《物理性污染控制》噪声污染及其控制

D

pe2
0c2
D D1 D2 ... Dn
p
2 At

p
2 A1

p
2 A2
2 pA1 pA2 cos(2
1)
pt2 p12 p22 p32 ... pn2
频率相同，相位差变化； 频率不同，相位差固定； 频率不同，相位差变化。
噪声的特性与计算
3.2 声波的叠加 13..32.噪1 声不的相传干播波特的性叠加（噪声）
Lps 10lg[100.1Lpt 100.1LpB ]
设：
DLps
=
Lpt
-
L ps
DLps = -10 lg[1-100.1(Lpt-LpB) ]
Lps
=
Lpt
- DL ps
Lpt-LpB 0 1 2
3
4
567
8
9 10 11- 13- >15
12 14
∆ Lps 3 2.5 2.1 1.8 1.5 1.2 1.0 0.8 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1
噪声的特性与计算
3.3 平面波的反射、透射和折射与衍射
3.3.1 声波的反射与透射与折射
垂直入射声波的声压反射系数和透射系数
p1 pi pr pAi cos cos t k 1x pAr cos cos t k 1x
D D1 D2 ... Dn
D

pe2
0c2
有效声压叠加： pt2 p12 p22 p32 ... pn2 瞬时声压的叠加： pt p1 p2 p3 pn
噪声的特性与计算
3.2 声波的叠加 13..32.噪2 声声的压传级播的特叠性加（不相干波）

p u

0c
4
上一讲回顾：
(6) 平均声能密度：
D

pe2
0c2
(7) 声强（W/m2） ：I DV Dc pe2
St
0c
(8) 声功率（W） ：
W

IS

pe2
0c
S

S

pe
ue

S
0
c ue2
5
上一讲回顾：
(9) 声压级(dB)：
Lp

20 lg
pe p0
声波的反射、折射定律
若c2 >c1，则 t i，即折射线偏离法线，
若 c2 c1 ， 折向法线。
噪声的特性与计算
3.3 平面波的反射、透射和折射 3.3.1 声波的反射与透射
（1）声波的反射和折射
声波发生折射的原因是由于在不同介质中特性阻抗不同 引起的。若在同一种介质中声速不同则声线也会发生偏转。
干涉现象：两列相干波在空间某些地方振动始终加强，而在另一些 地方振动始终减弱的现象。声压值随空间不同位置有极大值和极小 值分布的周期波叫驻波，其声场称为驻波声场。驻波的极大值和极 小值分别称为波腹和波节。当pA1与pA2相等时，驻波现象最明显。
噪声的特性与计算
3.2 声波的叠加 13..32.噪1 声不的相传干播波特的性叠加（噪声）
ຫໍສະໝຸດ Baidu
噪声的特性与计算
3.2 声波的叠加
声级的单位dB（分贝）是对数单位，因此声级的求 和叠加不能像一般的自然数直接进行，应按能量相叠加 的关系进行运算。
噪声的特性与计算
3.2 声波的叠加 3.2.1 相干波的叠加 声波的叠加原理是：多列声波合成声
场的瞬时声压等于每列波瞬时声压之 和。用数学式表示为：
上一讲回顾：
(1) 有效声压（Pa）：pe
1 t p2dt pA
t0
2
(2) 声速（m/s）：
c p0 0
(3)
n
倍频程：
f2 f1

2n
f0 f2 f1
3
上一讲回顾：
(4) 质点振动速度有效值（m/s）：
ue

uA 2

pA
20c
(5) 声阻抗率(Pa·s/m) ：
zs
噪声的特性与计算
3.2 声波的叠加 3.2.3 声强级相加
I I1 I2 I3 In
LI
10lg
I I0
10lg
I I0 i 10lg(I1 I2 I3 In ) 10lg I0
10lg(I1 I2 I3 In ) 120
30
噪声的特性与计算
3.3 平面波的反射、透射和折射
3.3.1 声波的反射与透射
为进一步讨论反射和折射的能量关系引入以下参数：
声压反射系数：
rP

反射波声压幅值 入射波声压幅值
透射波声压幅值
声压透射系数 ： P 入射波声压幅值
声强反射系数：
rI

反射波声强幅值 入射波声强幅值
透射波声强幅值
声强透射系数： I 入射波声强幅值
0c2
p pA 2
3.2 声波的叠加
3.2.1 相干波的叠加
(t 1) (t 2 ) 2 1 2 (x2 x1) / (1 63)
从式（1-63）看出，ΔΦ与时间t无关，又因在声场 中某固定点的x1、x2为定值，所以ΔΦ为定值。
这种具有相同频率、相同振动方向和固定相位差的声 波称为相干波。
（1）有效声压叠加： pt2 p12 p22 p32 ... pn2
Lp
声压级： p p0 1020
Lp
Lp1
Lp2
Lp3
Lpn
10 10 10 10 10 10 10 10 ... 10 10
n
0.1Lpi
Lp 10lg 10
i 1
若 Lp1 Lp2 ... Lpn L'p Lp L'p 10lg n
23
课后习题
1、车间有5台机器，在分别单独工作时在某点测得声压级 分别为70、80、50、90、40dB，那么同时工作时该点 的声压级是多少？
2、厂房内测得某机器的声压级为94dB，厂房内背景噪声 声压级是88dB，求这一机器的实际声压级？
噪声的特性与计算
3.3 平面波的反射、透射、折射与衍射 3.3.1 声波的反射、透射、折射
F0
=
tan-1
[
( pA1 sin ( pA1 cos
F1 F1
+ +
pA2 pA2
sinF2 ) cosF2 )
]
噪声的特性与计算
3.2 声波的叠加 13..32.噪1 声相的干传波播的特叠性加
p
2 At

p
2 A1

p
2 A2
2 pA1 pA2
cos(2
1)
p
2 At
20c2

第二章 噪声污染及其控制
3 噪声的特性和计算 3.1 声场 3.2 声波的叠加 3.3 平面波的反射、透射、折射与衍射 3.4 噪声在传播中的衰减
噪声的特性与计算
3.1 声场
近场 辐射表面比较大的声源，在离声源的距离
与声源的几何尺寸可以比拟的范围
远场 声源的尺寸比较小，距离比波长大很多的
声场 自由声场：各向同性的均匀介质形成的声场 半自由声场：所处范围较大，各种反射可忽略，只剩地面反射 扩散声场：混响声场(各个方向传来的声波频率相等，声音的相 位无规则，并且室内各处的声压级几乎相等，声能密度也处处 相等)
声波在传播过程中遇到障碍物是会发生反射、折射、 衍射现象，同时在一定条件下声波会发生干涉现象。
（1）声波的反射和折射
声波从一个介质进入另一个介质，后者对前者来说是一 个障碍物，此时在其交界面上发生一部分声波被反射回去， 另一部分进入另一介质，这就是声波的反射与折射现象。
设各声线与法线所夹的锐角分别为：
22
噪声的特性与计算
3.2 声波的叠加 3.2.4 声功率级相加
W W1 W2 W3 Wn
LW
10lg W W0
10lg
Wi W0
10lg(W1 W2 W3 Wn ) 10lg W0
10lg(W1 W2 W3 Wn ) 120
pA21
20c2

pA2 2
20c2

2
pA1
pA2 cos(2 20c2
1 )
p2
0c2

p12
0c2

p22
0c2

pA1 pA2 cos(2 0c2
1 )
D

D1 D2

pA1 pA2 cos(2 0c2
1 )
声能量的叠加并不是简单的算术相加
D

pe2
瞬时声压的叠加： pt p1 p2 p3 pn p(x,t) pA cos(t kx)
pt p1 p2 pA1 cos(t 1) pA2 cos(t 2 ) pAt cos(t 0 )
pA2t = pA21 + pA2 2 + 2 pA1pA2 cos(F2 - F1)
噪声的特性与计算
3.2 声波的叠加 13..32.噪2 声声的压传级播的特叠性加
（1）有效声压叠加：
Lp L'p 10lg n
n=2时,两个相同声压级的叠加是增加3dB, 而不是增加一倍：
【例题】
某测点处测得噪声源的声压级如表所示，试求该 测点处的总声压级。
f0（Hz） Lp （dB）
在晴朗的白天，大气温度随高度增高而下降，声速将随高度增加而降 低，声线向上空弯曲，声源辐射的噪声在距声源一定距离的地面上方掠过， 在较远处形成声影区。而夜间正好相反，声线向下弯曲。 （枫桥夜泊：夜半钟声到客船）
29
有风时，声速应叠加上风速。 由于风速一般随高度增加而增大， 因此顺风时，叠加的结果使声速 随高度增加而增大，声线向地面 弯曲；当逆风时，叠加的结果正 好相反，声线将向上空弯曲，距 声源一定距离处形成声影区。
《物理性污染控制》
第二章 噪声污染及其控制
东华大学环境科学与工程学院
上次课回顾：
绪论部分 物理环境； 环境物理学产生、发展、学科体系、研究特点； 物理性污染及其特点、研究内容；
第1章 噪声评价及标准 噪声污染防治研究内容 噪声污染的来源、分类、特点、危害、控制途径； 噪声的基础知识 声音的形成及相关基本物理量（频率、波长、声速、声 压、声压级、声强、声强级、声功率、声功率级） 频谱、频程、n倍频程、中心频率值、带宽
例如声音在大气中传播，白天由于太阳的照射，使地 面及地面附近的空气温度上升，比高处温度高，所以低层 声速大，高层声速低，这样声音声级向上弯曲。晚上则相 反，地面温度低，声速小，高层温度高，声速大。故向下 弯曲，折向地面，所以夏日晚上声音传播的距离比白天传 的距离远。
c 331 .4 0.61t (m / s)
总声压级：Lpt
n
0.1Lpi
Lp 10lg 10
i 1
Lpt 10lg[100.1Lps 100.1LpB ] Lps 10lg[100.1Lpt 100.1LpB ]
噪声的特性与计算
3.2 声波的叠加
3.2.2 声压级的叠加
（2）声压级相减(图表法)：
背景噪声：L pB 机器： Lps 总声压级： Lpt
对于相干波
D

D1

D2

pA1 pA2
0c2
cos(2
1 )
13
噪声的特性与计算
3.2 声波的叠加 13..32.噪1 声相的干传波播的特叠性加
2 1
±2nπ ±(2n+1)π
D
D

D1

D2

pA1pA2 0c 2
D

D1

D2

pA1pA2 0c 2
pAt
pAt pA1 pA2 pAt pA1 pA2
63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 84 87 90 95 96 91 85 80
不同频率声波的叠加
n
0.1Lpi
Lp 10lg 10
i 1
19
噪声的特性与计算
3.2 声波的叠加 3.2.2 声压级的叠加 （2）声压级相减：
背景噪声：LpB 机器： Lps
i r t ——入射角、反射角、折射角
噪声的特性与计算
3.3 平面波的反射、透射和折射与衍射 3.3.1 声波的反射、透射与折射
斜入射
垂直入射
噪声的特性与计算
（1）声波的反射和折射
1.c1
2.c2
各角度满足以下关系:

s s
i in t
in i


r
c2
c1
界面处不同介质内声压连续、 法向振动速度相同条件

20lgpe
94
(10) 声强级(dB)：
LI
10 lg
Ie I0
10lgI
120
(11)
声功率级(dB)：
LW
10 lg W W0
10lgW
120
6
第二章 噪声污染及其控制
1 噪声污染防治研究内容 2 声波的基础知识 3 噪声的特性和计算 4 噪声的标准和测量方法 5 噪声评价
D

D1 D2

pA1 pA2 cos(2 0c2
1)
频率相同，振动方向相同， 存在固定相位差
（相干波）“干涉现象”
噪声--不相干波（相位差随时间无规则变化）
以两列具有相同频率、而不存在固定相位差的声波为例
D

D1
D2

pA1 pA2
0c2
cos(2
1)
cos(2 1) 0