噪声控制工程实验讲义.docx
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噪声控制工程实验讲义
噪声控制工程实验
讲义
苏州科技学院环境科学与工程系
中心实验室
声学在我国社会主义建设事业中的应用是十分广泛的,国民经济中许多部门都会碰到一些声学问题。
随着环境规划与管理、环璋工程和环境监测工作的深入，噪声问题越来越受到产业部门和城乡居民的重视，因为噪声对人们的健康、工作和生活环境，对工业产品的质量有着不容忽视的影响，噪声控制自然就成为声学应用的一个重要方面。
要有效地了解噪声，首先要了解一些声学的基本现象，掌握噪声测量的基本知识。
下面两个实验就是要求同学们对声级计的基本原理、校准方法、使用方法有所了解。
对某些声学现象有个感性认识，并且能掌握一些实验数据的基本处理方法，以获得初步的实际工作能力。
实验一声级计的使用及声学现象的初步认识
一、实验目的
通过实验了解声学的一些基本现象，如：
声级衰减规律、驻波现象、声级叠加原理等。
并能使用声级计，为今后从事噪声控制的实验性工作打下基础。
二、实验原理
1、如果我们不考虑房间墙壁对声波的反射，对单个扬声器，在声学上往往把它当做活塞辐射来处理，假如一镶嵌在无限障板上的半径为a的刚性平面活塞在做简谐振动，并向半无限空间辐射，活塞表面上各点的振动都是一样的，从声学理论可知，在离活塞轴向Z处的声压辐值为
（1）
其中：
A声源常数
k=2
/
圆波数
声波长
R=（a2+z2）1/2见图一
显然，声压幅值为零时，发生的条件需满足：
（n=1，2，……）
（2）
声压幅值为极大时，发生的条件需满足：
（n=0，1，2，……）（3）
考察一下R-z，显然，z越小其值越大，反之越小，这就是说在近场域声压幅值可能出现极大值和极小值，但是随着z的增加
越来越小，这样极大值和极小值越来越稀疏。
随着z的增加，即R-z的减少，声压幅值的最后一个零点发生的条件需满足：
（4）
声压幅值的最后一个极大值发生的条件需满足：
（5）
下面近似地计算声压幅值最后一个为零和最后一个为极大值时，相应的z的值，通常当z>a时，R即可用级数近似展开，则：
由（4）得
（6）
由（5）得
（7）
其中：
图2表示
与z/zg的关系。
在Z>>a的远场区
（8）
由（8）式可见，活塞轴上的声压幅值，在Z>>Ar远场区可以看作一个球面波。
在我们的实验中，扬声器的活塞很小，设a=1cm，对于1KHz的声波，其波长
=34cm，则只要选取
=0.003cm
显然，只要在扬声器外侧测量就可以满足球面波的条件，这就是说本实验采用的活塞式扬声器在实际测量中可以视为一个球面波声源。
但是，我们实验室的所有壁面和地面均对声波有反射，声波的球面波衰减规律是否遵循，需要通过实际测量才能得出结论。
2、声波的叠加
在实际问题中，我们碰到的噪声大多是多个频率不同的声波的叠加，因为频率不同，这些声波是不相干的，它们的叠加合成声级可以应用能量叠加原理来估算，在建筑物内即便是同一频率的声波，出于多途径反射声波的相位的无规性，直达声与反射声的合成也可以看作是不相干声波的合成。
二个不相干声波的平均能量密度分别为
、
，则合成平均能量密度为：
于是
（9）
对于n个声波：
（10）
叠加后的声级为：
（11）
本实验采用白噪声与1KHz纯音叠加，符合能量叠加原理。
所谓白噪声即具有
的频谱特性的噪声。
3、声级计的基本原理
声级计是用一定的频率计权来测量声压的便携式仪器，图3是ND12声级计的面板示意图，工作原理图如图4所示。
声级计所测得的声级是通过一定的频率计权网络读出的声压级数量，这种声压级数值称为声级，亦即声压级与声级是有区别的，前者不加计权，后者是加了计权的，并予以注明（如：
A、B、C、D计权），如用A计权测出噪声声压级为45dB（A），则称声级45dB（A）。
课本上图3-3所示的计权网络A、B、C、D是参考了等响曲线而设计的，其中C网络是模拟人耳对100方纯音的响应，B网络是模拟人耳对70方纯音的响应，A网络模拟人耳对40方纯音的响应，D网络适用于测量脉冲声及其最大峰值和测量航空噪声用。
这些曲线是由国际电工委员会（IEC）给出的，并规定了使用范围：
A计权24-55方，B计权55-85方，C计权>85方，目前B计权已很少使用了，而A计权较接近人耳对声音的感觉响应，被国际上公认为是评价噪声的计权网络，本实验采用A计权网络来测量。
ND12声级计的计权网络只有A和C两种，它的一些重要技术指标如下：
（1）声级测量范围：
A声级43-130dB
C声级55-130dB
（2）传声器：
CD33型电容传声器，自由场响应型
（3）测量频率范围：
31.5Hz—8KHz
4、声级计的校准
为了保证测量的准确性，仪器使用前应进行校准，精密测量前应进行声学校准，一般工程测量可利用声级计内部的电信号校准。
（1）声学校准：
使用N×6型活塞发声器或ND9声级校准
（2）电气校准：
校准时，按下频率计开关使之置于“▽”，量程旋钮旋至“▽”位置，若所用传声器的修正值K（随传声器给出）为+1dB，用螺丝刀调节“▽”电位器，使电表指示在表头红以上1dB处（即+5dB），其余依次类推。
三、实验步骤
1、声级随距离的衰减
（1）、测量前先对声级计进行电池检查和电气校准，然后用手水平方向托住声级计，使传声器指向被测声源。
（2）、频率计权开关置于“A”，调节量程旋钮，使电表上有适当偏转（即偏转到0—10dB±刻度范围内），量程旋钮所指值加上电表读数，即为所测之A声级。
（3）、按实验室地面的标尺刻度，选10个不同距离的点，对白噪声信号记下声级读数及相应的距离。
（4）、对1KHz纯音，人在房间内走动，试用耳来体验驻波现象。
2、声级叠加
（1）、在房间内的两个角放置二个声源，分别发射白噪声和1KHz纯音。
（2）、测量人在室内适当位置选定后，不要再挪动，传声器的方向也不要再改变。
（3）、分别测出每一个声源发出的声级，记下这二个数据，然后当二个声源同时发射时，再测出合成声级，记下这个数据。
四、数据处理及实验报告要求
1、实验报告用学院统一的实验报告纸书写，写下班级、姓名和学号；
2、对声级随距离的衰减实验，要求将对应的声级测量值与距离列成表，然后作出声级随距离衰减的曲线。
对声级叠加实验，分别列出二个单独发射的声级与合成声级的数值，根据能量叠加原理，由二个单独声源的声级计算出合成声级的理论值，并与所测的合成声级作一比较。
3、回答下面二个思考题：
（1）、实验室内是否是自由场，为什么？
（2）、在扬声器轴线上走动，发现间隔17cm出现二个极大值，试问声波的频率是多少？
（设C=340m/s）
实验二环境噪声测量
一、实验目的
通过对交通噪声的测量和分析计算，掌握环境噪声的测量和评价方法。
二、实验原理
了解声学环境质量是制订城市建设规划、环境保护政策和加强环境管理的必要条件。
环境噪声测量包括区域环境噪声（白天和夜间）、交通噪声、城市工业排放噪声等。
本实验是测量交通噪声，并学习有关评价方法，对交通噪声常用的评价方法有Leq（A）、累积百分声级LN（如L10，L50，L90）和交通噪声指数TNI。
1、Leq（A）---等效连续A声级
在声场中某一位置上，用某一时间内能量平均的方法，将间歇曝露的几个不同的A声级噪声，经一个A声级表示该段时间内噪声的平均声级，这个声级称为等效连续声级，用Leq表示，单位仍为dBA。
根据定义：
（12）
式中：
T——某段时间的长度
L——声级（A）的瞬时值
由于交通噪声变化较大，往往几秒钟内变化10dB（A）左右，甚至有时过40-50dB（A），所以不能用一般评价工厂噪声的方法评价环境噪声，可以间隔5秒钟测量一次，有时车辆较少，测量间隔可以超过5秒，共测100次，然后用下式计算Leq（A）。
（13）
Leq（A）是评价城市环境噪声的一个重要量，它的缺点是忽视了噪声的变化特性，这样会低估噪声的效应，尤其在包含脉冲噪声与纯音的成分时。
2、如L10，L50，L90——累积百分声级（统计声级）
把规定时间内测得的所有瞬时A声级数据，按声级的大小由大至小排列，则总数的第10%个值为L10，它表示在规定时间内有10%的时间超过此声级，它相当于在规定时间内噪声的平均峰值。
总数的第50%个值为L50，它表示在规定时间内有50%的时间超过此声级，它相当于在规定时间内噪声的平均值。
总数的第90%个值为L90，它表示在规定时间内有90%的时间超过此声级，它相当于在规定时间内噪声的背景（或本底）值。
3、如果交通噪声声级的统计特性符合正态分布，则Leq（A）也可以由累积百分声级L10，L50和L90来估算：
（14）
可以将（14）式的计算结果与（13）式的计算结果作一比较，从而粗略地判断交通噪声声级的统计属性。
4、交通噪声指数TNI
（15）
TNI适用于机动车辆噪声对周围环境干扰的评价，它限于车辆比较多的地段和时间内，这一点必须特别注意。
三、实验方法
1、测点选在交叉路口附迫害的人行道上，离路口约50米左右，测点离在大约1.2米。
2、测量每隔5秒钟读数一次，视情况测量间隔可以适当增大，取100个数据。
3、对于测量的地理环境作图简要描述一下。
四、数据处理及实验报告要求
1、实验报告用学院统一的实验报告纸书写，写下班级、姓名和学号；
2、将测量数据由大至小的顺序列表，并计算出各自Li相应的100.1Li；
3、按（13）式算出Leq（A）；
4、确定L10，L50，L90；
5、由（14）式算出Leq（A），按（15）式计算出TNI；
6、画出测点所在位置及附近建筑物的大致分布情况；
7、对实测结果作简单的讨论。
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