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第十二章,噪声,电磁辐射,放射性与其他污染防治技术,噪声的基本概念,物理学:是声波的频率和强弱变化毫无规律,杂乱无章的声音. 心理学: 人们不需要,使人烦躁的声音 种类: 空气动力性;机械性;电磁性;电声性 噪声污染的特点: 相对性 局部性 时间性 慢性和间接性,噪声对人体的危害,听力损失 干扰语言交流 烦恼 睡眠干扰 对工作效率的影响 对儿童和胎儿的影响 对视力,动物和物质结构的影响,噪声的危害,1、噪声对听力的损伤 长期在强噪声环境下工作,会使内耳听觉组织受到损伤,造成耳聋;慢性的噪声性耳聋 听力损失用500Hz、1000Hz和2000Hz三个频率上听力损失的平均值来表示。 听力正常(听力损失在15dB以内);接近正常(听力损失1525dB);轻度耳聋(听力损失2540dB);中度耳聋(听力损失4065dB);重度耳聋(听力损失65dB以上)。 噪声级在80dB以内,才能保证人们长期工作不发生耳聋。在90dB以下,只能保证80的人工作40年后不会耳聋;85dB仍会有10的人产生噪声性耳聋。 强噪声性耳聋,或爆震性耳聋,噪声的危害,2、噪声对睡眠的干扰 40dB的连续噪声可使10的人睡眠受到影响;70dB的连续噪声可使50的人受到影响; 40dB的突发性噪声可使10的人惊醒,到60dB时,可使70的人惊醒。,3、噪声能诱发疾病 长期暴露在强噪声环境下,会引起人体的紧张反应,使肾上腺素分泌增加,引起心率加快,血压升高; 噪声会引起消化系统的疾病,引起消化不良,诱发胃肠粘膜溃疡; 会引起疲劳、头晕及记忆力衰退,诱发神经衰弱症。,噪声的危害,4、噪声影响语言交谈和通讯联络的干扰 当人们交谈距离为1米时,平均声级为65dB; 当环境噪声级高于语言声级10dB时,谈话声音会被环境噪声完全掩盖; 当噪声级超过90dB时,即使大喊大叫也难以进行正常交谈。,噪声的危害,噪声的危害,5、特强噪声会对仪器设备和建筑结构造成危害 当噪声级超过135dB时,电子仪器的连接部位会出现错动,微调元件发生偏移,使仪器发生故障而失效; 当超过150dB时,仪器的元件可能失效或损坏; 当噪声超过140dB时,轻型建筑物会遭受损伤。,噪声的测量,噪声的物理量度 声强与声强级 声压与声压级 声功率与声功率级 噪声的评价 噪声的测量,噪声的物理量度,(一)声压、声压级、声能量、声强和声功率 1、声压p 当有声波存在时,在媒质中产生的压强的增量。 单位:Pa或br;1Pa10 br。 当声频为1000Hz时,人耳可听声压范围为210-520Pa。 有效声压pe:一段时间内声压的均方根值。由于人耳无法感受声压的起伏,只能感受一个稳定的有效声压。 媒质的声阻抗率Zsp/uc,u为质点速度,c为声速。 声压级,(一)声压、声能量、声强和声功率,2、声能量 由于声扰动,声波在媒质中传播,产生动能和形变的势能。动能和势能之和即为声能量。单位:J 声场:空间中存在声波的区域。 声能密度D:声场中单位体积媒质所含有的声能量,单位:J/m3。 对于自由空间的平面声波:DW/cSI/cp2/c2,(一)声压、声能量、声强和声功率,3、声强I 单位时间内,通过和声波射线垂直的单位面积内的声能量称为声强,即在传播方向上通过单位面积上的声功率。单位:W/m2。 对于自由空间的平面声波和球面波:IW/Spup2/c 声强与离开声源的距离有关:对于自由空间的点声源:I球W/(4r2)对于放在具有反射的地面上的点声源:I球W/(2r2),(一)声压、声能量、声强和声功率,4、声功率W 声功率就是指声源在单位时间内辐射出来的总声能量。单位:W。 对于自由空间的点声源:W球4r2p2/c 对于放在具有反射的地面上的点声源:W半球2r2p2/c,(二)声波的测量单位,1、级的概念 1个量的级是这个量与同类基准值之比的对数,用L表示。 表达式: r10时,级的单位为贝(耳),级表示的量与功率成正比。工程上常用分贝表示级,是贝的十分之一,符号为dB。 re时,级的单位为奈培(Np)。1Np8.686dB,主要声学量的级和基准,(二)声波的测量单位,2、声压级Lp Lp20lg(p/p0) Lp为声压级,单位dB;p为有效声压,Pa;基准声压p02105 Pa。 对于听阈Lp0;对于痛阈Lp120dB。,某些环境下的声压和声压级,(二)声波的测量单位,3、声强级LI LI10lg(I/I0) LI为声强级,单位dB;I为声强,瓦/米2;基准声强I011012瓦/米2 。 LI=10lg(I/I0)=10lg(p2/ p02 )+10lg p02/(I0 c)= LP+10lg400/ c当在1atm,38.9时,空气的c 400Pas/m, LI Lp在一般情况下,空气中的声波LI与 Lp 的值相差0.2dB,故LILp,(二)声波的测量单位,4、声功率级LW LW10lg(W/W0) LW为声功率级,单位dB;W为声功率,瓦;基准声功率W011012瓦。 LW=10lg(W/W0)=10lg(IS/ W0 )=10lg I/10-12+10lgS=LI+10lgSLP+10lgS 对于球面声波,距离声源半径微r,则有: LW= LP+10lg4r2 LP+20lgr11 对于半球面声波,距离声源半径微r,则有: LW= LP+10lg2r2 LP+20lgr8,(三)噪声级的合成,1、噪声级合成是按照能量的叠加规律进行叠加的。 2、声强级:声强与能量成正比。总声强等于各声强之和。 假设有n个噪声源同时存在,声强与声强级分别为I1、 I2、 In和L1、 L2、 Ln。则: L110lg I1/I0, L210lg I2/I0 , Ln10lg In/I0 。 I1/I010 0.1L1, I2/I010 0.1L2, In/I010 0.1Ln 。 所以,总声强级L10lg (I1/I0 I2/I0 In/I0 )10lg( 10 0.1L110 0.1L2 10 0.1Ln ),(三)噪声级的合成,3、声压级:能量与声压的平方成正比。总声压的平方等于各声压排放之和。 假设有n个噪声源同时存在,声压与声压级分别为p1、 p2、 pn和L1、 L2、 Ln。则: Lp120lg p1/p0, Lp220lg p2/p0, ,Lpn20lg pn/p0 。 (p1/p0)210 0.1Lp1, (p1/p0)2 10 0.1Lp2, , (p1/p0)210 0.1Lpn 。 所以,总声压级Lp10lg( 10 0.1L110 0.1L2 10 0.1Ln ),(三)噪声级的合成,4、n个相同噪声级合成的总噪声级 L10lg( 10 0.1L110 0.1L2 10 0.1Ln )10lg(n 10 0.1L1 )L110lgn 当n2时, LL110lg2 L13 即表示两个相同的声压级相加,能量增加一倍,声级增加3dB。,(三)噪声级的合成,5、不同噪声级的合成 假设存在两个噪声源,声压级分别为L1、L2,且L1L2 ,则有: LL110lg( 10 0.1L110 0.1L2) L1 10lg 10 0.1L1 10 0.1L2)/ 10 0.1L1 10lg 1+ 10 0.1(L1-L2 ) 设噪声合成的附加值L 10lg 1+ 10 0.1(L1-L2 ),则 LL1 L 其中L可查表,根据表可知,当L1-L26dB时, L1dB,所以当两个声源中的一个噪声级超出另一个噪声级68dB,则较弱的噪声可以忽略不计。,噪声的频谱,(一)噪声分析的基本知识 声音的频率就是声源振动的频率; 人耳听到的声音有的低沉,有的尖锐主要是声音的音调的高低引起的,而音调是人耳对声源振动频率的主观感受。 声音可按频率分为:次声(20000Hz); 噪声控制主要研究可听声,可听声可分为:低频声(2000Hz)。 人们在生活中听到的声音是不同频率、强度的纯音复合而成的。,噪声评价,(一)人耳的听觉特性与A声级 1、人耳的听觉特性 不同频率的声音,即使声压级相同,人耳感觉的响亮程度不同,如同样60dB, 100Hz 和1000Hz的两种声音,1000Hz的声音人耳听起来响一些,而要100Hz的声音听起来与1000Hz,60dB的声音一样响,声压级要达到67dB; 人耳对10005000Hz的声音最敏感。 人耳的听觉系统具有滤波的功能“酒会效应”,即人耳能在有其他噪声存在的环境下听出某些频率的声音。,(一)人耳的听觉特性与A声级,2、响度 响度是人耳判别声音由轻到响的强度等级概念,是描述声音大小 的主观感觉量。 不仅取决于声音的强度(如声压级),还与它的频率及波形有关。 响度 的单位是宋(sone),符号是“N”。 1宋的定义为声压级为40dB,频率为1000Hz,且来自听者正前方的平面行波的强度。如果另一个声音听起来比这个大n倍,即声音的响度为n宋。,(一)人耳的听觉特性与A声级,2、响度级 响度级是用来定量地确定声音的轻或响的程度的参数; 响度级是建立在两个声音的主观比较上的。定义1000Hz纯音声压级的分贝值为响 度级的数值,任何其它频率的声音,当调节1000Hz纯音的强度使之与这声音一样响时,该1000Hz纯音的声压级分贝数定义为这一声音的响度级。 响度级的单位是方(phon),符号是“LN”。 响度与响度级的关系:声压级每增加10方,响度值加倍 N2(LN-40)/10 或 LN4033.3lgN 等响曲线:对各频率进行试听分析,达到同样响度级时,频率与声压级的关系曲线。,(一)人耳的听觉特性与A声级,3、A声级 由等响曲线可以看出,人耳能听到的最小的声音与频率有关,频率低,人耳的灵敏度差;频率高,人耳灵敏度好。 如果有一台机器发出的噪声,含有从低到高频声,其噪声一进人耳就失真了,或被滤去了一部分低频成分,也可以说被人耳计权了。 由于人耳的听觉无法测定声音的频率成分和相应的强度,只能利用测量仪器声级计来测定,为了模拟人耳的听觉特性,在声级计中安装了一个滤波器使它对频率的判别与人耳相似,这个滤波器称为A计权网络,该声级计称为A声级计。 当声音信号进入A网络,中、低频声音按比例衰减通过,1000Hz声音无衰减通过。通过A声级计测定的声压级称为A声级,记做dBA或dB(A)。,(一)人耳的听觉特性与A声级,4、B、C、D声级 A、B和C计权声级的主要差别在于对低频成分的衰减程 度,A衰减最多,B其次,C最少。 A计权声级是模拟人耳 对55分贝以下低强度噪声的频率特性;B计权声级是模拟55分贝到85分贝的中等强度噪声的频率特性;C计权声级是模拟高强度噪声的频率特性;D计权声级是对噪声参量的 模拟,专用于飞机噪声的测量。 A计权声级表征人耳主观听觉较好,故实 际中较常采用A计权声级。,(二)等效连续声级(Leq),A计权声级能较好评价连续稳态 噪声,但对一个起伏的或不连续的噪声,A计权声级就不合适 了。 用噪声能量按时间平均方法来评价噪声对人影响,即等效连续声级,符号“Leq”。它是用一个相同时问内声能与之相等的连续稳定的A声级来表示该段时间内噪 声的大小。 数学表达式:,(二)等效连续声级(Leq),如果测量是在同样的采样时间间隔,则表达式变为:昼夜等效声级Ldn注:昼间为07:0022:00,共16小时;夜间为22:007:00,共8小时,考虑夜间噪声对人们的影响更大,对夜间的噪声A声级加10dB进行修正。,(三)累计百分数声级Ln,连续等效声级反映了噪声对人体的影响,但是未能反映噪声的起伏程度;因而采用累计百分数声级来评价噪声。 累计百分数声级Ln表示在测量时间内高于Ln声级所占的时间为n。例如L1070dB,表示声级高于70dB的时间占10,其余90的时间内噪声级均低于70dB。 通常, L90表示本底噪声, L50表示中值噪声级, L10表示噪声峰值。 累计百分数声级一般只用于有较好正态分布的噪声评价,当符合正态分布时,其与等效声级的关系为: LeqL50(L10L90)2/60,
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