加一倍，聲級(jí)增加增加3dB。噪聲級(jí)的合成噪聲級(jí)的合成5、不同噪聲級(jí)的合成、不同噪聲級(jí)的合成假設(shè)

9、存在兩個(gè)噪聲源，聲壓級(jí)分別為假設(shè)存在兩個(gè)噪聲源，聲壓級(jí)分別為L(zhǎng)1、L2，且，且L1L2 ，則有：，則有：LL110lg（ 10 0.1L110 0.1L2） L1 10lg 10 0.1L1 10 0.1L2）/ 10 0.1L1 10lg 1+ 10 0.1(L1-L2 )設(shè)噪聲合成的附加值設(shè)噪聲合成的附加值L 10lg 1+ 10 0.1(L1-L2 )，則，則LL1 L其中其中L可查表，根據(jù)表可知，當(dāng)可查表，根據(jù)表可知，當(dāng)L1-L26dB時(shí)，時(shí)， LL/，線聲源視為點(diǎn)聲源。LAr012lg10rrAdd.矩形面聲源的擴(kuò)散衰減 r0a /，聲源輻射平面聲波，聲壓不衰減。 a /r0b /，

10、面聲源視為點(diǎn)聲源。LabAr0ab2.空氣吸收引起的附加衰減o 空氣吸收：聲波在空氣中傳播時(shí)，因空氣的粘滯性和熱傳導(dǎo)，在壓縮和膨脹過程中，使一部分聲能轉(zhuǎn)化為熱能而損耗，稱為空氣吸收。這種吸收稱為經(jīng)典吸收。o 弛豫吸收：所謂弛豫吸收是指空氣分子轉(zhuǎn)動(dòng)或振動(dòng)時(shí)存在固有頻率，當(dāng)聲波的頻率接近這些頻率時(shí)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)象稱為弛豫吸收。2.空氣吸收引起的附加衰減o 對(duì)于噪聲控制工程，可以采用下面的半經(jīng)驗(yàn)公式來估算空氣吸收衰減。在20時(shí)： 82104 . 7dfAa聲波的頻率，Hz相對(duì)濕度傳播距離，m2.空氣吸收引起的附加衰減o 對(duì)于不同溫度，可采用下式來估算： TfCAT

11、Aaa1),20(),(與20相差的攝氏溫度=410-63.地面吸收的附加衰減當(dāng)?shù)孛媸欠莿傂员砻鏁r(shí)：地面吸收將會(huì)對(duì)聲傳播產(chǎn)生附加衰減，但短距離（30-50m）其衰減可以忽略，而在70m以上應(yīng)予以考慮。3.地面吸收的附加衰減聲波在厚的草地上面或穿過灌木叢傳播時(shí)，在頻率為1000Hz時(shí)的附加衰減較大，可高達(dá) 25/100m dB。附加衰減量的近似計(jì)算公式為：dfAg31. 0lg18. 01聲波的頻率，Hz傳播距離，m3.地面吸收的附加衰減聲波穿過樹木或者森林時(shí)，不同樹林的衰減相差很大，在1000赫茲時(shí)： 濃密的常綠樹樹冠 23 dB100m 地面上稀疏的樹干 3 dB100m各種樹林平均的附加衰

12、減大致為：dfAg3/1201. 04.聲屏障衰減當(dāng)聲源與接收點(diǎn)之間存在密實(shí)材料形成的障礙物時(shí)會(huì)產(chǎn)生顯著的附加衰減，這樣的障礙物稱為聲屏障。4.聲屏障衰減聲波遇到屏障時(shí)會(huì)產(chǎn)生反射、透射和衍射三種傳播現(xiàn)象。屏障的作用：阻擋直達(dá)聲的傳播，隔絕透射聲，并使衍射聲有足夠的衰減。o 聲屏障的附加衰減與聲源及接收點(diǎn)相對(duì)屏障的位置、聲屏障的高度及結(jié)構(gòu)以及聲波的頻率密切相關(guān)。4.聲屏障衰減聲屏障的附加衰減與聲源及接收點(diǎn)相對(duì)屏障的位置、聲屏障的高度及結(jié)構(gòu)以及聲波的頻率密切相關(guān)。5.氣象條件的影響o 雨、雪、露等對(duì)聲波的散射會(huì)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(jì)。o 風(fēng)和溫度梯度對(duì)聲波傳播的影響很大。為什么逆風(fēng)傳播的聲音難以聽清？為什么聲音在晚上要比晴朗的白天傳播的遠(yuǎn)一點(diǎn)？2.4聲源的輻射特性o 聲源的指向性：聲源發(fā)出的聲波，在各個(gè)方向上的聲壓分布并不一定相同，這種隨方向分布的不均勻性，稱為聲源的指向性。o 指向性因數(shù)指向性因數(shù)：在離聲源中心不同距離處，測(cè)量球面上各點(diǎn)的聲強(qiáng)，求得所有方向上的平均聲強(qiáng)，將某一方向上得聲強(qiáng)與其相比就是該方向的指向性因數(shù)：IIR2.4聲源的輻射特性o 考慮到聲源的指向性，需要對(duì)聲壓級(jí)的