1.2噪声的度量、评价和控制标准-974375691eb91a37f1115c03.ppt
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- 1.2 噪声 度量 评价 控制 标准 974375691 eb91a37f1115c03
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1、第二节第二节 噪声的度量、评价和控制标准 1 声音的产生和传播 2 声波的描述 3 噪声的评价 4环境噪声的评价标准与法规 1 声音的产生和传播 1.1 声音的产生 1.2 声音的传播 1.1 声音的产生? 物体的振动是产生声音的根源。 声源: 我们把产生声音的振动物体称作声源。 声源的振动声源的振动 弹性媒介弹性媒介振动振动 声波声波 空气、固体、空气、固体、 液体液体 1.2 声音的传播 声波:向前推进着的空气振动。 声场:有声波传播的空间叫声场。 声音传播的实质: 声音传播是指物体振动形式的传播。 空气空气 纵波纵波 声波声波 固体、液体固体、液体 纵波、横波纵波、横波 弹性媒介弹性媒介
2、 声波的传播类型声波的传播类型 纵波波形特点:各质点的振动方向与波的传播方向相纵波波形特点:各质点的振动方向与波的传播方向相 互平行的波疏互平行的波疏( (疏部疏部) )密密( (密部密部) )相间相间 横波:质点的振动方向跟波的传播方向垂直的波波形横波:质点的振动方向跟波的传播方向垂直的波波形 横波波形特点:凹凸相间横波波形特点:凹凸相间 波传递特点: 质点不随波而迁移 波传递振动形式 波是能量传递的一种形式 2 声波的描述 2.1 描述声波的基本物理量 2.2 声音的物理量度 2.3 声波的类型声波的类型 2.1 描述声波的基本物理量 波长波长 =c/f 米米 (m) 周期周期 T 秒秒
3、(s) 频率频率 f =1/T 赫兹赫兹 (Hz) 声速声速 c 米每秒(米每秒(m/s) 空气中空气中 c=331.45+0.61t 340 m/s 2.1 描述声波的基本物理量 1.1.周期: 质点振动每往复一次所需要的时间,单位为秒(s)。 2 2.声波频率: 一秒钟内媒质质点振动的次数,单位为赫兹(Hz)。 频率范围 (Hz) 20000 声音 次 2000 超 低频声 中频声 高频 定义 声 音频声 声 2.1 描述声波的基本物理量 3.波长: 声波两个相邻密部或两个相邻疏部之间的距 离叫做波长,或者说声源每振动一次,声波 的传播距离。 cT f c Tf1 3.波长: 2.1 描述
4、声波的基本物理量 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 表 21.1 时声速近似值(m/s) 4.声速:声音在媒质中传播的速度。 在一定的媒质中,声速会随环境的温度有一些微小变化。 c=331.45+0.61t。通常取常数通常取常数340 m/s。 媒质中的声速取决于该媒质的弹性和密度,是媒质特性的函数。 (一)、声功率、声强和声压(p10) (二)、分贝、声功率级、声强级和声压级 (三)、噪声的叠加和相减 (四)、 频谱和频程 2.2 声波的物理量度声波的物理量度 1.声功率(声功率(W)
5、 声功率是指单位时间内,声源辐射出来的总声能。 在噪声监测中,声功率是指声源总声功率,单位为W。 声功率可用于鉴定各种声源。 (一)、声功率、声强和声压 通用语言与若干乐器输出声功率值 声源 峰值功率 男生会话 210-3 女生会话 410-3 单簧管 510-2 低音提琴 1610-2 钢琴 2710-2 管乐器 3110-2 37in36in的低音鼓 25.0 75件乐器的交响乐 70100 2.声强(声强(I) 声强是指单位时间内,声波通过垂直于声 波传播方向单位面积的声能量,单位为W/s2。 声功率与声强的关系 S W I 球面辐射时: 2 4 r W I 波阵面面积 3.声压(声压(
6、p) 声压是由于声波的存在而引起的压力增值。声波是空气 分子有指向、有节律的运动。声压单位为Pa。 )( 0 PPp 静态压强 声音种类 声压 声音种类 声压 正常人耳能 听到最弱声 2X10-5 织布车间 2 普通说话声 (1m远处) 2X10-2 柴油发动机、球 磨机 20 公共汽车内 0.2 喷气飞机起飞 200 a.日常生活中声音的声压数据 (Pa) 特性阻抗 声压与声强的关系 c P I 2 介质密度 声波在该介 质中的传播 速度 (二)、声功率级、声强级和声压级 1.1.级的概念级的概念 首先选定基准量(或参考量),对被量度量和 基准量之比取对数,该对数值称为被量度量的 “级”,它
7、代表被量度量比基准量高出多少“级” 。 思考:为什么要引入级? 贝尔贝尔是指两个相同的物理量(如A1和A0)之比取以10 为底的对数。 由于贝尔是一个相当大的单位,为了方便起见,又将 其分成10个小单位,此小单位称为分贝(decibel,dB)。 分贝分贝是指两个相同的物理量(如A1和A0)之比取以10 为底的对数并乘以10(或20)。是噪声测量中很重要的参 量。 0 1 lg10 A A N 0 1 lg A A N 声功率级常用LW表示,定义为:该声音的声功率与参 考声功率的比值取以10为底的对数再乘10,即: 式中:LW声功率级,dB; W声功率,W; W0基准声功率,为10-12W。
8、0 lg10 W W L W 2.2.声功率级声功率级 WW 12 0 10 12 10 lg10 W Lw 声强级常用LI表示,定义为:该声音的声强与参考声强 的比值取以10为底的对数再乘10,即: 式中:LI声强级,dB; I声强,W/m2; I0基准声强,在空气中取10-12W/m2。 0 lg10 I I LI 3.3.声强级声强级 212 0 10mWI 12 10 lg10 I LI 4.4.声压级声压级 声压级常用Lp表示,定义为:该声音的声压与参 考声压的比值取以10为底的对数再乘20,即: 式中:Lp声压级,dB;单位:分贝 p声压,Pa; p0基准声压。 在空气中规定p0为
9、2105Pa,该值是正常青 年人耳朵刚能听到的1000Hz纯音的声压值。 0 2 0 2 lg20lg10 p p p p Lp a pp 5 0 102 例题例题 计算在公共汽车内和飞机强力发动机旁的声压级。计算在公共汽车内和飞机强力发动机旁的声压级。 已知:公共汽车内的声压为已知:公共汽车内的声压为0.2Pa0.2Pa,飞机强力发动机,飞机强力发动机 旁的声压为旁的声压为200Pa200Pa。 解:解:Lp=20lg p/p0 Lp1 = 20lg ( 0.2/210-5 ) = 80(dB) (公共汽车内的声压级)(公共汽车内的声压级) Lp2 = 20lg ( 200/210-5 )
10、= 140(dB) (飞机强力发动机旁的声压级)(飞机强力发动机旁的声压级) 声功率级和声强级的关系: S W I 0 lg10 I I LI 0 0 000 0 0 lg10lg10lg10lg10 IS W W W WIS WW IS W LI SLL wI lg10 0 lg10 I I LI c c P P cP cP LI 00 000 2 0 2 lg10lg20lg10 c P I 2 c LL pI 400 lg10 声压级和声强级的关系: 三者之间的关系:三者之间的关系: 物理量物理量 符号符号 单位单位 级级 之间的关系之间的关系 声压声压 p Pa 声强声强 I w/m2
11、 声功率声功率 w w c LL pI 400 lg10 SLL wI lg10 (三)、噪声的叠加和相减(三)、噪声的叠加和相减 1.1.噪声的叠加噪声的叠加 声能量是可以代数相加的, (1)(1)声功率声功率( (级级) )和声强和声强( (级级) )的叠加的叠加 W总=W1+W2; LW总= LW1+LW2 I总=I1+I2。 LI总= LI1+LI2 物理量物理量的加减的加减 (2)(2)声压(级)能不能直接相加? 声压级叠加公式: 2 0 2 2 2 1 lg10 p pp Lp )1010lg(10 1010 21pp LL 当n个声源发生干涉时: n i L p i p T L
12、1 1.0 10lg10 2 2 2 1 ppp 声压叠加公式: 例1:在某点测得几个噪声源单独存在时的声压级分别 为84dB、87 dB、90 dB、95 dB、96 dB、91 dB、85 dB、 80 dB,求这几个噪声源同时存在时该点的总声压级是 多少? 解:由 dB Lpt 2 .100 1010101010101010lg10 0 . 85 . 81 . 96 . 95 . 90 . 97 . 84 . 8 n i L p i p T L 1 1.0 10lg10 声压级的叠加方法一:利用公式计算 例2:有一声源,在某一点测得各中心频率的声 压级如下,求该点的总声压级? 解:由 得
13、 n 1i L1 . 0 p i p T 10lg10L dB9710101010101010lg10L 4 . 85 . 90 . 98 . 80 . 87 . 70 . 7 pt 当n个声源声压级相等时: 例: 有7台机器工作时,每台在某测点处 的声压级都是92dB,求该点的总声压级。 解:根据式有 Lp(92+101g7)dB100.5dB 声压级的叠加方法二:利用图表计算: 图图 两噪声源的叠加曲线两噪声源的叠加曲线 Lp1Lp2 /dB Lp /dB 例 两声源作用于某一点得声压级分别为Lp1= 96 dB,Lp2=93 dB, 由于Lp1Lp2=3 dB,查曲线得 Lp= 1.8
14、dB,因此Lp总96 dB +1.8 dB97.8 dB。 例如,有8个声源作用于一点,声压级分别为 70、 75、82、90、93、95、100dB,它们合成的总声压 级可以任意次序查图,两两叠加而得。任选两种叠 加次序如下: 掌握了两个声源的叠加,就可以推广到多声源 的叠加,只需逐次两两叠加即可,而与叠加次序无 关。 例题:某车间有例题:某车间有5台机器,在某位置测得这台机器,在某位置测得这5台机器的台机器的 声压级分别为声压级分别为95、92、90、86、80dB,试求这,试求这5台机台机 器在这一位置的总声压级是多少?器在这一位置的总声压级是多少? 解解: L1 L2 = 95 92
15、=3 dB L =1.8 dB LC1= 95+1.8 = 96.8 dB L1 L2 = 96.8 90 =6.8dB 7dB L = 0.8 dB Lc2 = 96.8 + 0.8 =97.6 dB L1 L2 = 97.6 86 =11.6 dB 12dB L = 0.3 dB Lc3 = 97.6 + 0.3 =97.9 dB L1 L2 = 97.9 80 =17.9 dB L 0 所以:所以:Lc = 97.9 dB 2.噪声的相减 S p B p T LL p L 1 . 01 . 0 1010lg10 B p T p S LL p L 1 . 01 . 0 1010lg10 仪
16、器测 的噪声 声源真 实噪声 背景 噪声 背景噪声:是指声源停止发声后、环境的声压级大小。 所以在背景噪声的环境里,被测对象的声压级是不能直 接测出的,只能出仪器测到的合成声压级减去背景噪声 得到。求噪声级差应按照能量相减的原则。 2.噪声的相减: STS ppp LLL BT pp LL B p S L p L 1 . 0 101lg10 例1 两台机器工作时,在某点测得声压级为80 dB,其中一台停止工作后,在该点测得的声压级 为76dB,求停止工作的机器时在该点的声压级。 解:已知Lp80dB,LpB=76dB. 由式 S p T pL L pB L 1 . 0 1 . 0 1010lg
17、10 得: =77.8 76*1 . 080*1 . 0 1010lg10 pB L 图图 背景噪声修正曲线背景噪声修正曲线 LpLp1/dB Lp/dB 利用图表计算: 2.噪声的相减噪声的相减 例为测定某车间中一台机器的噪声大小, 从声级计上测得声级为104 dB,当机器停止工 作,测得背景噪声为100dB,求该机器噪声的实 际大小。 解:由题可知104dB是指机器噪声和背景噪声之 和(Lp),而背景噪声是100 dB (Lp1)。 LpLp1=4 dB,从图中可查得相应Lp2.2 dB , 因此该机器的实际噪声噪级Lp2=Lp-Lp =101.8 dB。 (四).频程和频谱: 频率范围(
18、Hz) 20000 声音 次 2000 超 低频声 中频声 高频 定义 声 音频声 声 1.实际生活中的声音很少是单个频率的纯音,一般多是由多个频率组合而 成的复合声。 声音的高低不同,可以说它音调不同。 2.音调音调是入耳对声音的主观感受,客观上决定于声源振动频率,频率频率是描 述声音特性的主要参数之一,要控制噪声必须要研究声音频率的分布情况。 3.在噪声控制中,研究的噪声主要是可听声,可听声的频率是从20Hz到 20000Hz,其变化范围达1000倍,如果将机器所发出噪声的每一个频率及 其对应的声压(或声压级等)都一一分析出来,虽然技术上还可办得到,但 个方便也不实用。为此引入频程或频带。
19、 (四).频程和频谱: 4. 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,称为频段或频程。 带宽 倍频程(n1)和13倍频程(n=13)的带宽分别为: n f f 2 1 2 12 fff ff n n ) 2 1 2( 线谱:线谱:是由一些离散频率的声音组成,在频谱图是一系列 不连续的竖直线段,一些乐器发出的声音属于线状谱乐器发出的声音属于线状谱; (周期振动的声源) 连续谱:连续谱:一定频率范围内含有连续频率成分的谱,在频谱 图中是一条连续的曲线,大部分噪声都是连续谱大部分噪声都是连续谱; 混合谱混合谱(复合谱)是连续频率成分和离散频率成分组成。 在噪声控制中频谱
20、图中声压级比较突出的部分及其所对 应的频率是重点控制目标重点控制目标。 5.频谱图: 以频率为横轴,以声压为纵轴,绘出的图叫声音 的频谱图。 常见噪声的频谱图 小结: 主要介绍声波的描述(噪声的基础) 要掌握的内容: 声压(级)、声功率(级)和声强(级) 的概念和相互关系。 噪声的叠加和相减的计算方法。 2.3 声波的类型 波阵面:是指空间同一时刻相位相同的各点的轨迹 曲线。 根据波振面的形状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能 量传播方向量传播方向的直线,在各向同性的媒质中,声线 是代表波的传播方向且处处与波阵面垂直的直线。 2.3 声波的类型
21、1.平面声波: 声波的波阵面是垂直于传播方向的一系列平 面时,称其为平面声波。(理想声波) 1.平面声波: 声线: 相互平行的一系列直线。 2.球面声波:与声音传播方向垂直的波阵面成球形的声波。 以点声源点声源为球心, 以任何r值为半径的球面 上声波的相位相同。 点声源:取决于声源的尺度声源的尺度与声波波长的相声波波长的相 对尺度对尺度,当声源的尺度比它所辐射的声波波 长小得多时。所以往往一个尺度较大的声源 在低频时可按点声源考虑,中高频不可以。 2.球面声波: 声线: 是由点声源发出的半径线。 波阵面:是以任何值为半径的球面。 3.柱面声波: 波阵面为同轴圆柱面的声波称为柱面声波。 设想在无
22、限均匀媒质里有一无限长的均匀线声源, 它所产生的波就是理想的柱面声波。 在柱面声波中在柱面声波中,声压振幅沿轴向分布轴向分布是均匀的;沿沿 径向径向与距轴距离的平方根成反比。其径向声强与离轴的 距离的一次方成反比。交通繁忙的公路上,汽车往往连 成一条线行驶,这些汽车可认为是线声源,所辐射的噪 声就是柱面波。 2.3声波的类型 声波的类型 类型 波阵面 声线 声源类型 平面声波 垂直于传播方 向的平面 相互平行 的直线 平面声源 球面声波 以任何值为 半径的球面 由声源发出的 半径线 点声源 柱面声波 同轴圆柱面 线声源发出的 半径向线 线声源 3 噪声的评价 噪声评价的目的: 为了有效地提出适
23、合于人们对噪声反应的 主观评价量。由于噪声变化特性的差异以 及人们对噪声主观反应的复杂性,使得对 噪声的评价较为复杂。 噪声的评价量 噪声的评价量的建立原则: 不同频率的声音对人的影响不同; 噪声涨落对人的影响存在差异,(涨落大的噪 声及脉冲噪声比稳态噪声更能引起人的烦恼) 噪声出现的时间不同对人的影响不同; 同样的声音对不同心理和生理特征的人群反应 不同;。 噪声的评价量 评价量的分类: 从评价量的使用频率上有主、次之分; 从评价量的使用范围上,从评价量的使用范围上,有一般城市公共噪声评 价、道路交通噪声评价、航空噪声评价等; 从评价的噪声特征分类从评价的噪声特征分类,有的重点在噪声频谱,
24、有的在噪声涨落程度,暴露时间等方面:如总声压 级、计权声级、响度级等是与噪声频谱直接相关的; 累积百分数声级、交通噪声指数等是与噪声涨落程 度直接相关的量。 3 噪声的评价量 3.1 响度和响度级 3.2 计权声级 3.3 等效连续A声级 3.4 昼夜等效声级 3.5 累积百分数声级 3.6 与烦恼程度有关的评价量 3.7 反映噪声对语言交流干扰程度的量 3.8 针对室内噪声的评价量 3.9 噪声冲击指数 3.10 噪声的掩蔽作用 人能听见频率范围为20 Hz20kHz;在声压方 面人耳的可听范围大致为2x10-520Pa,其上 下限分别称为可听阈可听阈和痛阈痛阈。试验和调查表明, 人耳对强度
25、相同而频率不同的声音有不同的响度 感觉,即对于相同声压级但频率不同的声音,人 耳听起来是不一样响的。 同样是60dB的两种声音,但一个频率为100Hz, 而另一个为1000Hz,人耳听起来1000Hz要比 100Hz的声音响。要使频率为100Hz的声音听起来 和频率为1000Hz、60dB声音同样响,则其声压级 要达到67dB。 3.1 响度和响度级 1.纯音的响度和响度级 a.响度级:当某一频率的纯音与1000Hz的纯音听 起来同样响时,这时1000Hz纯音的声压级就定义 为该声音的响度级。响度级的符号为LN,单位为 方(phon)。 b.响度:响度:是用来描述声音大小的主观感觉量。 响度是
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