噪声第二章-声学基本知识2

I
声强级为
W 2r 2
LI =LW -20lgr -8
2.5.2 点声源在半自由空间中的辐射
当距离足够远时，就可将球面波近似看成平面波， 于是有LI ≈ Lp。则若用声压级来表示，可得r处的 声压： Lp=LW-20lgr-8 对于指向性指数为DI的声源： （dB）
L p Lw 20 lg r D 1 8
2.5.1 点声源在自由空间中的辐射
自由声场
理论上说是没有边界的、媒质均匀而各向同 性的声场。在自由声场中，声波在任何方向 传播都没有反射，如室外开阔的旷野、消声 室等均属自由声场。
在自由声场中，以声源为中心的球面对称地向各个方 向辐射声能。在离源点r处，球面面积S=4πr2，声强I 和声功率W之间存在简单关系： W W I S 4r 2 声强级为
温度梯度对声波的折射
空气中温度不均匀时，造成空气的密度不 均匀：温度高，密度小，为波疏介质； 温度低，密度大，为波密介质；
声波从波密介质向波疏介质传播时，声线 远离法线； 声波从波疏介质向波密介质传播时，声线 靠近法线；
为什么声音在晚上要比晴朗的白天传播的远 一点？
风速对声波传播的影响
空气吸收 衰减 0.27 6.7 2.1 52.3
f Lp2
120m 500 84.1
4000 77.1
800m 500 65.9
4000 15.9
2.6.2 地面吸收衰减
当地面是非刚性表面时：
地面吸收将会对声传播产生附加衰减，但短距 离（30-50m）其衰减可以忽略，而在50m以上 应予以考虑。
声波在厚的草地上面或穿过灌木丛传播时，在 频率为1000Hz时的附加衰减较大，可高达 25/100m dB。 附加衰减量的近似计算公式为：
Ag 1 源自文库0.18 lg f 0.31r
声波的频率
传播距 离，m
声波穿过树木或者森林时，不同树林的衰减
相差很大，在1000赫兹时：
浓密的常绿树树冠 23 dB／100m
W I 1 L I 10 lg 10 lg 2 I0 I 4 r 0 W W0 1 W 1 10 lg 10 lg 10 lg W W0 4r 2 4r 2 0 I0 LW 20 lg r 11
声屏障的附加衰减与声源及接收点相对 屏障的位置、声屏障的高度及结构以及声 波的频率密切相关。
2.6.3 气象条件对声传播的影响
雨、雪、露等对声波的散射会引起声能的 衰减。但这种因素引起的衰减量很小，大 约每1000m衰减不到0.5dB，因此可以忽 略不计。
风和温度梯度对声波传播的影响很大。
地面对运动空气的摩擦，使近地面的风有一 个梯度，顺风和逆风传播的声速产生梯度。
逆风时，对 顺风时，对 地面声速叠 加风速（反 加风速。风 向）。声波 速随高度增 弯向空中， 加风速增大， 传播不远。 声波弯向地 面，传播远。
为什么逆风传播的声音难以听清？
顺风时，对地面声速 叠加风速。风速随高 度增加风速增大，声 波弯向地面，传播远。
100
120m
500 4000
800m
500 4000
20lg(r2/r 15.6 15.6 32 32 离声源较近的地方，随距离发散引起的衰减占主导， 1) 可见，低频噪声能够传播很远，在很大范围内形成噪声
离声源较远的地方，空气吸收高频的噪声衰减快，而低 污染，故对低频噪声污染要重视。 频噪声衰减不明显。 6.7 0.27 6.7 衰减常数 0.27
,
L p Lw 20 lg r D 1 11
DI（指向性指数）=10lgR θ 。 R θ （指向性因数）：离点声源相同距离处，某一 θ角方向上I θ和所有方向上平均声强级的比。
2.5.2 点声源在半自由空间中的辐射
当声源放置在刚性地面上时，声音只能向半空间 辐射，半径r的半球面面积为2πr2，因此对半空间 接收点：
对于噪声控制工程，可以采用下面的半经验 公式来估算声波在空气中传播时声压级的衰 减量，在20℃时：
传播距离m
声波的频 率，Hz
f d Aa 7.4 10 8
相对湿度
2
对于不同温度，可采用下式来估算：
Aa(20C , ) Aa(T , ) 1 Tf
β=4×10-6
声压级约等于声功率级，因此r处的声压级近似为：
L p LW 20 lg r 11
从距离r1传播到距离r2，声强级或声压级的衰减量：
L LI 1 LI 2 r2 I1 r2 10 lg 10 lg 20 lg I2 r1 r1
2
若已知r1处的声压级，则r2处的声压级为：
与20℃相差 的摄氏温度
例
点声源在空气湿度20%，气温20OC时辐射噪 声。已知距声源20m处500Hz,4000Hz处声压 级分别是100 dB，问120m，800 m处两频率 处声压级？(仅考虑随距离发散引起的衰减和 空气吸收引起的衰减)
Lp 2
f
r2 (r2 r1 ) r1=20m L p 1 20 lg r1
2.6 声波在传播过程中的衰减
2.6.1 空气吸收衰减 2.6.2 地面吸收衰减 2.6.3 气象条件对声传播的影响
2.6.1 空气吸收衰减
空气吸收：声波在空气中传播时，因空气的 粘滞性和热传导，在压缩和膨胀过程中，使 一部分声能转化为热能而损耗，称为空气吸 收。这种吸收称为经典吸收。 弛豫吸收：所谓弛豫吸收是指空气分子转动 或振动时存在固有频率，当声波的频率接近 这些频率时要发生能量交换。能量交换的过 程都有滞后现象，这种现象称为弛豫吸收。
2
1
r2 20 lg r1
60 85 20 lg 20 85 10 75 (dB )
现实中，声源在自由空间中辐射声波时，其强 飞机在空中飞行时，在它的前后左右上下各方向等 距离上测得的声压级是不相同的。 度分布具有指向性，即不同方向相同距离上， 声压级不同。 考虑声源 的指向性，则在某一θ角方向上，r 处声压级为：
重点
1.点声源在半自由空间中的辐射（p29,24题） 2.声波在空气中的吸收衰减（p29,26题）
水污染控制工程
聊城大学环境与规划学院
第二章
声波的基本性质及传播规律
李 聪
licong@lcu.edu.cn 2013.10.8
章节内容
2.5 声源的辐射 2.6 声波在传播过程中的衰减
本课的重点难点
声源的辐射 声波的空气吸收衰减
2.5 声源的辐射
2.5.1 点声源在自由空间中的辐射 2.5.2 点声源在半自由空间中的辐射 2.5.3 半自由空间中的线声源
,
2.5.3 半自由空间中的线声源
线声源：一长列火车、公路上的长车队、辐射噪 声的长输气管道等；
单位长度声功率为ω，dx段声功率dW= ωdx, 对距离r1的p点的声压平方贡献
声源无限长或p点靠近线源中部，且r0远小于线源 长度时：
当P点距声源的距离r0远大于声源的长度Ɩ时，则 Δθ=θ2-θ1很小，由图可知，r1 Δθ= Ɩ， r1= r0 因此：
地面上稀疏的树干
3 dB／100m
各种树林平均的附加衰减大致为：
Ag 2 0.01f
1/3
d
2.6.4 声屏障衰减
当声源与接收点之间存在密实材料形成的障碍物时
会产生显著的附加衰减，这样的障碍物称为声屏障
声波遇到屏障时会产生反射、透射和衍射三种传 播现象 屏障的作用：
阻挡直达声的传播，
隔绝透射声， 并使衍射声有足够的衰减。
L p2 L p1
r2 20 lg r 1
由上式可知，若r2＝2r1，则△L＝6dB。即在点声源的 声场中，距声源的距离加倍，声级衰减6dB，这是用 来检验声源是否可作为点声源处理的简便方法。
例：已知在离开声源20m处的声压级L1＝85dB，求 在离声源60m的地方声压级为多少？ 解：
Lp Lp