噪声的量评价和控制标准.pptx
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1、1 声音的产生和传播o1.1 声音的产生o1.2 声音的传播1.1 声音的产生?物体的振动是产生声音的根源。声源:我们把产生声音的振动物体称作声源。声源的振动声源的振动弹性媒介弹性媒介振动振动声波声波空气、固体、空气、固体、液体液体1.2 声音的传播 声波:向前推进着的空气振动。声场:有声波传播的空间叫声场。声音传播的实质:声音传播是指物体振动形式的传播。空气空气 纵波纵波声波声波 固体、液体固体、液体 纵波、横波纵波、横波弹性媒介弹性媒介声波的传播类型声波的传播类型 o纵波波形特点:各质点的振动方向与波的传播方向相纵波波形特点:各质点的振动方向与波的传播方向相互平行的波疏互平行的波疏(疏部疏
2、部)密密(密部密部)相间相间o横波:质点的振动方向跟波的传播方向垂直的波波形横横波:质点的振动方向跟波的传播方向垂直的波波形横波波形特点:凹凸相间波波形特点:凹凸相间o波传递特点:质点不随波而迁移 波传递振动形式 波是能量传递的一种形式 2 声波的描述 o2.1 描述声波的基本物理量o2.2 声音的物理量度o2.3 声波的类型声波的类型2.1 描述声波的基本物理量波长波长 =c/f 米米 (m)周期周期 T 秒秒 (s)频率频率 f=1/T 赫兹赫兹 (Hz)声速声速 c 米每秒(米每秒(m/s)空气中空气中 c=331.45+0.61t 340 m/s2.1 描述声波的基本物理量1.1.周期
3、:质点振动每往复一次所需要的时间,单位为秒(s)。2 2.声波频率:一秒钟内媒质质点振动的次数,单位为赫兹(Hz)。频率范围(Hz)20000声音次2000超低频声 中频声 高频定义声音频声声2.1 描述声波的基本物理量3.波长:声波两个相邻密部或两个相邻疏部之间的距离叫做波长,或者说声源每振动一次,声波的传播距离。3.波长:2.1 描述声波的基本物理量媒质名称空气水混凝土玻璃铁铅软木硬木声速3441372304836535182121933534267表 21.1 时声速近似值(m/s)4.声速:声音在媒质中传播的速度。在一定的媒质中,声速会随环境的温度有一些微小变化。c=331.45+0.
4、61t。通常取常数通常取常数340 m/s。媒质中的声速取决于该媒质的弹性和密度,是媒质特性的函数。o(一)、声功率、声强和声压(p10)o(二)、分贝、声功率级、声强级和声压级o(三)、噪声的叠加和相减o(四)、频谱和频程2.2 声波的物理量度声波的物理量度1.声功率(声功率(W)声功率是指单位时间内,声源辐射出来的总声能。在噪声监测中,声功率是指声源总声功率,单位为W。声功率可用于鉴定各种声源。(一)、声功率、声强和声压通用语言与若干乐器输出声功率值 声源峰值功率男生会话210-3女生会话410-3单簧管510-2低音提琴1610-2钢琴2710-2管乐器3110-237in36in的低音
5、鼓25.075件乐器的交响乐701002.声强(声强(I)声强是指单位时间内,声波通过垂直于声波传播方向单位面积的声能量,单位为W/s2。声功率与声强的关系球面辐射时:波阵面面积 3.声压(声压(p)声压是由于声波的存在而引起的压力增值。声波是空气分子有指向、有节律的运动。声压单位为Pa。静态压强声音种类声压声音种类声压正常人耳能听到最弱声2X10-5织布车间2普通说话声(1m远处)2X10-2柴油发动机、球磨机20公共汽车内0.2喷气飞机起飞200a.日常生活中声音的声压数据(Pa)特性阻抗声压与声强的关系介质密度声波在该介质中的传播速度(二)、声功率级、声强级和声压级 1.1.级的概念级的
6、概念 首先选定基准量(或参考量),对被量度量和基准量之比取对数,该对数值称为被量度量的“级”,它代表被量度量比基准量高出多少“级”。思考:为什么要引入级?贝尔贝尔是指两个相同的物理量(如A1和A0)之比取以10为底的对数。由于贝尔是一个相当大的单位,为了方便起见,又将其分成10个小单位,此小单位称为分贝此小单位称为分贝(decibel,dB)。分贝分贝是指两个相同的物理量(如A1和A0)之比取以10为底的对数并乘以10(或20)。是噪声测量中很重要的参量。声功率级常用LW表示,定义为:该声音的声功率与参考声功率的比值取以10为底的对数再乘10,即:式中:LW声功率级,dB;W声功率,W;W0基
7、准声功率,为10-12W。2.2.声功率级声功率级 声强级常用LI表示,定义为:该声音的声强与参考声强的比值取以10为底的对数再乘10,即:式中:LI声强级,dB;I声强,W/m2;I0基准声强,在空气中取10-12W/m2。3.3.声强级声强级4.4.声压级声压级声压级常用Lp表示,定义为:该声音的声压与参考声压的比值取以10为底的对数再乘20,即:式中:Lp声压级,dB;单位:分贝 p声压,Pa;p0基准声压。在空气中规定p0为2105Pa,该值是正常青年人耳朵刚能听到的1000Hz纯音的声压值。例题例题 计算在公共汽车内和飞机强力发动机旁的声压级。计算在公共汽车内和飞机强力发动机旁的声压
8、级。已知:公共汽车内的声压为已知:公共汽车内的声压为0.2Pa0.2Pa,飞机强力发动机,飞机强力发动机旁的声压为旁的声压为200Pa200Pa。解:解:Lp=20lg p/p0 Lp1=20lg(0.2/210-5)=80(dB)(公共汽车内的声压级)(公共汽车内的声压级)Lp2=20lg(200/210-5)=140(dB)(飞机强力发动机旁的声压级)(飞机强力发动机旁的声压级)声功率级和声强级的关系:声压级和声强级的关系:三者之间的关系:三者之间的关系:物理量物理量 符号符号 单位单位 级级 之间的关系之间的关系 声压声压 p Pa 声强声强 I w/m2 声功率声功率 w w(三)、噪
9、声的叠加和相减(三)、噪声的叠加和相减 1.1.噪声的叠加噪声的叠加 声能量是可以代数相加的,(1)(1)声功率声功率(级级)和声强和声强(级级)的叠加的叠加 W总=W1+W2;LW总=LW1+LW2 I总=I1+I2。LI总=LI1+LI2 物理量物理量的加减的加减(2)(2)声压(级)能不能直接相加?声压级叠加公式:当n个声源发生干涉时:声压叠加公式:o例1:在某点测得几个噪声源单独存在时的声压级分别为84dB、87 dB、90 dB、95 dB、96 dB、91 dB、85 dB、80 dB,求这几个噪声源同时存在时该点的总声压级是多少?o解:由o 声压级的叠加方法一:利用公式计算o例2
10、:有一声源,在某一点测得各中心频率的声压级如下,求该点的总声压级?o解:由 得当n个声源声压级相等时:o 例:有7台机器工作时,每台在某测点处的声压级都是92dB,求该点的总声压级。o 解:根据式有o Lp(92+101g7)dB100.5dB声压级的叠加方法二:利用图表计算:图图 两噪声源的叠加曲线两噪声源的叠加曲线Lp1Lp2/dBLp/dB 例 两声源作用于某一点得声压级分别为Lp1=96 dB,Lp2=93 dB,由于Lp1Lp2=3 dB,查曲线得Lp=1.8 dB,因此Lp总96 dB+1.8 dB97.8 dB。例如,有8个声源作用于一点,声压级分别为 70、75、82、90、9
11、3、95、100dB,它们合成的总声压级可以任意次序查图,两两叠加而得。任选两种叠加次序如下:掌握了两个声源的叠加,就可以推广到多声源的叠加,只需逐次两两叠加即可,而与叠加次序无关。例题:某车间有例题:某车间有5台机器,在某位置测得这台机器,在某位置测得这5台机器的台机器的声压级分别为声压级分别为95、92、90、86、80dB,试求这,试求这5台机台机器在这一位置的总声压级是多少?器在这一位置的总声压级是多少?解解:L1 L2=95 92=3 dB L=1.8 dB LC1=95+1.8=96.8 dB L1 L2=96.8 90=6.8dB 7dB L=0.8 dB Lc2=96.8+0.
12、8=97.6 dB L1 L2=97.6 86=11.6 dB 12dB L=0.3 dB Lc3=97.6+0.3=97.9 dB L1 L2=97.9 80=17.9 dB L 0 所以:所以:Lc=97.9 dB2.噪声的相减仪器测的噪声声源真实噪声背景噪声o背景噪声:是指声源停止发声后、环境的声压级大小。所以在背景噪声的环境里,被测对象的声压级是不能直接测出的,只能出仪器测到的合成声压级减去背景噪声得到。求噪声级差应按照能量相减的原则。2.噪声的相减:o例1 两台机器工作时,在某点测得声压级为80 dB,其中一台停止工作后,在该点测得的声压级为76dB,求停止工作的机器时在该点的声压级
13、。o解:已知Lp80dB,LpB=76dB.由式得:=77.8图图 背景噪声修正曲线背景噪声修正曲线LpLp1/dBLp/dB利用图表计算:2.噪声的相减噪声的相减 例为测定某车间中一台机器的噪声大小,从声级计上测得声级为104 dB,当机器停止工作,测得背景噪声为100dB,求该机器噪声的实际大小。解:由题可知104dB是指机器噪声和背景噪声之和(Lp),而背景噪声是100 dB(Lp1)。LpLp1=4 dB,从图中可查得相应Lp2.2 dB,因此该机器的实际噪声噪级Lp2=Lp-Lp=101.8 dB。(四).频程和频谱:频率范围(Hz)20000声音次2000超低频声 中频声 高频定义
14、声音频声声1.实际生活中的声音很少是单个频率的纯音,一般多是由多个频率组合而成的复合声。声音的高低不同,可以说它音调不同。2.音调音调是入耳对声音的主观感受,客观上决定于声源振动频率,频率频率是描述声音特性的主要参数之一,要控制噪声必须要研究声音频率的分布情况。3.在噪声控制中,研究的噪声主要是可听声,可听声的频率是从20Hz到20000Hz,其变化范围达1000倍,如果将机器所发出噪声的每一个频率及其对应的声压(或声压级等)都一一分析出来,虽然技术上还可办得到,但个方便也不实用。为此引入频程或频带。(四).频程和频谱:4.频程:为方便起见,通常将宽广的音频变化范围划分为若干个较小的频段,称为
15、频段或频程。带宽倍频程(n1)和13倍频程(n=13)的带宽分别为:线谱:线谱:是由一些离散频率的声音组成,在频谱图是一系列不连续的竖直线段,一些乐器发出的声音属于线状谱乐器发出的声音属于线状谱;(周期振动的声源)连续谱:连续谱:一定频率范围内含有连续频率成分的谱,在频谱图中是一条连续的曲线,大部分噪声都是连续谱大部分噪声都是连续谱;混合谱混合谱(复合谱)是连续频率成分和离散频率成分组成。在噪声控制中频谱图中声压级比较突出的部分及其所对应的频率是重点控制目标重点控制目标。5.频谱图:以频率为横轴,以声压为纵轴,绘出的图叫声音的频谱图。常见噪声的频谱图小结:o主要介绍声波的描述(噪声的基础)要掌
16、握的内容:声压(级)、声功率(级)和声强(级)的概念和相互关系。噪声的叠加和相减的计算方法。2.3 声波的类型o波阵面:是指空间同一时刻相位相同的各点的轨迹曲线。根据波振面的形状波振面的形状可将声波分为不同的类型。o声线:常称为声射线,就是子声源发出的代表能能量传播方向量传播方向的直线,在各向同性的媒质中,声线是代表波的传播方向且处处与波阵面垂直的直线。2.3 声波的类型1.平面声波:声波的波阵面是垂直于传播方向的一系列平面时,称其为平面声波。(理想声波)1.平面声波:声线:相互平行的一系列直线。2.球面声波:与声音传播方向垂直的波阵面成球形的声波。o以点声源点声源为球心,以任何r值为半径的球
17、面上声波的相位相同。o点声源:取决于声源的尺度声源的尺度与声波波长的相声波波长的相对尺度对尺度,当声源的尺度比它所辐射的声波波长小得多时。所以往往一个尺度较大的声源在低频时可按点声源考虑,中高频不可以。2.球面声波:声线:是由点声源发出的半径线。波阵面:是以任何值为半径的球面。3.柱面声波:波阵面为同轴圆柱面的声波称为柱面声波。设想在无限均匀媒质里有一无限长的均匀线声源,它所产生的波就是理想的柱面声波。在柱面声波中在柱面声波中,声压振幅沿轴向分布轴向分布是均匀的;沿沿径向径向与距轴距离的平方根成反比。其径向声强与离轴的距离的一次方成反比。交通繁忙的公路上,汽车往往连成一条线行驶,这些汽车可认为
18、是线声源,所辐射的噪声就是柱面波。2.3声波的类型 声波的类型类型波阵面声线声源类型平面声波垂直于传播方向的平面相互平行的直线 平面声源球面声波以任何值为半径的球面由声源发出的半径线 点声源柱面声波同轴圆柱面线声源发出的半径向线 线声源3 噪声的评价o噪声评价的目的:o为了有效地提出适合于人们对噪声反应的主观评价量。由于噪声变化特性的差异以及人们对噪声主观反应的复杂性,使得对噪声的评价较为复杂。噪声的评价量噪声的评价量的建立原则:不同频率的声音对人的影响不同;噪声涨落对人的影响存在差异,(涨落大的噪声及脉冲噪声比稳态噪声更能引起人的烦恼)噪声出现的时间不同对人的影响不同;同样的声音对不同心理和
19、生理特征的人群反应不同;。噪声的评价量评价量的分类:o从评价量的使用频率上有主、次之分;o从评价量的使用范围上,从评价量的使用范围上,有一般城市公共噪声评价、道路交通噪声评价、航空噪声评价等;o从评价的噪声特征分类从评价的噪声特征分类,有的重点在噪声频谱,有的在噪声涨落程度,暴露时间等方面:如总声压级、计权声级、响度级等是与噪声频谱直接相关的;累积百分数声级、交通噪声指数等是与噪声涨落程度直接相关的量。3 噪声的评价量o3.1 响度和响度级o3.2 计权声级o3.3 等效连续A声级o3.4 昼夜等效声级o3.5 累积百分数声级o3.6 与烦恼程度有关的评价量o3.7 反映噪声对语言交流干扰程度
20、的量o3.8 针对室内噪声的评价量o3.9 噪声冲击指数o3.10 噪声的掩蔽作用o人能听见频率范围为20 Hz20kHz;在声压方面人耳的可听范围大致为2x10-520Pa,其上下限分别称为可听阈可听阈和痛阈痛阈。试验和调查表明,人耳对强度相同而频率不同的声音有不同的响度感觉,即对于相同声压级但频率不同的声音,人耳听起来是不一样响的。o同样是60dB的两种声音,但一个频率为100Hz,而另一个为1000Hz,人耳听起来1000Hz要比100Hz的声音响。要使频率为100Hz的声音听起来和频率为1000Hz、60dB声音同样响,则其声压级要达到67dB。3.1 响度和响度级1.纯音的响度和响度
21、级oa.响度级:当某一频率的纯音与1000Hz的纯音听起来同样响时,这时1000Hz纯音的声压级就定义为该声音的响度级。响度级的符号为LN,单位为方(phon)。ob.响度:响度:是用来描述声音大小的主观感觉量。响度是与主观感觉成正比的参量,符号为N,单位是“宋”(sone)。正常听者判断一个声音比响度级为40 phon参考声强响的倍数,规定响度级为40 phon时响度为1sone。比1sone响几倍就是几sone。o响度N和响度级LN的关系:根据大量实验得到,响度级每改变10方,响度加倍或减半。o或o响度级的合成不能直接相加,而响度可以相加。例例1:两个不同频率而都具有:两个不同频率而都具有
22、60方的声音合成,响度级方的声音合成,响度级为多少?为多少?解:解:LN=60(方),(方),N=4(宋)(宋)响度合成响度合成 4+4=8(宋),(宋),N=8,LN=40+33lg8=70(方)(方)图1.5 等响曲线c.等响曲线等响曲线:对各个频率的声音作试听比较,得到达到同样响度的频率与声压级的关系曲线,通常称为等响曲线。从等响曲线上可以看出以下内容:o由等响曲线可以得出各个频率的声音在不同的声压级时,人们主观感觉出的响度级是多少。o声压级小和频率低的声音,其声压级与响度级之值相差也越大。例如50dB声压级、60Hz的响度级为25Phon,500Hz时则为54phon,1000Hz时为
23、50Phon。o等响曲线反映了人耳对高频声敏感的特性,特别对于3000一4000Hz的声音特别灵敏。o在高声压级时,曲线较为平坦。d.复音的响度和响度级(斯蒂文斯响度)o大多数实际声源产生的声波是宽频带的噪声。o纯音的响度和响度级忽视了复音各个频率间的掩蔽效应。o一般在噪声强度较大的频带附近,对于比其频率高的频带产生的掩蔽要比低频带的作用大的多。o噪声掩蔽:由于噪声的存在,降低了人耳对另外一种声音听觉的灵敏度,使听阈发生迁移的现象。掩蔽值:听阈提高的分贝数。4.斯蒂文斯响度斯蒂文斯响度对宽频带的噪声考虑了计权因素:响度指数最大的频带贡献最大,而其他频带由于最大响度指数频带声音的掩蔽效应,他们对
24、总响度的贡献应乘上一个小于1的修正因子。频带与修正因子的关系频带宽度倍频带1/2倍频带1/3倍频带修正因子F0.300.200.15图图1.6 斯蒂文斯响度指数曲线斯蒂文斯响度指数曲线斯蒂文斯响度计算方法:斯蒂文斯响度计算方法:测出频带声压级;从图上查出各频带声压级应的响度指数;取其中最大值,将其从响度指数总和中扣除,乘以频带修正因子F,最后与最大值相加即得响度指数;3.2 计权声级由等响曲线可以看出,人耳对于不同频率的声波反应的敏感程度是不一样的。人耳对于高频声音,特别是频率在1000-5000Hz 之间的声音比较敏感;而对于低频声音,特别是对100Hz 以下的声音不敏感。即声压级相同的声音
25、会因为频率的不同而产生不一样的主观感觉。为了使声音的客观量度和人耳的听觉主观感受近似取得一致,通常对不同频率声音的声压级经某一特定的加权修正后,再叠加计算可得到噪声总的声压级,此声压级称为计权声级。3.2 计权声级o1.计权声级计权声级:通常对不同频率声音的声压级经某一特定的加权修正后,再叠加计算可得到噪声的总声压级,此声压级称为计权声级。其中A计权网络相当于40phon等响曲线的倒置;B计权网络相当于70phon等响曲线的倒置,C计权网络相当于100phon曲线的倒置。其中,B、C计权已较少被采用,D计权网络常用于航空噪声的测量。o2.计权网络计权网络:是近似以人耳对纯音的响度即频率特性而设
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