声环境影响评价课件.ppt
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1、6.1 环境噪声基础环境噪声基础6.2 噪声的测量噪声的测量6.3 环境噪声预测模型环境噪声预测模型6.4 声环境影响评价声环境影响评价第第6 6章章 声环境影响声环境影响评价评价6.1环境噪声基础环境噪声基础6.1.1 声音的产生和基本概念声音的产生和基本概念 1.1.振动和声源振动和声源 机器运转会发出声音,若用手去摸机器的壳体多便会感到壳体在振动。若切断电源,壳体在停止振动的同时,声音也会消失,这说明物体的振动产生了声音。通常,振动发声的物体被称为声源。声源可以为固体,如各种机器;也可以是液体与气体,如流水声是液体振动的结果,风声是气体振动的结果。并非所有物体的振动都能为人耳听见,只有振
2、动频率在2020000Hz的范围内产生的声音,人耳才能听到。这一频率范围的振动称为声振动,声振动属于机械振动。2 2振动的传播振动的传播 物体振动所传出的能量,只有通过介质传到接收器(如人等),显示出来的才是声音。因而声音的形成是由振动的发生、振动的传播这两个环节组成的。没没有振动就没有声音,同样,没有介质来传播振动,也有振动就没有声音,同样,没有介质来传播振动,也就没有声音。就没有声音。作为传播声音的中间介质,必须是具有惯性和弹性的物质,因为只有介质本声有惯性和弹性,才能不断地传递声源的振动。空气正是这样一种介质,人耳平时听到的声音大部分也是通过空气传播的。传播声音的介质可以是气体,也可以是
3、液体与固体。在空气中传播的声音称做空气声,在水中传播的声音称做水声,在固体中传播的声音称做固体声(或结构声)。声音在介质中传播时,介质的质点本身并不随声音一起传递过去,是质点在其平衡位置附近来回地振动,传播出去的是物质运动的能量,而不是物质本身。声音的实质是物质的一种运动形式,这种运动形式称做波动。因此,声音又称做声波。声波是种交变的压力波,属于机械波声波是种交变的压力波,属于机械波。3.3.描述声波的基本物理量与概念描述声波的基本物理量与概念 波长波长:振动经过一个周期,声波传播的距离称为波长,记作,单位为米(m)。频率频率:一秒钟介质质点振动的次数称做声波的频率,记作 f,单位为赫兹(Hz
4、)。人耳能听到的声音其频率一般在20 Hz 至20000 Hz之间,这个范围内的声音称为可听声。高于20000Hz的声音称为超声,低于20 Hz的声音称为次声。蝙蝠、狗等动物可以听到超声,老鼠等动物可以听到次声。在声频范围内,声波的频率愈高,声音显得愈尖锐。反之显得低沉。通常将频率低于300Hz的声音称做低频声;300-1000Hz的声音称做中频声,1000Hz以上的声音称做高频声。声速声速:声波在介质中传播的速度称为声速,记作v,单位为米秒(ms)。波长、频率和声速是描述声波的三个基本物理量,其相互关系为:=v/f (6-1)声速大小主要与介质的性质和温度的高低有关。同一温度下,不同介质中声
5、速不同。在20时,空气中声速约为340 m/s,空气的温度每升高1,声速约增加0.607 m/s。声场声场:介质中有声波存在的区域称做声场。在均匀且各向同性的介质中,边界影响可以不计的声场称做自由声场。波前波前(波阵面波阵面):某一时刻声波波动所到达的各点所连成的曲面,称为波前或波阵面。一般按波前的形状将声波划分为平面波、柱面波与球面波。6.1.2 环境噪声环境噪声 噪声是声波的一种,具有声波的一切特性。从物理学观点来看,凡是振幅和频率杂乱、断续或统计上无凡是振幅和频率杂乱、断续或统计上无规律的声振动,都称为噪声。从人们的感受与影响来规律的声振动,都称为噪声。从人们的感受与影响来讲,凡是人们不
6、需要的声音都称做噪声讲,凡是人们不需要的声音都称做噪声。按照噪声发生的机理,可将噪声分为空气动力性噪声和机械性噪声两大类。空气动力性噪声空气动力性噪声是由于气体振动而产生的。当气体中有了涡流或发生了压力突变等情况,就会引起气体的扰动,由于气体的扰动而产生的噪声,就称做空气动力性噪声。常见的有风机、空气压缩机、喷射器、喷气式飞机、汽笛等产生的噪声。机械性噪声机械性噪声是由于固体振动而产生的。在撞击、摩擦、交变的机械应力或电磁力作用下,金属板、轴承、齿轮、电气元件或其它固体零部件发生振动,就产生机械性噪声。如轧钢机、球磨机、锻床、冲床、砂轮、织布机等所产生的噪声都属于机械性噪声。环境噪声是户外各种
7、噪声的总称。按照产生的声源类环境噪声是户外各种噪声的总称。按照产生的声源类别环境噪声分为别环境噪声分为5种。种。(1)交通噪声 凡机动车辆、船舶、航空器等交通运输工具在运行 过程中产生的噪声都称做交通噪声。在交通道路上由机动车辆运行发出的噪声称作道路交通噪声。它往往是城市中主要的噪声源。(2)工业噪声 凡工矿企业在生产活动中产生的噪声均称做工业噪声。(3)施工噪声 凡建筑施工机械运转时,以及各种施工活动中产生的噪声均称做施工噪声。例如打夯机、推土机及施工现场的运输车辆声等。(4)生活噪声 凡商业、娱乐、体育、宣传等生括以及家用电器等产生的噪声均称做生活噪声。(5)其它噪声 上述之外则称之为其它
8、噪声。如鸟叫、蛙鸣、狗吠等。6.1.3 环境噪声评价量及其计算环境噪声评价量及其计算1计量声音的物理量计量声音的物理量 (1)声功率声功率 声源在单位时间内辐射的总声能量称为声功率。常用 W 表示,单位为瓦(w)。声功率是表示声源特性的一个物理量。声功率越大,表示声源单位时间内发射的声能量越大,引起的噪声越强。声功率的大小,只与声源本身有关。必须注意将声源的声功率与设备所消耗的功率相区别。如一台500kw的鼓风机在运转中实际消耗功率为500kw,而这台风机发出的声功率大约为数百瓦。(2)声强声强 声强是衡量声音强弱的一个物理量。声场中,在垂直于声波传播方向上,单位时间内通过单位面积的声能称做声
9、强。声强常以 I 表示,单位为(w/m2)。声强实质是声场中某点声波能量大小的度量,声场中某点声强的大小与声源的声功率、该点距声源的距离、波阵面的形状及声场的具体情况有关。通常距声源愈远的点声强愈小,若不考虑介质对声能的吸收,点声源在自由声场中向四周均点声源在自由声场中向四周均匀辐射声能时,距声源匀辐射声能时,距声源 r处的声强为处的声强为:式中 I 距点声源为r处的声强(w/m2);W 点声源功率(w)。若S 表示包围声源的封闭面面积,声功率 W 和声强 I 的关系为:式中 是声强在微元面积dS法线方向的分量。24 rWI(6-2)sndSIW(6-3)(3)声压声压 目前,在声学测量中,直
10、接测量声强较为困难,故常用声压来衡量声音的强弱。声波在大气中传播时,引声波在大气中传播时,引起空气质点的振动,从而使空气密度发生变化。起空气质点的振动,从而使空气密度发生变化。在声波所达到的各点上,气压时而比无声时的压强高,时而比无声时的压强低,某一瞬间介质中的压强相对于无某一瞬间介质中的压强相对于无声波时压强的改变量称为声压声波时压强的改变量称为声压,记为p(t),单位是 Pa。声音在振动过程中,声压是随时间迅速起伏变化的,入耳感受到的实际只是一个平均效应,因为瞬时声压有正负值之分,所以有效声压取瞬时声压的均方根值。式中 是 T时间内的有效声压,Pa;p(t)为某一时刻的瞬时声压,Pa。dt
11、tpTpTT02)(1(6-4)通常所说的声压,若未加说明,即指有效声压,若 p 1,p 2,分别表示两列声波在某一点所引起的有效声压,该点迭加后的有效声压可由波动方程导出,为:声压是声场中某点声波压力的量度,影响它的因素与声强相同。并且,在自由声场中多声波传播方向上某点声强与声压、介质密度存在如下关系:2声压级,声强级与声功率级 正常人耳刚刚能听到的最低声压称听阈声压正常人耳刚刚能听到的最低声压称听阈声压。对于频率为 1000Hz的声音,听阈声压约为为210-5Pa。刚刚使人耳产生疼痛感觉的声压称痛阈声压。对于频率为1000Hz的声音,正常人耳的痛阈声压为 20Pa。2221pppT(6-5
12、)vpI2(6-6)听阈到痛阈,声压的绝对值之比为听阈到痛阈,声压的绝对值之比为1:106,即相差一即相差一百万倍,百万倍,而从听阈到痛阈,相应声强的变化为10-121Wm2,其绝对值之比为1:1012,即相差一万亿倍。因此用声压或用声强的绝对值表示声音的强弱都很不方便。加之人耳对声音大小的感觉,近似地与声压、声强呈对数关系,所以通常用对数值来度量声音,分别称为声压级与声强级。声压级:(dB)声强级:(dB)式中:p0为基准声压(听阈声压),210-5Pa。I0为基准声强,210-12 w/m2。与上类似,某声源的声功率级定义为:声强级:(dB)0lg20ppLp(6-7)0lg20IILI(
13、6-8)0lg10WWLw(6-9)声强级式中 W0 基准声功率,为10-12(w)。声压级、声强级和声功率级的单位都是分贝。分贝是“级”的单位,是无量纲的量是无量纲的量。由声压与声强的关系可以得出,以空气为介质的自由声场中,常温常压下某一点的声压级与声强级近似相等。3.分贝的运算分贝的运算 由声压级、声强级、声功率级的定义式可知,级的分级的分贝数的运算不能按算术法则进行,而应按对数运算的法贝数的运算不能按算术法则进行,而应按对数运算的法则进行。则进行。几个不同的噪声源同时作用在声场中同一点上,这点的总声压级如何计算呢?从声压级的定义出发,则有:(dB)niniTTpTppppppppL120
14、2012200lg10lg10lg10lg20 则有:(dB)当两个不同的噪声源同时作用在声场中同一点上,如果两个声源单独作用产生的声压级分别为Lp1 和Lp2,且Lp1Lp2;为计算方便,列出(表6-1)Lp1-Lp2差值相对应的增值L,这点的总声压级LpT为:(dB)nLpTpiL11010lg10(6-10)LLLppT1(6-11)Lp1-Lp2LLp1-Lp2L01234532.52.11.81.51.2678910111.00.80.60.50.40.3表表6-1 两个声源Lp1-Lp2差值与增值L的对应关系4.频谱图及倍频程频谱图及倍频程(1)频谱图频谱图 除音叉等之外,各种声源
15、发出的声音很少是单一频率的纯音,大多是由许多不同强度,不同频率的声音复合而成,统称复音。在复音中,不同频率(或频段)的成分的声波具有不同的能量,这种频率成分与能量分布的关系称为声的频谱。描述一个复音中,各频率成分与能量分布关系的图形称为频谱图。通常是先测定出该噪声的各频率成分与相应的声压级或声功率级,然后以频率为横坐标,以声压级(声功率级)为纵坐标进行绘图,如图6-1所示。(2)倍频程倍频程 由于一般噪声的频率分布宽阔,在实际的频谱分析中,不需要也不可能对每个频率成分进行具体分析。为了方便,人们把2020000Hz 的声频范围分为几个段落,划分的每一个具有一定频率范围的段落称做频带或频程。频程
16、的划分方法通常有两种。一种是恒定带宽一种是恒定带宽,即每个频程的上、下限频率之差为常数。另一种是恒定相对带另一种是恒定相对带宽的划分方法宽的划分方法,即保持频带的上、下限之比为一常数。60708090100110631252505001000200040008000频率(Hz)频率(Hz)倍频程声压级(dB)倍频程声压级(dB)图图6-1 AK1300-III汽轮鼓风机频谱图。倍频程1/3倍频程下限频率上限频率中心频率下限频率上限频率中心频率 45906356.270.863 70.889.180 89.1112100 90180125112141125 141178160 178224200
17、 180355250224282250 282355315 355447400 355710500447562500 562708630 708891800 7101400100089111221000 112214131250 141317781600 140028002000177822392000 223928182500 281835483150 280056004000354844674000 446756235000 562370796300 5600112008000707989138000 89131122010000 112201413012500 表表6-2 倍频程及中心频
18、率频率范围(Hz)图图6-3 等响曲线图图图6-2 D800-21型离心鼓风机频谱图。我国规定的倍频程频率范围及中心频率见表6-2。由该表可见,相邻两个倍频程的中心频率之比也是2:l。5.噪声的主观评价噪声的主观评价 噪声危害的大小,不仅与声音的强度、频率成分有关,而且与噪声的作用时间、起伏变化的程度以及人们工作或者生活的状态、情绪有关。为此,需要根据人们对噪声的感受程度,即人对噪声的心理效应,对噪声作出主观评价。(1)A、B、C计权声级计权声级 国际电工委员会标准规定,一般声级计,可分别模拟40方、70方、100方三条等响曲线条等响曲线设置三套网络,分别称做A、B、C网络,用以分别测定低、中
19、、高三种强度的声音。声压级低于55dB的声音用A网络;55-85dB之间的声音用B网络;85dB以上的声音用C网络。由等响曲线可知(图6-3),同样声压级的声音,不同频率时并不等响。因此,声音讯号输入A、B、C网络后,输出讯号并不与输入信号相对等,而是有一定的修正。通常,高频声显得更响些,信号输出时得到增强,修正量为正,低频声显得不那么响,信号输出时被衰减,修正量为负。衰减与增强的量称做响应。响应因频率而异,故称做频率响应。(2)噪声评价量噪声评价量 噪声源评价量可用声压级或倍频带声压级、声功率级、A声级、A计权声功率级。噪声的影响还同其持续的时间有关,即和人们接收的噪声能量有关。在更多情况下
20、,环境噪声往往是起伏的,因此又提出了等效A 声级的评价量,以弥补A声级的不足。声场中某点在一段时间内A计权能量的平均值即该点在这段时间的等效A声级。表达式为:(dB)式中,T 规定的测量时间;LA(t)某时刻t的瞬时A 声级,dB(A);LeqT 规定测量时间 T 内的等效 A声级。各国所制定的环境噪声标准,一般都指的是等效 A声级值。它也是对我国各类区域环境噪声进行评价的主要评价量。某测点在规定的测量时间 T 内,有 N时间的声级超过某一声级值 LA时,这个声级值LA 称做累积百分声级称做累积百分声级LN 单位为dB(A)。dtTLTLeqTtA010)(101lg10(6-13)例如 L1
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