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第十二章 噪聲 電磁輻射 放射性與其他污染防治技術(shù) 1 噪聲的基本概念 物理學(xué) 是聲波的頻率和強(qiáng)弱變化毫無規(guī)律 雜亂無章的聲音 心理學(xué) 人們不需要 使人煩躁的聲音種類 空氣動(dòng)力性 機(jī)械性 電磁性 電聲性噪聲污染的特點(diǎn) 相對(duì)性局部性時(shí)間性慢性和間接性 2 噪聲對(duì)人體的危害 聽力損失干擾語言交流煩惱睡眠干擾對(duì)工作效率的影響對(duì)兒童和胎兒的影響對(duì)視力 動(dòng)物和物質(zhì)結(jié)構(gòu)的影響 3 噪聲的危害 1 噪聲對(duì)聽力的損傷長期在強(qiáng)噪聲環(huán)境下工作 會(huì)使內(nèi)耳聽覺組織受到損傷 造成耳聾 慢性的噪聲性耳聾聽力損失用500Hz 1000Hz和2000Hz三個(gè)頻率上聽力損失的平均值來表示 聽力正常 聽力損失在15dB以內(nèi) 接近正常 聽力損失15 25dB 輕度耳聾 聽力損失25 40dB 中度耳聾 聽力損失40 65dB 重度耳聾 聽力損失65dB以上 噪聲級(jí)在80dB以內(nèi) 才能保證人們長期工作不發(fā)生耳聾 在90dB以下 只能保證80 的人工作40年后不會(huì)耳聾 85dB仍會(huì)有10 的人產(chǎn)生噪聲性耳聾 強(qiáng)噪聲性耳聾 或爆震性耳聾 4 噪聲的危害 2 噪聲對(duì)睡眠的干擾40dB的連續(xù)噪聲可使10 的人睡眠受到影響 70dB的連續(xù)噪聲可使50 的人受到影響 40dB的突發(fā)性噪聲可使10 的人驚醒 到60dB時(shí) 可使70 的人驚醒 5 3 噪聲能誘發(fā)疾病長期暴露在強(qiáng)噪聲環(huán)境下 會(huì)引起人體的緊張反應(yīng) 使腎上腺素分泌增加 引起心率加快 血壓升高 噪聲會(huì)引起消化系統(tǒng)的疾病 引起消化不良 誘發(fā)胃腸粘膜潰瘍 會(huì)引起疲勞 頭暈及記憶力衰退 誘發(fā)神經(jīng)衰弱癥 噪聲的危害 6 4 噪聲影響語言交談和通訊聯(lián)絡(luò)的干擾當(dāng)人們交談距離為1米時(shí) 平均聲級(jí)為65dB 當(dāng)環(huán)境噪聲級(jí)高于語言聲級(jí)10dB時(shí) 談話聲音會(huì)被環(huán)境噪聲完全掩蓋 當(dāng)噪聲級(jí)超過90dB時(shí) 即使大喊大叫也難以進(jìn)行正常交談 噪聲的危害 7 噪聲的危害 5 特強(qiáng)噪聲會(huì)對(duì)儀器設(shè)備和建筑結(jié)構(gòu)造成危害當(dāng)噪聲級(jí)超過135dB時(shí) 電子儀器的連接部位會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)動(dòng) 微調(diào)元件發(fā)生偏移 使儀器發(fā)生故障而失效 當(dāng)超過150dB時(shí) 儀器的元件可能失效或損壞 當(dāng)噪聲超過140dB時(shí) 輕型建筑物會(huì)遭受損傷 8 噪聲的測量 噪聲的物理量度聲強(qiáng)與聲強(qiáng)級(jí)聲壓與聲壓級(jí)聲功率與聲功率級(jí)噪聲的評(píng)價(jià)噪聲的測量 9 噪聲的物理量度 一 聲壓 聲壓級(jí) 聲能量 聲強(qiáng)和聲功率1 聲壓p當(dāng)有聲波存在時(shí) 在媒質(zhì)中產(chǎn)生的壓強(qiáng)的增量 單位 Pa或 br 1Pa 10 br 當(dāng)聲頻為1000Hz時(shí) 人耳可聽聲壓范圍為2 10 5 20Pa 有效聲壓pe 一段時(shí)間內(nèi)聲壓的均方根值 由于人耳無法感受聲壓的起伏 只能感受一個(gè)穩(wěn)定的有效聲壓 媒質(zhì)的聲阻抗率Zs p u c u為質(zhì)點(diǎn)速度 c為聲速 聲壓級(jí) 10 一 聲壓 聲能量 聲強(qiáng)和聲功率 2 聲能量由于聲擾動(dòng) 聲波在媒質(zhì)中傳播 產(chǎn)生動(dòng)能和形變的勢能 動(dòng)能和勢能之和即為聲能量 單位 J聲場 空間中存在聲波的區(qū)域 聲能密度D 聲場中單位體積媒質(zhì)所含有的聲能量 單位 J m3 對(duì)于自由空間的平面聲波 D W cS I c p2 c2 11 一 聲壓 聲能量 聲強(qiáng)和聲功率 3 聲強(qiáng)I單位時(shí)間內(nèi) 通過和聲波射線垂直的單位面積內(nèi)的聲能量稱為聲強(qiáng) 即在傳播方向上通過單位面積上的聲功率 單位 W m2 對(duì)于自由空間的平面聲波和球面波 I W S pu p2 c聲強(qiáng)與離開聲源的距離有關(guān) 對(duì)于自由空間的點(diǎn)聲源 I球 W 4 r2 對(duì)于放在具有反射的地面上的點(diǎn)聲源 I球 W 2 r2 12 一 聲壓 聲能量 聲強(qiáng)和聲功率 4 聲功率W聲功率就是指聲源在單位時(shí)間內(nèi)輻射出來的總聲能量 單位 W 對(duì)于自由空間的點(diǎn)聲源 W球 4 r2p2 c對(duì)于放在具有反射的地面上的點(diǎn)聲源 W半球 2 r2p2 c 13 二 聲波的測量單位 1 級(jí)的概念1個(gè)量的級(jí)是這個(gè)量與同類基準(zhǔn)值之比的對(duì)數(shù) 用L表示 表達(dá)式 r 10時(shí) 級(jí)的單位為貝 耳 級(jí)表示的量與功率成正比 工程上常用分貝表示級(jí) 是貝的十分之一 符號(hào)為dB r e時(shí) 級(jí)的單位為奈培 Np 1Np 8 686dB 主要聲學(xué)量的級(jí)和基準(zhǔn) 15 二 聲波的測量單位 2 聲壓級(jí)LpLp 20lg p p0 Lp為聲壓級(jí) 單位dB p為有效聲壓 Pa 基準(zhǔn)聲壓p0 2 10 5Pa 對(duì)于聽閾Lp 0 對(duì)于痛閾Lp 120dB 16 某些環(huán)境下的聲壓和聲壓級(jí) 17 二 聲波的測量單位 3 聲強(qiáng)級(jí)LILI 10lg I I0 LI為聲強(qiáng)級(jí) 單位dB I為聲強(qiáng) 瓦 米2 基準(zhǔn)聲強(qiáng)I0 1 10 12瓦 米2 LI 10lg I I0 10lg p2 p02 10lg p02 I0 c LP 10lg400 c當(dāng)在1atm 38 9 時(shí) 空氣的 c 400Pa s m LI Lp在一般情況下 空氣中的聲波LI與Lp的值相差 0 2dB 故LI Lp 18 二 聲波的測量單位 4 聲功率級(jí)LWLW 10lg W W0 LW為聲功率級(jí) 單位dB W為聲功率 瓦 基準(zhǔn)聲功率W0 1 10 12瓦 LW 10lg W W0 10lg IS W0 10lg I 10 12 10lgS LI 10lgS LP 10lgS對(duì)于球面聲波 距離聲源半徑微r 則有 LW LP 10lg4 r2 LP 20lgr 11對(duì)于半球面聲波 距離聲源半徑微r 則有 LW LP 10lg2 r2 LP 20lgr 8 19 三 噪聲級(jí)的合成 1 噪聲級(jí)合成是按照能量的疊加規(guī)律進(jìn)行疊加的 2 聲強(qiáng)級(jí) 聲強(qiáng)與能量成正比 總聲強(qiáng)等于各聲強(qiáng)之和 假設(shè)有n個(gè)噪聲源同時(shí)存在 聲強(qiáng)與聲強(qiáng)級(jí)分別為I1 I2 In和L1 L2 Ln 則 L1 10lgI1 I0 L2 10lgI2 I0 Ln 10lgIn I0 I1 I0 100 1L1 I2 I0 100 1L2 In I0 100 1Ln 所以 總聲強(qiáng)級(jí)L 10lg I1 I0 I2 I0 In I0 10lg 100 1L1 100 1L2 100 1Ln 20 三 噪聲級(jí)的合成 3 聲壓級(jí) 能量與聲壓的平方成正比 總聲壓的平方等于各聲壓排放之和 假設(shè)有n個(gè)噪聲源同時(shí)存在 聲壓與聲壓級(jí)分別為p1 p2 pn和L1 L2 Ln 則 Lp1 20lgp1 p0 Lp2 20lgp2 p0 Lpn 20lgpn p0 p1 p0 2 100 1Lp1 p1 p0 2 100 1Lp2 p1 p0 2 100 1Lpn 所以 總聲壓級(jí)Lp 10lg 100 1L1 100 1L2 100 1Ln 21 三 噪聲級(jí)的合成 4 n個(gè)相同噪聲級(jí)合成的總噪聲級(jí)L 10lg 100 1L1 100 1L2 100 1Ln 10lg n100 1L1 L1 10lgn當(dāng)n 2時(shí) L L1 10lg2 L1 3即表示兩個(gè)相同的聲壓級(jí)相加 能量增加一倍 聲級(jí)增加3dB 22 三 噪聲級(jí)的合成 5 不同噪聲級(jí)的合成假設(shè)存在兩個(gè)噪聲源 聲壓級(jí)分別為L1 L2 且L1 L2 則有 L L1 10lg 100 1L1 100 1L2 L1 10lg 100 1L1 100 1L2 100 1L1 10lg 1 10 0 1 L1 L2 設(shè)噪聲合成的附加值 L 10lg 1 10 0 1 L1 L2 則L L1 L其中 L可查表 根據(jù)表可知 當(dāng)L1 L2 6dB時(shí) L 1dB 所以當(dāng)兩個(gè)聲源中的一個(gè)噪聲級(jí)超出另一個(gè)噪聲級(jí)6 8dB 則較弱的噪聲可以忽略不計(jì) 23 噪聲的頻譜 一 噪聲分析的基本知識(shí)聲音的頻率就是聲源振動(dòng)的頻率 人耳聽到的聲音有的低沉 有的尖銳主要是聲音的音調(diào)的高低引起的 而音調(diào)是人耳對(duì)聲源振動(dòng)頻率的主觀感受 聲音可按頻率分為 次聲 20000Hz 噪聲控制主要研究可聽聲 可聽聲可分為 低頻聲 2000Hz 人們?cè)谏钪新牭降穆曇羰遣煌l率 強(qiáng)度的純音復(fù)合而成的 24 噪聲評(píng)價(jià) 一 人耳的聽覺特性與A聲級(jí)1 人耳的聽覺特性不同頻率的聲音 即使聲壓級(jí)相同 人耳感覺的響亮程度不同 如同樣60dB 100Hz和1000Hz的兩種聲音 1000Hz的聲音人耳聽起來響一些 而要100Hz的聲音聽起來與1000Hz 60dB的聲音一樣響 聲壓級(jí)要達(dá)到67dB 人耳對(duì)1000 5000Hz的聲音最敏感 人耳的聽覺系統(tǒng)具有濾波的功能 酒會(huì)效應(yīng) 即人耳能在有其他噪聲存在的環(huán)境下聽出某些頻率的聲音 25 一 人耳的聽覺特性與A聲級(jí) 2 響度響度是人耳判別聲音由輕到響的強(qiáng)度等級(jí)概念 是描述聲音大小的主觀感覺量 不僅取決于聲音的強(qiáng)度 如聲壓級(jí) 還與它的頻率及波形有關(guān) 響度的單位是宋 sone 符號(hào)是 N 1宋的定義為聲壓級(jí)為40dB 頻率為1000Hz 且來自聽者正前方的平面行波的強(qiáng)度 如果另一個(gè)聲音聽起來比這個(gè)大n倍 即聲音的響度為n宋 26 一 人耳的聽覺特性與A聲級(jí) 2 響度級(jí)響度級(jí)是用來定量地確定聲音的輕或響的程度的參數(shù) 響度級(jí)是建立在兩個(gè)聲音的主觀比較上的 定義1000Hz純音聲壓級(jí)的分貝值為響度級(jí)的數(shù)值 任何其它頻率的聲音 當(dāng)調(diào)節(jié)1000Hz純音的強(qiáng)度使之與這聲音一樣響時(shí) 該1000Hz純音的聲壓級(jí)分貝數(shù)定義為這一聲音的響度級(jí) 響度級(jí)的單位是方 phon 符號(hào)是 LN 響度與響度級(jí)的關(guān)系 聲壓級(jí)每增加10方 響度值加倍N 2 LN 40 10或LN 40 33 3lgN等響曲線 對(duì)各頻率進(jìn)行試聽分析 達(dá)到同樣響度級(jí)時(shí) 頻率與聲壓級(jí)的關(guān)系曲線 27 28 一 人耳的聽覺特性與A聲級(jí) 3 A聲級(jí)由等響曲線可以看出 人耳能聽到的最小的聲音與頻率有關(guān) 頻率低 人耳的靈敏度差 頻率高 人耳靈敏度好 如果有一臺(tái)機(jī)器發(fā)出的噪聲 含有從低到高頻聲 其噪聲一進(jìn)人耳就失真了 或被濾去了一部分低頻成分 也可以說被人耳計(jì)權(quán)了 由于人耳的聽覺無法測定聲音的頻率成分和相應(yīng)的強(qiáng)度 只能利用測量儀器 聲級(jí)計(jì)來測定 為了模擬人耳的聽覺特性 在聲級(jí)計(jì)中安裝了一個(gè)濾波器使它對(duì)頻率的判別與人耳相似 這個(gè)濾波器稱為A計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò) 該聲級(jí)計(jì)稱為A聲級(jí)計(jì) 當(dāng)聲音信號(hào)進(jìn)入A網(wǎng)絡(luò) 中 低頻聲音按比例衰減通過 1000Hz聲音無衰減通過 通過A聲級(jí)計(jì)測定的聲壓級(jí)稱為A聲級(jí) 記做dBA或dB A 29 一 人耳的聽覺特性與A聲級(jí) 4 B C D聲級(jí)A B和C計(jì)權(quán)聲級(jí)的主要差別在于對(duì)低頻成分的衰減程度 A衰減最多 B其次 C最少 A計(jì)權(quán)聲級(jí)是模擬人耳對(duì)55分貝以下低強(qiáng)度噪聲的頻率特性 B計(jì)權(quán)聲級(jí)是模擬55分貝到85分貝的中等強(qiáng)度噪聲的頻率特性 C計(jì)權(quán)聲級(jí)是模擬高強(qiáng)度噪聲的頻率特性 D計(jì)權(quán)聲級(jí)是對(duì)噪聲參量的模擬 專用于飛機(jī)噪聲的測量 A計(jì)權(quán)聲級(jí)表征人耳主觀聽覺較好 故實(shí)際中較常采用A計(jì)權(quán)聲級(jí) 30 二 等效連續(xù)聲級(jí) Leq A計(jì)權(quán)聲級(jí)能較好評(píng)價(jià)連續(xù)穩(wěn)態(tài)噪聲 但對(duì)一個(gè)起伏的或不連續(xù)的噪聲 A計(jì)權(quán)聲級(jí)就不合適了 用噪聲能量按時(shí)間平均方法來評(píng)價(jià)噪聲對(duì)人影響 即等效連續(xù)聲級(jí) 符號(hào) Leq 它是用一個(gè)相同時(shí)問內(nèi)聲能與之相等的連續(xù)穩(wěn)定的A聲級(jí)來表示該段時(shí)間內(nèi)噪聲的大小 數(shù)學(xué)表達(dá)式 31 二 等效連續(xù)聲級(jí) Leq 如果測量是在同樣的采樣時(shí)間間隔 則表達(dá)式變?yōu)?晝夜等效聲級(jí)Ldn注 晝間為07 00 22 00 共16小時(shí) 夜間為22 00 7 00 共8小時(shí) 考慮夜間噪聲對(duì)人們的影響更大 對(duì)夜間的噪聲A聲級(jí)加10dB進(jìn)行修正 32 三 累計(jì)百分?jǐn)?shù)聲級(jí)Ln 連續(xù)等效聲級(jí)反映了噪聲對(duì)人體的影響 但是未能反映噪聲的起伏程度 因而采用累計(jì)百分?jǐn)?shù)聲級(jí)來評(píng)價(jià)噪聲 累計(jì)百分?jǐn)?shù)聲級(jí)Ln表示在測量時(shí)間內(nèi)高于Ln聲級(jí)所占的時(shí)間為n 例如L10 70dB 表示聲級(jí)高于70dB的時(shí)間占10 其余90 的時(shí)間內(nèi)噪聲級(jí)均低于70dB 通常 L90表示本底噪聲 L50表示中值噪聲級(jí) L10表示噪聲峰值 累計(jì)百分?jǐn)?shù)聲級(jí)一般只用于有較好正態(tài)分布的噪聲評(píng)價(jià) 當(dāng)符合正態(tài)分布時(shí) 其與等效聲級(jí)的關(guān)系為 Leq L50 L10 L90 2 60 33 噪聲的控制技術(shù) 環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn) 34 噪聲源控制 研制和采用噪聲低的設(shè)備和加工工藝減少?zèng)_擊力 降低速度和壓力 降低摩擦阻力 減少輻射面積 減少噪聲泄露 消聲器和弱聲器聲音傳播途徑的控制分離 吸聲材料 吸聲內(nèi)襯 障礙物和隔板 傳送損失 封閉保護(hù)接受者改變工作日程 保護(hù)耳 35 聲波的傳播 一 距離衰減1 聲源點(diǎn)聲源 當(dāng)聲源的尺寸遠(yuǎn)小于測點(diǎn)到聲源的距離時(shí) 聲波以球面波的形狀較均勻地向各個(gè)方向輻射 線聲源 如一列較長的列車 公路上長的車隊(duì)等 面聲源 如透過一個(gè)壁面向開闊空間傳播 36 一 距離衰減 2 點(diǎn)聲源的距離衰減對(duì)于自由空間 球面波 聲強(qiáng) I W 4 r2 聲功率級(jí) LW LP 20lgr 11對(duì)于半自由空間 球面波 聲強(qiáng) I W 2 r2 聲功率級(jí) LW LP 20lgr 8距離r1與r2之間的聲級(jí)差為 LW LP r1 20lgr1 11 8 LP r2 20lgr2 11 8 即 LP LP r1 LP r2 20lgr2 r1當(dāng)r2 r1 2 衰減6dB 即距離增加1倍 聲壓級(jí)衰減6dB 37 一 距離衰減 3 線聲源的距離衰減面積S 2 rl 聲強(qiáng) I W 2 rl 聲功率級(jí) LW LP 10lg 2 rl 1 當(dāng)r l1時(shí) 距離加倍 聲壓級(jí)衰減6dB 38 二 空氣吸收的衰減 聲波在空氣中傳播時(shí) 因空氣的粘滯性和熱傳導(dǎo) 在壓縮和膨脹過程中 使一部分聲能轉(zhuǎn)化為熱能而損耗 成為空氣吸收 衰減的大小與聲源的頻率 空氣的濕度和溫度有關(guān) 如在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下 20 下 濕度為50 時(shí) 聲源頻率為250 500 1000 2000 4000Hz的空氣吸收引起的衰減分別為0 12 0 28 0 5 1 04 2 65dB 100m 高頻噪聲比低頻噪聲衰減得快 39 三 地面吸收的衰減 聲波在傳播過程中 會(huì)受到各種復(fù)雜的地面條件的影響 遇到樹木 草地 灌木 會(huì)引起衰減 衰減的大小與樹木的種類 樹葉的繁茂程度和樹木的高度有關(guān) 一般來說 短距離 30 50米 衰減可忽略 70米以上應(yīng)考慮 對(duì)于較茂密的樹林 每10米衰減2 3dB 每100米 衰減20 30dB 對(duì)于厚的草地或穿過灌木叢 頻率為1000Hz的衰減可高達(dá)25dB 100m 40 四 噪聲的傳播途徑 1 聲波的反射 2 聲波的折射 服從Snell定律 3 聲波的干涉 相干波發(fā)生疊加的現(xiàn)象 4 聲波的衍射 聲波遇到障礙物或空洞時(shí) 波長遠(yuǎn)大于障礙物和空洞 發(fā)生繞流的現(xiàn)象 也稱為 漏聲 現(xiàn)象 41 電磁輻射危害 電磁輻射的作用機(jī)理及其對(duì)人體的危害電磁污染源的種類和傳播途徑射頻污染源的種類電磁污染的傳播途徑空間輻射導(dǎo)線傳播復(fù)合傳播 42 43 電磁污染的測量 電磁污染的測量的特點(diǎn)遠(yuǎn)區(qū)場電磁污染的測量特點(diǎn)近區(qū)電磁污染的測量特點(diǎn)電磁污染的量度單位測量方法與儀器 44 電磁輻射的控制技術(shù) 電磁屏蔽技術(shù)吸收法控制微波污染遠(yuǎn)距離控制和自動(dòng)作業(yè)線路濾波合理設(shè)計(jì)工作參數(shù) 保證射頻設(shè)備在匹配狀態(tài)下操作個(gè)人防護(hù) 45