华南理工环境科学课件02第二章 第二节 噪声基础2011

时刻的声压变化规律。
（二）连续性方程
• 直角坐标系中声波的连续性方程为
t
式中:
—00—( 媒uxx质或的u静yy 态 密uz度z )，(k2g-1／t4m)3；0u
—t —时间，s；
ux、—u—y、媒u质z 质点速度沿x、y、z方向
的分量，m／s。
式(2-14)反映了质点振动速度与流体密度间的关系。
波，具有交替出现的密部和疏部。
空气中声波是一种纵波。
• 横波：质点振动方向与声波传播方向相互 垂直的波。具有交替出现的波峰和
波谷
固体和液体中，既可能是纵波，也可能是横波。
二 声波的基本物理量
c
频率 f
波长
声速 c
频率 f 描述声音特性的主要物理量！
• 频率（f ）：每秒质点振动的次数,Hz；
（二）瞬时声压和有效声压
• 瞬时声压：声场中某一瞬时的声压值为
p(x,t) pA cos(t k(x2)-20)
• 声波在传播过程中，同一时刻相位相同的 轨迹称为波阵面。
• 波阵面与传播方向垂直的波称平面声波。
（一）声压波动方程
• 均匀波动的平面声波的声压波动方程为
2 p 1 2 p
x2 c2 t 2
式(2-18)的一般解为
（2-18）
p 1(ct x) （2-21(9c）t x)
式中，1、是2 任意函数, 1(c代t 表x声) 速向x 正方向
m/s。
c
• 波长、频率和声速之间的关系为
c 或 f
c(2-3)
T
声速 c 声速是媒质特性函数
• 气体中声速为 c P(20-4) 0
式中：0——媒质处于平衡态时的密度，kg／m3；
—P—0 媒质处于平衡态时的压强，Pa；
——比热比(＝定压比热／定容比热)。
• 空气 =1.4，则式(2-4)有如下形式
传播的波，
代表2 (声ct 速 x向) x负方向传播的波。
（二）瞬时声压和有效声压
• 声压:声波引起的大气压强变化，称为声压。 • 声场:有声波存在的区域称为声场. • 瞬时声压:声场中某一瞬时的声压值。 • 若声源在理想媒质中以单一频率传播，则可看
作是简谐振动，那么媒质中各质点也随着作同 一频率的简谐振动。
第二章 噪声污染及其控制
第一节 概述 第二节 声学基础 第三节 噪声的评价和标准 第四节 噪声控制技术——吸声 第五节 噪声控制技术——隔声 第六节 噪声控制技术——消声 第七节 噪声控制技术——有源噪声控制简介
第二节 声学基础
一 声波的形成
二 声波的基本物理量 三 声音的频谱 四 声音的波动方程 五 平面声波 六 球面波 七 声压级计算 八 声波的传播特性
• 在噪声控制中，频谱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。
四 声音的波动方程
声波传递的规律可以用基本物理定 律来描述。
声波传递的基本方程： （一）运动方程 （二）连续性方程 （三）物态方程
（一）运动方程
• 均匀理想流体媒质中，小振幅声波的运动方程
2p x2
2p y2
2p z2
1 c2
2p t 2
或
2p
1 (22-p13) c2 t2
式中: —p —瞬时声压，Pa；
—c—声速，m／s；
—t—时间，s；
——拉普拉斯算符，
在直角坐标系中
2
2 x2
2 y2
2 z2
式(2-13)表明，声压p是空间坐标（x、y、z）和时间t的函
数;把声压与质点振动速度联系起来，反映了不同地点和不同
c 20.0或5 T
c 3(23-15.4)5 0.61t
• 一般空气中的声速近似取340m／s。
声速 c
• 液体和固体中声速（表2-1）
表2-1 常用媒质在室温下的声速近似值
媒质 声速/m·s-1 媒质 声速/m·s-1 媒质 声速/m·s-1
空气
344
玻璃
3658
钢
5182
水
1372
铁
5182
一 声波的形成
• 声源：振动而发出声音的物体。
• 声源可以是固体、液体或气体。
• 媒质：传播声音的介质。
• 介质可以是 空气、水、固体。 • 声音不能在真空中传播！！！
一 声波的形成
• 声波：声源振动带动相邻的介质质点，
使之交替进行压缩和膨胀运动，由近及 远向前推进的介质振动。
• 纵波：质点振动方向与声波传播方向平行的
媒质每秒钟振动的次数越多，其频率就越高。
• 周期（T）：质点振动往复一次所需时间,s。
• 频率和周期互为倒数，即
f 1 T
(2-1)
• 频率与振动圆频率的关系为
2f
(2-2)
c
波长
c
• 波长:是两相邻波对应相同点之间的距 离，即振动经过一个周期声波传播的距 离，m。
wk.baidu.com 声速 c
• 声速:声波在媒质中传播的速度，
（二）频谱分析
• 频谱：组成声音的各种频率的分布图。 • 频谱分析：研究声音强度(声压级、声强级、
声功率级)随频率分布的规律。 • 频谱的形状：（图2-1）
线状谱
连续谱
复合谱
线状谱 图2-1（a）
• 是由一些频率离散的单音形成的谱，在频谱图上 是一系列竖直线段。
• 线状频谱可以确定单个频率处的声压。 • 一些乐器发出的声音和周期或间断振动的声源产
（三）状态方程
• 根据理想气体绝热状态方程，得声波传播时 的物态方程为
p c或2 t t
式中: p——瞬时声压，Pa；
—c—声速，m／s；
—t—时间，s.
(2-1p5) c2
式(2-15)描述了声场中瞬时声压随时间的变化与密 度随时间变化的关系。
五 平面声波
（一）声压波动方程 （二）瞬时声压和有效声压 （三）质点振动速度和声阻抗率 （四）声能密度、声强和声功率 （五）声音的声压级、声强级和声功率级
硬木
4267
混凝土 3048
铅
1219
软木
3353
三 声音的频谱 （一）频程及频谱 （二）频谱分析
（一）频程及频谱
• 频程（频带、带宽）：将可听声的频率范围 （ 20Hz～20kHz）按倍数变化，划分为若干 较小的频段，通常称为频程。
• 在噪声测量中，常用的有倍频程和1/3倍频 程。
• 倍频程和1/3倍频程的中心频率（表2-2）
生的声音的频谱是线状谱。 • 与振动相同的声波频率称为基频 • 频率等于基频整数倍的称为谐波频率。
连续谱 图2-1（b）
• 频率在频谱范围内是连续的。其声能也连 续地分布在所有频率范围内，形成一条连 续的曲线。
• 大部分噪声属于连续谱。
复合谱 图2-1（c）
• 是连续频率和离散频率组合而成的频谱， 有调噪声的频谱为复合谱。