北京大学环境工程概论_第六章_噪声污染-1.ppt

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第六章 噪声污染
6.1 引言
噪 声 通 常 定 义 为 “ 不 需 要 的 声 音”(unwanted sound),是一种环境现象。 人一生都暴露在有噪声的环境中。噪声也 可看成是一种环境污染物,一种由人类各 种活动产生的废物。按后一种观点,噪音 与响度(loudness)无关,但它会对个人造成 生理或心理上的不良影响,或可能干扰个 人或团体的社会活动,包括语言交流、工 作、休息、娱乐、睡眠等活动。
常见的脉冲噪声一般有两种。脉冲A的特点是 声压级快速升高到尖峰,随后是一个小的负压 波或衰减到背景值之下。脉冲B的特点是呈振 荡衰减,A型脉冲的持续时间就是最初尖峰衰 减到背景值的时间,B型脉冲的持续时间为振 动尖峰衰减20dB所需的时间。因为脉冲的持续 时间短,所以必须使用一种特别的声级计来测 量脉冲噪声。
L1
L2
in Li
Lp 10lg[1010 1010 ......] 10lg 1010
i 1
6.1.4 噪声的特征
计权网络、八度音阶频带、平均声压级
(1)平均声压级
由于分贝具有对数特性,因而对声压级的测量值不能用
正常的求和方式计算其平均值。可利用下列的公式进行
计算:
Lp
20lg( 1 n
空气密度与声音速度均为温度的函数,当温度
与压力确定后,空气密度则可查得。在压力为
101.325kPa的空气中,声音速度可由下列公式
计算:
c 20.05 T
式中:T-热力学温度,K。
6.1.3 声级和分贝
一个正常的健康人所能听到的最弱声压约为0.00002Pa。 土星火箭(Saturn rocket)离地升空时产生的声压大于200Pa。 即使在科学纪录史上,这也是一个“天文数字”。为处 理这个问题,使用一种基于测量数字间比例的对数值的 尺度来表示噪声,并将所测量的数值称为级(1evels),其 单 位 则 根 据 Alexander Graham Bell 的 名 字 命 名 为 贝 [尔](bel),单位符号为B,用公式表示L' 如 l下g Q:
在空气中,频率1000Hz、20Pa的声压相当于空气 分 子 1.0nm 的 位 移 。 空 气 分 子 的 热 运 动 相 当 于 约 lPa的声压。如果你的耳朵非常敏感,那么你可以 听到空气分子像海边的波浪一样冲击你的耳朵。
(2)响度
一般而言,两个不同频率但相同声压级的纯声听起 来会有不同的响度级。响度级是一种心理上对声响 大小的量度。
曲线用“方”(phon)标示,它是用分贝表示的频率 为1000Hz的纯声的响度级。最低的曲线(虚线)表示 “听力阈值” (hearing threshold)。具有正常听力的 人,彼此间的听力阈值约在10dB间变化。
6.2.3 听力损伤
(1)机制
除了激烈的噪声引起鼓膜破裂外,外耳和中耳很少被噪 声伤害。一般情况下,听力损失是由于毛细胞被伤害引 起神经损伤而造成的。有两种理论可用来解释噪声引起 的伤害:第一种理论认为过大的剪切力使毛细胞受到机 制性损伤;第二种理论认为强烈的噪声刺激迫使毛细胞 新陈代谢活动加剧,从而使这些毛细胞因负荷过度而死 亡。毛细胞一旦被破坏便不能再生。
6.1.1 声波的性质
固体的振动产生声波,或当流体越过、环绕或穿过固 体孔洞时流体分离产生声波。空气压缩使空气局部密 度和压力增加;相反,膨胀则使密度和压力减小。这 些交替的压力变化即是人耳所听到的声音。
空气交替压缩与膨胀产生的正弦波:
连续两个波峰或波谷间的时间间隔称为周期(P)。周 期的倒数为频率(f):1秒的振动中波峰到达的次数。 P与f之间的关系为:P = 1/f。
取最接近的整数值,得到答案为81dB。
此题也可先转换成声功率,相加后再转换成分贝而计算:
Lp 10lg[ (1068/10 1075/10 1079/10 ] 80.7dB
声压级分贝相加的公式:
L p ,1
20 lg
P1 P0
Lp,i
20 lg
Pi P0
Lp Lp,1 Lp,2 ... Lp,i ...
prms的计算步骤为:先计算平均时间区段内每一瞬间 振幅值的二次方,然后将此二次方值加起来,再除以
平均时间,最后开二次方求得:
prms
( p 2 )1/ 2
[ 1 1/2 T
T
P2
1/ 2
(t)dt]
0
公式中符号上方横线表示对时间加权平均,而T是测
量的时间周期。
6.1.2声功率和声强
功:物体位移的距离与作用在位移方向上力的乘积。 因此声波沿着声波传播的方向传送能量。其作功的速 率定义为声功率(sound power,W)。
足够强度与持久性的噪声能导致暂时的或永久性的 听力损失,从轻微的听力减弱到几乎完全耳聋。一 般而言,当暴露于强度足够高的声源时会造成暂时 性的听力损失。若暴露持续一段时间,则会导致永 久性的听力减弱。噪声对人们造成的短暂的、但通 常较严重的影响包括:干扰语言交流和对其他听觉 信号的认知,妨碍睡眠和休闲,降低人们进行复杂 工作的能力,导致生活质量降低。
声强(sound intensity,I):垂直于声波传播方向单位 面积上声功率的时间加权平均值。I与W的关系为:
I=W/A
A是指垂直于声波运动方向的面积。声强、声 压与声功率之间的关系:
I ( prms )2 c
式中:I-声强,W/m2;-介质的密度,kg/m3; c-声音在介质中的速度,m/s。
(d)声音暴露的时间分布:在声音周期之间,安 静周期的数量和长度影响听力阈值偏移。
(e)人们对声音的容忍程度很不相同。
(f)声音类型:稳态的、间歇式的、脉冲式或冲 击式的:声音持续时间增加时对于尖峰声压的 容忍程度降低。
(3)暂时性听力阈值偏移(TTS)
TTS经常伴随有耳鸣、听不清声音和耳朵不舒服等 现象。大多数TTS在暴露于噪声的两小时内发生。 在出现TTS以后,在暴露于噪声后的第1到2个小时 内开始向HTL基线恢复。在暴露后的16~24h内大部 分将会回复。
美国职业安全与健康局(Occupational Safety and Health Administration,OSHA)将时间间隔小于 0.5s的重复性噪声,包括脉冲噪声,划分为稳 定噪声。
6.2 噪声对人的影响
为了讨论方便,将噪声对人的影响分为以下两种: 听觉影响(auditory effects)和心理-社会影响。听觉 上的影响包括听力损失和语言交流干扰。心理-社 会方面的影响包括烦恼、睡眠干扰、工作效率影响 和声音的隐私性。
Q0
式中:L’-声级,B;Q-测量数值;Q0-基准数值。 由于贝[尔]是一个相当大的单位,为了方便起见,又将
其分成10个小单位,此小单位称为分贝(decibel,dB)。 声级用分贝表示时计算公式如下:
L 10 lg Q Q0
(1)声功率级
若基准声功率(Q0)已指定,则dB具有物理意义。对于噪 声的测量,基准声功率规定为1pW,因此声功率级可以
n
Li
1020 )
i1
Lp :平均声压级,dB; n:测量次数 Li:第i个声压级
同样,平均声功率级:
Lw
10lg( 1 n
n
Li
1010 )
i1
(2)声音的类型
噪声的类型可以用以下术语之一进行定性的描述: 稳 态 (steady-state) 或 连 续 式 (continuous) ; 间 断 式 (intermittent);脉冲式(impulse)或冲击式(impact)。 连续噪声的声级是不间断的,在观察期间内,其变 化小于5dB,例如家用电风扇产生的噪声。间断噪 声是一种持续与间断时间均超过1s的连续噪声,如 牙医钻牙产生的噪声。脉冲噪声的特点是持续时间 小于1s,且在0.5s内其声压变化大于或等于40dB, 如武器发射炮弹时发出的噪声。
表示为:
Lw
10lg
W 1012
由上式计算得到的声功率级的单位为dB。
(2)声强级
为了测量噪声,基准声强取lpW/m2,因此声强级可按
下式计算:
LI
10
lg
I 1012
(3)声压级
Lp
10lg
( prms )2 ( prms)02
20lg
( prms ) ( prms)0
规定基准压力为20Pa。
通过人们的生活方式而产生的废物,一般可分 为两种类型:第一种最为大众熟知,即空气、 水以及固体废物污染所造成的大量残留物,这 些残留物长期滞留于环境中;而第二种类型以 残留的能量形式存在,最近才引起人们的关注, 如来自制造过程的废热将造成河流的热污染, 而以声波形式存在的能量是另一种残留形式的 能量,但幸运的是它们在环境中的存在时间并 不长,且这些以声波形式分散的总能量与其他 形式的能量比较起来并不大。耳朵对噪声极其 敏感,少量的声能进入耳朵后,会对人和其他 生物造成不良影响。
常见的声压级范 围如右图所示:
(4)声压级计算
由于声压级的对数特性,所以分贝值之间的加和不能按 照加减运算法进行。其计算过程为:将各个分贝值先转 化成声功率,然后相加,相加后再将其转回分贝单位。 “图7-4”提供了一个计算噪声值的图解方法。
分贝和的增值表:
声压级差 (L1-L2, dB) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1933年,Fletcher和Munson进行了一系列的实验, 以确定频率与响度间的关系。基准声和测试声交替 地呈现给被测试者,调整测试声的声级直到听起来 与基准声的响度一样。把以分贝表示的声压级对测 试 声 频 率 作 图 得 到 一 曲 线 , 该 曲 线 称 为 FletcherMunson曲线或等响度曲线。参考声频率为1000Hz。
相邻两个波峰或波谷之间的距离称为波长(),波长 与频率之间的关系为: =c/f。
波的振幅(amplitude,A)是 指通过零压力线测得的波 峰或波谷的高度。在一个 振动周期内,平均压力为 零,与振幅无关。当然这 不能反映事物的真实状态。 因此,人们采用均方根声 压 (root mean square sound pressure,prms) 来克服这个 困难。
6.2.1 正常听力
(1)频率范围和敏感性
年轻且听力健康的成年男性,其耳朵可感受到频率 范围为20~16000Hz的声波。幼童和妇女则经常具 有感受高达20000Hz频率声波的能力。讲话的频率 范围为500~2000Hz。耳朵对2000~5000Hz的频率范 围最敏感,在此频率范围内可以感受到的最小声压 为20Pa。
(2)影响听力阈值的因素
影响暂时性和永久性听力阈值偏移的重要的因素有以下 几个:
(a)声级:正常人经历暂时性听力阈值偏移之前,声级 必须超过60~80dBA。
(b)声音频率分布:大多数能量分布在讲话频率 的声音比分布在其他低于讲话频率的声音更有 可能造成听力阈值偏移。
(c)声音的持续:声音持续时间越长,听力阈值 偏移越大。
(3)噪声对人们生理和心理的影响经常是错综复杂 的、隐伏的,其影响结果的出现是渐进的,以致于 很难将原因与结果联系在一起。实际上,一些听觉 可能已经受到噪声影响的人,却不认为有什么问题。
(4)普通公民均以国家科技的进步为荣,他们都很 高兴看到快速运输工具、节省人力的设施和新的娱 乐设施的出现。不幸的是,科技进步却往往伴随着 环境噪声的增加,而大部分人往往容易接受额外增 加的噪声,将其作为技术进步代价的一部分。
噪声直到近些年才被广泛认为是一种的严重的环境 污染物,且具有潜在的危险,原因有以下几点:
(1)将噪声定义为“不需要的声音”是很主观的,被 某人认为是噪声的声音,却可能被另外一人喜爱。
ຫໍສະໝຸດ Baidu
(2)噪声衰退的时间短,不像空气污染物和水污染 物那样长期存在于环境中,因此当人们设法去降低、 控制或抱怨环境噪声时,该噪声可能已不再存在。
增值 L 3.0 2.5 2.1 1.8 1.5 1.2 1.0 0.8 0.6 0.5 0.4
对于噪声的测量,结果应该记录到最接近的整数位。 当有多个声压级相加时,应该每次两个相加,且由 最小数值开始。
Example: 68dB、79dB和75dB三个分贝值相加,其 声功率级是多少?
Solution:首先选择68dB和75dB两个较低的值,二 者 相 差 为 7dB , 利 用 “ 图 7-4” ( 分 贝 相 加 的 图 解 法),由横坐标7.0查得增加的分贝值为0.8,因此, 68dB和75dB相加得到75+0.8=75.8dB。该题的计算 方式可以图示如下:
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