《环境噪声控制工程》

方程中P为声压，C为声速。
2 p 1 2 p 2 2 2 x c t
上式的解为
p 1 ct x 2 ct x
简谐振动的平面波的方程
p x, t PA cos t kx
p为声场中某位置的瞬时声压；pA为声压幅值； ω为角频率；k为圆波数，
k

c

2

平面波质点振动速度和声阻抗率

质点振动速度方程
PA u cos t kx u A cos t kx 0 c
uA pA 0c uA ue 2
上式中的uA为质点振动速度幅值；ue为质点 质点速度的有效值

声阻抗率Zs
p Zs 0c u
球面声波的声强和声功率
声阻抗率 声强

I 2 0 c 1

2 P A 1 2 e P A r 2 0 c c
2
声功率
2 2 W I S I 4 r A 0c
2
第六节 声压级、声强级和声 功率级
声压级Lp：将待测声压的有效值Pe与参 考声压P0的比值取常用对数，再乘以20， 即 Pe dB L p 20 lg P0
声阻抗率单位是Pa.s/m，是媒质所固有的一个常数。
平面波的声能密度、声强和声功率

声能密度

声强
D p / 0 c
2 e
2
I
0c
Pe
2

声功率
pe2 2 W S Speue S 0cue 0 c
球面波的瞬时声压和振动速度

点声源：当声源很小，其几何尺寸比辐射声 波波长小很多时，则其大小和形状可被忽略 而视为一点，该声源可称为点声源。 球面波：点声源发出的声波，其波阵面为同 心球面。
环境噪声控制工程
raoqun@
目 录
第一章 绪论 第二章 声波的基础知识 第三章 噪声的传播和分贝的计算 第四章 噪声评价和标准 第五章 噪声的测量 第六章 吸声和室内声场
第七章 隔声
第八章 消声器 第九章 隔振与阻尼
第一章 绪论
噪声 噪声的危害和影响
相干波的合成平均声能密度
p A1 p A 2 Dt D1 D2 cos( 2 1 ) 2 0c
当
2 1 0, 2 , 4 ,
,
p At p A1 p A2
p A1 p A 2 Dt D1 D2 0c 2
当
2 1 0, , 3 ,
声压透射系数τp：透射声波声压幅值PAt与入射
声波声压幅值PAi之比
p Ar 2 c2 1c1 声压反射系数 rp p Ai 2 c2 1c1 p At 2 2 c2 声压透射系数 p p Ai 2 c2 1c1
I r 2 c2 1c1 声强反射系数 r 1 I i 2 c2 1c1 It 4 1c1 2 c2 声强透射系数 1 2 I i 2 c2 1c1


声功率W 声源在单位时间内辐射的能量，单位为瓦。 自由声场中，均匀辐射的声源的声功率为：
W IS
声强 I 单位时间内通过垂直于传播方向单位面积的平 均声能量，单位为W/m2。
DV I Dc S t
第五节 平面波和球面波
波阵面 同一时刻相位相同的轨迹为波阵面 平面波 波阵面与传播方向垂直的波。 沿x方向传播的平面波方程

相干波的叠加
相干波的合成声压
pt p At cos( t 0 )
1
2 2 2 式中 p At pA p 1 A 2 2 p A1 p A 2 cos( 2 1 )
0 tan
p A1 sin 1 p A 2 sin 2 p A1 cos 1 p A 2 cos 2
,
p At p A1 p A 2
p A1 p A 2 Dt D1 D2 0c 2

干涉现象：两列相干波在空间某些地方振动 始终加强，在具有相同频率和固定相位差的 声波在同一直线上沿相反方向进行时，两列 波相遇叠加形成的合成声波即驻波。 驻波声场的特征：合成声波的声压随着空间 位置的不同有极大值和极小值
p Ai p Ar cos t k1 x cos t k1 x 1c1 1c1
由边界条件可以得到 uAi＋uAr＝uAt
或
1 1 p At pAi pAr 1c1 2 c2
声波声压幅值PAi之比
声压反射系数rp：反射声波声压幅值PAr入射

不相干波

合成声场的平均声能密度
Dt D1 D2

n列不相干波的合成声场的平均声能密度
Dt D1 D2 D3 Dn
2 en n 2 ei

合成声场的总有效声压
2 et 2 e1 2 e2 2 e3
p p p p
p p
i 1
第二节 平面声波的反射、折射 和透射
机械噪声 空气动力性噪声 电磁噪声

第五节 环境噪声控制
噪声控制基本原理

声源控制


传播途径
对接收者的防护 行政管理措施 规划性措施
城市环境噪声的控制

区域规划、道路规划和控制城市人口密度
第二章 声波的基础知识
声波的产生 描述声波的基本物理量 频程和频谱 声能量、声功率和声强 声波的传播方程 平面波和球面波 声压级、声强级和声功率级 声源的指向性
垂直入射的反射和透射
I II ρ2 c2 pt
pi P t k1 x i cos
ρ1 c1
pi
pr Pr cost k1 x pt P t k 2 x t cos k1
pr o x

c1
, k2

c2
假设分界面是无限薄，声压在边界处连续， 所以在 x＝0处，有 pI ＝ pII pAi＋pAr＝pAt uI＝ uII 媒质I中的总声压为
声功率级Lw：将待测声功率W 与参考声 功率W0的比值取常用对数，再乘以10， 即 W dB LW 10 lg W0
在空气中，参考声功率W0＝10-12 瓦 ，是 与 参考声压P0相对应的声功率
LW 10 lg W 120 dB
声压级、声强级和声功率级的关系

声压级、声强级的关系
环境声学研究的内容
噪声分类 环境噪声控制
第一节 噪声
噪声的定义
物理学定义 环境声学定义：凡是人们不需要的声音

噪声控制：降低和减少可听声
次声波：频率小于20Hz 超声波：频率大于20kHz 可听声：频率在20Hz与20kHz之间

噪声污染的特点
第二节 噪声的危害
听力机构损伤

有效声压：在一定时间间隔中，瞬时声压对 时间取均方根值为有效声压。
1 T 2 pe p dt T 0
第二节 描述声波的基本物理量
频率：频率 f 为媒质质点每秒钟振动的 次数。 圆频率ω：ω＝2πf
波长：同一时刻，由于声波引起的传播 媒质中密度最稠密（稀疏）的地点到邻 近的最稠密（稀疏）的对应地点的距离， 或者说两个声压最大（小）值地点之间 的距离叫声波波长λ。
0.1 LW
第三章 噪声的传播和分贝的计算
声波的叠加 平面波的反射、透视和折射 声波的绕射 噪声在传播中的衰减 分贝的计算
第一节 声波的叠加
叠加原理：多列声波合成声场的瞬时声 压等于每列声波瞬时声压之和。
n
p p1 p2 pn pi i 1 相干波
具有相同频率和固定相位差的声波称为 相干波。
pI pi pr
pAi cos t k1 x p Ar cos t k1 x
两个媒质中的质点振动速度分别为
uI ui ur
u Ai cos t k1 x u Ar cos t k1 x
uII ut u At cos t k2 x p At cos t k2 x 2 c2
声速：振动状态或它具有的振动能量在 媒质中自由传播的速度叫声速c。 c=λf
c = 331.4 + 0.61 t oC
t 为摄氏温标下的温度。
相位：任一时刻t的质点振动状态，包括 振动的位移及运动方向或者压强的变化。
第三节 频 程 和 频 谱
频谱：声音的频率成分与能量分布的关系称为 声音的频谱。 频谱图：各个频率上声能量分布绘成的图形。 通常频谱图以频率为横坐标，以频率对数为标 度，以声压级为纵坐标。
DI 10 lg Q DI Lp Lp
例：测得离点声源较远的10米处的声压级为60dB，求 该声源的声功率W。 解：点声源发出的声波为球面波，球面面积 s＝4πr2 由声压级、声强级和声功率级的关系
L p LI LW 10 lg S
得到
L p LW 20 lg r 11 LW LP 20 lg r 11 W W0 10
对于自由声场中的球面波有：
LW LI 20lg r 11
dB
第七节 声源的辐射
指向性声源 声源在各方向的辐射的声压或声强不相同，这 种声源为指向性声源。 指向性因数Q 声场中某点的声强与在同一声功率声源在相同 距离同心球面上的平均声强之比。
I p Q 2 I p
2
指向性指数DI
第一节 声 波 的 产 生
声源：发出声音的振动体。
λ
声波：在弹性媒质中，声音的机械振动由近及 远的传播过程。 声波传播的必要条件：弹性媒质的存在 声场：声波存在的空间
声压：声波传播时大气中压强随着声波 作周期性的变化，声扰动所产生的逾量 压强就叫做声压。 p = P’ - P0
P0为平衡状态下的大气压强。
Lp（dB） Lp（dB）
Lp（dB）
纯音谱
f（Hz）
连续谱
f（Hz）
复合谱
f（Hz）
频带：把宽广的声频范围划分为若干连 续小区间，称其为频带或频程。 频带划分方法

恒定宽频带划分方法：保持频带宽度 Δf ＝ f2－ f1不变 恒定相对宽频带划分方法：保持频带的上下 限之比为常数

f 2 2n f1 f f 2 f1
第四节 声能量、声强和声功率
声能量：由于声扰动使媒质获得的能量

声能量 ＝ 媒质质点振动的动能 ＋ 媒质
形变的势能 1 动能Ek Ek 0V0u 2 2 任一时刻的势能Ep
E p pdV
0
p

平均声能密度 单位体积媒质所具有的平均动能和平均弹性 势能之和。
D Ek E p / V0


球面波的瞬时声压和振动速度
A p(r , t ) cos( t kr ) p A cos( t kr ) r
上式中，A为声源辐射声波能力的常数。 A 声压的振幅 p A r 媒质质点振动速度为
1 A u (r , t ) cos( t kr ) u A cos( t kr ) 0 c r
2 2 p0 I p LI 10 lg 10 lg 2 . I0 p0 I 0 c 400 L p 10 lg Lp b c
在一般情况下b的值很小，因此可以认为
LI L p

声强级与声功率级的关系
W 1 LI 10 lg S I0 W W0 1 10 lg W0 I 0 S LI LW 10 lg S dB
在空气中，参考声压P0＝2×10-5 帕
L p 20 lg P 94dB
声强级LI：将待测声强I与参考声强I0的 比值取常用对数，再乘以10，即
I LI 10 lg dB I0
在空气中，参考声强I0＝10-12 瓦 / 米2，是 与 参考声压P0相对应的声强
LI 10 lg I 120 dB
暂时性听阀迁移 永久性听阀迁移 暴震性耳聋

诱发疾病 对正常生活及工作的影响
第三节 环境声学研究内容
噪声污染规律的研究 噪声评价方法和噪声标准的研究 噪声控制措施的研究 噪声测量设备和技术的研究
第四节 噪声的分类
按城市环境噪声分类
交通噪声、工业噪声、建筑施工噪声和社会 生活噪声
按发声机理分类