環保工程師專業知識培訓講義
一、雜訊與振動汙染控制工程基礎
二、物理汙染控制工程實踐
三、主要電磁汙染源及其特性
四、電磁汙染防治基本方法
第1章雜訊與振動汙染控制工程基礎
1.1 雜訊與振動的計量和評價
複習要求：
1、熟悉躁聲與振動的主要物理量和單位
2、掌握躁聲與振動控制工程中的常用評價量
一、雜訊和振動的基本概念
聲音在人們的生活、工作中起著非常重要的作用。聲音的本質就是氣體、液體、固體介質中的質點振動，聲音的產生和傳播都離不開介質的力學振動行為。聲音有有利的一面，也有有害的一面。
人們把不和諧的、令人反感的聲音稱為雜訊。要抑制雜訊的發生和傳播，就必須了解雜訊產生的原因和傳播的規律，也就必須具備振動基本知識。
振動是聲音的**。雜訊是聲音的一種，判斷乙個聲音是否屬於雜訊，主觀因素起決定性作用。生理學將對人體有害或人們不需要的聲音稱為雜訊。
物理學將和諧的聲音叫做樂音，不和諧的聲音稱為雜訊。雜訊是各種不同頻率和不同強度聲音無規則的雜亂組合，給人煩躁的感覺;雜訊的波形曲線通常是無規則的。
1、聲源：凡是能發出聲音的振動體，都可以稱為聲源。聲音是由於聲源的振動而產生的。聲源可以是固體，液體或氣體。
2、聲波：物體在彈性介質中的機械振動可引起介質密度的改變，這種介質密度變化由近及遠的傳播過程即為聲波。聲波產生和傳播見332頁圖。
聲波產生的條件是聲源(機械振動的物體)和彈性媒質。聲波可分為橫波和縱波。聲音的傳播是物體振動狀態的傳播過程，即傳播的是狀態和能量，不是媒質本身。
3、聲場：由聲波存在的媒質區域稱為聲場。可以分為自由聲場、混響聲場、擴散聲場、遠場和近場等。
自由聲場：無反射聲存在的聲場，也表示那些在各向同性的均勻媒質中介面的影響可以忽略的聲場，或者做了強吸聲的消聲室內的聲場。
混響聲場：在比較大的建築圍護結構內，各壁面存在多次強反射所形成的、以反射聲為主的聲場，稱為混響聲場。
擴散聲場：聲能密度分布均勻，反射的傳播方向為無規律分布的聲場，稱為擴散聲場。混響聲越強烈的聲場越接近擴散聲場。
遠場：指自由聲場中到聲源的距離每增加一倍，聲壓降低至一半的區域。遠場內的媒質瞬時質點速度與聲壓的相位一致。
近場：遠場之內的區域為近場。近場內媒質瞬時質點速度與聲壓的相位不相同。
4、頻率( )：單位時間內媒質質點振動的次數，單位為hz。
週期( )：質點振動每往復一次所需的時間稱為週期。單位s。 聲音的頻段範圍劃分見333頁表5-1-1。
5、波長( )：在波的傳播方向上，相鄰兩波峰(或相鄰兩波谷)之間的距離稱為波長。波長也是質點的振動經過乙個週期聲波傳播的距離。單位是公尺(m)。
6、聲速( )：聲音在媒質中傳播的速度。單位公尺/秒(m/s)。
或聲速是介質溫度的函式，溫度公升高聲速增加;聲速還隨大氣壓強的增加而增加;空氣聲速受空氣濕度影響;聲速和媒質的種類有關。聲速表見334頁。
7、聲壓：空氣受到擾動時，空氣壓強就在大氣壓強附近做迅速起伏變化的波動，並改變為 ，將聲擾動產生的逾量壓強稱為聲壓。聲壓一般是時間和空間的函式。
分為瞬時聲壓和有效聲壓。單位 1pa=1n/m2,微巴( )，1微巴=0.1pa。
一定時間間隔內瞬時聲壓對時間的均方根值稱為有效聲壓。 人耳對頻率為1000hz聲音的可聽閾(即人耳剛剛能察覺到聲音的存在)約為 pa;剛剛使人耳產生疼痛感覺的聲壓(痛閾聲壓)約為20pa。
8、頻帶：把寬廣的聲音頻率變化範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 (這兩個頻率又稱截至頻率)和中心頻率 ，上、下限頻率之間的頻率範圍稱為頻頻寬度，又稱頻寬。
倍頻帶(倍頻程)：如果兩個頻率相差一倍，稱這兩個頻率之間相差乙個倍頻帶，即這兩個頻率之比為21，或 ;相差3個倍頻帶意味著兩個頻率之比為23，依此類推，相差n個倍頻帶就意味著兩個頻率之比為 。上限頻率 、下限頻率和倍頻帶係數n有如下關係：
或 ，一般越小，頻帶分的越細。
頻帶的中心頻率是上、下限頻率的幾何平均值， 在雜訊測量中，通用的倍頻帶有n=1時的1/1倍頻帶，簡稱倍頻帶;有n=1/2時的1/2倍頻帶，有n=1/3時的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337頁表。
9、聲功率：單位時間內聲源輻射出來的總聲能量稱為聲功率。瞬時聲功率 ，它的平均聲功率為： 。
乙個聲源發出的聲功率和聲源做功發出的總功率是兩個截然不同的概念，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。聲源聲功率強度的範圍很廣。
10、振動的位移、速度和加速度
設在一簡諧振動中，a為振動的振幅， 為角頻率， 為時間，則可將振動的位移表為 、速度表為 、加速度表為 。
振動位移在研究機械結構強度和變形時有意義;加速度在研究機械疲勞、衝擊和評價振動對人的影響時有重要意義;振動速度和結構輻射雜訊大小有關聯。
1、級和分貝
(1)級
人們聽覺靈敏度與聲波量之間的關係不是線性關係，而接近對數的關係。因此利用分貝作為單位進行量度，既可對範圍很大的聲音強度進行對數壓縮，而且也符合人耳對聲音響應的靈敏程度。使用「級」的概念用於量度聲音的強弱。
聲學量與同類基準(參考)量之比再取對數就是「級」的概念。級的單位是奈培時，其對數取自然對數，底為 ，符號是 ;級的單位是貝爾(bell)時，其對數取以10為底的對數，符號是b。
(2)分貝
聲學中將正比於聲功率的兩個同類聲學量(如兩個聲壓平方)之比，取以10為底的對數，再乘以10，該引數的單位稱為分貝，記為db， 。
2、聲壓級
雜訊控制中，常用聲壓級來衡量聲音的強弱。 ，基準聲壓聲壓級和聲壓的關係為，聲壓級變化20db，相當於聲壓值變化10倍;聲壓級變化40db,相當於聲壓值變化100倍;
3、聲功率級
聲源的聲功率級等於這個聲源的聲功率與基準聲功率的取常用對數再乘以10。
基準聲功率 4、振動加速度級
振動加速度平方與基準加速度平方的比值取以10為底的對數乘以10，就得到振動加速度級 ， ——加速度有效值，簡諧振動加速度有效值為加速度幅值的倍， ; ——基準加速度， 。一般人剛剛感覺到的垂直振動加速度級為 ，即60db。
5、振動級
振動級指修正的加速度級，用表示，即： 6、聲壓級的疊加、修正和平均
(1)聲壓級的疊加
①聲壓級相同的聲音的疊加。不能將聲壓級做簡單的算術相加，能進行疊加運算的只能是聲音的能量，利用能量的相加進行聲壓級運算。
當n=2，即聲壓級相同的兩個聲音疊加，則總聲壓級為：
②聲壓級不相同的聲音的疊加。兩個聲壓級不相同的聲音的疊加，並假設第乙個聲音的聲壓級大於第二個聲音的聲壓級，即 ，則總的聲壓級可以表示為：
(2)聲壓級的修正
2個聲壓級不相同的聲音疊加時，假設第乙個聲音的聲壓級大於第二個聲音的聲壓級，即 ，則總的聲壓級可表示為： (3)聲壓級的平均
分貝是能量之比的對數關係，聲壓級的平均應取各聲壓級的能量平均的分貝數， ，或者表示為： 計算n個聲壓級的平均值的方法是：首先求出n個聲壓級的總聲壓級，然後減去 。
它是從聲能平均的原理推導出來的，在一般測量中，測量的各聲壓級差值如果在10db的範圍內，簡化用算術平均法的誤差不大。
7、a聲級
研究雜訊對人體健康的危害及對雜訊的防治，必須有雜訊對人體影響程度的評價標準。對雜訊的評價常採用統計的方法，即依靠足夠數的人們對雜訊主觀反應的對比性調查，得出統計的平均量。主要的評價量有a聲級、等效連續、雜訊評價數nr和累積百分聲級。
有關概念：
(1)響度級：單位是方(phon)。響度級就是指當選取1000hz純音做基準音時，凡是聽起來和該純音一樣響的聲音，不論其聲壓級和頻率是多少，它的響度級(方值)就等於該純音的聲壓級數。
(2)等響曲線：345頁圖表示每一條曲線表示不同頻率、不同聲壓級的純音具有相同的響度級。
(3)頻率計權：在測量儀器中，對不同頻率的客觀聲壓級人為地給予適當的增減，這種修正方法稱為頻率計權，實現這種頻率計權的網路稱為計權網路。a、b、c、d 4種計權網路，經過計權網路測得的聲級稱為計權聲級，是衡量雜訊強弱的主觀評價量。
a聲級測量的結果與人耳對聲音的響度感覺相近似，用a聲級分貝數的大小對雜訊排列次序時，能夠較好反映人對各種雜訊的主觀評價。是目前評價雜訊的主要指標。
複習要求：
1、熟悉聲源及其分類
2、掌握點聲源、線聲源和面聲源的基本特性
一、機械雜訊源
由於機械裝置運轉時存在不平衡，各零部件之間因偏差或表面缺陷而相互撞擊、摩擦產生的交變機械作用力使裝置金屬板、軸承、齒輪或其他運動部位發生振動而輻射出雜訊的聲源稱為機械雜訊源。機械雜訊源又分為下列幾種。
1、撞擊雜訊
因衝擊力的作用會使機械產生較強的衝擊雜訊。如鍛錘工作時其機械能分為四部分，第一部分做功、第二部分轉化為熱能、第三部分通過基礎以固體聲的形式向四周地面傳播，第四部分則轉化為使機件產生彈性形變的振動能。機件彈性形變振動能的一部分再以聲波的形式向四周空間輻射，形成撞擊雜訊，這種雜訊還可以分解為撞擊瞬間產生的噴射雜訊、壓力脈衝雜訊和結構雜訊。
其中以結構雜訊產生的影響最大，輻射雜訊的時間最長。
撞擊雜訊有以下特徵：當撞擊發生在較硬的光滑物體之間時，作用時間短，作用力大，則激勵的頻帶寬，激發物體本身振動方式就多，呈寬頻帶撞擊雜訊;如果撞擊發生在較軟的不光滑的物體之間時，作用時間相對較長，作用力小，激勵的頻帶窄，激發的振動方式少。
2、激發雜訊
一般由旋轉機械的週期性作用力產生。最簡單的週期力是由轉動軸、飛輪等轉動系統的靜、動態不平衡所引起的偏心力。這種作用力正比於轉動系統的質量和靜、動態的合成偏心距，也正比於轉動角速度的平方。
當轉動系統的轉速達到其臨界轉速時，則該系統自身會產生極大的振動，並將振動力傳遞到與其相連的其他機械部分，激起強烈的雜訊。激發雜訊會隨著機件縫隙的存在、結構剛度不夠或摩擦嚴重而增大。
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