噪声控制技术 教案 魏明宝
噪声控制技术 教案 魏明宝
绪论 噪声定义:人们不需要的声音。它包括杂乱无章的和影响人们工作、休息、睡眠的各种 不协调声音,甚至谈话声、脚步声、不需要的音乐声都是噪声。与人们接触时间最长、危害 最广泛、治理最因难的噪声是生活和社会活动所产生的噪声。生活噪声虽然不会对人产生生 理危害,但会使人烦噪、心神不定,干扰休息和工作。 1.《噪声控制技术》课程的性质和内容 噪声控制技术是声学理论在环境科学中的应用,是一门迅速发展的边线性应用学科,它 涉及机械、建筑、材料、电子、环境、仪器乃至医学等多个领域,呈现多元化的发展趋势 通过本门课程的学习,培养学生具有噪声控制仪器设备使用、选型和噪声治理方案选择 的能力,掌握隔声、吸声、消声及隔振阻尼等控制技术的原理、特点、计算及应用,学会噪 声影响评价的原则方法。 2.噪声控制技术的发展 随着社会经济科技的发展,环境问题已被国际社会公认为是影响21世纪可持续发展的 关键性问题,而噪声污染更是成为21世纪首要攻克的环境问题之一。人类社会在进步,科 技在发展,人们的环境意识也在不断增强。近几年来,在噪声污染控制领域,无论在技术上, 还是政策管理方面,都有长足的进步,效果非常显著。从20世纪70年代到90年代,噪声 控制技术日益成热,目前世界上常用的噪声控制技术有消声、吸声、消声、隔振阻尼等。主 要是在声源、噪声传播途径及接受点上进行控制和处理。从噪声源和振动源上进行噪声控制, 既是最积极主动、有效合理的措施,也是工业生产中噪声控制的努力方向之 有源降噪技术自1947年美国H.F.奥尔森首次提出后,引起了世界各国的广泛兴趣。 1953年,H.F.奥尔森等人又提出了“电子吸声器”,并付之实用。20世纪60-70年代 英、法、苏等国把单个有源消声扩展为多通道系统和组合次级声源,并成功地将其应用于管 道消声。1980年,法国特配有微处理的有源泊声器装置应用于2.2kw的实验室柴油机,在 20—250Hz范围内可降低噪声20dB 近年来,国内不少大专院校、科研设计单位及工厂企业开展了产品低噪声化研究、实践, 深入分析硏究各种噪声源的发声机理及其传播途径,研制成功并批量生产了20余种低噪声 产品.例如低噪声轴流风机、低噪声离心风机、低噪声罗茨鼓风机等 噪声控制的进步还体现在政策管理方面,我国早在20世纪70年代就特保护环境确立为 一项基本国策,并制定了各种环境规划,努力实现经济效益、社会效益和环境效益相统 近10年来,国家和地方各级政府建立健全了环境保护管理机构、环境监测管理系统以及环 保产品质员监督检验体系,颁布了环境噪声污染防治法和各种噪声与振动限值标准及测民方 法,使噪声控制有法可依,有标准可循。 3.《噪声控制技术》课程的学习要求和方法 (1)学习要求 《噪声控制技术》是一一门理论性和实践性非常强的课程,学习要求如下: 掌握噪声的产生、传播相接收的原理、噪声的物理量度、噪声的传播特性危害、噪声 源的分类、噪声控制的基本途径; ②掌握噪声测设仪器的使用、测点的选择、测量方法的选择、噪声源声功级的测量和声 压级差的测量 ③掌握隔声声原理、隔声装置的类型、特点及选择; ④掌握消声原理、消声器的类型、特点及选择
绪论 噪声定义：人们不需要的声音。它包括杂乱无章的和影响人们工作、休息、睡眠的各种 不协调声音，甚至谈话声、脚步声、不需要的音乐声都是噪声。与人们接触时间最长、危害 最广泛、治理最因难的噪声是生活和社会活动所产生的噪声。生活噪声虽然不会对人产生生 理危害，但会使人烦噪、心神不定，干扰休息和工作。 1．《噪声控制技术》课程的性质和内容 噪声控制技术是声学理论在环境科学中的应用，是一门迅速发展的边线性应用学科，它 涉及机械、建筑、材料、电子、环境、仪器乃至医学等多个领域，呈现多元化的发展趋势。 通过本门课程的学习，培养学生具有噪声控制仪器设备使用、选型和噪声治理方案选择 的能力，掌握隔声、吸声、消声及隔振阻尼等控制技术的原理、特点、计算及应用，学会噪 声影响评价的原则方法。 2．噪声控制技术的发展 随着社会经济科技的发展，环境问题已被国际社会公认为是影响 21 世纪可持续发展的 关键性问题，而噪声污染更是成为 21 世纪首要攻克的环境问题之一。人类社会在进步，科 技在发展，人们的环境意识也在不断增强。近几年来，在噪声污染控制领域，无论在技术上， 还是政策管理方面，都有长足的进步，效果非常显著。从 20 世纪 70 年代到 90 年代，噪声 控制技术日益成热，目前世界上常用的噪声控制技术有消声、吸声、消声、隔振阻尼等。主 要是在声源、噪声传播途径及接受点上进行控制和处理。从噪声源和振动源上进行噪声控制， 既是最积极主动、有效合理的措施，也是工业生产中噪声控制的努力方向之一。 有源降噪技术自 1947 年美国 H．F．奥尔森首次提出后，引起了世界各国的广泛兴趣。 1953 年，H．F．奥尔森等人又提出了“电子吸声器”，并付之实用。20 世纪 60 一 70 年代， 英、法、苏等国把单个有源消声扩展为多通道系统和组合次级声源，并成功地将其应用于管 道消声。1980 年，法国特配有微处理的有源泊声器装置应用于 2．2kw 的实验室柴油机，在 20—250Hz 范围内可降低噪声 20dB 。 近年来，国内不少大专院校、科研设计单位及工厂企业开展了产品低噪声化研究、实践， 深入分析研究各种噪声源的发声机理及其传播途径，研制成功并批量生产了 20 余种低噪声 产品．例如低噪声轴流风机、低噪声离心风机、低噪声罗茨鼓风机等。 噪声控制的进步还体现在政策管理方面，我国早在 20 世纪 70 年代就特保护环境确立为 一项基本国策，并制定了各种环境规划，努力实现经济效益、社会效益和环境效益相统一。 近 10 年来，国家和地方各级政府建立健全了环境保护管理机构、环境监测管理系统以及环 保产品质员监督检验体系，颁布了环境噪声污染防治法和各种噪声与振动限值标准及测民方 法，使噪声控制有法可依，有标准可循。 3．《噪声控制技术》课程的学习要求和方法 (1)学习要求 《噪声控制技术》是——门理论性和实践性非常强的课程，学习要求如下； ①掌握噪声的产生、传播相接收的原理、噪声的物理量度、噪声的传播特性危害、噪声 源的分类、噪声控制的基本途径； ②掌握噪声测设仪器的使用、测点的选择、测量方法的选择、噪声源声功级的测量和声 压级差的测量； ③掌握隔声声原理、隔声装置的类型、特点及选择； ④掌握消声原理、消声器的类型、特点及选择；
⑤掌握吸声原理、吸声材料与结枃、了解吸声设计的原则、程序、计算 ⑥掌握隔振原理、隔振器的类型及特点,了解隔振设计,掌握阻尼原理及常见阻尼材料 的性质; ⑦掌握噪声环境影响评价的评价对象、现状调査、评价标度、预测评价以及控制方案的 选择 ⑧熟练掌握有关噪声监测与控制的操作。 (2)学习方法 为了学好本门课程,建议学生采用以下学习方法 ①切实掌据有关课程的相关知识,特别是物理学中的声学知识机械设备、材料科学、建 筑知识有密切关系,建议在学习时注意 ②本课程是实践性较强的课程,学习时要特别重视理论联系实际,要多观察、多分析: )在学习的过程中,应注意加强动手能力的培养,掌握常见仪器设备的使用维护
⑤掌握吸声原理、吸声材料与结构、了解吸声设计的原则、程序、计算； ⑥掌握隔振原理、隔振器的类型及特点，了解隔振设计，掌握阻尼原理及常见阻尼材料 的性质； ⑦掌握噪声环境影响评价的评价对象、现状调查、评价标度、预测评价以及控制方案的 选择； ⑧熟练掌握有关噪声监测与控制的操作。 (2)学习方法 为了学好本门课程，建议学生采用以下学习方法。 ①切实掌据有关课程的相关知识，特别是物理学中的声学知识机械设备、材料科学、建 筑知识有密切关系，建议在学习时注意； ②本课程是实践性较强的课程，学习时要特别重视理论联系实际，要多观察、多分析； ③在学习的过程中，应注意加强动手能力的培养，掌握常见仪器设备的使用维护
噪声控制基础 1.1噪声及其类型 随着现代工业、建筑业和交通运输业的迅速发展,各种机械设备、交通运输工具在急剧 增加,噪声污染日益严重,它影响和破坏人们的正常工作和生活,危害人体健康,已经成为 当今社会四大公害之一。在《中华人民共和国环境噪声污染防治法》中,环境噪声是指在工 业生产、建筑施工、交通运输和社会生活中所产生的影响周围生活环境的声音 1.1.1声音的产生 在日常生活中充满着各种各样的声音,有谈话声、广播声、各种车辆运动声、工厂的汽 笛声和各种机器声等等。人们的一切活动离不开声音,正因为有了声音,人们才能进行交谈, 才能从事生产和社会实践活动。如果没有声音,整个世界将处于难以想像的寂静之中。可见 声音对人类是非常重要的。那么,声音是怎样产生的呢?空气中的各种声音,不管它们具有 何种形式,它们都是由于物体的振动所引起的。敲鼓时听到了鼓声,同时能摸到鼓面的振动。 喇叭发出声音是由于纸盆或音膜在振动。人能讲话是由于喉头声带的振动。汽笛声、喷气飞 机的轰鸣声,是因为排气时气体振动而产生的。总之,物体的振动是产生声音的根源。发出 声音的物体称为声源。声源发出的声音必须通过中间媒质才能传播出去。人们最熟悉的传声 媒质就是空气。除了气体外,液体和固体也都能传播声音。 声音是如何通过媒质传播的呢?以音箱的纸盆为例,当声音信号通人音箱时,纸盆在它 原来静止住置附近来回振动,带动了它相邻近的空气层质点,使它们产生压缩或膨胀运动。 由于空气分子间有一定的弹性,这一局部区域的压缩或膨胀又会影响和促使下一邻近空气层 质点发生压缩或膨胀的运动。如此由近及远相互影响,就会把纸盆的这一振动以一定的速度 沿着媒质向各方向传播出去。这种振动传到耳朵,引起耳内鼓膜的振动,通过听觉神经使我 们感觉到声音。这种向前推进着的空气振动称为声波。有声波传播的空间叫声场。当声振动 在空气中传播时空气质点并不被带走,它只是在原来位置附近来回振动,所以声音的传播是 指振动的传递 物体振动产生声音,如果物体振动的幅度随时间的变化如正弦曲线那样,那么这种振动 称为简谐振动。物体作简谐振动时周围的空气质点也作简谐振动。物体离开静止位置的距离 称位移x,最大的位移叫振幅a,简谐振动位移与时间的关系可表示为ⅹ=sin(2nft+φ),其 中f为频率,(2nnf+d)叫简谐振动的相位角,它是决定物体运动状态的重要物理量,中表 示t=o时的相位角叫初相位。振幅a的大小决定了声音的强弱。 物体在ls内振动的次数称为频率,单位为赫兹(Hz),简称赫。每秒钟振动的次数愈多 其频率愈高,人耳听到的声音就愈尖,或者说音调愈高。人耳并不是对所有频率的振动都能 感受到的。一般说来。人耳只能听列频率为20一20000Hz的声音,通常把这一频率范围的 声音叫音频声:低于20Hz的声音叫次声,高于2000H的声音叫超声。次声和超声人耳都 不能听到,仅有一些动物却能听到,例如老鼠能听到次声,蝙蝠能感受到超声 振动在媒质中传播的速度叫声速。在任何一种媒质中的声速取决于该媒质的弹性和密 度。声音在空气中的传播速度还随空气温度的升高而增加。声音在不同媒质中传播的速度也 是不同的,在液体和固体中的传播速度一般要比在空气中快得多,例如在水中声速为1450m /s,而在钢中则为500m/s 声波中两个相邻的压缩区或膨胀区之间的距离称为波长λ,单位为m。波长、频率和速 度间存在如下的关系: λ=c/f=cT
1 噪声控制基础 1．1 噪声及其类型 随着现代工业、建筑业和交通运输业的迅速发展，各种机械设备、交通运输工具在急剧 增加，噪声污染日益严重，它影响和破坏人们的正常工作和生活，危害人体健康，已经成为 当今社会四大公害之一。在《中华人民共和国环境噪声污染防治法》中，环境噪声是指在工 业生产、建筑施工、交通运输和社会生活中所产生的影响周围生活环境的声音。 1．1．1 声音的产生 在日常生活中充满着各种各样的声音，有谈话声、广播声、各种车辆运动声、工厂的汽 笛声和各种机器声等等。人们的一切活动离不开声音，正因为有了声音，人们才能进行交谈， 才能从事生产和社会实践活动。如果没有声音，整个世界将处于难以想像的寂静之中。可见 声音对人类是非常重要的。那么，声音是怎样产生的呢?空气中的各种声音，不管它们具有 何种形式，它们都是由于物体的振动所引起的。敲鼓时听到了鼓声，同时能摸到鼓面的振动。 喇叭发出声音是由于纸盆或音膜在振动。人能讲话是由于喉头声带的振动。汽笛声、喷气飞 机的轰鸣声，是因为排气时气体振动而产生的。总之，物体的振动是产生声音的根源。发出 声音的物体称为声源。声源发出的声音必须通过中间媒质才能传播出去。人们最熟悉的传声 媒质就是空气。除了气体外，液体和固体也都能传播声音。 声音是如何通过媒质传播的呢?以音箱的纸盆为例，当声音信号通人音箱时，纸盆在它 原来静止住置附近来回振动，带动了它相邻近的空气层质点，使它们产生压缩或膨胀运动。 由于空气分子间有一定的弹性，这一局部区域的压缩或膨胀又会影响和促使下一邻近空气层 质点发生压缩或膨胀的运动。如此由近及远相互影响，就会把纸盆的这一振动以一定的速度 沿着媒质向各方向传播出去。这种振动传到耳朵，引起耳内鼓膜的振动，通过听觉神经使我 们感觉到声音。这种向前推进着的空气振动称为声波。有声波传播的空间叫声场。当声振动 在空气中传播时空气质点并不被带走，它只是在原来位置附近来回振动，所以声音的传播是 指振动的传递。 物体振动产生声音，如果物体振动的幅度随时间的变化如正弦曲线那样，那么这种振动 称为简谐振动。物体作简谐振动时周围的空气质点也作简谐振动。物体离开静止位置的距离 称位移 x，最大的位移叫振幅 a，简谐振动位移与时间的关系可表示为 x＝sin(2лft+φ)，其 中 f 为频率，(2ллft+ф)叫简谐振动的相位角，它是决定物体运动状态的重要物理量，φ表 示 t=o 时的相位角叫初相位。振幅 a 的大小决定了声音的强弱。 物体在 1s 内振动的次数称为频率，单位为赫兹(Hz)，简称赫。每秒钟振动的次数愈多， 其频率愈高，人耳听到的声音就愈尖，或者说音调愈高。人耳并不是对所有频率的振动都能 感受到的。一般说来。人耳只能听列频率为 20 一 20000Hz 的声音，通常把这一频率范围的 声音叫音频声：低于 20Hz 的声音叫次声，高于 20000Hz 的声音叫超声。次声和超声人耳都 不能听到，仅有—些动物却能听到，例如老鼠能听到次声，蝙蝠能感受到超声。 振动在媒质中传播的速度叫声速。在任何一种媒质中的声速取决于该媒质的弹性和密 度。声音在空气中的传播速度还随空气温度的升高而增加。声音在不同媒质中传播的速度也 是不同的，在液体和固体中的传播速度一般要比在空气中快得多，例如在水中声速为 1450m ／s，而在钢中则为 5000m／s。 声波中两个相邻的压缩区或膨胀区之间的距离称为波长λ，单位为 m。波长、频率和速 度间存在如下的关系： λ=c/f=cT
其中T为周期是物体来回振动一次所需的时间。因此波长是声音在一个周期的时间中所 行进的距离。波长和频率成反比,频率愈高,波长愈短,频率愈低,波长愈长。 1.1.2噪声的概念 物体的振动能产生声音,声波经空气媒介的传递使人耳感觉到声音的存在。但是,我们 听到的声音有的很悦耳,有的却很难听甚至使人烦躁,那是什么道理呢?从物理学的角度讲, 声音可分为乐音和噪声两种。当物体以某一固定频率振动时,耳朵听到的是具有单一音调的 声音,这种以单一频率振动的声音称为纯音。但是,实际物体产生的振动是很复杂的,它是 由各种不同频率的许多简谐振动所组成的,把其中最低的频率称为基音,比基音高的各频率 称为泛音。如果各次泛音的频率是基音频率的整数倍,那么这种泛音称为谐音。基音和各次 谐音组成的复合声音听起来很和谐悦耳,这种声音称为乐音。钢琴、提琴等各种乐器演奏时 发出的声音就具有这种特点。这些声音随时间变化的波形是有规律的,而它所包含的频率成 分中基音和谐音之间成简单整数比。所以凡是有规律振动产生的声音就叫乐音 振咡 U时间 f635f07f。9 图1-1乐音与噪声的波形及其频谱 (a)乐吝(单簧作)的波形及其频诺;(b)噪声的泼形及其频谱 如果物体的复杂振动有许许多多频率组成,而各频率之间彼此不成简单的整数比,这样 的声音听起来就不悦耳也不和谐,还会使人产生烦噪。这种频率和强度都不同的各种声音杂 乱地组合而产生的声音就称为噪声。图1-1是乐音与噪声的波形及其频谱。各种机器噪声 之间的差异就在于它所包含的领率成分和其相应的强度分布都不相同,因而使噪声具有各种 不同的种类和性质。从环境和生理学的观点分析,凡使人厌烦的、不愉快的和不需要的声音 都统称为噪声,它包括危害人们身体健康的声音,干扰人们学习、工作和休息的声音及其他 不需要的声音。 1.1.3噪声的类型 般来说,噪声主要分为过响声、妨碍声、不愉快声、无影响声等几类。过响声是指很响 的声音,如喷气发动机排气声,大炮射击的轰鸣声等。妨碍声是指一些声音虽不太响但它妨 碍人们的交谈、思考、学习和睡眠的声音。像摩擦声、刹车声、吵闹声等噪声称为不愉快声 人们生活中习以为常的如室外风声、雨声、虫呜声等声音称为无影响声。 根据噪声源的不同,噪声可分为工业噪声、交通噪声和生活噪声三种 工业噪声是指工厂在生产过程中由于机械层动、摩擦撞击及气流扰动产生的噪声。例如 像化工厂的空气压缩机、鼓风机和锅炉排气放空时产生的噪声,都是由于空气振动而产生的 气流噪声。球磨机、粉碎机和织布机等产生的噪声,是由于固体零件杋械振动或摩擦撞击产 生的机械噪声
其中 T 为周期,是物体来回振动一次所需的时间。因此波长是声音在一个周期的时间中所 行进的距离。波长和频率成反比，频率愈高，波长愈短， 频率愈低，波长愈长。 1．1．2 噪声的概念 物体的振动能产生声音，声波经空气媒介的传递使人耳感觉到声音的存在。但是，我们 听到的声音有的很悦耳，有的却很难听甚至使人烦躁，那是什么道理呢?从物理学的角度讲， 声音可分为乐音和噪声两种。当物体以某一固定频率振动时，耳朵听到的是具有单一音调的 声音，这种以单一频率振动的声音称为纯音。但是，实际物体产生的振动是很复杂的，它是 由各种不同频率的许多简谐振动所组成的，把其中最低的频率称为基音，比基音高的各频率 称为泛音。如果各次泛音的频率是基音频率的整数倍，那么这种泛音称为谐音。基音和各次 谐音组成的复合声音听起来很和谐悦耳，这种声音称为乐音。钢琴、提琴等各种乐器演奏时 发出的声音就具有这种特点。这些声音随时间变化的波形是有规律的，而它所包含的频率成 分中基音和谐音之间成简单整数比。所以凡是有规律振动产生的声音就叫乐音。 如果物体的复杂振动有许许多多频率组成，而各频率之间彼此不成简单的整数比，这样 的声音听起来就不悦耳也不和谐，还会使人产生烦噪。这种频率和强度都不同的各种声音杂 乱地组合而产生的声音就称为噪声。图 l－1 是乐音与噪声的波形及其频谱。各种机器噪声 之间的差异就在于它所包含的领率成分和其相应的强度分布都不相同，因而使噪声具有各种 不同的种类和性质。从环境和生理学的观点分析，凡使人厌烦的、不愉快的和不需要的声音 都统称为噪声，它包括危害人们身体健康的声音，干扰人们学习、工作和休息的声音及其他 不需要的声音。 1．1．3 噪声的类型 一般来说，噪声主要分为过响声、妨碍声、不愉快声、无影响声等几类。过响声是指很响 的声音，如喷气发动机排气声，大炮射击的轰鸣声等。妨碍声是指一些声音虽不太响但它妨 碍人们的交谈、思考、学习和睡眠的声音。像摩擦声、刹车声、吵闹声等噪声称为不愉快声。 人们生活中习以为常的如室外风声、雨声、虫呜声等声音称为无影响声。 根据噪声源的不同，噪声可分为工业噪声、交通噪声和生活噪声三种。 工业噪声是指工厂在生产过程中由于机械层动、摩擦撞击及气流扰动产生的噪声。例如 像化工厂的空气压缩机、鼓风机和锅炉排气放空时产生的噪声，都是由于空气振动而产生的 气流噪声。球磨机、粉碎机和织布机等产生的噪声，是由于固体零件机械振动或摩擦撞击产 生的机械噪声