物理性污染控制_第二章_噪声污染及其控制_第2节声学基本知识

形成一条连续的曲线谱线。 [大部分噪声属于连
续谱。]
复合谱：既有连续声音频谱，又有离散线谱。 听起来有明显的音调，称为有调噪声。
在噪音控制中，频谱图中声压级较突出的部分及
其所对应的频率是重点控制的目标。
线状谱
连续谱
复合谱
常见噪声的频谱图
频程：为方便起见，通常将宽广的音频变化
范围划分为若干个较小的频段，称为频程、 频带或带宽。 两个不同频率的声音作相对比较，有决定意 义的是两个频率的比值，而不是它们的差值。
1 T 2 pe 0 p (t )dt T
电子仪器测得的声压即有效声压。
闻阈声压：正常人耳刚能听到声音的声压。
痛阈声压：刚刚引起正常人耳疼痛感觉的声音
的声压。
对1000Hz的声音，闻阈声压是 2×10-5 N· -2 ， m 痛阈声压是20 N· -2。 m
（2）声压级
为什么要用“级”表征声音的大小？
声功率级单位：dB
声能密度：单位体积介质所含的声波能量， 常采用一个周期内声能密度的平
4. 声能密度：
均值表示。
pe2 D 0c 2
区别于声强与声功率 声强：单位时间单位面积的平均声能量 声功率：单位时间内辐射的总的声能量
5. 频谱与频谱分析
频谱：指组成声音的各种频率的分布图形。 频谱分析：对噪声源发出声音的声压级（声 强 级、声功率级）在各频率的分布特性进行分 析，考察频谱特征。这种对噪声频谱特征的 分析叫做频谱分析。 频谱图：以频率为横坐标，声压级（声强 级、声功率级）为纵坐标，描述噪声强度与 频谱关系的图。
声波：向前推进着的振动称为声波。 声场：有声波传播的空间叫声场。 声音传播:声源、介质 声音传播实质：是物体振动形式的传播。 空气 固体、液体 纵波 纵波、横波
传播形式：
2.2 声波的描述
2.2.1 描述声波的基本物理量
x sin( 2ft )
位移 振幅 相位
位移：物体离开静止位置的距离称为位移，最大 的位移叫振幅，振幅的大小决定了声音的大小。

97 10
10
95 10
10
100 10
10
80 10

=102.6 dB
解二:查表法 计算时先将声压级从大到小排列，再按由大到小 的顺序进行计算。
100
△L’p=1.8
101.8
△L’p=0.8
102.6
△L’p=0.1
97
102.7
95
合成声压级P总≈102.7 dB
80
(3) 声压级相减
环境
锅炉排气放空，距喷口1米 铆钉枪，大型罗茨风机 汽车喇叭，距人1米，大型球磨 机 柴油机 离心风扇
声压（Pa） 声压级（dB）
200 63 140 130
20
6.3 0.63
120
110 90
公共汽车上
城市噪声，街道上 普通说话
0.20
0.063 0.020
80
70 60
电风扇，微电机附近
安静房间 轻声耳语
' p ' p
P20例题1-2(展示用EXCEL解题2-2）
计算噪声值的图解方法
令： L L L p p p
1
2
则： Lp Lp Lp
2 1
代入下式：
100.1 Lp1 100.1 Lp2 Lp 10lg
100.1 Lp1 100.1 Lp1 Lp 得： Lp 10 lg
（1）声压：受声波的传播扰动，局部空气产生 压缩或膨胀，压缩的地方压强增大，膨胀 的地方压强缩小，这样在原来的大气压上 产生压强的变化，此压强变化称声压。
p ( P P0 )
瞬时声压：声场中某一瞬时的声压值
峰值声压：一定时间间隔内最大一瞬时声压值
有效声压（pe）：在一定时间间隔（周期的整 数倍）中，瞬时声压对时间的均方根值。
增值△L’p
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
分 贝 和 的 增 值 表 ：
课本p20-21
△Lp’
△Lp
图表法计算总声压级
1. 把要相加的分贝值从大到小排列，按由大到小 的顺序进行计算； 2. 用第一个分贝值减第二个分贝值，得△Lp； 3. 由△Lp查上图或上表得△L’p，然后按下式计算 出第一、二个分贝值之和；
1. 周期（T）： 2. 声波频率（f）： 一秒钟内媒质质点振动的次数，单位：赫兹(Hz)
Fra Baidu bibliotek
质点振动每往复一次所需要的时间，单位：秒（s）
频率范 围(Hz)
声音 定义
<20 20-500 次 声
20-20000 500-2000 200020000
>2000 0
超 声
低频声
中频声
音频声
高频
3. 波长：
声源真 实噪声
100.1 Lp 100.1 LpB LpS 10 lg
2.2.3 声波的类型
波阵面（波的基本几何形状）：指空间同 一时刻相位相同的各点组成的轨迹曲线。 根据波振面的形状可将声波分为不同的类 型。 声线：常称为声射线，就是子声源发出的 代表能量传播方向的直线，在各向同性的 媒质中，声线就是代表波的传播方向且处
结合也很紧密，振动也容易从一个分子传递给另
一个分子，导致声音在液体中的速度较大，传播 较快 。 气体分子运动：气体分子间距大，只有在相互碰 撞时才考虑作用力。一般情况下，分子运动是自
由运动，这就使气体不容易传递振动，因此，声
音在气体中的速度小于液体和固体中的速度。
2.2.2 声波的物理量度
1. 声压、声压级
二者可以互相换算：
I
0c
Pe
2
式中： ，空气密度； C，声速；
0
（2）声强级：该声音的声强与参考声强的比值
取以10为底的对数再乘以10，即：
I LI 10 lg I0
I 声强， W/m2； I 0 基准声强，I 0 1012 W m 2
声强级单位：dB。
3. 声功率和声功率级
声速是介质特性的函数，不同介质中声速不 p0 同。 c ， 比热比 0
气体中的声速：
固体分子运动：分子之间力的作用使分子在 各自的平衡位置附近振动，平衡位置不能改 变。由于分子间结合紧密，振动很容易从一 个分子传递给另一个分子，导致声音在固体
液体分子运动：在平衡位置附近振动，但由于液 体的流动性，平衡位置也可以移动。由于分子间
0.0063
0.0020 0.00063
50
40 30
树叶飘动声
0.00020
20
常见的声压级范 围如右图所示：
2. 声强和声强级：
（1）声强：在声波传播方向上单位时间内垂直 通过 单位面积的平均声能量，称为声强， 用
I=W/A
I 表示，单位：瓦每平方米 。
声压和声强都是度量声音大小、强弱的物理量。 声压是用力的关系说明声音的强弱，声强是用
外弦a1(440Hz)空弦音
二 胡 声 音 的 频 谱 图
内弦d1(293.67Hz)空弦音
声音频谱类型：
线状谱：一系列离散频率的纯音组成的频谱， 频谱图是离散的竖直线段。 [一些乐器的声音、
周期或间断振动的声源产生的声音。]
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：声能连续分布在宽广的频率范围内，
贝表示级，符号为dB。
r＝e时，级的单位为奈培(Np), 1Np＝8.686dB
声压级：该声音的声压与参考声压的比值取以10 为底的对数再乘20，即：
pe LP 20 lg p0
pe ——有效声压， a； p p0 —基准声压， p0 2 105 pa
声压级单位：分贝，用dB表示。
某些环境下的声压和声压级
f2 n 2 f1
n倍频程
f1、f2—频程的上限频率和下限频率
n=1，倍频程；n=2，2倍频程； n=1/3，1/3倍频程。 各倍频程的中心频率：
f0
f2 f1
n
f1 － f2 = Δf, 称为带宽
f ( 2
1 2
n
)f
【自学P19-22】 6. 总声压级的计算
【自学P19-22】 6.总声压级的计算
用声压绝对值表示声音强弱不方便。从闻 阈声压2×10-5Pa到痛阈声压2×101Pa，声压 绝对值相差100万倍。采用与基准值的相对 值较方便。
级的概念：1个量的级是这个量与同类基准值 之比的对数，用L表示。 X 表达式： L logr X0
r＝10时，级的单位为贝（耳），工程上常用分
声速与温度关系
气体中的声速： c＝（331.45＋0.61t／℃）m•s-1 其中331.45是0度时声音在空气中速度，就 是说地面上温度每升高一度，声速增加约 0.61米／秒 气体分子运动的快慢和温度有关系，温度越 高，运动越快，传递振动越快。 也就是：温 度越高，声速越大 。
声速：固体>液体>气体
（1）声强级和声功率级的相加：声强和声 功率表征的是能量，由于能量可以相加， 所以，总声强或总声功率可以由各声源 的代数相加得到，然后计算声强级和声 功率级。 LW 10lg W 10lg Wi
W0 W0
I Ii LI 10lg 10lg I0 I0
（2）声压级的相加
2 2 p 2 p12 p2 ... pn n个声源互不干涉(p24)
用仪器测出的声源的声压级实际上是声源
与背景噪声的总声压级。所以在有背景噪 声的环境中，声源的声压级无法直接测得， 只能根据总声压级和背景声压级求得。
由 Lp 10 lg 100.1 L
i 1
n
pi
仪器测 量噪声
背景 噪声
得
100.1 LpB 100.1 LpS Lp 10 lg
第二节 声学基础知识
2.1 声音的产生和传播 2.2 声波的描述 2.3 声波的传播特性
2.4 声源的指向性
2.1 声音的产生和传播
物体的振动是产生声音的根源。
声源：把产生声音的振动物体称作声源。
点声源：声源尺寸远小于测点到声源距离时，声波
以球面波形状较均匀地向各个方向辐射。 线声源：如一列较长的列车；公路上长的车队等。 面声源：如透过一个壁面向开阔空间传播。
几种声音同时发生，则总的声压级不是各声压级 的简单算术和，而是按照能量的叠加规律，即压 力的平方进行叠加。
p L p 20 lg p0
代入上式：p
2
p 2 Lp 10 lg （ ） p0
p 10
2
0.1 Lp
p
2 0
p（10
2 0
0.1 Lp1
10
0.1 Lp2
10
（1）声功率：声源在单位时间内辐射的总能量，
单位：瓦。
意义：声功率是衡量声源输出声能量大小的
基
本量，表征声源的特性，反映了声源的 本质，可用于鉴定各种声源。
（2）声功率级：该声音的声功率与参考声
功率的比值取以10为底的对数再乘10，
即：
W LW 10 lg W0
W 声功率， W; W0 基准声功率；W0 1012W。
0.1 Lpn
）
p2 100.1 Lp1 100.1 Lp2 100.1 Lpn Lp 10 lg 2 10 lg p0 10 lg 10
i 1 n 0.1 Lpi
若Lp1 Lp 2 Lpn L , 则 Lp L 10lg n
100.1 Lp1 100.1 Lp1 Lp Lp 10 lg
Lp Lp1 10 lg 1 10
0.1 Lp

'
令：
L 10 lg 1 10
'

0.1L p

Lp Lp1 L
'
声压级差△Lp
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11、12 13、14
Lp Lp1 L
'
4. 用第一、二个分贝和之值再与第三个分贝值相 加，依次加下去。
例 :某车间四台机床单独运转时声压级分别为97dB、 95dB、100dB、80dB，试求车间内合成声压级。 解一、计算法
Li 10 L总 10 lg 10 i 1
n
10lg 10
在一列波中，偏离平衡位置的位移和速度总是 相同的两个相邻质点间的距离叫做波长，或声 源每振动一次，声波的传播距离。 c

4. 声速（c）：振动在媒质中传播的速度。 室温时声速近似值（m/s）
f
cT
f 1 T
媒质 空气 水 混凝土 玻璃 铁 铅 软木 硬木 名称 声速 344 1372 3048 3653 5182 1219 3353 4267