物理性污染控制_第二章_噪声污染及其控制_第2节声学基

0.63
90
公共汽车上
0.20
80
城市噪声，街道上
0.063
70
普通说话
0.020
60
电风扇，微电机附近
0.0063
50
安静房间
0.0020
40
轻声耳语
0.00063
30
树叶飘动声
0.00020
20
常见的声压级范 围如右图所示：
2. 声强和声强级：
（1）声强：在声波传播方向上单位时间内垂直 通过
音的声压。
对1000Hz的声音，闻阈声压是 2×10-5 N·m-2 ， 痛阈声压是20 N·m-2。
（2）声压级
为什么要用“级”表征声音的大小？ 用声压绝对值表示声音强弱不方便。从闻 阈声压2×10-5Pa到痛阈声压2×101Pa，声 压绝对值相差100万倍。采用与基准值的相 对值较方便。
平面波：面声源形成的声波，如活塞在气缸中 推拉
球面波：点声源形成的声波，波阵面为同心球 面
柱面波：波阵面为同轴柱面。声压振幅沿轴向 分布均匀，沿径向与距轴的距离平方根成反比
声波的类型
类型 平面声波 球面声波 柱面声波
波阵面
声线
声源类型
垂直于传播方 相互平行
向的平面
的直线
平面声源
以任何值为 半径的球面
LpS 10 lg 100.1Lp 100.1LpB
声源真 实噪声
2.2.3 声波的类型
波阵面（波的基本几何形状）：指空间同一 时刻相位相同的各点组成的轨迹曲线。 根据波振面的形状可将声波分为不同的类型。
声线：常称为声射线，就是子声源发出的代 表能量传播方向的直线，在各向同性的媒质 中，声线就是代表波的传播方向且处处与波 阵面垂直的直线。
ux uA cos(t kx) uA pA / 0c
质点振动的速度幅值
c.声阻抗率： 单位（Pa·s/m）
气体分子运动：气体分子间距大，只有在相互 碰撞时才考虑作用力。一般情况下，分子运动 是自由运动，这就使气体不容易传递振动，因 此，声音在气体中的速度小于液体和固体中的
2.2.2 声波的物理量度
1. 声压、声压级
（1）声压：受声波的传播扰动，局部空气产生 压缩或膨胀，压缩的地方压强增大，膨胀 的地方压强缩小，这样在原来的大气压上 产生压强的变化，此压强变化称声压。
pe p0
pe ——有效声压，pa； p0 —基准声压， p0 2 105 pa
声压级单位：分贝，用dB表示。
某些环境下的声压和声压级
环境
声压（Pa） 声压级（dB）
锅炉排气放空，距喷口1米
200
140
铆钉枪，大型罗茨风机
63
130
汽车喇叭，距人1米，大型球磨 机
20
120
柴油机
6.3
110
离心风扇
在一列波中，偏离平衡位置的位移和速度总是
相同的两个相邻质点间的距离叫做波长，或声
源每振动一c次，c声T 波的传f播距1离T。
4. 声速（c）：f振动在媒质中传播的速度。
室温时声速近似值（m/s）
媒质 名称
空气
水 混凝土 玻璃
铁
铅 软木 硬木
声速 344 1372 3048 3653 5182 1219 3353 4267
第二节 声学基础知识
2.1 声音的产生和传播 2.2 声波的描述 2.3 声波的传播特性 2.4 声源的指向性
2.1 声音的产生和传播
物体的振动是产生声音的根源。
声源：把产生声音的振动物体称作声源。
点声源：声源尺寸远小于测点到声源距离时，声波 以球面波形状较均匀地向各个方向辐射。
线声源：如一列较长的列车；公路上长的车队等。 面声源：如透过一个壁面向开阔空间传播。
续谱。]
复合谱：既有连续声音频谱，又有离散线谱。 听起来有明显的音调，称为有调噪声。
在噪音控制中，频谱图中声压级较突出的部分及 其所对应的频率是重点控制的目标。
线状谱
连续谱
复合谱
常见噪声的频谱图
频程：为方便起见，通常将宽广的音频变化 范围划分为若干个较小的频段，称为频程、
频带或带宽。
两个不同频率的声音作相对比较，有决定意 义的是两个频率的比值，而不是它们的差值。
声速是介质特性的函数，不同介质中声速不
同。
c p0， 比热比
气体中的声速：
0
固体分子运动：分子之间力的作用使分子在 各自的平衡位置附近振动，平衡位置不能改 变。由于分子间结合紧密，振动很容易从一 个分子传递给另一个分子，导致声音在固体
液体分子运动：在平衡位置附近振动，但由于 液体的流动性，平衡位置也可以移动。由于分 子间结合也很紧密，振动也容易从一个分子传 递给另一个分子，导致声音在液体中的速度较 大，传播较快 。
（1）声强级和声功率级的相加：声强和声功 率表征的是能量，由于能量可以相加，所以， 总声强或总声功率可以由各声源的代数相加 得到，然后计算声强级和声功率级。
LW
10 lg W W0
10 lg
Wi W0
I
LI 10 lg I0 10 lg
Ii I0
（2）声压级的相加
n个声源互不干涉(p24) p2 p12 p22 ... pn2
10 lg 100.1Lp1
100.1Lp2
10 0.1 Lpn
n
10 lg 100.1Lpi
i1
若Lp1 Lp2 Lpn L'p , 则 Lp L'p 10 lg n
P20例题1-2(展示用EXCEL解题2-2）
计算噪声值的图解方法
令： Lp Lp1 Lp2 则： Lp2 Lp1 Lp
单位面积的平均声能量，称为声强，
用
I=W/A
I 表示，单位：瓦每平方米 。
声压和声强都是度量声音大小、强弱的物理量。 声压是用力的关系说明声音的强弱，声强是
二者可以互相换算：
I Pe2
0c
式中：0，空气密度； C，声速；
（2）声强级：该声音的声强与参考声强的比值 取以10为底的对数再乘以10，即：
声波：向前推进着的振动称为声波。 声场：有声波传播的空间叫声场。 声音传播:声源、介质 声音传播实质：是物体振动形式的传播。
空气 传播形式：
纵波
固体、液体 纵波、横波
2.2 声波的描述
2.2.1 描述声波的基本物理量
x sin(2ft )
位移 振幅
相位
位移：物体离开静止位置的距离称为位移，最大 的位移叫振幅，振幅的大小决定了声音的大小。
1. 周期（T）： 质点振动每往复一次所需要的时间，单位：秒（s）
2. 声波频率（f）： 一秒钟内媒质质点振动的次数，单位：赫兹(Hz)
频率范 围(Hz)
<20
声音 次 定义 声
20-20000
20-500 500-2000 200020000
低频声 中频声 高频 音频声
>2000 0
超 声
3. 波长：
p (P P0 )
瞬时声压：声场中某一瞬时的声压值 峰值声压：一定时间间隔内最大一瞬时声压
值 有效声压（pe）：在一定时间间隔（周期的整
数倍）中，瞬pe时声压T1对0T时p间2 (的t)均dt方根值。
电子仪器测得的声压即有效声压。
闻阈声压：正常人耳刚能听到声音的声压。 痛阈声压：刚刚引起正常人耳疼痛感觉的声
LW
10 lg W W0
W 声功率，W;
W0 基准声功率；W0 1012W。
声功率级单位：dB
声4. 声能能密密度度：：单位体积介质所含的声波能量， 常采用一个周期内声能密度的平 均值表示。
D
pe2
0c2
区别于声强与声功率
声强：单位时间单位面积的平均声能量
声功率：单位时间内辐射的总的声能量
L总解一1、0计lg算法in1
10 Li
10
10 lg 1097 10 1095 10 10100 10 1080 10
=102.6 dB
解二:查表法
计算时先将声压级从大到小排列，再按由大到小 的顺序进行计算。
100
△L’p=1.8
97
101.8
△L’p=0.8
95
102.6
△L’p=0.1
点声源发出的 半径线
点声源
同轴圆柱面
线声源发出的 半径线
线声源
1.平面声波：
a. 波动方程：
2 p x 2
1 c2
2 p t 2
对于简谐振动而言：
p x, t P0 cos(t kx) 正向传播 p x, t P0 cos(t kx) 负向传播
b. 质点振动速度： 对于简谐振动而言：
5. 频谱与频谱分析
频谱：指组成声音的各种频率的分布图形。 频谱分析：对噪声源发出声音的声压级（声
强 级、声功率级）在各频率的分布特性进行分 析，考察频谱特征。这种对噪声频谱特征 的分析叫做频谱分析。 频谱图：以频率为横坐标，声压级（声强 级、声功率级）为纵坐标，描述噪声强度与 频谱关系的图。
几种声音同时发生，则总的声压级不是各声压级 的简单算术和，而是按照能量的叠加规律，即压 力的平方进行叠加。
Lp
20 lg
p p0
Lp
10 lg（
p p0
）2
p2 100.1Lp p02
代入上式：p2 p（02 100.1Lp1 100.1Lp2 100.1Lpn ）
Lp
10 lg
p2 p02
f2 2n n倍频程 f1
f1、f2—频程的上限频率和下限频率
n=1，倍频程；n=2，2倍频程； n=1/3，1/3倍频程。
各倍频程的中心频率： f0 f2 f1