环境工程基础第十章噪声与振动.docx

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1、第十章噪声与振动第一节声学基础声音(包括噪声)的形成，必须具备三个要素，首先要有产生振动的物体，即声源，其次要有能够传播声波的媒介，最后还要有声的接受器，如人耳、传声器等。一、声音的基本性质声音(SoUnd)是由物体振动产生的，而振动在弹性介质中的传播形式就是声波，处于一定频率范围内(2020000HZ)的声波作用于人耳就产生了声音的感觉。当人们用手拨动琴弦，弦即振动并同时发出声音，这里琴弦的振动是产生声音的根源。通常我们把振动发声的物体，称为声源(soundsource)o声源不一定都是固体，液体和气体的振动也会产生声音，如海上的浪涛声和火车的汽笛声。如果将一个发声物体置于一个真空的罩子内，

2、声音则传不出来，因此声音的产生除了要有振动的物体外，还必须要有传播声音的媒介物质，它可以是空气、水等流体也可以是钢铁、玻璃等固体。物体振动是产生声音的根源，但并不是物体产生震动后一定会使人们得到声音的感觉。因为人耳能感觉到的声音频率范围只是在2020000HZ之间，这个频率范围的声音称可听声，频率低于20HZ的声音称为次声(infrasound),频率高于20000HZ的声音称为超声(ultrasound)。次声和超声对于人耳来说都是感觉不到的。描述声音高低的物理量是频率，描述声音强弱的物理量有：声压、声强、声功率以及各自相应的级，描述声音大小的主观评价量是响度、响度级。1 .1.声压与声压级

3、声源的振动以声波的形式在介质中传播，传播所涉及的区域称为声场(soundfield),当声波在空气中传播时，声场中某一点的空气分子在其平衡位置沿着声波前进的方向发生前后振动，使平衡位置处空气的密度时疏时密，引起平衡位置处空气的压力相对于没有声音传播时的静压发生变化。我们将该点空气压强相对于静压强的差值定义为该点的声压(soundpressure)0在连续介质中，声场中任一点的运动状态和压强变化均可用声压表示。声压是用来度量声音强弱的物理量。声音通过空气传入人耳，引起耳内鼓膜振动，刺激听觉神经，产生声音的感觉，声压越大，耳朵鼓膜受到的压力越大，感觉到的声音越强。因为声波作用引起声场中某点介质压缩

4、或膨胀，所以声压有正有负。声压可用瞬时声压和均方根声压(亦称有效声压)表示。声场介质中某点在某瞬时相对于静压强的单位面积上的声压变化即瞬时声压P(”(instantaneoussoundpressure)；瞬时声压在某一时间周期内的均方根值，即均方根声压“ww(rootmeansquaresoundpressure)oPnMS按下式计算：一/11%Pntts=(P2Y2=-LP2)dt-1-I(Pa)(10-1)公式中符号上部横线表示对时间加权平均，而T是测量的时间周期。以下未注明的声压P均指均方根声压”必。人耳刚能听到的声压定义为听阈声压，其值为A)=2105Pa,也称基准声压；使人耳感觉疼

5、痛的声压定义为痛阚声压，其值为P=20Pa,两者之间相差100万倍，一般声音介于两者之间。由于常用的声音大小相差悬殊，为了度量与记录,采用级的概念，即用声压的倍比关系的对数量来表示，单位为分贝(decibel,dB),对于均方根声压为P的声波，其相应的声压级(SoUIldPreSSUreIeVeI)LP为:%=201g(pp0)“B)(10-2)常见的声压级范围如图10-1所示。喷气引挚_A I) S i (25mS l UPa -I140 dB100 00-130,飞机起飞120 (IOom 远)10000000 H摇滚乐-IlOH100 割草机I (XX)OOO H取塞卡车IoOooO T

6、 , m2；一室内平均吸声系数；S室内总表面积，mo(1)当声源在房间中央时Q=L在一面墙或地面上时Q=2；在两墙交线处Q=4；在三墙交点处Q=8。(2)在混响场的情况下，各点声压均匀，即与距离无关，此时Q=0。(3)在自由场情况下，R=8,q=i；在半自由场的情况下，R=,Q=2o因此，由式(10-13)可得，点声源在自由场中声压级随测点距声源距离的变化为：1.p=lw-20Igr-11B)(10-14)由式(IOT4)知，若在距声源此处的声压级为L时;则在距声源n处的声压级为L2可用下式计算：1.2=L1-2()lg(弓/GeB)(10-15)即当测点距声源距离加倍时，其声压级则衰减6dB

7、o对于在自由声场中的一个长度为/的线声源，例如马路上接连不断地行驶着的车辆流噪声，它所发出的声波为柱面波，其声压级随距离的衰减可用下式计算，当rWl时：1.2=1-101g(r1)B)(10-16)即当测点距声源距离加倍时，其声压级则衰减3dB.rln时，此时线声源可按点声源考虑，用式(10-15)计算。对于在自由声场中的一个长方形的面声源，设两个边长为a、b(aVb),则其声压级随离的衰减可按以下三种情况考虑：当rWa冗时，衰减值为OdB；当a/nWrVb/n时，则可按线声源考虑，由式(IOT6)计算；rb时，则可按点声源考虑，由式(10T5)计算。2. 2.计及空气吸收的声传播与衰减公式(

8、IOT5)中在讨论距离对声压级LP的衰减时未考虑空气对声波的吸收，而实际在声传播过程中，因空气的粘滞性和热传导，在压缩、膨胀以及运动过程中，使一部分声能被转化为热能而损耗；此外，声能与空气分子的振动能之间转换的滞后也使声能被吸收(这叫弛豫现象)，当声波频率接近空气分子的振动固有频率时，能量交换愈多，声能吸收也愈多。在频率范围为12512500Hz,温度为20时，可利用下式来计算上述介质总吸收所引起声压级LP的附加衰减量Aa:f2=7.4108式中/一声频率，Hz；一一测点距声源的距离，m；一相对湿度。通常，我们可以发现，湿度下降时，声音的吸收增加；在较高的频率时，声音的吸收也较高。另外，当声波在空气中传播时，除了空气吸收造成的衰减外，还有环境温度和压力、雨雪冰雹、风、大气紊流、地面特征、障碍物等因素造成的衰减，此处不作详细讨论。三、噪声及其评价噪声（noise）通常定义为“不需要的声