環(huán)保工程師與現(xiàn)場管理人員專業(yè)技術(shù)知識培訓(xùn)講義全

1、. . . . 環(huán)保工程師專業(yè)知識培訓(xùn)講義一、噪聲與振動污染控制工程基礎(chǔ) 二、物理污染控制工程實(shí)踐三、主要電磁污染源與其特性四、電磁污染防治基本方法第1章 噪聲與振動污染控制工程基礎(chǔ)1.1 噪聲與振動的計量和評價復(fù)習(xí)要求：1、熟悉躁聲與振動的主要物理量和單位2、掌握躁聲與振動控制工程中的常用評價量一、噪聲和振動的基本概念聲音在人們的生活、工作中起著非常重要的作用。聲音的本質(zhì)就是氣體、液體、固體介質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)振動，聲音的產(chǎn)生和傳播都離不開介質(zhì)的力學(xué)振動行為。聲音有有利的一面，也有有害的一面。人們把不和諧的、令人反感的聲音稱為噪聲。要抑制噪聲的發(fā)生和傳播，就必須了解噪聲產(chǎn)生的原因和傳播的規(guī)律，也就必

2、須具備振動基本知識。振動是聲音的來源。噪聲是聲音的一種，判斷一個聲音是否屬于噪聲，主觀因素起決定性作用。生理學(xué)將對人體有害或人們不需要的聲音稱為噪聲。物理學(xué)將和諧的聲音叫做樂音，不和諧的聲音稱為噪聲。噪聲是各種不同頻率和不同強(qiáng)度聲音無規(guī)則的雜亂組合，給人煩躁的感覺;噪聲的波形曲線通常是無規(guī)則的。1、聲源：凡是能發(fā)出聲音的振動體，都可以稱為聲源。聲音是由于聲源的振動而產(chǎn)生的。聲源可以是固體，液體或氣體。2、聲波：物體在彈性介質(zhì)中的機(jī)械振動可引起介質(zhì)密度的改變，這種介質(zhì)密度變化由近與遠(yuǎn)的傳播過程即為聲波。聲波產(chǎn)生和傳播見332頁圖。聲波產(chǎn)生的條件是聲源(機(jī)械振動的物體)和彈性媒質(zhì)。聲波可分為橫波和

3、縱波。聲音的傳播是物體振動狀態(tài)的傳播過程，即傳播的是狀態(tài)和能量，不是媒質(zhì)本身。3、聲場：由聲波存在的媒質(zhì)區(qū)域稱為聲場?？梢苑譃樽杂陕晥?、混響聲場、擴(kuò)散聲場、遠(yuǎn)場和近場等。自由聲場：無反射聲存在的聲場，也表示那些在各向同性的均勻媒質(zhì)中界面的影響可以忽略的聲場，或者做了強(qiáng)吸聲的消聲室的聲場。混響聲場：在比較大的建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)，各壁面存在多次強(qiáng)反射所形成的、以反射聲為主的聲場，稱為混響聲場。擴(kuò)散聲場：聲能密度分布均勻，反射的傳播方向?yàn)闊o規(guī)律分布的聲場，稱為擴(kuò)散聲場?；祉懧曉綇?qiáng)烈的聲場越接近擴(kuò)散聲場。遠(yuǎn)場：指自由聲場中到聲源的距離每增加一倍，聲壓降低至一半的區(qū)域。遠(yuǎn)場的媒質(zhì)瞬時質(zhì)點(diǎn)速度與聲壓的相位一致。

4、近場：遠(yuǎn)場之的區(qū)域?yàn)榻鼒?。近場媒質(zhì)瞬時質(zhì)點(diǎn)速度與聲壓的相位不一樣。4、頻率( )：單位時間媒質(zhì)質(zhì)點(diǎn)振動的次數(shù)，單位為Hz。 周期( )：質(zhì)點(diǎn)振動每往復(fù)一次所需的時間稱為周期。單位s。 聲音的頻段圍劃分見333頁表5-1-1。5、波長( )：在波的傳播方向上，相鄰兩波峰(或相鄰兩波谷)之間的距離稱為波長。波長也是質(zhì)點(diǎn)的振動經(jīng)過一個周期聲波傳播的距離。單位是米(m)。6、聲速( )：聲音在媒質(zhì)中傳播的速度。單位米/秒(m/s)。 或 聲速是介質(zhì)溫度的函數(shù)，溫度升高聲速增加;聲速還隨大氣壓強(qiáng)的增加而增加;空氣聲速受空氣濕度影響;聲速和媒質(zhì)的種類有關(guān)。聲速表見334頁。7、聲壓：空氣受到擾動時，空氣壓

5、強(qiáng)就在大氣壓強(qiáng) 附近做迅速起伏變化的波動，并改變?yōu)?，將聲擾動產(chǎn)生的逾量壓強(qiáng) 稱為聲壓。聲壓一般是時間和空間的函數(shù)。分為瞬時聲壓和有效聲壓。單位 1Pa=1N/m2,微巴( )，1微巴=0.1Pa。一定時間間隔瞬時聲壓對時間的均方根值稱為有效聲壓。 人耳對頻率為1000Hz聲音的可聽閾(即人耳剛剛能察覺到聲音的存在)約為 Pa;剛剛使人耳產(chǎn)生疼痛感覺的聲壓(痛閾聲壓)約為20Pa。8、頻帶：把寬廣的聲音頻率變化圍劃分為若干較小的段落，叫做頻帶(頻程)。任一頻帶都有上限頻率 、下限頻率 (這兩個頻率又稱截至頻率)和中心頻率 ，上、下限頻率之間的頻率圍稱為頻帶寬度，又稱帶寬。倍頻帶(倍頻程)：如果

6、兩個頻率相差一倍，稱這兩個頻率之間相差一個倍頻帶，即這兩個頻率之比為21，或 ;相差3個倍頻帶意味著兩個頻率之比為23，依此類推，相差n個倍頻帶就意味著兩個頻率之比為 。上限頻率 、下限頻率 和倍頻帶系數(shù)n有如下關(guān)系： 或 ，一般 越小，頻帶分的越細(xì)。頻帶的中心頻率 是上、下限頻率的幾何平均值， 在噪聲測量中，通用的倍頻帶有n=1時的1/1倍頻帶，簡稱倍頻帶;有n=1/2時的1/2倍頻帶，有n=1/3時的1/3倍頻帶等。其上限頻率值 、下限頻率 和中心頻率值 值分別見337頁表。9、聲功率：單位時間聲源輻射出來的總聲能量稱為聲功率。瞬時聲功率 ，它的平均聲功率為： 。一個聲源發(fā)出的聲功率和聲源

7、做功發(fā)出的總功率是兩個截然不同的概念，聲功率只是聲源總功率中以聲波形式輻射出去的一小部分功率。聲源聲功率強(qiáng)度的圍很廣。10、振動的位移、速度和加速度設(shè)在一簡諧振動中，A為振動的振幅， 為角頻率， 為時間，則可將振動的位移表為 、速度表為 、加速度表為 。 振動位移在研究機(jī)械結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和變形時有意義;加速度在研究機(jī)械疲勞、沖擊和評價振動對人的影響時有重要意義;振動速度和結(jié)構(gòu)輻射噪聲大小有關(guān)聯(lián)。1、級和分貝 (1)級人們聽覺靈敏度與聲波量之間的關(guān)系不是線性關(guān)系，而接近對數(shù)的關(guān)系。因此利用分貝作為單位進(jìn)行量度，既可對圍很大的聲音強(qiáng)度進(jìn)行對數(shù)壓縮，而且也符合人耳對聲音響應(yīng)的靈敏程度。使用“級”的概念用于

8、量度聲音的強(qiáng)弱。聲學(xué)量與同類基準(zhǔn)(參考)量之比再取對數(shù)就是“級”的概念。級的單位是奈培時，其對數(shù)取自然對數(shù)，底為 ，符號是 ;級的單位是貝爾(Bell)時，其對數(shù)取以10為底的對數(shù)，符號是B。(2)分貝聲學(xué)中將正比于聲功率的兩個同類聲學(xué)量(如兩個聲壓平方)之比，取以10為底的對數(shù)，再乘以10，該參數(shù)的單位稱為分貝，記為dB， 。2、聲壓級噪聲控制中，常用聲壓級來衡量聲音的強(qiáng)弱。 ，基準(zhǔn)聲壓 聲壓級和聲壓的關(guān)系為，聲壓級變化20dB，相當(dāng)于聲壓值變化10倍;聲壓級變化40dB,相當(dāng)于聲壓值變化100倍;3、聲功率級聲源的聲功率級 等于這個聲源的聲功率 與基準(zhǔn)聲功率 的取常用對數(shù)再乘以10?；鶞?zhǔn)聲

9、功率 4、振動加速度級振動加速度平方與基準(zhǔn)加速度平方的比值取以10為底的對數(shù)乘以10，就得到振動加速度級 ， 加速度有效值，簡諧振動加速度有效值為加速度幅值的 倍， ; 基準(zhǔn)加速度， 。一般人剛剛感覺到的垂直振動加速度級為 ，即60dB。5、振動級振動級指修正的加速度級，用 表示，即： 6、聲壓級的疊加、修正和平均(1)聲壓級的疊加聲壓級一樣的聲音的疊加。不能將聲壓級做簡單的算術(shù)相加，能進(jìn)行疊加運(yùn)算的只能是聲音的能量，利用能量的相加進(jìn)行聲壓級運(yùn)算。當(dāng)N=2，即聲壓級一樣的兩個聲音疊加，則總聲壓級為：聲壓級不一樣的聲音的疊加。兩個聲壓級不一樣的聲音的疊加，并假設(shè)第一個聲音的聲壓級大于第二個聲音的

10、聲壓級，即 ，則總的聲壓級 可以表示為：(2)聲壓級的修正2個聲壓級不一樣的聲音疊加時，假設(shè)第一個聲音的聲壓級大于第二個聲音的聲壓級，即 ，則總的聲壓級可表示為： (3)聲壓級的平均分貝是能量之比的對數(shù)關(guān)系，聲壓級的平均應(yīng)取各聲壓級的能量平均的分貝數(shù)， ，或者表示為： 計算N個聲壓級的平均值的方法是：首先求出N個聲壓級的總聲壓級，然后減去 。它是從聲能平均的原理推導(dǎo)出來的，在一般測量中，測量的各聲壓級差值如果在10dB的圍，簡化用算術(shù)平均法的誤差不大。7、A聲級研究噪聲對人體健康的危害與對噪聲的防治，必須有噪聲對人體影響程度的評價標(biāo)準(zhǔn)。對噪聲的評價常采用統(tǒng)計的方法，即依靠足夠數(shù)的人們對噪聲主觀

11、反應(yīng)的對比性調(diào)查，得出統(tǒng)計的平均量。主要的評價量有A聲級、等效連續(xù)、噪聲評價數(shù)NR和累積百分聲級。有關(guān)概念：(1)響度級：單位是方(phon)。響度級就是指當(dāng)選取1000Hz純音做基準(zhǔn)音時，凡是聽起來和該純音一樣響的聲音，不論其聲壓級和頻率是多少，它的響度級(方值)就等于該純音的聲壓級數(shù)。(2)等響曲線：345頁圖表示每一條曲線表示不同頻率、不同聲壓級的純音具有一樣的響度級。(3)頻率計權(quán)：在測量儀器中，對不同頻率的客觀聲壓級人為地給予適當(dāng)?shù)脑鰷p，這種修正方法稱為頻率計權(quán)，實(shí)現(xiàn)這種頻率計權(quán)的網(wǎng)絡(luò)稱為計權(quán)網(wǎng)絡(luò)。A、B、C、D 4種計權(quán)網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)過計權(quán)網(wǎng)絡(luò)測得的聲級稱為計權(quán)聲級，是衡量噪聲強(qiáng)弱的主觀

12、評價量。A聲級測量的結(jié)果與人耳對聲音的響度感覺相近似，用A聲級分貝數(shù)的大小對噪聲排列次序時，能夠較好反映人對各種噪聲的主觀評價。是目前評價噪聲的主要指標(biāo)。復(fù)習(xí)要求： 1、熟悉聲源與其分類2、掌握點(diǎn)聲源、線聲源和面聲源的基本特性一、機(jī)械噪聲源由于機(jī)械設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時存在不平衡，各零部件之間因偏差或表面缺陷而相互撞擊、摩擦產(chǎn)生的交變機(jī)械作用力使設(shè)備金屬板、軸承、齒輪或其他運(yùn)動部位發(fā)生振動而輻射出噪聲的聲源稱為機(jī)械噪聲源。機(jī)械噪聲源又分為下列幾種。1、撞擊噪聲因沖擊力的作用會使機(jī)械產(chǎn)生較強(qiáng)的沖擊噪聲。如鍛錘工作時其機(jī)械能分為四部分，第一部分做功、第二部分轉(zhuǎn)化為熱能、第三部分通過基礎(chǔ)以固體聲的形式向四周地面

13、傳播，第四部分則轉(zhuǎn)化為使機(jī)件產(chǎn)生彈性形變的振動能。機(jī)件彈性形變振動能的一部分再以聲波的形式向四周空間輻射，形成撞擊噪聲，這種噪聲還可以分解為撞擊瞬間產(chǎn)生的噴射噪聲、壓力脈沖噪聲和結(jié)構(gòu)噪聲。其中以結(jié)構(gòu)噪聲產(chǎn)生的影響最大，輻射噪聲的時間最長。撞擊噪聲有以下特征：當(dāng)撞擊發(fā)生在較硬的光滑物體之間時，作用時間短，作用力大，則激勵的頻帶寬，激發(fā)物體本身振動方式就多，呈寬頻帶撞擊噪聲;如果撞擊發(fā)生在較軟的不光滑的物體之間時，作用時間相對較長，作用力小，激勵的頻帶窄，激發(fā)的振動方式少。2、激發(fā)噪聲一般由旋轉(zhuǎn)機(jī)械的周期性作用力產(chǎn)生。最簡單的周期力是由轉(zhuǎn)動軸、飛輪等轉(zhuǎn)動系統(tǒng)的靜、動態(tài)不平衡所引起的偏心力。這種作用

14、力正比于轉(zhuǎn)動系統(tǒng)的質(zhì)量和靜、動態(tài)的合成偏心距，也正比于轉(zhuǎn)動角速度的平方。當(dāng)轉(zhuǎn)動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速達(dá)到其臨界轉(zhuǎn)速時，則該系統(tǒng)自身會產(chǎn)生極大的振動，并將振動力傳遞到與其相連的其他機(jī)械部分，激起強(qiáng)烈的噪聲。激發(fā)噪聲會隨著機(jī)件縫隙的存在、結(jié)構(gòu)剛度不夠或摩擦嚴(yán)重而增大。3、摩擦噪聲物體在一定的壓力作用下相互接觸并作相對運(yùn)動時，物體之間產(chǎn)生摩擦，摩擦力以反運(yùn)動方向在接觸面上作用于運(yùn)動物體，從而激發(fā)物體振動而產(chǎn)生噪聲。如汽車的剎車聲等。摩擦噪聲中的主要是摩擦引起物體的弛振動所激發(fā)的噪聲，當(dāng)振動頻率與物體的固有振動頻率一樣時，摩擦噪聲將達(dá)到最大。4、結(jié)構(gòu)噪聲機(jī)械噪聲是由于機(jī)械振動系統(tǒng)受迫振動和固有振動共同引起的，其中

15、固有振動起了主要的作用，固有振動頻率是噪聲的主要組成成分，而振動系統(tǒng)的固有振動頻率取決于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征和參數(shù)，所以稱為這種噪聲為結(jié)構(gòu)噪聲。任何機(jī)械部件都有它固有的振動方式，不同的振動方式對應(yīng)于不同的振動頻率。振動的方式、頻率與部件或物料的物理性質(zhì)、部件的結(jié)構(gòu)形狀和振動的邊界條件有關(guān)。物料的彈性模量愈大，材料愈粗、厚，則其固有頻率愈高;材料的面積愈大，即棒愈長，板面積愈大，則其固有頻率愈低。 5、齒輪噪聲嚙合的齒輪對或齒輪組，由于相互碰撞或摩擦可激起齒輪體的振動，這種情況下輻射出來的噪聲稱為齒輪噪聲。6、軸承噪聲軸承相對運(yùn)動的元件之間的摩擦和振動，或者轉(zhuǎn)動部分的不平衡、相對運(yùn)動元件之間的撞擊等，

16、都會導(dǎo)致軸承噪聲的產(chǎn)生。二、空氣動力性噪聲源由于機(jī)械零件和周圍與封閉媒質(zhì)(空氣)交互作用而輻射出噪聲的聲源稱為空氣動力性噪聲源。1、噴射噪聲：氣流從管口以高速(介于聲速與亞聲速之間)噴射出來，由此而產(chǎn)生的噪聲稱為噴射噪聲，也稱為噴注噪聲或射流噪聲。2、渦流噪聲：氣流流經(jīng)障礙物時，由于空氣分子黏滯摩擦力的影響，具有一定速度的氣流與障礙物背后相對靜止的氣體相互作用，在障礙物的下游區(qū)形成帶有渦旋的氣流。這些渦旋中心的壓強(qiáng)低于周圍介質(zhì)的壓強(qiáng)，每當(dāng)一個渦旋脫落時，湍動氣流就會出現(xiàn)一次壓強(qiáng)跳變，這些跳變的壓強(qiáng)通過周圍介質(zhì)向外傳播，并作用于障礙物。當(dāng)湍動氣流中壓強(qiáng)脈動含有可聽聲的頻率成分且強(qiáng)度足夠大時，就能

17、輻射出噪聲，稱為渦流噪聲或湍流噪聲。3、旋轉(zhuǎn)氣流噪聲：旋轉(zhuǎn)的空氣動力機(jī)械(如飛機(jī)螺旋槳)，旋轉(zhuǎn)時與空氣相互作用而連續(xù)產(chǎn)生壓力脈動，從而輻射的噪聲稱為旋轉(zhuǎn)氣流噪聲。4、燃燒噪聲：各種燃料通過燃燒器與空氣混合而燃燒，在燃燒過程中可產(chǎn)生強(qiáng)烈的噪聲，這種噪聲稱為燃燒噪聲。氣態(tài)燃料燃燒噪聲有如下特性：(1)燃燒吼聲：可燃混合氣體燃燒產(chǎn)生的噪聲，稱為燃燒吼聲。燃燒吼聲強(qiáng)度與燃燒強(qiáng)度成正比，燃燒強(qiáng)度表示單位體積的熱量釋放率，當(dāng)火焰燃燒速度保持不變而火焰體積增大時，則強(qiáng)度降低，燃燒吼聲也降低。(2)振蕩燃燒噪聲：可燃混合氣通過燃燒器燃燒時，由于燃燒氣體的強(qiáng)烈振動而產(chǎn)生的噪聲，稱為振蕩燃燒噪聲，也稱為燃燒激勵脈

18、動噪聲。(3)工業(yè)燃燒系統(tǒng)的噪聲：來自燃燒設(shè)備與燃燒過程的噪聲，如可燃?xì)馀c空氣供應(yīng)系統(tǒng)中的風(fēng)機(jī)和閥門噪聲，可燃?xì)馀c空氣從燃燒器噴嘴噴出的噴射噪聲，以與燃燒爐或燃燒器所在空間的共振聲等，這些噪聲能與燃燒吼聲和脈動噪聲一起合成為燃燒系統(tǒng)的噪聲。復(fù)習(xí)要求： 1、熟悉聲波在空氣中傳播的基本規(guī)律與衰減特性2、了解聲波的吸收、反射、透射與衍射規(guī)律一、聲波在空氣中的傳播和衰減1、聲波方程聲振動必須滿足三個基本的物理定律，即牛頓第一定律、質(zhì)量守恒定律以與描述壓強(qiáng)、溫度、體積等狀態(tài)參數(shù)的狀態(tài)方程。應(yīng)用這三個定律可以推導(dǎo)出聲波傳播中的連續(xù)性方程、運(yùn)動方程和物態(tài)方程，并進(jìn)一步得到波動方程 、 和 對時間空間坐標(biāo)的偏

19、微分方程。作如下假設(shè)：媒質(zhì)為理想流體，即媒質(zhì)中不存在黏滯性，聲波傳播時沒有能量損失;沒有聲擾動時，媒質(zhì)在宏觀上是靜止的、均勻的，因此媒質(zhì)中靜壓強(qiáng) 、靜態(tài)密度 都是常數(shù);聲波傳播時，媒質(zhì)中稠密和稀疏的過程是絕熱的;假設(shè)是小振幅聲波，即滿足：聲壓 比大氣壓 要小得多，即 ;質(zhì)點(diǎn)的位移 比波長 要小得多，即 ;質(zhì)點(diǎn)振動速度 比聲速 要小得多，即 ;介質(zhì)密度的相對變化要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于1，即 。上述假設(shè)稱為理想流體媒質(zhì)小振幅假定?？梢苑謩e推導(dǎo)連續(xù)性方程、運(yùn)動方程和物態(tài)方程。(1)連續(xù)性方程：是物質(zhì)不滅定律在流體運(yùn)動描述中的數(shù)學(xué)應(yīng)用。對體積元 ，單位時間流入 的質(zhì)量與流出 的質(zhì)量之差等于該體積元質(zhì)量的變化率。由

20、此可得體積元 在x、y、z方向上質(zhì)量的增量。并由此得到單位時間 總的質(zhì)量增量的矢量形式如下式， 為拉氏算子。(2)運(yùn)動方程運(yùn)動方程是聲壓對于距離的梯度等于媒質(zhì)密度和質(zhì)點(diǎn)振動速度乘積的負(fù)值。在聲場中取一體積元 ，當(dāng)有聲波作用于體積元上，各方向的壓強(qiáng)將發(fā)生變化。設(shè)體積元在靜止時的壓強(qiáng)為 ，密度為 ，聲波產(chǎn)生的瞬時聲壓為 ，因體積元足夠小，可認(rèn)為作用在各面的壓力均勻。對 方向，利用簡單力學(xué)分析和牛頓第二定律得：由于是小振幅聲波，其密度的變化可忽略，即 ，可得聲波在 、 、 三個方向產(chǎn)生的加速度分別為：式中： 瞬時聲壓，Pa;、 、 質(zhì)點(diǎn)振動速度 在 、 、 三方向上的分量。可得到運(yùn)動方程，式中 為拉

21、普拉斯算符。(3)物態(tài)方程媒質(zhì)在聲波作用下，引起壓縮、膨脹的交替變化，媒質(zhì)的密度和壓強(qiáng)都發(fā)生了變化，即媒質(zhì)的狀態(tài)發(fā)生了變化。聲波傳播時，理想狀態(tài)下媒質(zhì)的密度發(fā)生變化，而沒有能量的損耗，即為等熵絕熱過程。物態(tài)方程一般可寫作： 考慮絕熱條件，上式簡化為： 理想狀態(tài)的物態(tài)方程為： (4)波動方程聯(lián)立理想液體媒質(zhì)中三個基本方程：連續(xù)方程式、運(yùn)動方程式和物態(tài)方程式，可推出理想液體媒質(zhì)中小振幅傳播的 、 、 中任意變量的波動方程，得到以下三式： 聲壓波動方程： 密度波動方程： 振速波動方程： 波動方程分別反映了聲壓、密度、振速隨時空變化的關(guān)系。式中拉普拉斯算子 在直角坐標(biāo)系中展開為：推導(dǎo)波動方程時，只是從

22、媒質(zhì)的基本特性出發(fā)，利用牛頓第二定律、物質(zhì)守恒定律和絕熱壓縮方程，并未涉與聲源與聲場的具體情況，因此波動方程只反映聲波在媒質(zhì)傳播過程的一般物理特性。若聲源為長圓柱形，其長度遠(yuǎn)大于波長，輻射的波陣面為同軸圓柱面，這種聲波稱為柱面聲波。這時 ，其中 為圓柱長度，柱面波波動方程為： 對于遠(yuǎn)場，簡諧柱面聲波有： 柱面波的聲阻抗率在 時，有： 柱面聲波的傳播特性為：在理想介質(zhì)中，聲壓近似與距離的平方根成反比。介質(zhì)聲阻抗率為復(fù)數(shù)，當(dāng) 很大時，聲抗分量可以忽略。在距離較大時，柱面波的聲強(qiáng) ，聲強(qiáng)與距離成反比。每單位長度輻射的功率是 。(4)聲源的指向性聲源在自由場中向外輻射聲波時，聲壓級隨方向的不同呈現(xiàn)不均

23、勻的屬性，稱為聲源的指向性。聲源指向性常用指向性因數(shù) 或指向性指數(shù) 來表示。指向性因數(shù) 的定義是：聲場中某點(diǎn)的聲強(qiáng)，與同一聲功率聲源在一樣距離的同心球面上的聲強(qiáng)之比。指向性因數(shù) 無量綱。式中： 任意方向上一定點(diǎn)的聲強(qiáng)， ;通過與該點(diǎn)同心球面上的平均聲強(qiáng)， 。式中： 任意方向一定點(diǎn)上某頻率的聲壓，dB;通過與該點(diǎn)同心球面上同一頻率的聲壓，dB。聲源的指向性與聲源的大小和輻射波長有關(guān)。當(dāng)聲源小到可視為點(diǎn)聲源大小的程度時，以聲源為中心，聲波以近似球面的形式向外均勻發(fā)散;當(dāng)聲源尺寸遠(yuǎn)大于聲波波長時，如聲波以聲束形式，集中向一個方向發(fā)散，則可認(rèn)為該聲波具有較強(qiáng)的指向性。3、聲波的衰減聲源發(fā)出的噪聲在媒質(zhì)

24、中傳播時發(fā)生反射、折射和衍射等現(xiàn)象，其聲壓或聲強(qiáng)將隨著傳播距離的增加而逐漸衰減。這些衰減通常包括聲能隨距離的發(fā)散傳播引起的衰減 、空氣吸收引起的衰減 、地面吸收引起的衰減 、屏障引起的衰減 和氣象條件引起的衰減 等，總衰減量 可表示為：(1)擴(kuò)散引起的衰減聲源輻射噪聲時，聲波向四面八方傳播，波陣面隨距離增加而增大，這種由于擴(kuò)散、聲強(qiáng)隨傳播距離增加而衰減的現(xiàn)象稱擴(kuò)散衰減。點(diǎn)聲源：點(diǎn)聲源在各向同性的均勻介質(zhì)中傳播時，聲波的形式是以聲源為中心的球面波，在同一半徑的球面上各點(diǎn)聲波的相位一樣。這種無指向性的聲波，聲強(qiáng)和聲功率之間存在如下關(guān)系： 位于剛性地面上的聲源產(chǎn)生的聲波，因只能向一半的空間輻射，其接

25、收點(diǎn)的聲強(qiáng)可如下式計算：常溫時球面聲波擴(kuò)散衰減的表達(dá)式為： 為接收點(diǎn)的聲壓級; 為聲源的聲功率級; 為接收點(diǎn)到中心的距離; 為修正系數(shù)，自由空間 ，半自由空間 。距聲源中心半徑分別為 和 的兩點(diǎn)間的擴(kuò)散衰減用聲壓級差表示為： 如果聲源具有指向性，則聲波的擴(kuò)散衰減可表示為： 線聲源：若每單位長線狀聲源的聲功率為 ，在距離聲源為 點(diǎn)上的聲壓 與聲功率的關(guān)系為： ，用聲壓級表示為： ，若聲源無指向性，則 ，距離聲源分別為 和 的兩點(diǎn)間的聲壓級差，或者說擴(kuò)散衰減量為： 面聲源：矩形面聲源的情況較為常見，但其計算較復(fù)雜。 (2)空氣吸收引起的衰減聲波傳播時空氣吸收衰減產(chǎn)生的原因是，聲波在空氣中傳播時，空

26、氣中相鄰質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動速度不同會產(chǎn)生黏滯力，將使聲能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芟牡?。聲波傳播時，空氣介質(zhì)發(fā)生壓縮和膨脹的周期變化，相應(yīng)的發(fā)生溫度的升高和降低，溫度梯度的出現(xiàn)，將導(dǎo)致熱傳導(dǎo)方式的熱交換，從而使聲能轉(zhuǎn)化為熱能。空氣中主要的分子是雙原子的氧分子和氮分子，一定狀態(tài)下空氣分子轉(zhuǎn)動或振動時存在固有頻率。無聲時介質(zhì)分子微觀運(yùn)動處于一種動態(tài)平衡狀態(tài)，當(dāng)有聲擾動且聲波頻率接近分子微觀運(yùn)動的頻率時，使能量轉(zhuǎn)化平衡被打破，建立新的平衡需要一定的時間，此種由原來平衡到建立新的平衡的過程為“熱馳豫過程”，將使聲能耗散而使聲強(qiáng)衰減。上述原因使得聲波在空氣中傳播時出現(xiàn)衰減，即空氣吸收衰減，衰減與空氣溫度、濕度和聲波頻率有關(guān)。

27、因空氣吸收而引起的聲強(qiáng)隨距離的指數(shù)衰減關(guān)系為： (3)其他原因引起的衰減雪、雨、霧的影響溫度梯度的影響風(fēng)場的影響地面效應(yīng)的影響復(fù)習(xí)要求： 1、熟悉噪聲與振動測量的基本要求、方法、儀器，以與背景噪聲的修正方法。2、掌握聲級計、頻帶濾波器和環(huán)境振級計的使用。噪聲與振動控制的首要環(huán)節(jié)是噪聲和振動的測量，只有通過對現(xiàn)場噪聲和振動的科學(xué)測量，才能了解各種噪聲與振動源的屬性和危害程度，為采取有效控制措施提供依據(jù)。根據(jù)工程技術(shù)的需要和現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)，有針對性介紹幾種常用的噪聲和振動測量方法。一、基本測量儀器1、聲級計聲級計是噪聲測量中常用的基本聲學(xué)測量儀器。適用于室噪聲、環(huán)境噪聲、機(jī)器噪聲、建筑噪聲等各類噪聲

28、的測量。(1)聲級計的分類按用途分類：一類是用于測量穩(wěn)態(tài)噪聲(精密聲級計和一般聲級計);另一類用于測量不穩(wěn)態(tài)噪聲和脈沖噪聲(積分聲級計和脈沖聲級計)。按體積大小分類：臺式聲級計、便攜式聲級計和袖珍聲級計。按精度分四類：(依據(jù)國際電工委員會IEC615和國家標(biāo)準(zhǔn)GB3785)四種類型聲級計的性能指標(biāo)具有同樣的中心值，但容許誤差有所不同。類 型精密級普通級0誤 差(IEC)(GB)用 途實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)儀器實(shí)驗(yàn)室精密測量現(xiàn)場測量噪聲監(jiān)測、普查(2)聲級計的結(jié)構(gòu)和原理聲級計一般由傳聲器、放大器、衰減器、計權(quán)網(wǎng)絡(luò)、檢波器與指示器組成，見下圖傳聲器:將聲信號(聲壓)轉(zhuǎn)化為電信號(電壓)的換能元件。有晶體傳聲器

29、、電動式傳聲器和駐極體傳聲器等。電容式傳聲器具有動態(tài)圍寬、頻率響應(yīng)平直、靈敏度變化小、長時間穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，多用于精密聲級計和標(biāo)準(zhǔn)聲級計中。放大器：將比較弱的電信號放大。聲級計上所使用的放大器，要求具有較高的輸入阻抗和較低的輸出阻抗，有合理的動態(tài)圍、較小的線性失真和滿足需要的頻率圍。包括輸入放大器和輸出放大器。衰減器：聲級計的量程圍一般為25130dB，檢波器和模擬式指示器沒有這么寬的量程圍，通常使用衰減器將強(qiáng)信號做衰減，以避免放大器過載。衰減器分為輸入衰減器和輸出衰減器。為了提高信噪比，輸入衰減器位于輸入放大器之前，輸出衰減器接在輸入放大器和輸出放大器之間。為了提高信噪比，一般測量時應(yīng)將輸出衰減

30、器調(diào)至最大衰減檔，在輸入放大器不過載的前提下，而將輸入衰減器調(diào)至最小衰減檔，使輸入信號與輸入放大器的電噪聲有盡可能大的差值。 計權(quán)網(wǎng)絡(luò)：按IEC的規(guī)定，選取接近人耳對聲音頻率響應(yīng)的幾條曲線，設(shè)計了A、B、C、D四種標(biāo)準(zhǔn)的計權(quán)網(wǎng)絡(luò)。A計權(quán)網(wǎng)絡(luò)頻響曲線大約相當(dāng)于40phon等響曲線的倒置曲線，從而使電信號的中、低頻段又較大的衰減，高頻段也又一定程度的衰減。B計權(quán)網(wǎng)絡(luò)約相當(dāng)于70phon等響曲線的倒置曲線，使電信號以低頻段為主做了一定的衰減。C計權(quán)網(wǎng)絡(luò)相當(dāng)于100phon等響曲線的倒置曲線，在整個聲頻圍有近乎平直的響應(yīng)，與人耳對高頻聲的響應(yīng)近似相當(dāng)。由A、B、C、D計權(quán)網(wǎng)絡(luò)測得的讀數(shù)稱為聲級，聲級是

31、經(jīng)過頻率計權(quán)之后的聲壓級，注意與聲壓級相區(qū)別。1、環(huán)境噪聲測量 環(huán)境噪聲的測量大部分是在現(xiàn)場進(jìn)行的，條件復(fù)雜，聲級變化圍大，因此所使用的儀器和方法均有特殊要求。(1)城市區(qū)域環(huán)境噪聲的測量網(wǎng)格測量方法;定點(diǎn)測量方法(2)交通噪聲的測量城市道路交通噪聲測量：根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T3222聲學(xué)環(huán)境噪聲測量方法要求進(jìn)行。測點(diǎn)選在兩路口之間，路邊人行道上，離車行道的路沿20cm處，離路口應(yīng)大于50cm。垂直道路按噪聲傳播由近與遠(yuǎn)方向設(shè)置測點(diǎn)。在規(guī)定時間，各測點(diǎn)每次取樣測量20min的等效A聲級 與累積百分聲級 ，同時記錄車流量(輛/h)?；蛘哌B續(xù)采樣200個瞬時A聲級，每次采樣時間間隔為5s，采用加權(quán)算

32、術(shù)平均的方法計算交通噪聲的等效聲級或累積百分?jǐn)?shù)聲級的平均值。將測得的200個數(shù)據(jù)按由大到小的順序排列，第 個數(shù)據(jù)用 表示。等效聲級： 由于交通噪聲的聲級分布一般符合正態(tài)分布，也可采用近似方法求得： 城市交通干線算術(shù)平均等效聲級計算如下式： 式中： (km)全市或需要測量的交通干線的總長度;其中第 段干線的長度，(km);第 段干線或路段測得的等效聲級或累積百分聲級，(dB)A。鐵路邊界噪聲測量：根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB12525鐵路邊界噪聲限值與其測量方法的規(guī)定。鐵路邊界指距離鐵路外側(cè)軌道中心線30m處。若測量機(jī)車行駛時的輻射噪聲，測點(diǎn)取離軌道中心7.5m，高度距軌面1.5m處。選在無雨、無雪天氣進(jìn)行

33、。(3)機(jī)場周圍飛機(jī)噪聲測量方法國家標(biāo)準(zhǔn)GB9661機(jī)場周圍飛機(jī)噪聲測量方法針對機(jī)場周圍飛機(jī)起飛、降落或低空飛行時所產(chǎn)生的噪聲測量規(guī)定了具體的操作方法。測量條件：測量要滿足無雨、無雪，地面上10m高處的風(fēng)速不大于5m/s,相對濕度為30%90%的氣候條件。測量傳聲器應(yīng)安裝在開闊平坦處，高于地面1.2m，離其他反射面1m以上，注意避開高電線和大型變壓器。測量方法：A、精密測量：傳聲器通過聲級計將飛機(jī)噪聲信號送到測量錄音機(jī)記錄在磁帶上，然后在實(shí)驗(yàn)室按原速回放錄音信號并對信號進(jìn)行頻譜分析。B、簡易測量：聲級計接聲級記錄器，或用聲級計和測量錄音機(jī)。2、工業(yè)企業(yè)噪聲測量(1)生產(chǎn)環(huán)境(車間)噪聲測量測量

34、時車間環(huán)境應(yīng)牌正常的作業(yè)狀態(tài)，測量位置為操作人員的作業(yè)位置。傳聲器須置于作業(yè)人員的耳朵附近。作業(yè)人員操作位置不固定時，則須在作業(yè)過程中經(jīng)?；顒拥膰x擇若干測點(diǎn)，穩(wěn)態(tài)噪聲取各測點(diǎn)的測量平均值;對于非穩(wěn)態(tài)噪聲，取各測點(diǎn)等效聲級的測量平均值。數(shù)據(jù)記錄形式見下表。振動是產(chǎn)生噪聲的根本原因，要消除噪聲就必須消除或減小噪聲源的振動。測量參數(shù)的選擇主要取決于研究對象的特性。一般有如下的選用原則： 振動位移：多用于研究結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和變形，如建筑結(jié)構(gòu)、橋梁、水壩等的變形破壞等;振動速度：振動速度的平方與能量成正比，可直接反映振動系統(tǒng)的動能和所輻射的噪聲，常用機(jī)械振動的測量。振動加速度：人體振動對加速度比較敏感，因

35、此評價人體振動的響應(yīng)都用加速度。由于加速度能直接表示作用力和負(fù)載，也常用于研究機(jī)械的疲勞、沖擊等方面。振動對人體的影響與振動的加速度有效值、振動頻率、振動時間、振動方向和振動部位有關(guān)。評價振動對人體影響的基本量是頻率計權(quán)加速度 或頻率計權(quán)加速度級 由于實(shí)際遇到的環(huán)境振動大都不是穩(wěn)定的，而是隨時間變化，因此常常需要測量等效連續(xù)振級 。其定義為，在某一測點(diǎn)上，用某段時間能量平均方法，將變化的振級以一個恒定振級來表示該段時間的振級大小，稱為等效連續(xù)振級。1、城市區(qū)域環(huán)境振動測量方法(1)測量條件：在振源處于正常工作狀態(tài)與無強(qiáng)風(fēng)、無強(qiáng)電磁場、地震、劇烈的溫度梯度變化或其他非振動污染源引起的干擾時進(jìn)行測

36、量。用于測量環(huán)境振動的儀器，其性能須符合ISO/DP8041有關(guān)條款的規(guī)定。(2)測量方法：測點(diǎn)置于建筑物室外0.5m以振動敏感處，并將拾振器平穩(wěn)地置于平坦、堅(jiān)實(shí)的地面上，避免置于如地毯、草地、沙地或雪地等松軟的地面上。2、振源測量方法測量振源振級的主要目的是了解振動源的參數(shù)，例如參數(shù)大小、頻率和時間等特性，振源測量的容，除垂向振級外，根據(jù)需要還可測量水平振級，垂直和水平方向的加速度級，倍頻程或1/3倍頻程的振動頻譜分析，振動傳播的指向性和振動強(qiáng)度隨距離衰減狀況等。(1)聲阻抗 由于吸聲系數(shù)主要反映入射聲和反射聲能量的數(shù)值關(guān)系，它們的位相關(guān)系并沒有反映出來，在這方面聲阻抗可能更有價值。介質(zhì)在某

37、一表面上的聲阻抗由該介質(zhì)表面上的平均有效聲壓 和通過該表面上的有效體積速度 的比值來表示： 聲阻抗是一個復(fù)數(shù)，其實(shí)部為聲阻，虛部為聲抗。介質(zhì)中某一點(diǎn)的有效聲壓 和該點(diǎn)的有效質(zhì)點(diǎn)速度 的比值稱為聲阻抗率： 吸聲材料的聲阻抗和吸聲系數(shù)一樣，可以利用駐波管進(jìn)行測量，直接由測量結(jié)果畫出材料的聲阻抗圖。材料的表面聲阻抗 和垂直入射吸聲系數(shù) 關(guān)系如下： (2)流阻、空隙率流阻、空隙率是表征多孔性吸聲材料的主要微觀物理參數(shù)，它可以幫助眾從材料的微觀結(jié)構(gòu)入手，改進(jìn)多孔性吸聲材料的吸聲特性。流阻表征氣流通過材料的阻力，也是俗稱的材料的透氣性。它定義為： ， 氣流通過材料時，兩邊的壓力差; 氣流通過材料的速度。單位厚度的流阻