噪聲第二章-聲學(xué)基本知識2匯總

1、 聊城大學(xué)環(huán)境與規(guī)劃學(xué)院聊城大學(xué)環(huán)境與規(guī)劃學(xué)院李李 聰聰2013.10.82.5 聲源的輻射聲源的輻射n 2.6 聲波在傳播過程中的衰減聲波在傳播過程中的衰減章節(jié)內(nèi)容章節(jié)內(nèi)容n聲源的輻射聲源的輻射n聲波的空氣吸收衰減聲波的空氣吸收衰減本課的重點(diǎn)難點(diǎn)本課的重點(diǎn)難點(diǎn)2.5 聲源的輻射聲源的輻射2.5.1 點(diǎn)聲源在自由空間中的輻射點(diǎn)聲源在自由空間中的輻射2.5.2 點(diǎn)聲源在半自由空間中的輻射點(diǎn)聲源在半自由空間中的輻射2.5.3 半自由空間中的線聲源半自由空間中的線聲源2.5.1 點(diǎn)聲源在自由空間中的輻射點(diǎn)聲源在自由空間中的輻射n自由聲場自由聲場理論上說是沒有邊界的、媒質(zhì)均勻而各向同理論上說是沒有邊界

2、的、媒質(zhì)均勻而各向同性的聲場。在自由聲場中，聲波在任何方向性的聲場。在自由聲場中，聲波在任何方向傳播都沒有反射，如室外開闊的曠野、消聲傳播都沒有反射，如室外開闊的曠野、消聲室等均屬自由聲場。室等均屬自由聲場。在自由聲場中，以聲源為中心的球面對稱地向各個(gè)方在自由聲場中，以聲源為中心的球面對稱地向各個(gè)方向輻射聲能。在離源點(diǎn)向輻射聲能。在離源點(diǎn)r處，球面面積處，球面面積S=4r2，聲強(qiáng)，聲強(qiáng)I和聲功率和聲功率W之間存在簡單關(guān)系：之間存在簡單關(guān)系：2 24 4r rW WS SW WI I 聲強(qiáng)級為聲強(qiáng)級為1 11 1l lg g2 20 04 41 1l lg g1 10 0l lg g1 10 0

3、4 41 1l lg g1 10 01 14 4l lg g1 10 0l lg g1 10 02 20 02 20 00 00 00 02 20 0 r rL Lr rW WW Wr rI IW WW WW WI Ir rW WI II IL LW WI I 聲壓級約等于聲功率級，因此聲壓級約等于聲功率級，因此r處的聲壓級近似為：處的聲壓級近似為：從距離從距離r r1 1傳播到距離傳播到距離r r2 2，聲強(qiáng)級或聲壓級的衰減量：，聲強(qiáng)級或聲壓級的衰減量：1111lglg2020p p r rL LL LW W1 12 22 21 12 22 21 1l lg g2 20 0l lg g1 1

4、0 0l lg g1 10 02 21 1r rr rr rr rI II IL LL LL LI II I 若已知若已知r1處的聲壓級，則處的聲壓級，則r2處的聲壓級為：處的聲壓級為：12lg2012rrLLpp由上式可知，若由上式可知，若r22r1，則，則L6dB。即在點(diǎn)聲源的。即在點(diǎn)聲源的聲場中，距聲源的距離加倍，聲級衰減聲場中，距聲源的距離加倍，聲級衰減6dB，這是用，這是用來檢驗(yàn)聲源是否可作為點(diǎn)聲源處理的簡便方法。來檢驗(yàn)聲源是否可作為點(diǎn)聲源處理的簡便方法。例：已知在離開聲源例：已知在離開聲源20m處的聲壓級處的聲壓級L185dB，求，求在離聲源在離聲源60m的地方聲壓級為多少？的地方

5、聲壓級為多少？解：解：) )( (7 75 51 10 08 85 52 20 06 60 0l lg g2 20 08 85 5l lg g2 20 01 12 21 12 2d dB Br rr rL LL Lp pp p 現(xiàn)實(shí)中，聲源在自由空間中輻射聲波時(shí)，其強(qiáng)現(xiàn)實(shí)中，聲源在自由空間中輻射聲波時(shí)，其強(qiáng)度分布具有指向性，即不同方向相同距離上，度分布具有指向性，即不同方向相同距離上，聲壓級不同。聲壓級不同。考慮聲源考慮聲源 的指向性，則在某一的指向性，則在某一角方向上，角方向上，r處聲壓級為：處聲壓級為：1 11 1l lg g2 20 01 1, , D Dr rL LL Lw wp p

6、DI（指向性指數(shù)）（指向性指數(shù)）=10lgR 。R （指向性因數(shù)）：離點(diǎn)聲源相同距離處，某一（指向性因數(shù)）：離點(diǎn)聲源相同距離處，某一角方向上角方向上I 和所有方向上平均聲強(qiáng)級的比。和所有方向上平均聲強(qiáng)級的比。飛機(jī)在空中飛行時(shí)，在它的前后左右上下各方向等飛機(jī)在空中飛行時(shí)，在它的前后左右上下各方向等距離上測得的聲壓級是不相同的。距離上測得的聲壓級是不相同的。當(dāng)聲源放置在剛性地面上時(shí)，聲音只能向半空間當(dāng)聲源放置在剛性地面上時(shí)，聲音只能向半空間輻射，半徑輻射，半徑r的半球面面積為的半球面面積為2r2，因此對半空間，因此對半空間接收點(diǎn)：接收點(diǎn)：22 rWI聲強(qiáng)級為聲強(qiáng)級為LI =LW -20lgr -8

7、2.5.2 點(diǎn)聲源在半自由空間中的輻射點(diǎn)聲源在半自由空間中的輻射當(dāng)距離足夠遠(yuǎn)時(shí)，就可將球面波近似看成平面波，當(dāng)距離足夠遠(yuǎn)時(shí)，就可將球面波近似看成平面波，于是有于是有LI Lp。則若用聲壓級來表示，可得。則若用聲壓級來表示，可得r處的處的聲壓：聲壓： Lp=LW-20lgr-8 （dB）對于指向性指數(shù)為對于指向性指數(shù)為DI的聲源：的聲源： 2.5.2 點(diǎn)聲源在半自由空間中的輻射點(diǎn)聲源在半自由空間中的輻射8 8l lg g2 20 01 1, , D Dr rL LL Lw wp p 線聲源：一長列火車、公路上的長車隊(duì)、輻射噪線聲源：一長列火車、公路上的長車隊(duì)、輻射噪聲的長輸氣管道等；聲的長輸氣管

8、道等； 2.5.3 半自由空間中的線聲源半自由空間中的線聲源n單位長度聲功率為單位長度聲功率為，dx段聲功率段聲功率dW= dx,對距離對距離r1的的p點(diǎn)的聲壓平方貢獻(xiàn)點(diǎn)的聲壓平方貢獻(xiàn)聲源無限長或聲源無限長或p點(diǎn)靠近線源中部，且點(diǎn)靠近線源中部，且r0遠(yuǎn)小于線源遠(yuǎn)小于線源長度時(shí)：長度時(shí)：當(dāng)當(dāng)P點(diǎn)距聲源的距離點(diǎn)距聲源的距離r0遠(yuǎn)大于聲源的長度遠(yuǎn)大于聲源的長度時(shí)，則時(shí)，則=2-1很小，由圖可知，很小，由圖可知，r1 = ， r1= r0因此：因此：2.6 聲波在傳播過程中的衰減聲波在傳播過程中的衰減2.6.1 空氣吸收衰減空氣吸收衰減2.6.2 地面吸收衰減地面吸收衰減2.6.3 氣象條件對聲傳播的

9、影響氣象條件對聲傳播的影響n空氣吸收：空氣吸收：聲波在空氣中傳播時(shí)，因空氣的聲波在空氣中傳播時(shí)，因空氣的粘滯性和熱傳導(dǎo)，在壓縮和膨脹過程中，使粘滯性和熱傳導(dǎo)，在壓縮和膨脹過程中，使一部分聲能轉(zhuǎn)化為熱能而損耗，稱為空氣吸一部分聲能轉(zhuǎn)化為熱能而損耗，稱為空氣吸收。這種吸收稱為經(jīng)典吸收。收。這種吸收稱為經(jīng)典吸收。n弛豫吸收：弛豫吸收：所謂弛豫吸收是指空氣分子轉(zhuǎn)動所謂弛豫吸收是指空氣分子轉(zhuǎn)動或振動時(shí)存在固有頻率，當(dāng)聲波的頻率接近或振動時(shí)存在固有頻率，當(dāng)聲波的頻率接近這些頻率時(shí)要發(fā)生能量交換。能量交換的過這些頻率時(shí)要發(fā)生能量交換。能量交換的過程都有滯后現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為弛豫吸收。程都有滯后現(xiàn)象，這種現(xiàn)象

10、稱為弛豫吸收。2.6.1 空氣吸收衰減空氣吸收衰減n對于噪聲控制工程，可以采用下面的半經(jīng)驗(yàn)對于噪聲控制工程，可以采用下面的半經(jīng)驗(yàn)公式來估算聲波在空氣中傳播時(shí)聲壓級的衰公式來估算聲波在空氣中傳播時(shí)聲壓級的衰減量，在減量，在2020時(shí)：時(shí)： 8 82 210104 4. .7 7 d df fA Aa a聲波的頻聲波的頻率，率，Hz相對濕度相對濕度傳播距離傳播距離mn對于不同溫度，可采用下式來估算：對于不同溫度，可采用下式來估算： T Tf fC CA AT TA Aa aa a 1 1) ), ,2 20 0( () ), ,( (與與20相差相差的攝氏溫度的攝氏溫度=410-6例例n點(diǎn)聲源在空

11、氣濕度點(diǎn)聲源在空氣濕度20%，氣溫，氣溫20OC時(shí)輻射噪時(shí)輻射噪聲。已知距聲源聲。已知距聲源20m處處500Hz,4000Hz處聲壓處聲壓級分別是級分別是100 dB，問，問120m，800 m處兩頻率處兩頻率處聲壓級？處聲壓級？(僅考慮隨距離發(fā)散引起的衰減和僅考慮隨距離發(fā)散引起的衰減和空氣吸收引起的衰減空氣吸收引起的衰減)r1=20m120m800mf5004000500400020lg(r2/r1)15.615.63232衰減常數(shù)0.276.70.276.7空氣吸收衰減0.276.72.152.31 10 00 0) )( (l lg g2 20 01 12 21 12 21 12 2r

12、rr rr rr rL LL Lp pp p 離聲源較近的地方，隨距離發(fā)散引起的衰減占主導(dǎo)，離聲源較近的地方，隨距離發(fā)散引起的衰減占主導(dǎo)，離聲源較遠(yuǎn)的地方，空氣吸收高頻的噪聲衰減快，而低離聲源較遠(yuǎn)的地方，空氣吸收高頻的噪聲衰減快，而低頻噪聲衰減不明顯。頻噪聲衰減不明顯。可見，低頻噪聲能夠傳播很遠(yuǎn)，在很大范圍內(nèi)形成噪聲可見，低頻噪聲能夠傳播很遠(yuǎn)，在很大范圍內(nèi)形成噪聲污染，故對低頻噪聲污染要重視。污染，故對低頻噪聲污染要重視。120m800mf50040005004000Lp284.177.165.915.9當(dāng)?shù)孛媸欠莿傂员砻鏁r(shí)：當(dāng)?shù)孛媸欠莿傂员砻鏁r(shí)：地面吸收將會對聲傳播產(chǎn)生附加衰減，但短距地面吸

13、收將會對聲傳播產(chǎn)生附加衰減，但短距離（離（30-50m30-50m）其衰減可以忽略，而在）其衰減可以忽略，而在50m50m以上以上應(yīng)予以考慮。應(yīng)予以考慮。2.6.2 地面吸收衰減地面吸收衰減聲波在厚的草地上面或穿過灌木叢傳播時(shí)，在聲波在厚的草地上面或穿過灌木叢傳播時(shí)，在頻率為頻率為1000Hz時(shí)的附加衰減較大，可高達(dá)時(shí)的附加衰減較大，可高達(dá) 25/100m dB。附加衰減量的近似計(jì)算公式為附加衰減量的近似計(jì)算公式為：聲波的頻率聲波的頻率傳播距傳播距離，離，m r r3 31 1. .0 0l lg g1 18 8. .0 01 1 f fA Ag g聲波穿過樹木或者森林時(shí)，不同樹林的衰減聲波穿

14、過樹木或者森林時(shí)，不同樹林的衰減相差很大，在相差很大，在1000赫茲時(shí)：赫茲時(shí)：濃密的常綠樹樹冠濃密的常綠樹樹冠 23 dB100m地面上稀疏的樹干地面上稀疏的樹干 3 dB100m各種樹林平均的附加衰減大致為：各種樹林平均的附加衰減大致為：d df fA Ag g3 3/ /1 12 20 01 1. .0 0 當(dāng)聲源與接收點(diǎn)之間存在密實(shí)材料形成的障礙物時(shí)當(dāng)聲源與接收點(diǎn)之間存在密實(shí)材料形成的障礙物時(shí)會產(chǎn)生顯著的附加衰減，這樣的障礙物稱為會產(chǎn)生顯著的附加衰減，這樣的障礙物稱為聲屏障聲屏障2.6.4 聲屏障衰減聲屏障衰減聲波遇到屏障時(shí)會產(chǎn)生反射、透射和衍射三種傳聲波遇到屏障時(shí)會產(chǎn)生反射、透射和衍

15、射三種傳播現(xiàn)象播現(xiàn)象屏障的作用：屏障的作用：阻擋直達(dá)聲的傳播，阻擋直達(dá)聲的傳播，隔絕透射聲，隔絕透射聲，并使衍射聲有足夠的衰減。并使衍射聲有足夠的衰減。聲屏障的附加衰減與聲源及接收點(diǎn)相對屏聲屏障的附加衰減與聲源及接收點(diǎn)相對屏障的位置、聲屏障的高度及結(jié)構(gòu)以及聲障的位置、聲屏障的高度及結(jié)構(gòu)以及聲波的頻率密切相關(guān)。波的頻率密切相關(guān)。n雨、雪、露等對聲波的散射會引起聲能雨、雪、露等對聲波的散射會引起聲能的衰減。但這種因素引起的衰減量很小的衰減。但這種因素引起的衰減量很小，大約每，大約每1000m1000m衰減不到衰減不到0.5dB0.5dB，因此可，因此可以忽略不計(jì)。以忽略不計(jì)。n風(fēng)和溫度梯度對聲波傳

16、播的影響很大。風(fēng)和溫度梯度對聲波傳播的影響很大。2.6.3 氣象條件對聲傳播的影響氣象條件對聲傳播的影響n空氣中溫度不均勻時(shí)，造成空氣的密度空氣中溫度不均勻時(shí)，造成空氣的密度不均勻：溫度高，密度小，為波疏介質(zhì)不均勻：溫度高，密度小，為波疏介質(zhì)； 溫度低，密度大，為波密介質(zhì)；溫度低，密度大，為波密介質(zhì)； n聲波從波密介質(zhì)向波疏介質(zhì)傳播時(shí)，聲聲波從波密介質(zhì)向波疏介質(zhì)傳播時(shí)，聲線遠(yuǎn)離法線；線遠(yuǎn)離法線；n聲波從波疏介質(zhì)向波密介質(zhì)傳播時(shí)，聲聲波從波疏介質(zhì)向波密介質(zhì)傳播時(shí)，聲線靠近法線；線靠近法線；溫度梯度對聲波的折射溫度梯度對聲波的折射為什么聲音在晚上要比晴朗的白天傳播的遠(yuǎn)為什么聲音在晚上要比晴朗的白天傳播的遠(yuǎn)一點(diǎn)？一點(diǎn)？n地面對運(yùn)動空氣的摩擦，使近地面的風(fēng)有一地面對運(yùn)動空氣的摩擦，使近地面的風(fēng)有一個(gè)梯度，順風(fēng)和逆風(fēng)傳播的聲速產(chǎn)生梯度。個(gè)梯度，順風(fēng)和逆風(fēng)傳播的聲速產(chǎn)生梯度。 風(fēng)速對聲波傳播的影響風(fēng)速對聲波傳播的影響順風(fēng)時(shí)，順風(fēng)時(shí)，對對地面聲速疊地面聲速疊加風(fēng)速。風(fēng)加風(fēng)速。風(fēng)速隨高度增速隨高度增加風(fēng)速增大，加風(fēng)速增大，聲波彎向地聲波彎向地面，傳播遠(yuǎn)面，傳播遠(yuǎn)。逆風(fēng)時(shí)，