噪声分析与控制 第一讲

噪声分析与控制

吴九汇

机械工程学院

振动与噪声控制工程研究所

关于本课程：

涉及流体力学和振动力学

声学既是跨层次又是跨学科的

“研究‘基本粒子’的人可以不懂声学，但是费米在讲授他自己的β衰变理论时却

应用了当年瑞利对封闭空间声传播模式的概念；最近物理学家研究氦Π第三声

却发现和‘夸克’有了联系；固体物理学家正在自觉或不自觉地从事声学方面的问

题。”——魏荣爵院士

人们对许多声学问题还只是停留在感性

认识阶段

工程和科学的关系

有趣的声音现象

天坛回音壁

莺莺塔的蛙鸣

塔高36米多，共有13层，

塔身是四方形的，

全塔与塔檐都由青石砌成。

奇怪的是如果在距塔十米处

击石或拍掌，就会听到蛙声，

似乎是从塔中发出来的。

声音的速度

本课程安排

教材目录

三教材目录

教材目录

教材创新点

•特点之一：加强了声场描述和理论预估的基础理论的相关内容，

如第二章“波动方程及声场分布”，第三章“气动噪声原理”，第四章

“Kirchhoff 公式在声振耦合分析中的应用”，及第五章“声学互易定理

及其应用”中注重基本理论的清晰解析，增强可读性。

•特点之二：引入国内外噪声研究方面的最新进展，如对产品低噪声

设计中的声质量问题，基于声学成像的噪声源识别技术，以及适应

于恶劣环境应用的噪声控制方法等内容也作了详细阐述。

•特点之三：在基础理论方面力求思路清晰连贯，使读者尽快掌握理

论的奥妙

•特点之四：在介绍理论的应用时力求案例典型、重点突出

第一章噪声基础

1.1 人耳的构造及听觉特性

1.2 声学度量指标

1.3 噪声测量

1.4 噪声的影响和标准

1.5 声质量评价

1.1 人耳的构造及听觉特性

人耳结构可分成三部分：外耳、中耳和内耳

外耳包括耳廓和外耳道. 耳廓的作用是帮助收集外来声音，辨别声音的方向.当声音向

鼓膜传送时，外耳道主要起传递声波的作用，并能使声音增强。

中耳由鼓膜、中耳腔和听骨链组成。听骨链包括锤骨、砧骨和镫骨，悬于中耳腔。

内耳包括三个独立的结构：半规管、前庭和耳蜗。

声波→耳廓(收集) →外听道→

(振动)鼓膜→听小骨→

耳蜗(听觉收集器)→听神经→大脑听区→听觉

•鼓膜前后振动使听骨链作活塞状移动，鼓膜表面积比镫骨足板大好几倍，

声能在此处放大并传输到中耳。

•由于表面积的差异，听小骨使得声音的强度增加了30分贝。

•为了使鼓膜有效地传输声音，必须使鼓膜两侧的压力一致。

•人耳是灵敏的听觉器官，是声音的接收器。

•人耳能接收到的最低声压为20微帕，能承受的最高声压为20帕。

•人耳能分辨的频率范围是20～20000Hz。

•人耳极端灵敏，具有频率分析器的作用，可辨别响度、音调和音色。

•人耳对2000～4000Hz的声音响应最敏感

1.2 声学度量指标

声音的三要素:声音强弱、音调的高低、音色

声波的主要特性由声音强度的大小、频率的高低、波形特点所决定

客观的物理量量度主观感觉

声压和声压级、

声强和声强级、

声功率和声功率级、

频谱等

响度和响度级、

声质量参数等

声学度量指标

一、声压声能密度声强声功率

声能密度：单位体积中的声波能量，称为声波的能量密度。

声强：在单位时间内通过和声波射线垂直的单位面积内的声能。

声功率：在单位时间内通过垂直于声波射线方向的面积上的声能。

二、级和分贝（dB）

可听声的频率范围是20～20000Hz。

实测证明，当频率为1000Hz时，正常人耳开始能听到的声音声压为2×10-5帕，这个声压称为听阈声压；频率为1000Hz，使人耳开始产生疼痛的声压为20帕，称这个声压为痛阈声压。从听阈到痛阈，声压的绝对值相差100万倍。可见声音的强弱变化和人耳的听觉范围是非常宽广的。在这样宽的范围内用声压或声强的绝对值来表示声音的强弱很不方便，而且在这样大的范围很难用一个线性标尺来度量。

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛

=

10

log

20

P

P

L

P

声压级

式中，P为实际有效声压值，P

为基准声压值，即频率1000Hz时的听阈声压，

P0= 2×10-5帕；L P为声压级，单位“分贝”（dB）。

)

(

94

lg

20dB

P

L

p

+

=

•人耳听觉范围：2×10-5Pa～20 Pa，相当于声压级：0 ～120 dB

•声压变化10倍，声压级变化20dB。

•人耳的分辨力约为：0.5dB

•0 dB不是没有声音

或

二、级和分贝（dB）

声强级L I

是人耳听阈下限; 人耳听阈上限: I = 1 w/m2(120dB) . 即得:

)

/

(

10

)

(

lg

10

2

12

m

w

I

dB

I

I

L

I

−

=

=

)

(

120

lg

10dB

I

L

I

+

=

声功率级L w

因此

人说话：70dB (10-5w)；火箭发射：210dB (109w)

)

(

10

)

(

lg

10

12

w

W

dB

W

W

L

w

−

=

=

)

(

120

lg

10dB

W

L

w

+

=