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噪聲與振動(dòng)污染控制工程基礎(chǔ)

1.1 噪聲與振動(dòng)的計(jì)量和評(píng)價(jià)

一、噪聲和振動(dòng)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(dòng)，聲音的產(chǎn)生和傳播都離不開(kāi)介質(zhì)的力學(xué)振動(dòng)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(chēng)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，也就必須具備振動(dòng)基本知識(shí)。

振動(dòng)是聲音的來(lái)源。噪聲是聲音的一種，判斷一個(gè)聲音是否屬于噪聲，主觀因素起決定性作用。生理學(xué)將對(duì)人體有害或人們不需要的聲音稱(chēng)為噪聲。物理學(xué)將和諧的聲音叫做樂(lè)音，不和諧的聲音稱(chēng)為噪聲。噪聲是各種不同頻率和不同強(qiáng)度聲音無(wú)規(guī)則的雜亂組合，給人煩躁的感覺(jué);噪聲的波形曲線(xiàn)通常是無(wú)規(guī)則的。

1、聲源：凡是能發(fā)出聲音的振動(dòng)體，都可以稱(chēng)為聲源。聲音是由于聲源的振動(dòng)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(dòng)可引起介質(zhì)密度的改變，這種介質(zhì)密度變化由近及遠(yuǎn)的傳播過(guò)程即為聲波。聲波產(chǎn)生和傳播見(jiàn)332頁(yè)圖。聲波產(chǎn)生的條件是聲源(機(jī)械振動(dòng)的物體)和彈性媒質(zhì)。聲波可分為橫波和縱波。聲音的傳播是物體振動(dòng)狀態(tài)的傳播過(guò)程，即傳播的是狀態(tài)和能量，不是媒質(zhì)本身。

3、聲場(chǎng)：由聲波存在的媒質(zhì)區(qū)域稱(chēng)為聲場(chǎng)?？梢苑譃樽杂陕晥?chǎng)、混響聲場(chǎng)、擴(kuò)散聲場(chǎng)、遠(yuǎn)場(chǎng)和近場(chǎng)等。

自由聲場(chǎng)：無(wú)反射聲存在的聲場(chǎng)，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(chǎng)，或者做了強(qiáng)吸聲的消聲室內(nèi)的聲場(chǎng)。

混響聲場(chǎng)：在比較大的建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)，各壁面存在多次強(qiáng)反射所形成的、以反射聲為主的聲場(chǎng)，稱(chēng)為混響聲場(chǎng)。

擴(kuò)散聲場(chǎng)：聲能密度分布均勻，反射的傳播方向?yàn)闊o(wú)規(guī)律分布的聲場(chǎng)，稱(chēng)為擴(kuò)散聲場(chǎng)?；祉懧曉綇?qiáng)烈的聲場(chǎng)越接近擴(kuò)散聲場(chǎng)。

遠(yuǎn)場(chǎng)：指自由聲場(chǎng)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(chǎng)內(nèi)的媒質(zhì)瞬時(shí)質(zhì)點(diǎn)速度與聲壓的相位一致。

近場(chǎng)：遠(yuǎn)場(chǎng)之內(nèi)的區(qū)域?yàn)榻鼒?chǎng)。近場(chǎng)內(nèi)媒質(zhì)瞬時(shí)質(zhì)點(diǎn)速度與聲壓的相位不相同。

4、頻率( )：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)媒質(zhì)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的次數(shù)，單位為Hz。

周期( )：質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)每往復(fù)一次所需的時(shí)間稱(chēng)為周期。單位s。 聲音的頻段范圍劃分見(jiàn)333頁(yè)表5-1-1。

5、波長(zhǎng)( )：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(chēng)為波長(zhǎng)。波長(zhǎng)也是質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)經(jīng)過(guò)一個(gè)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(lèi)有關(guān)。聲速表見(jiàn)334頁(yè)。

7、聲壓：空氣受到擾動(dòng)時(shí)，空氣壓強(qiáng)就在大氣壓強(qiáng) 附近做迅速起伏變化的波動(dòng)，并改變?yōu)?，將聲擾動(dòng)產(chǎn)生的逾量壓強(qiáng) 稱(chēng)為聲壓。聲壓一般是時(shí)間和空間的函數(shù)。分為瞬時(shí)聲壓和有效聲壓。單位 1Pa=1N/m2,微巴( )，1微巴=0.1Pa。

一定時(shí)間間隔內(nèi)瞬時(shí)聲壓對(duì)時(shí)間的均方根值稱(chēng)為有效聲壓。 人耳對(duì)頻率為1000Hz聲音的可聽(tīng)閾(即人耳剛剛能察覺(jué)到聲音的存在)約為 Pa;剛剛使人耳產(chǎn)生疼痛感覺(jué)的聲壓(痛閾聲壓)約為20Pa。

8、頻帶：把寬廣的聲音頻率變化范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(gè)頻率又稱(chēng)截至頻率)和中心頻率 ，上、下限頻率之間的頻率范圍稱(chēng)為頻帶寬度，又稱(chēng)帶寬。

倍頻帶(倍頻程)：如果兩個(gè)頻率相差一倍，稱(chēng)這兩個(gè)頻率之間相差一個(gè)倍頻帶，即這兩個(gè)頻率之比為21，或 ;相差3個(gè)倍頻帶意味著兩個(gè)頻率之比為23，依此類(lèi)推，相差n個(gè)倍頻帶就意味著兩個(gè)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(cè)量中，通用的倍頻帶有n=1時(shí)的1/1倍頻帶，簡(jiǎn)稱(chēng)倍頻帶;有n=1/2時(shí)的1/2倍頻帶，有n=1/3時(shí)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(jiàn)337頁(yè)表。

9、聲功率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)聲源輻射出來(lái)的總聲能量稱(chēng)為聲功率。瞬時(shí)聲功率 ，它的平均聲功率為： 。

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。

10、振動(dòng)的位移、速度和加速度

設(shè)在一簡(jiǎn)諧振動(dòng)中，A為振動(dòng)的振幅， 為角頻率， 為時(shí)間，則可將振動(dòng)的位移表為 、速度表為 、加速度表為 。

振動(dòng)位移在研究機(jī)械結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和變形時(shí)有意義;加速度在研究機(jī)械疲勞、沖擊和評(píng)價(jià)振動(dòng)對(duì)人的影響時(shí)有重要意義;振動(dòng)速度和結(jié)構(gòu)輻射噪聲大小有關(guān)聯(lián)。

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