第二章第二節(jié)噪聲基礎(chǔ)

第二章噪聲污染及其控制第一節(jié)概述第二節(jié)聲學(xué)基礎(chǔ)第三節(jié)噪聲的評(píng)價(jià)和標(biāo)準(zhǔn)第四節(jié)噪聲控制技術(shù)——吸聲第五節(jié)噪聲控制技術(shù)——隔聲第六節(jié)噪聲控制技術(shù)——消聲第七節(jié)有源噪聲控制簡(jiǎn)介

第二節(jié)聲學(xué)基礎(chǔ)

聲波的形成一

聲波的基本物理量二

聲音的頻譜三

聲音的波動(dòng)方程四

平面聲波五

球面波六

聲壓級(jí)計(jì)算七

聲波的傳播特性八聲源：振動(dòng)而發(fā)出聲音的物體。

聲源可以是固體、液體或氣體。

媒質(zhì)：傳播聲音的介質(zhì)。

介質(zhì)可以是空氣、液體、固體。聲音不能在真空中傳播?。?！隔聲窗

聲波的形成一

聲波：聲源振動(dòng)帶動(dòng)相鄰的介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)，使之交替進(jìn)行壓縮和膨脹運(yùn)動(dòng)，由近及遠(yuǎn)向前推進(jìn)的介質(zhì)振動(dòng)。

聲波的形成一

縱波：質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與聲波傳播方向相同的波，具有交替出現(xiàn)的密部和疏部。

橫波：質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與聲波傳播方向相互垂直的波。具有交替出現(xiàn)的波峰和波谷

頻率

聲波的基本物理量二波長(zhǎng)

聲速

頻率

頻率（）：每秒質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的次數(shù),Hz；媒質(zhì)每秒鐘振動(dòng)的次數(shù)越多，其頻率就越高。周期（）：質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)往復(fù)一次所需的時(shí)間,s。頻率和周期互為倒數(shù)，即

(2-1)頻率與振動(dòng)圓頻率的關(guān)系為

(2-2)

描述聲音特性的主要物理量！波長(zhǎng):是兩相鄰波對(duì)應(yīng)相同點(diǎn)之間的距離，即振動(dòng)經(jīng)過一個(gè)周期聲波傳播的距離，m。波長(zhǎng)

聲速:聲波在媒質(zhì)中傳播的速度，m/s。

波長(zhǎng)、頻率和聲速之間的關(guān)系為或(2-3)聲速

氣體中聲速為(2-4)

式中：——媒質(zhì)處于平衡態(tài)時(shí)的密度，kg／m3；

——媒質(zhì)處于平衡態(tài)時(shí)的壓強(qiáng)，Pa；——比熱比(＝定壓比熱／定容比熱)。空氣

=1.4，則式(2-4)有如下形式或(2-5)一般空氣中的聲速近似取340m／s。

聲速

聲速是媒質(zhì)特性函數(shù)

液體和固體中聲速（表2-1）

聲速

媒質(zhì)

聲速/m·s-1

媒質(zhì)聲速/m·s-1媒質(zhì)聲速/m·s-1空氣344玻璃3658鋼5182水1372鐵5182硬木4267混凝土3048鉛1219軟木3353表2-1常用媒質(zhì)在室溫下的聲速近似值

聲音的頻譜三

（一）頻程及頻譜（二）頻譜分析

頻程（頻帶、帶寬）：將可聽聲的頻率范圍（20Hz～20kHz）按倍數(shù)變化，劃分為若干較小的頻段，通常稱為頻程。在噪聲測(cè)量中，常用的有倍頻程和1/3倍頻程。倍頻程和1/3倍頻程的中心頻率。

（一）頻程及頻譜

常用的倍頻程的中心頻率：

31.5、63、125、250、500、1000、2000、

4000、8000和160001/3倍頻程就是把上述每個(gè)頻程再一分為三，其中心頻率為：

40、50、63、80、100、125、160、200、

250、315、400、500、630、800、1000、

1250、1600、2000、2500、3150、4000、

5000、6300、8000、10000、12600、16000

小資料

頻譜：組成聲音的各種頻率的分布圖。頻譜分析：研究聲音強(qiáng)度(聲壓級(jí)、聲強(qiáng)級(jí)、

聲功率級(jí))隨頻率分布的規(guī)律。頻譜的形狀：（圖2-1）

（二）頻譜分析線狀譜連續(xù)譜復(fù)合譜線狀譜圖2-1（a）是由一些頻率離散的單音形成的譜，在頻譜圖上是一系列豎直線段。線狀頻譜可以確定單個(gè)頻率處的聲壓。一些樂器發(fā)出的聲音和周期或間斷振動(dòng)的聲源產(chǎn)生的聲音的頻譜是線狀譜。與振動(dòng)相同的聲波頻率稱為基頻頻率等于基頻整數(shù)倍的稱為諧波頻率。

連續(xù)譜圖2-1（b）頻率在頻譜范圍內(nèi)是連續(xù)的。其聲能也連續(xù)地分布在所有頻率范圍內(nèi)，形成一條連續(xù)的曲線。大部分噪聲屬于連續(xù)譜。

復(fù)合譜圖2-1（c）是連續(xù)頻率和離散頻率組合而成的頻譜，有調(diào)噪聲的頻譜為復(fù)合譜。在噪聲控制中，頻譜圖中聲壓級(jí)比較突出的部分及其所對(duì)應(yīng)的頻率是重點(diǎn)控制目標(biāo)。

聲音的波動(dòng)方程四

聲波傳遞的規(guī)律可以用基本物理定律來描述。

聲波傳遞的基本方程：（一）運(yùn)動(dòng)方程（二）連續(xù)性方程（三）物態(tài)方程（一）運(yùn)動(dòng)方程均勻理想流體媒質(zhì)中，小振幅聲波的運(yùn)動(dòng)方程

或(2-13)式中:——瞬時(shí)聲壓，Pa；——聲速，m／s；——時(shí)間，s；——拉普拉斯算符，在直角坐標(biāo)系中式(2-13)表明，聲壓是空間坐標(biāo)（x、y、z）和時(shí)間的函數(shù);把聲壓與質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度聯(lián)系起來，反映了不同地點(diǎn)和不同時(shí)刻的聲壓變化規(guī)律。（二）連續(xù)性方程直角坐標(biāo)系中聲波的連續(xù)性方程為

或

(2-14)

式中:——媒質(zhì)的靜態(tài)密度，kg／m3；——時(shí)間，s；——媒質(zhì)質(zhì)點(diǎn)速度沿x、y、z方向的分量，m／s。式(2-14)反映了質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度與流體密度之間的變化關(guān)系。（三）物態(tài)方程根據(jù)理想氣體絕熱狀態(tài)方程，得聲波傳播時(shí)的物態(tài)方程為

或(2-15)式中:——瞬時(shí)聲壓，Pa；——聲速，m／s；——時(shí)間，s.式(2-15)描述了聲場(chǎng)中瞬時(shí)聲壓隨時(shí)間的變化與密度隨時(shí)間變化的關(guān)系。

平面聲波五（一）聲壓波動(dòng)方程（二）瞬時(shí)聲壓和有效聲壓（三）質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度和聲阻抗率（四）聲能密度、聲強(qiáng)和聲功率（五）聲音的聲壓級(jí)、聲強(qiáng)級(jí)和聲功率級(jí)聲波在傳播過程中，同一時(shí)刻相位相同的軌跡稱為波陣面。波陣面與傳播方向垂直的波稱平面聲波。（一）聲壓波動(dòng)方程

均勻波動(dòng)的平面聲波的聲壓波動(dòng)方程為

（2-18）式(2-18)的一般解為

（2-19）式中，、是任意函數(shù),

代表聲速向x正方向傳播的波，代表聲速向x負(fù)方向傳播的波。（二）瞬時(shí)聲壓和有效聲壓聲壓:聲波引起的大氣壓強(qiáng)變化，稱為聲壓。聲場(chǎng):有聲波存在的區(qū)域稱為聲場(chǎng).瞬時(shí)聲壓:聲場(chǎng)中某一瞬時(shí)的聲壓值。若聲源在理想媒質(zhì)中以單一頻率傳播，則可看做是簡(jiǎn)諧振動(dòng)，那么媒質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)也隨著作同一頻率的簡(jiǎn)諧振動(dòng)。

（二）瞬時(shí)聲壓和有效聲壓瞬時(shí)聲壓：聲場(chǎng)中某一瞬時(shí)的聲壓值為

(2-20)聲波沿負(fù)方向傳播時(shí)

（2-21）式中，——聲場(chǎng)中某位置和某時(shí)間時(shí)的瞬時(shí)聲壓，Pa；——聲壓幅值，Pa；

ω——振動(dòng)圓頻率或角頻率，rad／s；

——波數(shù)，；、——相位；

——初相位。當(dāng)時(shí)間一定時(shí)，瞬時(shí)聲壓隨空間位置的變化如圖2-2(a)；當(dāng)空間位置一定時(shí)，瞬時(shí)聲壓隨時(shí)間的變化如圖2-2(b)。

圖2-2聲壓隨空間位置和時(shí)間的變化曲線（二）瞬時(shí)聲壓和有效聲壓在一定時(shí)間間隔內(nèi)將瞬時(shí)聲壓對(duì)時(shí)間求均方根值可得到有效聲壓，即

（2-22）式中t——時(shí)間(周期的整數(shù)倍)，s。將式（2-20）代入式（2-22），得

（2-23）（二）瞬時(shí)聲壓和有效聲壓

一般用電子儀器測(cè)得的聲壓即是有效聲壓。（三）質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度和聲阻抗率

聲波沿方向質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度為(2-25)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度幅值(2-26)

聲波沿負(fù)方向質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度為(2-27)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度幅值(2-28)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度的有效值(2-29)

質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度u與聲速c不同?。?！在聲場(chǎng)中質(zhì)點(diǎn)是以速度u在振動(dòng)，這種振動(dòng)過程中聲波是以速度c傳播出去。聲阻抗率（或聲特性阻抗）：在聲場(chǎng)中某位置的聲壓與該位置質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的速率之比，Pa·s／m。或(2-30)聲阻抗率與聲波頻率、幅值等無關(guān)，僅與媒質(zhì)密度和聲速有關(guān)，是媒質(zhì)固有的一個(gè)常數(shù)。當(dāng)聲波從一種媒質(zhì)傳播到另一種媒質(zhì)的有效界面時(shí)，兩種媒質(zhì)的聲阻抗率將決定聲波反射和透射的強(qiáng)度。（三）質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度和聲阻抗率

（四）聲能密度、聲強(qiáng)和聲功率

聲能密度：?jiǎn)挝惑w積媒質(zhì)所含的聲波能量。聲場(chǎng)中某點(diǎn)總平均聲能密度為(2-31)

由式（2-31）可以看出，在理想媒質(zhì)中，平面波的平均聲能密度與距離無關(guān)，在傳播范圍內(nèi)處處相等，這也是理想媒質(zhì)的特征之一。聲強(qiáng)（）：在聲波傳播方向上單位時(shí)間內(nèi)垂直通過單位面積的平均聲能量，W／m2。理想媒質(zhì)中，聲強(qiáng)與聲壓的關(guān)系式

（2-33）通常影響聲強(qiáng)的因素很多。如聲源輻射具有一定的指向性，聲波在傳播過程中會(huì)發(fā)生反射、折射、擴(kuò)散衰減和被吸收等現(xiàn)象，這些因素都使聲強(qiáng)隨距聲源距離的增加而降低，說明聲強(qiáng)與環(huán)境有關(guān)。（四）聲能密度、聲強(qiáng)和聲功率

聲功率（W）：聲源單位時(shí)間內(nèi)輻射的能量，瓦(W)。

自由聲場(chǎng)中均勻輻射聲源的聲功率與聲強(qiáng)關(guān)系為

或（2-35）一個(gè)聲源發(fā)出的聲功率和聲源做功發(fā)出的總功率是兩個(gè)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)度的范圍很廣。如一輛汽車在行駛中，當(dāng)其速度為70km/h時(shí)，發(fā)出的汽車噪聲的聲功率只有0.1W數(shù)量級(jí)。

（四）聲能密度、聲強(qiáng)和聲功率

（2-34）（五）聲音的聲壓級(jí)、聲強(qiáng)級(jí)和聲功率級(jí)聲壓級(jí)（）：聲音的聲壓與基準(zhǔn)聲壓之比，取以10為底的對(duì)數(shù)，再乘以20，分貝（dB）。表達(dá)式為(2-36)式中，——有效聲壓，Pa；——基準(zhǔn)聲壓，＝2×10-5Pa。將＝2×10-5Pa代入上式，(2-37)為了能夠較為明顯地區(qū)分和反映聲壓的大小程度，采用聲壓級(jí)來表征聲壓，用以衡量聲音的相對(duì)強(qiáng)弱。聲強(qiáng)級(jí)（）：類比聲壓級(jí)，聲強(qiáng)級(jí)的定義式為(2-38)式中，——聲強(qiáng)，W／m2；——基準(zhǔn)聲壓，＝

10-12

Pa。W／m2將＝10-12W／m2代入式(2-38)，得(2-39)（五）聲音的聲壓級(jí)、聲強(qiáng)級(jí)和聲功率級(jí)聲功率級(jí)（）：同樣，聲功率級(jí)定義式為(2-40)式中，——聲功率，W；——基準(zhǔn)聲功率，＝

10-12

W。（五）聲音的聲壓級(jí)、聲強(qiáng)級(jí)和聲功率級(jí)點(diǎn)聲源：聲源的幾何尺寸比聲波波長(zhǎng)小很多，或測(cè)量點(diǎn)離聲源相當(dāng)遠(yuǎn)，則視為點(diǎn)聲源。球面聲波：在各向同性均勻媒質(zhì)中，點(diǎn)聲源聲波向各方向傳播的速度相等，形成以聲源為中心的一系列同心球面，這樣的波稱為球面聲波。

球面聲波六球面聲波的聲壓與半徑和時(shí)間的函數(shù)關(guān)系為

(2-41)

球面聲波六式中，，為球面聲波的振幅，與半徑成反比，即離聲源越遠(yuǎn)，聲音越小。

A稱為聲源輻射聲波能力常數(shù)，與聲源幾何尺寸和振動(dòng)速度幅值有關(guān)，對(duì)一定的點(diǎn)聲源，其為常數(shù)。球面波質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度

(2-43)

式中，媒質(zhì)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度幅值為

(2-44)式(2-44)表明，球面波與平面波不一樣，振動(dòng)速度幅值不是一個(gè)常數(shù)，而與波的傳播距離成反比。

球面聲波六

聲壓級(jí)計(jì)算七聲能量可以代數(shù)相加若干聲源在某點(diǎn)的總聲功率為若干聲源在某點(diǎn)的總聲強(qiáng)聲壓不能直接相加幾個(gè)噪聲源同時(shí)存在時(shí)，通常要計(jì)算聲場(chǎng)中某點(diǎn)的總聲壓級(jí)，有時(shí)還需要計(jì)算一個(gè)噪聲源發(fā)出各種頻率聲波的總聲壓級(jí)、總聲強(qiáng)級(jí)和總聲功率級(jí)。

聲壓級(jí)計(jì)算七（一）聲壓級(jí)相加（二）聲壓級(jí)相減（三）聲壓級(jí)平均總聲壓級(jí)

(2-51)若,則

(2-52)式中，——總聲壓級(jí)，dB；——在某點(diǎn)各聲源產(chǎn)生的聲壓級(jí)或一個(gè)聲級(jí)某頻率下的聲壓級(jí)，dB；——聲壓級(jí)的總個(gè)數(shù)。（一）聲壓級(jí)相加令、、……為總聲壓和各聲源聲壓，則(2-49)根據(jù)聲壓級(jí)的定義有代入上式，得(2-50)等式兩邊取對(duì)數(shù)，并經(jīng)整理得總聲壓級(jí)(2-51)

（一）聲壓級(jí)相加：式（2-51）（一）聲壓級(jí)相加【例2-1】有7臺(tái)機(jī)器工作時(shí)，每臺(tái)在某測(cè)點(diǎn)處的聲壓級(jí)都是92dB，求該點(diǎn)的總聲壓級(jí)。

解：根據(jù)式(2-52)

(dB)【例2-2】在某測(cè)點(diǎn)處測(cè)得一臺(tái)噪聲源的聲壓級(jí)如下表所示，試求測(cè)點(diǎn)處的總聲壓級(jí)。

解：根據(jù)式(2-51)

=100.2(dB)中心頻率/Hz631252505001000200040008000聲壓級(jí)/dB8487909596918580設(shè)兩聲壓級(jí)和，且＞，-＝，則=﹣代入式(2-50)，則有設(shè)，則，總聲壓級(jí)即可按下式計(jì)算(2-53)由一系列的，可得一系列對(duì)應(yīng)的，其值見表2-3和圖2-4?！緢D、表法】計(jì)算總聲壓級(jí)的【圖、表法】若聲源太多,式(2-51)計(jì)算總聲壓級(jí)較麻煩，通過式(2-51)得到相關(guān)圖（圖2-4）和表（表2-3）可簡(jiǎn)便計(jì)算。表2-3分貝和的附加值

01234567891011、1213、1415以上32.52.11.81.51.21.00.80.60.50.40.30.20.1圖2-4分貝相加曲線(1)把要相加的分貝值從大到小排列，按由大到小的順序進(jìn)行計(jì)算；(2)用第1個(gè)分貝值減第2個(gè)分貝值得；(3)由查圖2-4或表2-3得，然后按,計(jì)算出第1、2個(gè)分貝值之和；(4)用第1、2個(gè)分貝和之值再與第3個(gè)分貝值相加，依次加下去，直到兩分貝之差大于10分貝，可停止相加，此時(shí)得到的分貝和即為所求?！緢D、表法】計(jì)算總聲壓級(jí)的步驟很多情況下，由于存在背景噪聲，被測(cè)對(duì)象的噪聲級(jí)無法直接測(cè)定，只能測(cè)到它們合成的噪聲級(jí)。此時(shí)，要確定被測(cè)對(duì)象的聲壓級(jí)，可從測(cè)得的總聲級(jí)中減去背景噪聲級(jí)后得出。（二）聲壓級(jí)相減若設(shè)背景噪聲為、背景噪聲和被測(cè)對(duì)象的總聲壓級(jí)為、被測(cè)對(duì)象真實(shí)的聲壓級(jí)為，則（2-55）（二）聲壓級(jí)相減【例2-3】?jī)膳_(tái)機(jī)器工作時(shí)，在某點(diǎn)測(cè)得聲壓級(jí)為80dB，其中一臺(tái)停止工作后，在該點(diǎn)測(cè)得的聲壓級(jí)為76dB，求停止工作的機(jī)器單獨(dú)工作時(shí)在該點(diǎn)的聲壓級(jí)。

解：已知=80dB,=76dB,由式(2-55)得

=77.8(dB)【圖、表法】聲壓級(jí)相減簡(jiǎn)便計(jì)算。表2-4分貝“相減的修正值”12345678910116.94.432.31.71.310.80.60.450.34

圖2-5分貝相減計(jì)算圖【圖、表法】聲壓級(jí)相減簡(jiǎn)便計(jì)算的

若設(shè)修正值,將式（2-53）、式（2-54）代入并整理，得(2-56)由上式可以看出，由可測(cè)量的和的差值計(jì)算得到，這時(shí)按式即可求出。圖2-4和表2-5表示出與各差值所對(duì)應(yīng)的修正值。

【例2-4】在某點(diǎn)測(cè)得機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)聲壓級(jí)為90dB，當(dāng)機(jī)器停止時(shí)聲壓級(jí)為86dB，求機(jī)器真實(shí)的聲壓級(jí)。

解：已知，背景噪聲為86dB，機(jī)器和背景噪聲疊加的聲壓級(jí)為90dB。用圖2-5或表2-4計(jì)算，則

－＝90－86＝4(dB)

查圖2-5或表2-4，得=2.3，則機(jī)器真實(shí)的聲壓級(jí)為=90－2.3＝87.7(dB)（三）聲壓級(jí)平均計(jì)算平均聲壓級(jí)的目的

計(jì)算指向性指數(shù)一點(diǎn)多次測(cè)量的結(jié)果

計(jì)算公式或(2-57)

聲波的傳播特性八（一）聲波的疊加

（二）聲波的反射、透射和折射

（三）噪聲在傳播中的衰減

（四）聲源的指向性

實(shí)際遇到的聲波不止含有一個(gè)頻率或一個(gè)聲源。這些情況都涉及聲波的疊加。聲波的疊加原理是多列聲波合成聲場(chǎng)的瞬時(shí)聲壓等于每列波瞬時(shí)聲壓之和。即

（一）聲波的疊加

（2-58）式中，——合成聲場(chǎng)的瞬時(shí)聲壓，Pa；

——第列波的瞬時(shí)聲壓，Pa。

相干波：具有相同頻率、相同振動(dòng)方向和固定相位差的聲波。兩列相干波的合成聲壓為

（2-61）

合成后的聲波仍是一個(gè)同頻率的聲波。（一）聲波的疊加

1.相干波

不相干波：具有不同頻率，而有固定相位差的聲波；或者有無規(guī)則變化相位差的的聲波。不相干波合成總聲壓與各列波聲壓的關(guān)系式

（2-70）

一般由幾個(gè)聲源發(fā)出的聲波或同一聲源發(fā)出的不同頻率成分的波都互不干涉，合成聲的總聲壓仍可用上式計(jì)算。但要求瞬時(shí)聲壓時(shí)應(yīng)用式(2-58)。（一）聲波的疊加

2.不相干波聲波在傳播過程中遇到障礙物、不均勻媒質(zhì)或者不同媒質(zhì)時(shí)，在兩媒質(zhì)的界面會(huì)發(fā)生反射、折射和透射現(xiàn)象。聲波的這些特性與光波相似。（二）聲波的反射、透射和折射

1.垂直入射聲波的反射和透射2.斜入射聲波的反射和折射3.溫度及風(fēng)速對(duì)聲傳播的影響

分界面1.垂直入射聲波的反射和透射媒質(zhì)Ⅰ媒質(zhì)Ⅱ總聲壓入射聲波反射聲波透射聲波Ox圖2-6平面聲波的反射和透射法向質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度1.垂直入射聲波的反射和透射聲壓反射系數(shù)定義為（2-80）聲壓透射系數(shù)定義為（2-81）聲波在分界面上反射和透射的大小與入射、反射和透射聲波聲壓大小無關(guān)。1.垂直入射聲波的反射和透射，聲波無反射，是全透射。，媒質(zhì)Ⅱ比媒質(zhì)I“硬”；若，聲波發(fā)生全反射。如，聲波從空氣中入射到空氣與水(或墻)的界面上。，媒質(zhì)Ⅱ比媒質(zhì)I“軟”；若，在媒質(zhì)I中，入射聲壓與反射聲壓在界面處大小相等、相位相反，總聲壓達(dá)到極小，近似等于零，而質(zhì)點(diǎn)速度達(dá)到極大，在媒質(zhì)Ⅱ中無透射聲波。2.斜入射聲波的反射和折射分界面O入射聲波反射聲波透射聲波媒質(zhì)Ⅰ媒質(zhì)Ⅱ圖2-7平面聲波斜入射的反射和折射法線2.斜入射聲波的反射和折射反射定律

反射線與入射線在同一垂直平面內(nèi)，且分別位于界面法線的兩側(cè)，入射角與反射角相等，即

（2-85）折射定律折射線與入射線在同一垂直平面內(nèi)，入射角正弦與折射角正弦之比等于兩種媒質(zhì)中的聲速之比，即

（2-86）邊界條件：聲壓連續(xù)；質(zhì)點(diǎn)法向振動(dòng)速度連續(xù)，則有2.斜入射聲波的反射和折射

當(dāng)，則，即折射線靠向法線；當(dāng)，則，即折射線遠(yuǎn)離法線。可見，兩種媒質(zhì)聲速不同，聲波將發(fā)生折射。就是同一種媒質(zhì)，因某種原因引起聲速分布不同，也會(huì)發(fā)生折射。當(dāng)，總有，當(dāng)＝90°，即折射波沿界面?zhèn)鞑?，稱為全反射臨界角。當(dāng)，則90°，無透射波，入射波全部反射回媒質(zhì)I。白天，氣溫隨高度增高而下降，聲速將隨高度增高而降低，聲線向上空彎曲，聲源輻射的噪聲在距離聲源一定距離的地面上掠過，在較遠(yuǎn)處形成聲影區(qū)；夜晚，氣溫隨高度增高而升高，聲速也隨高度增高而增大，聲波傳播方向向地面彎曲。3.溫度及風(fēng)速對(duì)聲傳播的影響

白天夜晚圖2-8溫度對(duì)聲傳播的影響

聲線不能到達(dá)的區(qū)域有風(fēng)時(shí)，聲速應(yīng)疊加上風(fēng)速。風(fēng)速一般隨高度增加而增大順風(fēng)時(shí)，聲速隨高度增加而增大，聲線向地面彎曲；逆風(fēng)時(shí)，聲線向上空彎曲，距聲源一定距離處形成聲影區(qū)。3.溫度及風(fēng)速對(duì)聲傳播的影響圖2-9風(fēng)速對(duì)聲傳播的影響

順風(fēng)逆風(fēng)（三）噪聲在傳播中的衰減

聲波在實(shí)際媒質(zhì)中傳播時(shí)，由于擴(kuò)散、吸收、散射等原因，隨離開聲源的距離增加，聲音逐漸減弱。

1.擴(kuò)散引起的衰減

2.空氣吸收引起的衰減3.其他原因引起的衰減

擴(kuò)散衰減：聲源輻射噪聲時(shí)，聲波傳播，波陣面隨距離增加而增大，聲強(qiáng)隨之減弱的現(xiàn)象。聲波的擴(kuò)散衰減與聲源的形狀有關(guān)。(1)點(diǎn)聲源輻射(2)線聲源輻射(3)矩形面聲源1.擴(kuò)散引起的衰減

對(duì)點(diǎn)聲源輻射的球面波或半球面波的擴(kuò)散衰減，聲壓隨距離衰減的關(guān)系式為(2-87)式中：、——分別為離聲源、處的聲壓級(jí)，dB。(1)點(diǎn)聲源輻射

線聲源輻射的噪聲，一般為道路交通噪聲。設(shè)線聲源長(zhǎng)，聲源到測(cè)點(diǎn)距離為,當(dāng)聲源為無限長(zhǎng)線聲源時(shí)（即≤），有

(2-88)

當(dāng)＞時(shí)，將線聲源視為點(diǎn)聲源，可按式(2-87)計(jì)算。(2)線聲源輻射

矩形面聲源邊長(zhǎng)為a、b，且a＜

b，設(shè)測(cè)點(diǎn)D距聲源中心距離為r0。當(dāng)r0≤a/π，聲源輻射平面波，聲壓級(jí)衰減值為0dB，即距離聲源近時(shí)，聲壓級(jí)不衰減；當(dāng)a/π≤r0<b

/

π

時(shí)，按無限長(zhǎng)線聲源考慮，即應(yīng)用式（2-88）計(jì)算；當(dāng)r0≥b/

π

，按點(diǎn)聲源考慮，用式（2-87）計(jì)算。(3)矩形面聲源

聲波在空氣中傳播衰減的原因

(1)聲能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芸諝鈮嚎s和膨脹，溫度相應(yīng)升高和降低，產(chǎn)生溫度梯度，以熱傳導(dǎo)方式發(fā)生熱交換；空氣中相鄰質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度不同而產(chǎn)生黏滯力。

(2)熱弛豫聲能耗散聲波擾動(dòng)，使空氣分子的平動(dòng)能、轉(zhuǎn)動(dòng)能和振動(dòng)能三種能量平衡破壞，建立新的平衡，聲能被耗散。此過程稱為熱弛豫過程。2.空氣吸收引起的衰減聲波在空氣中傳播的衰減常數(shù)

定義：空氣中聲波傳播1m衰減的分貝數(shù),dB／m。

意義：表示聲波在空氣中的衰減程度。表2-5：大氣中噪聲傳播的衰減聲壓常數(shù)表2-5表明，空氣對(duì)聲波的吸收與空氣的溫度、濕度和聲波的頻率有關(guān)。

2.空氣吸收引起的衰減溫度/℃相對(duì)濕度/%頻率/Hz125250500100020004000301020305070900.00090.00060.00040.00030.00020.00020.00190.00180.00150.00100.00080.00060.00350.00370.00380.00330.00270.00240.00820.00640.00680.00750.00740.00700.0260.0140.0120.0130.0140.0150.0880.0440.0320.0250.0250.026201020305070900.00080.00070.00050.00040.00030.00020.00150.00150.00140.00120.00100.00080.00380.00270.00270.00280.00270.00260.01210.00620.00510.00500.00540.00560.0400.0190.0130.0100.0100.0100.1090.0670.0440.0280.0230.021101020305070900.00070.00