噪声控制技术Word文件下载.docx

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（1）学习要求

《噪声控制技术》是——门理论性和实践性非常强的课程，学习要求如下；

①掌握噪声的产生、传播相接收的原理、噪声的物理量度、噪声的传播特性危害、噪声源的分类、噪声控制的基本途径；

②掌握噪声测设仪器的使用、测点的选择、测量方法的选择、噪声源声功级的测量和声压级差的测量；

③掌握隔声声原理、隔声装置的类型、特点及选择；

④掌握消声原理、消声器的类型、特点及选择；

⑤掌握吸声原理、吸声材料与结构、了解吸声设计的原则、程序、计算；

⑥掌握隔振原理、隔振器的类型及特点，了解隔振设计，掌握阻尼原理及常见阻尼材料的性质；

⑦掌握噪声环境影响评价的评价对象、现状调查、评价标度、预测评价以及控制方案的选择；

⑧熟练掌握有关噪声监测与控制的操作。

（2）学习方法

为了学好本门课程，建议学生采用以下学习方法。

①切实掌据有关课程的相关知识，特别是物理学中的声学知识机械设备、材料科学、建筑知识有密切关系，建议在学习时注意；

②本课程是实践性较强的课程，学习时要特别重视理论联系实际，要多观察、多分析；

③在学习的过程中，应注意加强动手能力的培养，掌握常见仪器设备的使用维护。

1噪声控制基础

1．1噪声及其类型

随着现代工业、建筑业和交通运输业的迅速发展，各种机械设备、交通运输工具在急剧增加，噪声污染日益严重，它影响和破坏人们的正常工作和生活，危害人体健康，已经成为当今社会四大公害之一。

在《中华人民共和国环境噪声污染防治法》中，环境噪声是指在工业生产、建筑施工、交通运输和社会生活中所产生的影响周围生活环境的声音。

1．1．1声音的产生

在日常生活中充满着各种各样的声音，有谈话声、广播声、各种车辆运动声、工厂的汽笛声和各种机器声等等。

人们的一切活动离不开声音，正因为有了声音，人们才能进行交谈，才能从事生产和社会实践活动。

如果没有声音，整个世界将处于难以想像的寂静之中。

可见声音对人类是非常重要的。

那么，声音是怎样产生的呢?

空气中的各种声音，不管它们具有何种形式，它们都是由于物体的振动所引起的。

敲鼓时听到了鼓声，同时能摸到鼓面的振动。

喇叭发出声音是由于纸盆或音膜在振动。

人能讲话是由于喉头声带的振动。

汽笛声、喷气飞机的轰鸣声，是因为排气时气体振动而产生的。

总之，物体的振动是产生声音的根源。

发出声音的物体称为声源。

声源发出的声音必须通过中间媒质才能传播出去。

人们最熟悉的传声媒质就是空气。

除了气体外，液体和固体也都能传播声音。

声音是如何通过媒质传播的呢?

以音箱的纸盆为例，当声音信号通人音箱时，纸盆在它原来静止住置附近来回振动，带动了它相邻近的空气层质点，使它们产生压缩或膨胀运动。

由于空气分子间有一定的弹性，这一局部区域的压缩或膨胀又会影响和促使下一邻近空气层质点发生压缩或膨胀的运动。

如此由近及远相互影响，就会把纸盆的这一振动以一定的速度沿着媒质向各方向传播出去。

这种振动传到耳朵，引起耳内鼓膜的振动，通过听觉神经使我们感觉到声音。

这种向前推进着的空气振动称为声波。

有声波传播的空间叫声场。

当声振动在空气中传播时空气质点并不被带走，它只是在原来位置附近来回振动，所以声音的传播是指振动的传递。

物体振动产生声音，如果物体振动的幅度随时间的变化如正弦曲线那样，那么这种振动称为简谐振动。

物体作简谐振动时周围的空气质点也作简谐振动。

物体离开静止位置的距离称位移x，最大的位移叫振幅a，简谐振动位移与时间的关系可表示为x＝sin（2лft+φ），其中f为频率，（2ллft+ф）叫简谐振动的相位角，它是决定物体运动状态的重要物理量，φ表示t=o时的相位角叫初相位。

振幅a的大小决定了声音的强弱。

物体在1s内振动的次数称为频率，单位为赫兹（Hz），简称赫。

每秒钟振动的次数愈多，其频率愈高，人耳听到的声音就愈尖，或者说音调愈高。

人耳并不是对所有频率的振动都能感受到的。

一般说来。

人耳只能听列频率为20一20000Hz的声音，通常把这一频率范围的声音叫音频声：

低于20Hz的声音叫次声，高于20000Hz的声音叫超声。

次声和超声人耳都不能听到，仅有—些动物却能听到，例如老鼠能听到次声，蝙蝠能感受到超声。

振动在媒质中传播的速度叫声速。

在任何一种媒质中的声速取决于该媒质的弹性和密度。

声音在空气中的传播速度还随空气温度的升高而增加。

声音在不同媒质中传播的速度也是不同的，在液体和固体中的传播速度一般要比在空气中快得多，例如在水中声速为1450m／s，而在钢中则为5000m／s。

声波中两个相邻的压缩区或膨胀区之间的距离称为波长λ，单位为m。

波长、频率和速度间存在如下的关系：

λ=c/f=cT

其中T为周期,是物体来回振动一次所需的时间。

因此波长是声音在一个周期的时间中所行进的距离。

波长和频率成反比，频率愈高，波长愈短，频率愈低，波长愈长。

1．1．2噪声的概念

物体的振动能产生声音，声波经空气媒介的传递使人耳感觉到声音的存在。

但是，我们听到的声音有的很悦耳，有的却很难听甚至使人烦躁，那是什么道理呢?

从物理学的角度讲，声音可分为乐音和噪声两种。

当物体以某一固定频率振动时，耳朵听到的是具有单一音调的声音，这种以单一频率振动的声音称为纯音。

但是，实际物体产生的振动是很复杂的，它是由各种不同频率的许多简谐振动所组成的，把其中最低的频率称为基音，比基音高的各频率称为泛音。

如果各次泛音的频率是基音频率的整数倍，那么这种泛音称为谐音。

基音和各次谐音组成的复合声音听起来很和谐悦耳，这种声音称为乐音。

钢琴、提琴等各种乐器演奏时发出的声音就具有这种特点。

这些声音随时间变化的波形是有规律的，而它所包含的频率成分中基音和谐音之间成简单整数比。

所以凡是有规律振动产生的声音就叫乐音。

如果物体的复杂振动有许许多多频率组成，而各频率之间彼此不成简单的整数比，这样的声音听起来就不悦耳也不和谐，还会使人产生烦噪。

这种频率和强度都不同的各种声音杂乱地组合而产生的声音就称为噪声。

图l－1是乐音与噪声的波形及其频谱。

各种机器噪声之间的差异就在于它所包含的领率成分和其相应的强度分布都不相同，因而使噪声具有各种不同的种类和性质。

从环境和生理学的观点分析，凡使人厌烦的、不愉快的和不需要的声音都统称为噪声，它包括危害人们身体健康的声音，干扰人们学习、工作和休息的声音及其他不需要的声音。

1．1．3噪声的类型

一般来说，噪声主要分为过响声、妨碍声、不愉快声、无影响声等几类。

过响声是指很响的声音，如喷气发动机排气声，大炮射击的轰鸣声等。

妨碍声是指一些声音虽不太响但它妨碍人们的交谈、思考、学习和睡眠的声音。

像摩擦声、刹车声、吵闹声等噪声称为不愉快声。

人们生活中习以为常的如室外风声、雨声、虫呜声等声音称为无影响声。

根据噪声源的不同，噪声可分为工业噪声、交通噪声和生活噪声三种。

工业噪声是指工厂在生产过程中由于机械层动、摩擦撞击及气流扰动产生的噪声。

例如像化工厂的空气压缩机、鼓风机和锅炉排气放空时产生的噪声，都是由于空气振动而产生的气流噪声。

球磨机、粉碎机和织布机等产生的噪声，是由于固体零件机械振动或摩擦撞击产生的机械噪声。

交通噪声是指飞机、火车、汽车和拖拉机等交通运输工具在飞行和行驶中所产生的噪声。

生活噪声是指街道以及建筑物内部各种生活用品设备和人们日常活动所产生的噪声。

工业噪声、城市交通噪声和生活噪声也是构成环境噪声的三个主要来源。

噪声使人感到烦恼，强的噪声还会给人体健康带来危害。

1．1．4噪声的危害

噪声的危害是多方面的，噪声不仅对人们正常生活和工作造成极大干扰，影响人们交谈、思考，影响人的睡眠，使人产生烦躁、反应迟钝，工作效率降低，分散人的注意力，引起工作事故，更严重的情况是噪声可使人的听力和健康受到损害。

噪声的强度愈大、频率愈高、作用时间愈长、个人耐力愈小，则危害愈严重。

据统计资料表明，80dB（A）以下的噪声不会引起噪声性耳聋；

80－85dB（A）的噪声会造成轻微的听力损伤；

85一100dB（A）的噪声会造成一定数量的噪声性耳聋；

而在100dB（A）以上时，则造成相当大数量的噪声性耳聋。

人在没有思想准备的情况下，强度极高的暴震性噪声（如突然放炮、爆炸时）可使听力在一瞬间永久丧失，即产生爆震性耳聋，这时，人的听觉器官将遭受严重创伤。

噪声对人体健康的影响是多方面的。

噪声作用于人的中枢神经系统，使人们大脑皮层的兴奋与抑制平衡失调，导致条件反射异常，使脑血管张力遭到损害。

这些生理上的变化，在早期能够恢复原状，但时间一久，就会导致病理上的变化，使人产生头痛、脑胀、耳鸣、失眠、心慌、记亿力衰退和全身疲乏无力等症状。

噪声作用于中枢神经系统还会影响胎儿发育，造成胎儿畸形，并且妨碍儿童智力发育。

噪声对消化系统、心血管系统也有严重不良影响，会造成消化不良、食欲不振、恶心呕吐，从而导致胃病及胃溃疡病的发病率提高，使高血压、动脉硬化和冠心病的发病率比正常情况高出2—3倍。

噪声对视觉器官也会造成不良影响。

据调查，在高噪声环境下工作的人常有眼病、视力减退、眼花等症状。

同时噪声对仪器设备的使用也会有严重影响，强噪声会使机械结构因声疲劳而断裂酿成事故，使建筑物遭受破坏，如墙壁开裂、屋顶掀起、玻璃展碎、烟囱倒塌等。

1．2噪声的声学特征

噪声与乐音相比，它们具有许多相同的声学特征，也有不同的特点。

为了对噪声进行控制和治理，必须对噪声的声学特征、噪声频谱进行分析。

本节主要学习噪声的物理度量和噪声的主观评价量、包括声压、声强、声功率、声压级、声强级、声功率级、响度和响度级等基本概念。

1．2．1噪声的物理量度

1．2．1．1声压与声压级

当没有声波存在、大气处于静止状态时，其压强为大气压强po。

当有声波存在时，局部空气产生压缩或膨胀，在压缩的地方压强增加，在膨胀的地方压强减少，这样就在原来的大气压上又叠加了一个压强的变化。

这个叠加上去的压强变化是由于声波而引起的，称为声压，用p表示。

一般情况下，声压与大气压相比是极弱的。

声压的大小与物体的振动有关，物体振动的振幅愈大，则压强的变化也愈大，因而声压也愈大，我们听起来就愈响，因此声压的大小表示了声波的强弱。

当物体作简揩振动时，空间各点产生的声压也是随时间作简谐变化，某一瞬间的声压称为瞬时声压。

在一定时间间隔中将瞬时声压对时间求方均根值即得有效声压。

一般用电子仪器测得的声压即是有效声压。

因此习惯上所指的声压往往是指有效声压，用pe表示，它与声压幅值pA之间的关系为

衡量声压大小的单位在国际单位制中是帕斯卡，简称帕，符号是Pa。

日常生活中所遇到的各种声音，其声压数据举例如下。

正常人耳能听到的最弱声音2x10—5Pa

织布车间2Pa

普通说话声（1m远处）2x10—2Pa

柴油发动机、球磨机20Pa

公共汽车内0．2Pa

喷气飞机起飞200Pa

从以上列举的数据可以看到，正常人耳能听到的最弱声压为2x10—5Pa，称为人耳的“听”。

当声压达到20Pa时，人耳就会产生疼痛的感觉，20Pa为人耳的“痛阈”。

“听”与“痛”的声压之比为一百万倍。

由于正常人耳能听到的最弱声音的声压和能使人耳感到疼痛的声音的声压大小之间相差一百万倍，表达和应用起来很不方便。

同时，实际上人耳对声音大小的感受也不是线性的，它不是正比于声压绝对值的大小，而是同它的对数近似成正比。

因此如果将两个声音的声压之比用对数的标度来表示，那么不仅应用简单，而且也接近于人耳的听觉特性。

这种用对数标度来表示的声压称为声压级，它用分贝来表示。

某一声音的声压级定义是：

该声音的声压A与一某参考声压AM的比值取以10为底的对数再乘20，即

Lp＝20lgp/p0

Lp为声压级，单位分贝，记作dB，po是参考声压，国际上规定P。

=2×

10—5Pa这就是人耳刚能听到的最弱声音的声压值。

当声压用分贝表示时，巨大的数字就可以大大地简化。

听的声压为2xl0-5Pa，其声压级就是0。

普通说话声的声压是2xl0－2Pa，代入上式可得与此声压相应的声压级为60dB。

使人耳感到疼痛的声压是20Pa，它的声压级则为120dB。

由此可见，当采用声压级的概念后，听与痛的声压之比从100万倍的变化范围变成0一120dB的变化。

所以“级”的大小能衡量声音的相对强弱。

1．2．1．2声强与声强级

声波的强弱可以用好几种不同的方法来描述，最方便的一般是测量它的声压，这要比测量振动位移、振动速度更方便更实用。

但是有时我们却需要直接知道机器所发出噪声的声功率，这时就要用声能量和声强来描述。

任何运动的物体包括振动物体在内都能够作劝，通常说他们具有能量，这个能量来自振动的物体，因此声波的传播也必须伴随着声振动能量的传递。

当振动向前传播时，振动的能量也跟着转移。

在声传播方向上单位时间内垂直通过单位面积的声能量，称为声音的强度或简称声强，用I表示，单位是w／m2。

声强的大小可用来衡旦声音的强弱，声强愈大，我们听到的声音愈响；

声强愈小，我们感觉的声音愈轻。

声强与离开声源的距离有关，距离越远，声强就越小。

例如火车开出月台后，愈走愈远，传来的声音也原来愈轻。

与声压一样，声强也可用“级”来表示，即声强级LI，它的单位也是分贝（dB），定义为：

LI＝101gI/I0＝10lgI+120

其中Io为参考声强，I0＝l0－12w／m2，它相当于人耳能听到最弱声音的强度。

声强级与声压级的关系是：

LI＝Lp＋10lg400/ρс

媒质的ρc随媒介的温度和气压而改变。

如果在测量条件时恰好Pc＝400，则LI＝Lp。

对一般情况，声强级与声压级相差一修正项10lg400/ρс，数值是比较小的。

例如在室温20℃和标推大气压下，声强级比声压级约小0.1dB，这个差别可略去不计，因此在一般情况下认为声强级与声压级的值相等。

1．2．1．3声功率与声功率级

声功率为声源在单位时间内辐射的总能量，用符号W表示，通常采用瓦（w）功率的单位。

声强和声源辐射的声功率有关，声功率愈大，在声源周围的声强也大，两者成正比，它们的关系为：

I＝W/S

其中，S为波阵面面积。

如果声源辐射球面波，那么在离声源为r处的球面上各点的声强为：

I＝W/4πr2

从这个式子可以知道，声源辐射的声功率是恒定的，但声场中各点的声强是不同的，它与距离的平方成反比。

如果声源放在地面上，声波只向空中辐射，这时

I＝W/2πr2

声功率是衡量噪声源声能输出大小的基本量。

声压依赖于很多外在因素，如接收者的距离、方向、声源周围的声场条件等，而声功率不受上述因素影响，可广泛用于鉴定和比较各种声源。

但是在声学测量技术中，到目前为止，可以直接测量声强和声功率的仪器比较复杂和昂贵，它们可以在某种条件下利用声压测量的数据进行计算得到。

当声音以平面波或球面波传播时声强与声压问的关系为

I＝p2/ρc

因此，利用公式根据声压的测量值就可以计算声强和声功率。

声功率用级来表示时称为声功率级Lw单位也是dB，其声功率级为：

Lw＝10lgW/W0

其中W0为参考声功率，取W0=10－12w。

由此我们可以看到，分贝是一个相对比较的对数单位。

其实任何一个变化范围很大的声物理量都可以用分贝这个单位来描述它的相对变化。

1．2．1．4噪声的频谱与频带

从噪声与乐音的概念分析可知，它们的区别除了主观感觉上有悦耳和不悦耳之分外，在物理测量上可对它进行频率分析，并根据其频率组成及强度分布的特点来区分。

对复杂的声音进行频率分析并用横轴代表频率、纵轴代表各频率成分的强度（声压级或声强级），这样画出的图形叫频谱图。

乐音的频谱图是由不连续的离散频谱线构成，见图1—l（a）。

在噪声的频谱图上各频率成分的谱线排列得非常密集，具有连续的频谱特性。

在这样的频谱中声能连续地分布在整个音频范围内，见图l—l（b）大多数机器具有连续的噪声频诺，也称无调噪声。

有些机器如鼓风机、感应电动机等所发声音的频谱中，既具有连续的噪声频语，也具有非常明显的离散频率成分，这种成分一般是由电动机转子或减速器齿轮等旋转构件的转数决定，它使噪声具有明显的音调，但总的说来它仍具有噪声的性质，称为有调噪声。

噪声的频率从20—20000Hz，高音和低音的频率相差1000倍。

为实际应用方便起见，一般把这一宽广的频率变化范围划分为一些较小的段落，这就是频带。

一般只需测出各频带的噪声强度就可画出噪声频谱图。

那么，频带是怎样划分的呢?

用于分析噪声的滤波器可把某—频带的低于截止频率f1以下和高于截止频率f2以上的讯号滤掉，只让f2一f1之间的讯号通过。

因此这一中间区域称为通带，Δf＝f2—f1，就是频带宽度，简称带宽。

为测量噪声而设计的滤波器有倍频带、1／2倍频带和1／3倍频带滤波器。

一般对n倍频带作如下定义：

f2/f1＝2n

当n＝1时，f2／f1＝2，即高低截止频率之比为2：

1，这样的频率比值所确定的频程称为倍频程，这种频带称倍频带。

同此，当n＝1/2时，f2／f1＝21/2，称为1/2倍频带。

目前，各种测量中经常使用1／3倍频带，即n＝l／3，此时每一频带的高低截止频率之比为f2／f1＝21/3。

频带的高低截止频率f2和f1与中心频率f0间有下列关系。

从上式可得到倍频带和1/3倍频带的带宽Δf分别为：

n＝1时，Δf＝f2—f1＝0.707f0

n＝1/3时，Δf＝f2—fl＝0.23fo

在噪声测量中经常使用的频带是倍频带和1／3频带。

一般说来，测量时用的频带宽度不同，所测得的声压级就不同，也即窄频带不允许有宽频带那样多的噪声通过。

为了对不同噪声进行比较，可将1／3倍频带的声压级与倍频带声压级进行换算。

一般将Δf宽度的频带声压级换算到Δf΄宽度的频带声压级，可由下式计算：

LΔf΄＝LΔf—101gΔf/Δf΄

由上式可算出1／3倍频带声压级加4.8dB后即可得倍频带声压级。

1．2．2噪声的主观评价

对噪声进行评价，是一个比较复杂的问题。

一方面是各种不同的噪声有各自的物理特性，另一方面在不同环境下，人们对噪声控制的目的也不同，如为了保护人体健康、语言的传递和机器的质量控制等等。

要根据不同情况，拟定不同的噪声评价量，以制订不同的噪声控制标准。

现在国际上已经提出的各种噪声评价量已有上百种，大部分的评价量是在某些基本评价目的基础上作些变化或修正。

主要介绍几种最基本和常用的评价量。

1．2．2．1响度与响度级

从刚能听见的听阔到感觉疼痛的痛阈之间，人耳对强度相同而频率不同的声音有不同的响度感觉。

响度是用来描述声音大小的主观感觉量，响度的单位是“宋”（sone），定义1千赫（kHz）纯音声压级为40dB时的响度为lsone。

如果把某个频率的纯音与一定响度的lkHz纯音很快地交替比较，当听者感觉两者为一样响时，把该频率的声强标在图上，便可画出一条等响曲线。

把1kHz纯音时声强的分贝数称为这条等响曲线的以“方”为单位的响度级。

响度级只是反映了不同频率声音的等响感觉，它的量度单位“方”仍基于客观量“分贝”，所以不能表示—个声音比另—个声音响多少倍的那种主观感觉。

对许多人的平均结果，大约响度级每改变10phon，响度感觉就增减1倍。

在20phon至120phon之问的纯音或窄带噪声，响度级LN与响度N之间近似有如下关系

N＝2（LN＝40）、/10、、

或LN＝40十1010g2N＝40十33．221gN

对于纯音的响度值，我们可以在测出它声压级后，从等响曲线图中查出它的响度级，再从上式计算出它的响度值。

1．2．2．2计权声级

如上所述，相同强度的纯音，如果频率不同，则人们主观感觉到的响度是不同的，而且不同响度级的等响曲线也是不平行的，即在不同声强的水平上，不同频率的响度差别也有不同。

在评价一种声音的大小时，为了要考虑到人们主观上的响度感觉，人们设计一种仪器，把300Hz40dB左右的响度降低10dB，从而使仪器反映的读数与人的主观感觉相接近。

其他频率也根据等响曲线作一定的修正。

这种对不同频率给以适当增减的方法称为频率计权。

经频率计权后测量得到的分贝数称为计权声级。

因为在不同声强水平上的等响曲线不同，要使仪器能适应所有不同强度的响度修正值是困难的。

常用的有A、B、C三种计权网络。

A计权曲线近似于响度级为40phon等响曲线的倒置。

经过A计权曲线测量出的分贝读数称A计权声级，简称A声级或LA，表示为dB（A）。

同样，B计权曲线近似于70phon等响曲线的倒置。

C计权曲线近似于100phon等响曲线的倒置。

测得的分贝读数分别为B计权声级和c计权声级。

如果不加频率计权，即仪器对不同频率的响应是均匀的，即线性响应，测量的结果就是声压级，直接以分贝或dB表示，记作Lin称为L计权声级。

经验表明，时间上连续、频谱较均匀、无显著纯音成分的宽频带躁声的A声级，与人们的主观反映有良好的相关性，即测得的A声级大，人们听起来也觉得响。

当用A声级小型化的手持仪器即可进行。

所以，A声级是目前广泛应用的一个噪声评价量，已成为国际标准化组织和绝大多数国家用作评价噪声的主要指标。

许多环境噪