物理性污染控制噪声污染及其控制声学基

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
声速与温度关系
▪ 气体中的声速： ▪ c＝（331.45＋0.61t／℃）m•s-1 ▪ 其中331.45是0度时声音在空气中速度，就 是说地面上温度每升高一度，声速增加约 0.61米／秒
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。
（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
LI
10 lg
I 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
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
▪ 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
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
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
f1 － f2 = Δf, 称为带宽 f ( 2n 1 ) f 2n
6. 总声压级的计算【自学P19-22】
6.总声压级的计算【自学P19-22】
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
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，声强是用
▪ 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：
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：
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）
▪ 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 。
▪ 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速度。
pe
1 T p2 (t)dt T0
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。
b. 质点振动速度： 对于简谐振动而言：
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）
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
=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
102.7
80
合成声压级P总≈102.7 dB
(3) 声压级相减
▪ 用仪器测出的声源的声压级实际上是声源 与背景噪声的总声压级。所以在有背景噪 声的环境中，声源的声压级无法直接测得， 只能根据总声压级和背景声压级求得。
0
增值△L’p
3
1
2.5
2
2.1
3
1.8
分
4
1.5
贝 和
5
1.2
的
6
1.0
增 值
7
0.8
表
8
0.6
：
9
0.5
10
0.4
11、12
0.3
13、14
0.2
课本p20-21
△Lp’
△Lp
图表法计算总声压级
1. 把要相加的分贝值从大到小排列，按由大到小 的顺序进行计算；
2. 用第一个分贝值减第二个分贝值，得△Lp； 3. 由△Lp查上图或上表得△L’p，然后按下式计算
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。
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，瞬时声压对时间的均方根值。
LI
10 lg
I I0
I 声强，W/m2；
I0 基准声强，I0 1012 W m2
声强级单位：dB。
3. 声功率和声功率级
（1）声功率：声源在单位时间内辐射的总能量， 单位：瓦。
▪ 意义：声功率是衡量声源输出声能量大小的 基
本量，表征声源的特性，反映了声源的 本质，可用于鉴定各种声源。
（2）声功率级：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：
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。
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
级的概念：1个量的级是这个量与同类基准值 之比的对数，用L表示。
表达式：
L log r
X X0
r＝10时，级的单位为贝（耳），工程上常用分
贝表示级，符号为dB。
r＝e时，级的单位为奈培(Np), 1Np＝8.686dB
声压级：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：
LP
20 lg
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
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。
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