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環境聲學

?? 2021-07-14 14350
核心提示:3.4.1.1 聲環境與噪聲人們對聲環境的要求是能高度保真,噪聲應當很弱不致干擾工作、學習和休息。噪聲是不需要的聲音,例如聽課時

3.4.1.1 聲環境與噪聲

人們對聲環境的要求是能高度保真,噪聲應當很弱不致干擾工作、學習和休息。噪聲是不需要的聲音,例如聽課時,即使美妙的音樂也是噪聲,反之聽音樂時,說話也是噪聲。這是噪聲的相對概念。噪聲的“客觀”評價標準:在聲學中是指頻率和幅度都不規則的、間歇的聲波。人們所處的環境中,所有噪聲的總和稱環境噪聲環境噪聲的類型很多,主要有穩態噪聲、起伏噪聲、間歇噪聲、脈沖噪聲和準穩態脈沖噪聲。穩態噪聲是指在一定時間內聲音的頻率和幅度變化不大,如機器聲音。反之為非穩態噪聲;如果可聽聲音、聲級連續起伏很大,稱起伏噪聲,如交通噪聲。脈沖噪聲是由一個或多個持續時間小于1 s的猝發聲組組成的可聽噪聲。

噪聲是不規則的,但瞬時值隨時間分布是服從統計規律的,所以說噪聲是隨機的,可以用概率密度函數來描述。

聲音能對人產生刺激,因為聲音是一種能量,所以聲音的強弱要用單位時間內產生的能量聲功率來衡量。目前已知最大的聲功率發動機,其聲功率達1×108 W,一般的噴氣客機約為10×104 W,大卡車是1 W,兩人對面談話約10-5 W,人耳能聽到的最低聲音(強)約10-12W。由此可見,聲功率最大與最小值差別很大,因此常采用對數坐標表示。

聲功率級

環境地球物理學概論

式中:WA為聲功率;Wr為基準聲功率,一般取Wr=10-12W為基準值。可見聲功率級LW與聲功率成比例,級值的單位采用貝[爾](B)的1/10,用分貝(dB)表示。聲音傳播就是能量的傳播,而聲強就是聲波的平均能量流密度(W/m2),聲強(I)與聲基準值(I0)之比的對數稱為聲強度級。

聲強度級

環境地球物理學概論

聲強的基準值一般取I0=10-12W/m2。仍然以分貝(dB)為單位。

聲功率和聲強度測量都比較困難,往往是直接測量聲壓再由聲壓換算聲暴露計出聲強(I=p2/2ρμ;式中ρ為空氣密度,μ為聲速)。相應地建立聲壓級表示聲音強弱。

聲壓級:

環境地球物理學概論

式中:p為聲壓;p0為基準聲壓,一般取p0=20×10-6Pa,這樣聲壓級的單位也是分貝(dB)。

使前述的聲功率,聲強與聲壓三者取得一致。各種設備發聲、產生的聲壓及聲壓級如表3.4.1所示。

表3.4.1 各種發聲的聲壓值及對應的聲壓級

3.4.1.2 噪聲測量

確定噪聲的強弱,噪聲分級,噪聲對人們生活、學習、工作影響的允許值(級)以及對噪聲進行控制,都要以噪聲測量為基礎。確定噪聲的物理特性:如聲壓級、聲強度、聲功率以及噪聲的頻率特性等。相應的測量儀器很多,如聲級計、聽力計、頻率分析器、聲級記錄器以及聲強測量、聲源鑒別,頻譜實時分析等。

聲波測量的主要探測元件是聲波換能器。將聲波能量轉換成對應的電信號,而且保持能量的線性關系。在空氣中使用的是電容式聲波傳聲器,在水中用的叫水聽器。早先用的是25 mm直徑的電容傳聲器,現在主要用的是12 mm直徑的電容式傳聲器,因為在聲頻范圍內,它的指向特性比25 mm直徑的要均勻,且有利于擴展頻率相應和聲壓動態范圍。電容傳聲器的實用性能較好:

靈敏度:50 mV/Pa

頻率范圍:20 Hz~40 kHz

聲壓級范圍:25~150 dB

除去常用的電容傳聲器外,近年還有使用駐極體傳聲器,它的特點是不需要極化電壓。在一些特殊環境下(如高溫、高濕等)還可使用壓電陶瓷傳聲器,探管傳聲器,強指向性傳聲器以及聲望遠鏡等。

常用的噪聲測量儀器主要如下。

(1)聲級計

聲級計包括傳聲器、放大器和已校準的衰減器。計權網絡,檢波網絡,已經校準的電壓表,可以直讀聲級,適用范圍為35~150 dB,符合IEC—651標準。相似的還有脈沖聲級計,頻率相應較寬(2 Hz~70 kHz)。

(2)噪聲頻譜分析器

該分析器用以進行噪聲的頻譜分析,把復雜的噪聲信號分解為各個頻帶分量,并求出信號能量分布與頻率的關系,主要使用帶通式濾波器,每次只允許特定頻率信號通過。使用一組濾波單元,覆蓋整個聲頻范圍。

(3)噪聲劑量測量

噪聲對人聽覺器官的損害,不僅與當時的聲壓級有關,還與噪聲的持續時間有關。因此,提出自動測量在噪聲持續時間內的累計噪聲劑量測量儀。目前有滿足ISO—1999標準的噪聲劑量計,為個人佩帶用的,有數字顯示,以最高容許日暴露量的百分率表示累積噪聲劑量,超過140 dB時,發出報警。

(4)聲望遠鏡

聲望遠鏡用于不能接近聲源的噪聲測量,用一種定向性很強的聲接收系統,能給出噪聲源的位置和強度。可以自動掃描測量,可以測量高速運動噪聲源的聲信號,可以進行頻譜分析,給出噪聲空間分布。

3.4.1.3 噪聲控制

在發達的大城市,汽車、飛機、機器的噪聲已經公認為三大噪聲公害。日本近年的公害訴訟案中,噪聲名列前茅。據統計美國有8000萬人受到噪聲公害,其中1/2聽力受損。人在80 dB以上噪聲中40 a后聽力受損者占30%,150 dB會發生聽力外傷。另外噪聲還嚴重損傷神經系統,使人記憶力減退,注意力不集中,還會對語言清晰度產生影響,其危害非常嚴重。

頻率低于20 Hz的聲波稱為次聲,自然界的地震、火山、海潮以及人工的大爆炸、大橋和高樓振動都有次聲產生。人耳聽不到但能感受到,次聲可引起人的心律加快,呼吸障礙等。美國環保局認為低于130 dB的不作公害,對大于130 dB的做出了安全規定。

控制噪聲公害已受到各國重視,紛紛采取各種措施進行控制:

a.加強各種噪聲源的研究,發展控制技術和相應隔音材料的研究工作。

b.由政府制定控制噪聲的條規和頒布國家標準。我國隨著城市發展較早制定了國家噪聲控制標準(GB3096—82),明確規定了城市區域環境噪聲標準(GB3096—93)(見表3.4.2)和機動車的噪聲控制標準等,并對噪聲測量方法等相關技術作了規定,保證測量數據可靠。

c.加強管理,依法嚴格管理城市施工和機動車輛,使城市相應區域的噪聲控制在限制值之內,保證人民正常生活和工作。

表3.4.2 城市各區域噪聲標準值(單位:dB)


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