物理性污染与控制工程笔记整理2Word文档下载推荐.docx
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城市噪声控制
Ø
行政性措施
规划性措施
A,居住区规划噪声控制:
道路网规划\居住区人口控制，人口密度与城市噪声间的关系:
B,道路交通噪声控制:
推广低噪声车辆\道路设计\合理城市规划
C,城市绿地降噪
7.2吸声技术
⏹7.2.1.吸声系数
通过吸声材料或吸声结构技术来降低噪声,是室内噪声控制常用技术。
吸声系数（α）:
材料吸收的声能与入射到材料上的总声能之比，一般材料α值介于0—1之间。
材料的实际吸声量A=αS
✓值越大表示材料的吸声性能越好；
✓同一材料,对于不同频率的声音,具有不同的吸声系数，常用对不频带的平均吸声系数来表示某一材料的吸声系数；
✓材料的吸声系数反映的是单位面积的吸声能力
吸声系数的测定
混响室法：
使用不频率的声波以等概率从各角度射入材料表面，然后根据混响室放进吸声材料前后的混响时间的变化来计算材料的吸声系数。
混响时间：
当室内声场达到稳态，声源停止发声后，声压级降低60dB所需要的时间称为混响时间，记作T60或RT，单位是秒（s）。
T是混响时间，V是房间体积，S是房间墙面的总表面积，α是房间表面的平均吸声系数。
由公式可以看出，房间体积越大混响时间越长；
混响时间越短，平均吸声系数越大。
驻波管法：
利用在管中平面波入射波和反射波形成极大声压和极小声压推导出吸声系数如下所示，其中n为大小声压之比。
⏹7.2.2.多孔吸声材料
材料表面、内部多孔，孔与孔相连，并与大气相通，具有一定的通气性能。
其吸声特性是对高频声吸收效果好，而对低频声效果差。
吸声原理：
声波在材料内孔间传播引起空气运动，空气的黏滞性产生黏滞阻力使声能轮化为热能。
声波的传播过程实质就是交替压缩空气的过程，空气与材料间不断发生热交换，结果也会使声能转化为热能。
材料吸声性能影响因素：
①材料的流阻，当流阻与空气的特性阻抗接近时，吸声效果最好；
②材料的孔隙率；
③材料的结构因子，对低频声影响较大；
④材料的厚度，对低频吸声系数显著地增加，但高频变化不大受房间环境影响，5厘米左右为宜；
⑤材料的容重容重增加，中低频吸声系数亦增加；
但当容重增加到一定程度时，材料变得密实，流阻大于最佳流阻，吸声系数反而下降。
等。
⑥高温、高湿会影响材料的吸声性能。
⏹多孔吸声材料的吸声设计
吸声板设计：
由多孔吸声材料和与穿孔板组成，多孔板起固定作用，美观、实用。
空间吸声体：
有多种形态，以球形（体积与表面积之比最大）效果最好。
吸声体安装原则：
①吸声体面积与室内所需降噪面积比取40%左右，可达到整个平顶都粘吸声材料时的效果。
②分散悬挂，不妨光照，做到美观大方。
吸声尖劈：
是一种用于消声室的特殊吸声结构。
通常可分为尖部和基部两部分。
安装时在尖壁和壁面之间留有空气层。
其结构是用直径3.2-3.5mm的钢丝制成一定形状和尺寸的骨架，外面套上玻纤布、塑料窗纱等罩面材料，里面装以多孔材料，如玻璃棉毡、玻璃纤维、矿渣棉、泡沫塑料等。
⏹7.2.3.结构吸声
声能量能使物体振动变为能量消耗掉。
因此振动结构或物体都能消耗声能从而达到降噪的结果。
①薄板（膜）共振吸声结构：
因薄板共振的固有频率比较低，能有效吸收低频音。
其频计算如下：
②穿孔板共振吸声结构：
穿孔中的空气柱受声波激发而共振，由于磨擦和阻尼作用消耗声能。
穿孔排列以正方形和三角形两种，穿孔率以小于20%为宜.频率计算如下式：
③微穿孔板共振吸声结构：
孔径小于1毫米的金属板，板薄，孔小，结构简单，加工方便。
适合高温、高速、潮湿及清洁卫生环境下使用
⏹7.2.4室内吸声降噪
室内声场：
直达声场——从声源直接到受声点的直达声形成的声场
混响声场——经壁面反射（一次或多次）后到达受声点的反射声形成的声场
扩散声场：
房间内声能密度处处相同，而且在任一受声点上，声波在各个传播方向
作无规则分布的声场。
⏹房间声场某点的噪声级（直达声和反射声加和）：
直达声压级：
反射声压级：
房间总声压级：
Lp某接受点声压级,dB；
Lw噪声源功率级,dB;
（Q/4r2）直达声场的作用；
接受点与声源的距离,m；
Q声源的指向特性（见表1-32）；
（4/R）混响声场的作用；
R房间常数，可根据房间面积及材料平均消声系数求得。
⏹混响半径
由上式可知，房间内的声压级由接受点到声源的距离r和房间常数R决定。
当接受点到声源很近时：
>
>
4/R,室内以直达声为主，混响声可忽略；
当
<
4/R，室内以混响声为主，直达声可忽略；
而接受点距离声源很远时
4/R，亦可忽略直达声，这时声压级Lp与距离无关；
当
=4/R，直达声和混响声能密度相等，这时的距离称为临界半径（rc=
），当Q=1时为混响半径。
⏹7.2.5室内声场的混合和衰减
声源向室内辐射，声在波在室内多次射，最终达稳态。
在达到稳态时，停止发声，直达声消失，反射声将继续，因而声能不会立即消失，会逐渐衰减至零，此过程为混响过程（通常为1-2秒）。
混响时间是表征房间混响声学特性的物理量。
通常用声压级衰减60分贝所需的时间（T60）来表示。
空气衰减常数m与湿度和声波的频率有关，随频率的升向而增大，低于2000Hz的声音可以忽略。
当室内音频率低于2000时。
且平均吸声系数小于0.2时，
⏹7.2.6吸声降噪量的计算
设R1和R2分别为室内安装吸声装置前后的房间常数，距声源r处的声压级分别为L1，L2：
当直达声为主导时，可略去4/R项，此时⊿L=0，说明吸声处理无效果；
在距离声源足够远的地方，混响占主导，略去Q/4r项，则降噪只和R有关，而R与平均吸声系数有关（见90页）
吸声减噪特点：
1）只能降低混响声，对直达声无效
2）一般只适用于房间处理前平均吸声系数很小的房间
3）一般降噪量在6-10dB，很难超过10dB。
⏹7.2.7吸声降噪的设计
了解声源的声学特性
了解房间的几何性质及吸声处理前的声学特性
确定声处理前需要做噪声控制处实际倍频的声压级、容许的标准（NR评价曲线）
根据吸声处理应达到的吸声量，求吸声处理后想应的壁面各倍频平均吸声系数
选择合适的材料确定所选材料的厚度、容重、吸声系数，并计算面积。
⏹NR评价曲线：
国际标化组织（ISO）于1971年提出把噪声评价曲线从31.5Hz～8000Hz的九个倍频程声压级组成的一簇噪声评价曲线，噪声级范围是从0dB～130dB，每5dB为一档，在同一条曲线上各倍频程噪声可认为具有相同干扰程度。
实例:
某车间长16米,宽8米,高3米,在侧墙边有两台机床,其噪声波及整个车间,采用吸降噪措施,使8米外处噪声评价曲线NR-55的容许标准,试作吸声处理。
（P95）
7.3隔声技术
⏹7.3.1
⏹7.3.2.隔声的评价
透射系数:
透射能量与入射能量的比值,用
表示.
隔声量:
透射损失或传声损失,用R表示,单位是dB,其表达式如下.
平均隔声量:
将中心频率为125至4000Hz的6个倍频程或100至3150Hz的16个1/3倍频程的隔声量作算术平均。
空气隔声指数：
国际标准化组织推荐的对隔声构件的隔声性能的一种评价方法。
测出隔声结构的隔声量频率特性曲线，把所测出的曲线与参考折线相比较，满足下列条件的最高一条折线即为空气隔声指数。
✓在任何一1/3倍频带上，曲线低于参考折线的最大差值不得大于8dB;
✓对全部16个1/3倍频带中心频繁率，曲线低于折线的差值和不得大于32dB.
插入损失：
离声源某点设置隔声装置前后的声功率级之差。
⏹7.3.3单层密实均匀构件的隔声性能
单层密实均匀板材结构受到声波作用后，其隔声性能主要取决于板的面密度、板的劲度、材料的内阻尼和声波的频率。
单层均质构件的隔声特性曲线按频率分为三个区域：
A声频低于共振频率时，构件的振动速度正比于K/f（K为构件劲度，f为声频率。
构件隔声量与劲度成正比。
当声频率增加到共振频率时，隔声量最小，主要由阻尼控制。
这两阶段称为劲度和阻尼控制区。
B随频率的增加大于共振频率，构件的振动速度受惯性质量影响，此时构件的面密度越大，惯性越大，振动速度越小，隔声量越大，并随频率以6dB/倍频带增大。
此时为质量控制区其隔声量：
R
C声频继续增加，进入到吻合效应和质量控制延续区，此时质量效应和弯曲度效应相抵消，隔声量下降出现吻合效应。
吻合效应：
指某一频率的声波以某以角度入射到构件表面，入射波长在构件表面上的投影恰好等于板的变曲波长λB，即λ=λBsinθ时，构件振动最大，透声也最多，隔声效果最差。
产生吻合效应时的入射声波频率称为吻合频率，产生吻合效应的最低频率称为临界频率，隔声材料的临界频率只与材料有关：
只要低于这一频率（f<
fc）就不会发生吻合效应。
⏹7.3.4双层密实均匀构件的隔声性能
单层隔声构件的隔声量随面密度增加而提高，但效果有限，在工程上单靠加厚构件来提高隔音效果不太现实。
而采用多层板，板间留空气层或吸声材料，双层（多层）构件比同厚度的单层构件具有更好的隔声效果。
双层结构隔声量计算如下：
当m1+m2≤100kg/m2时,其平均隔声量为：
当m1+m2>
100kg/m2时,其平均隔声量为：
⏹设计双层隔声应注意原则:
⑴双层隔声结构同样存在吻合效应的不利影响,常采用面密度不同的构件或不同材质,错开二者的临界频率.
⑵双层间减少刚性连接,保证夹层空气的弹性作用
⑶双层间可悬挂或填充隔声材料,即可减少共振,有效改善隔声性能
⏹7.3.5隔声间
由不同隔声构件组成的具有良好隔声性能的房间称为隔声间。
把具有门、窗等不同隔声构件隔声间的墙体称为组合墙。
组合墙的平均透声系数τ由下式得出：
组合墙体的平均隔声量R可由下式计算：
隔声间的降噪评价：
插入损失（IL）是评价隔声间降噪效果最常用的物理量，其定义为声场中某固定点在设置声屏障前后的声级之差。
隔声间插入损失由下式计算：
IL指隔声间的插入损失,dB；
R为隔声间的平均隔声量,dB；
A为隔声间的吸声量,m2；
S为隔声间的内表面积,m2。
隔声间的插入损失不仅与各构件的传声损失有关，还与隔声间的吸声音情况有关（修正项）
P104页例题
7.3.6隔声屏
隔声屏主要用在大车间或露天场合下，隔离声源与人集中的地方。
如在居民稠密的公路、铁路两侧设置。
隔声屏障是用来遮挡声源和接收点之间的隔声措施。
隔声屏障对于高频声遮挡比较有效，对于低频声（低频声绕射能力较强）较差。
隔声屏降噪计算
运用几何声学理论，可进行隔声屏降噪计算，其降噪量与菲
涅耳数N具有如下关系：
⏹7.3.7消声器
7.1消声器及消声性能评价
消声器：
是一种既允许气流顺利通过，又能有效地阻止或减弱声能向外传播的装置。
消声器只能用来降低空气动力设备的进排气口噪声或沿管道传播的噪声，而不能降低空气动力设备本身所辐射的噪声。
消声器有三方面基本要求：
1）较好的消声频率特性（声学性能）。
2）空气阻力损失小（空气动力学性能）。
3）结构简单、寿命长，体积小，造价低（结构性能）。
消声器消声性能的常用指标如下：
1）传递损失：
为入口与出口声功率级的差。
（评价效果好，较难测量）
2）末端声压级差：
为入口与出口声压级的差。
（误差大，容易测量）
3）插入损失：
在系统某处，有无消声器时声压级的差。
（较实用）
4）每米消声量：
是沿消声管道中，每米的消声量dB。
（比较常用）
7.2消声器的分类
1）阻性消声器
阻性消声器是一种能量吸收性消声器，通过在气流通过的途径上固定多孔性吸声材料，利用多孔吸声材料对声波的摩擦和阻尼作用将声能量转化为热能，达到消声的目的。
阻性消声器适合于消除中、高频率的噪声，因此，常使用阻性消声器控制风机类进排气噪声等。
对于直管式阻性消声器有如下公式计算消声量：
其中：
为消声系数，P为截面周长，
l为消声器有效长度，S为气流横断面积。
可以看到，吸声材料表面积和材料吸声系数越大，气流通道的有效面积越大，消声量越大。
另外，当通道截面积过大，会造成高频噪声难于接触吸声材料，造成“高频失效”
2）抗性消声器
抗性消声器则利用声波的反射和干涉效应等，通过改变声波的传播特性，阻碍声波能量向外传播，主要适合于消除低、中频率的窄带噪声，对宽带高频率噪声则效果较差，因此，常用来消除如内燃机排气噪声等。
常用的抗性消声器有扩张式消声器和共振腔式消声器。
抗性消声器的消声频率特性是具有一定的频率选择性，存在消声特定峰值频率。
消声峰值频率可以通过控制管长、膨胀腔形态等进行控制。
扩张室消声器：
共振腔消声器：
※扩张室消声器消声计算
=1时，消声音量最大，此时，kl=（2n+1）π/2
即最大消声音频率为：
fmax=（2n+1）c/4l
=0时，消声音量为0，此时，kl=nπ
fmin=nc/2l
※扩张室式消声器的截止频率
扩张室消声除受扩张比（m）影响外，也受声波频率的影响，当扩张比增大到一定值时，某些频率的声波会从扩张室中央通过。
而对低声波频率，波长远大于扩张室尺寸时，消声器将不能消声。
上限频率
下限频率
通常声波频率介于上下限间时，容易被消除掉。
上下限区间越大，能消除的
声音频率范围越大。
※扩张消声器设计原则
单节扩张室存在许多消声量为0，通过在扩张室插入内接管或多节室（每个室有不同的通过频率）串联来克服。
内接管插入长度分别分扩张室长度的1/2和1/4可以消除λ/2奇数倍和偶数倍所对应的通过频率。
为减少消声器通道内截面急剧变化引起的阻力损失，可采用串孔率大30%的内插管。
根据所需的消声量，尽可能选取较小的扩张比m，要检验所设计扩张室消声器上下限频率是否在所需要消声的频率范围内。
共同学习119页例1-10
常见的扩张室消声器：
3）阻抗复合式消声器
阻性消声器对中、高频噪声消声效果好，而抗性消声器可以选择性消除低、中频噪声，在实际消声设计中常采用阻抗复合式消声器进行全频带消声。
4）微穿孔板消声器
微穿孔板消声器是80年代研制成功并广泛使用的一种新型消声器，是建立在微穿孔理论上既有阻又有抗的共振式消声器。
5）排气放空消声器
对于高温、高速、高压排气喷流噪声人们设计了扩容降压、小孔喷注等类型的排气放空消声器。
扩容降压消声器：
利用多层穿孔板将气流进行多级扩容降流减压，控制出口流速进行降噪。
小孔喷注：
对于小口高速喷气射流噪声，在喷口处将出口直径变小（毫米级），使噪声频率向高偏移，偏移到人耳听力范围以外，达到降噪目的。
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