武理工噪聲控制工程講義

噪聲控制工程

1緒論

?本章提要；

人類處在聲音的包圍之中，聲音對人類社會的各項社會實踐都:

:非常有用。但有些聲音的存在影響人們正常工作和健康，是人們不:

2需要的聲音，稱為噪聲。環(huán)境噪聲是指在生產(chǎn)、建筑施工、交通運(yùn)輸;

:和社會生活中所產(chǎn)生的影響周圍生活環(huán)境的聲音。噪聲污染是世界:

?四大污染之一，對人的生活、健康危害很大。本章主要學(xué)習(xí)噪聲及其?

:污染，噪聲污染的危害、特點(diǎn)，噪聲控制技術(shù)的發(fā)展。?

《4K

1.1噪聲及其污染

1.1.1噪聲污染

人的生活、工作都離不開聲音。我們從日常的生活中可以體會到聲音總是

有3個表征量，即音量的大小、音調(diào)的高低與音色的不同。這些都是與聲音的物

理特性密切相關(guān)的。這些聲音中有些是人們需要的、想聽的，如語言上的相互交

談或是音樂欣賞；而有些聲音則是工作中、生活中不想聽的，這些聲音就稱為

“噪聲”，其中也包括有人想聽而干擾你休息的音樂聲。心理學(xué)的觀點(diǎn)認(rèn)為噪聲

和樂聲是很難區(qū)分的，它們會隨著人們主觀判別的差異而改變，因此噪聲與好聽

的聲音是沒有絕對界限的。在《中華人民共和國環(huán)境噪聲污染防治法》中，環(huán)境

噪聲是指在生產(chǎn)、建筑施工、交通運(yùn)輸和社會生活中所產(chǎn)生的影響周圍生活環(huán)境

1

的聲音。

噪聲污染是當(dāng)代的世界性問題。古代就有噪聲污染問題，噪的解釋：《說

文》為擾也；《玉篇》為群呼煩擾也。這是兩千年以前的記載，僅指因人聲喧嘩而

成為煩擾人的噪聲；而近代的噪聲污染則是大規(guī)模工業(yè)化的后果，隨著各種機(jī)械

設(shè)備、交通工具的急劇增加，噪聲污染問題也越來越嚴(yán)重，它已經(jīng)成為當(dāng)今社會

的四大公害之一。

1.1.2噪聲污染的主要特點(diǎn)

噪聲污染與水、氣、固廢等物質(zhì)的污染相比，具有其顯著特點(diǎn)：

1.1.2.1環(huán)境噪聲是感覺公害

噪聲對環(huán)境的污染與工業(yè)“三廢”一樣，是一種危害人類的公害，但就公害

性質(zhì)來說，噪聲屬于感覺公害。通常，噪聲是由不同振幅和不同頻率組成的無調(diào)

嘈雜聲。但有調(diào)或好聽的音樂聲，在它影響人們的工作和休息，并使人感到厭煩

時，也認(rèn)為是噪聲。所以，對噪聲的判斷也與個人所處的環(huán)境和主觀愿望有關(guān)。

因此，對噪聲評價的顯著特點(diǎn)，是與受害人的生理與心理因素有關(guān)的。環(huán)境噪聲

標(biāo)準(zhǔn)也要根據(jù)不同的時間、不同的地區(qū)和人所處的不同行為狀態(tài)來制定。

1.1.2.2環(huán)境噪聲是局限性和分散性的公害

所謂局限性是指一般的噪聲源只能影響它周圍的一定區(qū)域，而不會像大氣

污染能飄散到很遠(yuǎn)的地方。環(huán)境噪聲擴(kuò)散影響的范圍具有局限性。

分散性主要是指環(huán)境噪聲源分布的分散性。

1.1.2.3環(huán)境噪聲具有能量性

環(huán)境噪聲是能量的污染，它不具備物質(zhì)的累計性。噪聲是由發(fā)聲物體的振

動向外界輻射的一種聲能。若聲源停止振動發(fā)聲，聲能就失去補(bǔ)充，噪聲污染隨

之終止，危害即消除。不像其他污染源排放的污染物，即使停止排放，污染物在

長時間內(nèi)還是殘留著，污染是持久的。噪聲的能量轉(zhuǎn)化系數(shù)很低，約為102，即

百萬分之一。換句話說，1kw的動力機(jī)械，大約只有1mw變?yōu)樵肼暷芰俊?/p>

1.1.2.4環(huán)境噪聲具有波動性和難避性

聲能是以波動的形式傳播的，因此噪聲特別是低頻噪聲具有很強(qiáng)的繞射能

力，可以說是“無孔不入”。突發(fā)的噪聲是難以逃避的，“迅雷不及掩耳”就是這

個意思。人耳不會像眼睛那樣迅速閉合來防止光污染，也不會像鼻子遇到異味

能屏氣以待，即使在睡眠中，人耳也會受到噪聲的污染。由于噪聲以340m/s的

速度傳播，因此即使聞聲而逃，也避之不及。

1.1.2.5噪聲具有危害潛伏性

有人認(rèn)為，噪聲污染不會死人，因而不重視噪聲的防治。大多數(shù)暴露在90

dB(A)左右噪聲條件下的職工，也認(rèn)為能夠忍受，實際上這種“忍受”是以聽力

2

偏移為代價的。噪聲的危害不可低估。

1.2環(huán)境噪聲源及其分類

1.2.1噪聲的來源

噪聲是聲的一種，它具有聲波的一切特性，主要來源于物體（固體、液體、氣

體）的振動。通常我們把能夠發(fā)聲的物體稱為聲源，產(chǎn)生噪聲的物體或機(jī)械設(shè)

備稱為噪聲源，能夠傳播聲音的物質(zhì)稱之為傳聲介質(zhì)。人對噪聲有吵鬧的感覺，

同噪聲的強(qiáng)度和頻率有關(guān)，頻率低于20Hz的聲波稱為次聲，超過20kHz的稱之

為超聲，次聲和超聲都是人耳聽不到的聲波。人耳能夠感覺到的聲音（可聽聲）

頻率范圍是20~20000Hz..物理學(xué)上通常用頻率、波長、聲速、聲壓、聲強(qiáng)、聲功

率級及聲壓級等概念和量值來描述聲的一般特性。

1.2.2噪聲的分類

噪聲因其產(chǎn)生的條件不同而分為很多種類，既有來源于自然界的（如火山

爆發(fā)、地震、潮汐和刮風(fēng)等自然現(xiàn)象所產(chǎn)生的空氣聲、地聲、水聲和風(fēng)聲等），又

有來源于人為活動的（如交通運(yùn)輸、工業(yè)生產(chǎn)、建筑施工、社會活動等）。生活中

噪聲主要有過響聲、妨礙聲、不愉快聲、無影響聲等。過響聲是指很響的聲音，如

噴氣發(fā)動機(jī)排氣聲、大炮轟鳴聲等；妨礙聲是指一些聲音雖不太響，但妨礙人們

的交談、思考、學(xué)習(xí)和睡眠；摩擦聲、剎車聲、吵鬧聲等稱不愉快聲；人們生活中習(xí)

以為常的室外風(fēng)聲、雨聲、蟲鳴聲等稱無影響聲。

環(huán)境中出現(xiàn)的噪聲，按輻射噪聲能量隨時間的變化可分為穩(wěn)定噪聲、非穩(wěn)定

噪聲和脈沖噪聲。按噪聲的頻率特性可分為高頻噪聲、低頻噪聲、寬帶噪聲、窄

帶噪聲等.

1.2.3環(huán)境噪聲源的分類

影響城市聲環(huán)境質(zhì)量的噪聲源按人的活動方式分為以下幾類：

1.2.3.1交通噪聲

交通工具（如汽車、火車、飛機(jī)等）是活動的噪聲源，對環(huán)境影響較廣。我國

城市交通噪聲主要是汽車行駛中發(fā)出的噪聲。隨著城市規(guī)模逐漸擴(kuò)大，人口密

度（社會活動）增加，交通運(yùn)輸量不斷增長，城市環(huán)境噪聲污染日益加重。我國

城市道路交通噪聲統(tǒng)計結(jié)果表明，噪聲等效聲級范圍在68~76dB（A）之間，有3

3

390萬人受到公路交通噪聲影響，其中2700萬人生活在高于70dB的噪聲嚴(yán)重

污染的環(huán)境中。汽車噪聲除喇叭外，主要來自發(fā)動機(jī)、冷卻風(fēng)扇、進(jìn)排氣、輪胎

等。當(dāng)車速超過50km/h時，輪胎與路面接觸所產(chǎn)生的噪聲就成為交通噪聲的

主要組成部分。

I.2.3.2工業(yè)噪聲

工業(yè)噪聲按其產(chǎn)生的機(jī)理可分為氣體動力性噪聲、機(jī)械噪聲、電磁性噪聲三

種。

I.氣體動力性噪聲

葉片高速旋轉(zhuǎn)或高速氣流通過葉片，會使葉片兩側(cè)的空氣發(fā)生壓力突變，激

發(fā)聲波，如通風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、發(fā)動機(jī)迫使氣體通過進(jìn)、排氣口時傳出的聲

音，此為氣體動力性噪聲。

2.機(jī)械噪聲

它是由固體結(jié)構(gòu)物振動產(chǎn)生的。物體間的撞擊、摩擦、交變機(jī)械力作用下的

金屬板、旋轉(zhuǎn)機(jī)件的動力不平衡，以及運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)械零件軸承、齒輪等都會產(chǎn)生機(jī)

械噪聲，如鍛錘、織機(jī)、機(jī)床、機(jī)車等產(chǎn)生的噪聲。

3.電磁性噪聲

由電磁振動、電機(jī)等的交變力相互作用產(chǎn)生的噪聲，如電流和磁場的相互作

用產(chǎn)生的噪聲，發(fā)動機(jī)、變壓器的噪聲。

工廠噪聲不僅直接危害生產(chǎn)工人，也影響附近的居民。工業(yè)噪聲中，電子工

業(yè)和輕工業(yè)噪聲在90dB(A)以下；紡織廠噪聲為90~IIOdB(A)；機(jī)械工業(yè)噪聲

為80~l20dB(A),鑿巖機(jī)、大型球磨機(jī)達(dá)l20dB(A),風(fēng)鏟、風(fēng)鉀、大型鼓風(fēng)機(jī)在

l30dB(A)以上。表I.I所示為常見工業(yè)設(shè)備的噪聲范圍。

表1.1常見工業(yè)設(shè)密噪聲范圍

設(shè)備名稱|聲級范圍(dB(A))||設(shè)備名稱|一級范圍(dB(A))

4

飛機(jī)發(fā)動機(jī)107-140沖床74-98

振動篩93-130砂輪91-105

球磨機(jī)87-128風(fēng)鏟(鎘)91-110

織布機(jī)96-130軋機(jī)91-110

鼓風(fēng)機(jī)80-126沖壓機(jī)91-95

引風(fēng)機(jī)75-118剪板機(jī)91-95

空壓機(jī)73-116粉碎機(jī)91-105

破碎機(jī)85-114磨粉機(jī)91-95

蒸汽錘86-113冷凍機(jī)91-95

柴油機(jī)107-111拋光機(jī)96-100

鍛機(jī)89-110鏗鋸機(jī)96-100

木工機(jī)械85-120擠壓機(jī)96-100

電動機(jī)75-107卷揚(yáng)機(jī)80-90

發(fā)電機(jī)71-106退火爐91-100

水泵89-103拉伸機(jī)91-95

車床91-95細(xì)紗機(jī)91-95

1.2.3.3建筑施工噪聲

建筑施工的噪聲如表1.2、1.3所示。

表1.2建筑施工機(jī)械噪聲聲級(dB(A))

距一離聲源10m距離聲源30m

機(jī)械名稱

范圍平均范圍平均

打樁機(jī)93-11210584-10391

地螺鉆68-827557-7063

飾槍85-989157-7086

壓縮機(jī)82-988878-8078

破路機(jī)80-928574-8076

表1.3施工現(xiàn)場邊界上的噪聲級(dB(A))

場地類型居民建筑辦公樓等道路工程等

場地清理848484

挖土方888989

地基817888

安裝828579

修整888984

1.2.3.4社會噪聲

社會活動噪聲和家庭生活噪聲普遍存在，如宣傳用高音喇叭、家庭收音機(jī)、

電視機(jī)、音響、廚房切菜等對鄰居干擾的噪聲?？p紉機(jī)噪聲為50-80dB(A),電

5

視機(jī)噪聲為60~83dB(A),電扇噪聲為30~65dB(A),洗衣機(jī)噪聲為50~80

dB(A)。

1.3噪聲的危害

噪聲廣泛地影響著人們的各種活動，如影響睡眠和休息，妨礙交談，干擾工

作，使聽力受到損害，甚至引起神經(jīng)系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、消化系統(tǒng)等方面的疾病。

實際上，噪聲是影響面最廣的一種環(huán)境污染。噪聲的危害主要表現(xiàn)在以下方面：

1.3.1聽力損傷

噪聲對聽力的損害是噪聲危害中認(rèn)識得最早的一種影響。早在1886年，英

國格拉斯的一名醫(yī)生托馬斯?巴爾曾就噪聲對人的聽力影響進(jìn)行了著名的研

究。他通過對3組人(輪船鍋爐制造工、鑄造工、郵遞員)的比較，發(fā)現(xiàn)接觸強(qiáng)噪

聲的鍋爐制造工的聽力受損害最嚴(yán)重，而郵遞員的聽力最好。近年來關(guān)于噪聲

對聽覺影響的研究有了很大的進(jìn)展，大量的調(diào)查和研究證明，強(qiáng)噪聲會造成耳

聾。根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)化組織的規(guī)定，暴露在強(qiáng)噪聲下，對500Hz、1000Hz和2

000Hz三個頻率的平均聽力損失超過25dB,稱為噪聲性耳聾。在這種情況下進(jìn)

行正常的交談時，句子的可懂度下降13%,而句子加單音詞的混合可懂度降低

38%o換句話說，聽力發(fā)生障礙。

在不同噪聲級下長期工作，耳聾發(fā)病率的統(tǒng)計結(jié)果見表1.4所示。從表中

可以看出，噪聲級在80dB(A)以下，才能保證長期工作不致耳聾。在90dB(A)

條件下，只能保證80%的人不會耳聾；即使是85dB(A),還會有10%的人可能產(chǎn)

生噪聲性耳聾。

表1.4噪聲性耳聾發(fā)病率

等效連續(xù)A聲級噪聲暴露時間(年)

(dB(A))510152025303540

<8000000000

85135678910

90410141616182021

95717242829313229

1001229374243444441

6

1051842535860626154

1102655717878777262

1153671838784817564

一個人雖然沒有達(dá)到噪聲性耳聾的程度，但很可能已有了聽力損失。人耳

聽力損失的頻率從4000Hz左右開始，然后是其相鄰的頻率（2000Hz、6000Hz,

8OOOHZx-）,但是一個人4000Hz或6000Hz的聽力損失40-50dB,往往也察

覺不出來，因為并不影響日常語言的聽力。但對欣賞音樂是不利的，如長笛等

樂器的高頻聲就可能聽不到了，而對一些輔音，特別是含有高頻率的“斯”、“吃”

等音，往往容易混淆。

噪聲引起的聽力機(jī)構(gòu)的損傷，主要是內(nèi)耳的接收器官即柯蒂氏器官受到損

害而產(chǎn)生的。柯蒂氏器官由感覺細(xì)胞和支持結(jié)構(gòu)組成，過量的噪聲暴露可造成

感覺細(xì)胞和柯蒂氏器官整個的破壞?？拷伒捻敹藢?yīng)于低頻感覺，這一區(qū)

域感覺細(xì)胞必須到達(dá)很廣泛的損失，才能反映出聽域的改變。耳蝸低部對應(yīng)于

高頻感覺，而這一區(qū)域感覺細(xì)胞只要有很少的損失，就可能反映出聽域的改變。

當(dāng)這個區(qū)域的感覺細(xì)胞損失15%-20%,聽覺靈敏度就可能下降40dB。很強(qiáng)的

噪聲，如爆炸和火炮射擊等強(qiáng)脈沖聲，能造成聽覺器官機(jī)械性損傷，即鼓膜穿孔，

聽小骨折斷，甚至柯蒂氏器官被撕裂，一般稱為聽覺外傷。較低噪聲級的長期作

用，同樣也能造成感覺細(xì)胞道和支持結(jié)構(gòu)的退化，這樣的損傷叫做噪聲性耳蝸損

傷。噪聲性耳蝸損傷的機(jī)理主要是由于過量的噪聲暴露迫使聽覺細(xì)胞在過高的

新陳代謝速率下工作，而導(dǎo)致細(xì)胞的死亡，而這些聽覺細(xì)胞（包括聽覺神經(jīng)細(xì)

胞）都是高度專業(yè)化的，一旦遭到破壞，它不能再生，聽力就無法恢復(fù)。

上述的聽力變化通常有一個聽力損失的過程，衡量聽力損失的量是聽力域

級，聽力域級是可以覺察到的純音聲壓級，它與頻率有關(guān)。域級越高，說明聽力

損失或部分耳聾性程度越大。由噪聲引起的域級提高，稱噪聲域遷移。當(dāng)噪聲

暴露終止后，經(jīng)過休息，聽力能較快地恢復(fù)過來，稱暫時性域移；如暴露在強(qiáng)噪聲

下較長時間，噪聲終止后，經(jīng)休息仍有部分域移不能恢復(fù)，則這部分域移稱為永

久性域移。如某工人因受噪聲影響，對4000Hz純音可以覺察到的聲壓級比原

來未受噪聲影響時提高了20dB,即其在4000Hz的域級因噪聲影響而遷移了

20dB,也就是說他對4000Hz的聽力損失為20dB,即聽覺靈敏度下降了20dB。

國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（IsO）確定聽力損失25dB為耳聾標(biāo)準(zhǔn)，25-40dB為輕度

聾，40-55dB為中度聾，55-70dB為顯著聾，70-90dB為重度聾，90dB以上為

極端聾。在不同的噪聲級和不同的噪聲暴露時間下，耳聾的發(fā)病率見表1.4所

Zjso

7

1.3.2對睡眠的干擾

睡眠對人是極其重要的，它能夠使人的新陳代謝得到調(diào)節(jié)，使人的大腦得到

休息，從而消除體力和腦力疲勞。所以保證睡眠是關(guān)系到人體健康的重要因素，

但是噪聲會影響人的睡眠質(zhì)量和數(shù)量，當(dāng)睡眠受到噪聲干擾后，工作效率和健康

都會受到影響，老年人和病人對噪聲干擾尤其敏感。研究結(jié)果表明，連續(xù)噪聲可

以加快熟睡到輕睡的回轉(zhuǎn)，使人多夢，熟睡的時間縮短，突然的噪聲可使人驚醒。

一般來說，40dB的連續(xù)噪聲可使10%的人睡眠受到影響，達(dá)到60dB時，可使

70%的人驚醒。

1.3.3對交談、通訊、思考的干擾

噪聲妨礙人們之間的交談、通訊是常見的，人們的思考也是語言思維活動，

其受噪聲的干擾影響與交談是一致的。實驗證明噪聲干擾交談、通訊的情況如

表1.5所示。

表1.5噪聲對交談、通訊的干擾

噪聲級(dB(A))主觀反應(yīng)保證正常談話距離(m)通訊質(zhì)量

45安靜10很好

55稍吵3.5好

65吵1.2較困難

75很吵0.3困難

85太吵0.1不可能

1.3.4對人體的生理影響

許多調(diào)查和統(tǒng)計資料說明，大量心臟病的發(fā)展和惡化與噪聲有密切的聯(lián)系。

實驗結(jié)果表明，噪聲會引起人體緊張的反應(yīng)，使腎上腺素增加，引起心率改變和

血壓升高。一些工業(yè)噪聲調(diào)查的結(jié)果指出，在高噪聲條件下工作的鋼鐵工人和

機(jī)械車間工人比安靜條件下工作工人的循環(huán)系統(tǒng)的發(fā)病率要高，患高血壓的病

人也多。有實驗把兔子放在非常吵的工業(yè)噪聲環(huán)境下10周，發(fā)現(xiàn)實驗兔子的血

膽固醇比同樣飲食條件下未做實驗的兔子要高得多。對小學(xué)生的調(diào)查還發(fā)現(xiàn)，

經(jīng)常暴露于飛機(jī)噪聲下的兒童比安靜環(huán)境下的兒童血壓要高。目前不少人認(rèn)

為，20世紀(jì)工業(yè)生產(chǎn)噪聲和交通噪聲的提高，是造成心臟病發(fā)病率高的重要原

因之一。

噪聲還會引起消化系統(tǒng)方面的疾病。早在20世紀(jì)30年代，就有人注意到

長期暴露在噪聲環(huán)境下的工人，其消化功能有明顯的改變。一些研究表明，某些

8

吵鬧的工業(yè)行業(yè)里，潰瘍癥的發(fā)病率比安靜環(huán)境的高5倍。通過人和動物的實

驗都表明，在高于80dB(A)的噪聲環(huán)境中，腸蠕動要減少37%,隨之而來的是脹

氣和腸胃不舒適的感覺，當(dāng)噪聲停止時，腸蠕動由于過量的補(bǔ)償，其節(jié)奏大大加

快，幅度也增大，結(jié)果會引起消化不良，長時間的消化不良往往造成潰瘍癥。

在神經(jīng)系統(tǒng)方面，神經(jīng)衰弱癥候群是最明顯的。噪聲能引起失眠、疲勞、頭

暈、頭痛和記憶力衰退。

此外，強(qiáng)噪聲會刺激內(nèi)耳腔的前庭，使人暈眩、惡心、嘔吐，如暈船一般。超

過140dB的噪聲甚至?xí)鹧矍蛘駝?，視覺模糊，呼吸、脈搏、血壓都發(fā)生波動，

全身血管收縮，使供血減少，甚至說話能力受到影響。

1.3.5對心理的影響

噪聲引起的心理影響主要是使人激動、易怒，甚至失去理智。因住宿噪聲干

擾發(fā)生民間糾紛的事件時常發(fā)生。

噪聲也容易使人疲勞，因此往往會影響精力集中和工作效率，尤其是對一些

做非重復(fù)性動作的勞動者，影響更為明顯。

另外，由于噪聲的掩蔽效應(yīng)，往往使人不易察覺一些危險信號，從而容易造

成工傷事故。美國根據(jù)不同工種工人醫(yī)療和事故報告的研究發(fā)現(xiàn)，比較吵鬧的

工廠區(qū)域易發(fā)生事故，如美全總鐵路局對22個月里發(fā)生的、引起25名鐵路職工

死亡的19起事故進(jìn)行分析，認(rèn)為主要原因是高噪聲。

1.3.6對兒童和胎兒的影響

噪聲會影響少年兒童的智力發(fā)展，在強(qiáng)噪聲環(huán)境下，老師講課聽不清，會造

成兒童對講授的內(nèi)容不理解，長期下去，顯然會影響增長知識，顯得智力發(fā)展慢。

有人做過調(diào)查，吵鬧環(huán)境下的兒童智力發(fā)育比安靜環(huán)境中的低20%o

此外，噪聲對胎兒也會造成有害影響。研究表明，噪聲會使母體產(chǎn)生緊張反

應(yīng)，引起子宮血管收縮，以至影響供給胎兒發(fā)育所必需的養(yǎng)料和氧氣。此外，噪

聲還影響胎兒的體重，日本曾對1000多個出生嬰兒進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)吵鬧區(qū)域的

嬰兒體重輕的比例要高，這些嬰兒的體重在5.5磅以下，相當(dāng)于世界衛(wèi)生組織早

產(chǎn)兒定義的體重。這很可能是由于噪聲的影響，使某些影響胎兒發(fā)育的荷爾蒙

偏低。

1.3.7對動物的影響

噪聲對自然界的生物也是有影響的。如強(qiáng)噪聲會使鳥類羽毛脫落，不產(chǎn)卵，

甚至?xí)蛊鋬?nèi)出血和死亡。20世紀(jì)60年代初期，美國空軍的F-104噴氣飛機(jī)在

俄克拉荷馬城上空作超音速飛行實驗，每天飛越8次，高度為10000m,為期6

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個月。結(jié)果，在飛機(jī)轟聲的作用下，一個農(nóng)場1萬只雞只剩下4000只，被轟聲

殺死6000只?；灲Y(jié)果發(fā)現(xiàn)，暴露于轟聲下的雞腦的神經(jīng)細(xì)胞與未暴露的有本

質(zhì)的差別，受暴露的雞腦細(xì)胞中的尼塞爾物質(zhì)大大減少。高強(qiáng)聲實驗證明，

170dB的噪聲5min可使豚鼠死亡。

1.3.8噪聲對物質(zhì)結(jié)構(gòu)的影響

飛機(jī)作超音速飛行時產(chǎn)生的沖擊波，一般稱為轟聲，因為人們會聽到“口

的響聲，有如爆炸聲。轟聲雖然是一種脈沖聲，但由于它的能量可觀，故其具有

一定的破壞力。英法合作研制的協(xié)和式飛機(jī)在試飛過程中，航道下面的一些古

老建筑，如教堂等，由于轟聲的影響受到了破壞，出現(xiàn)了裂縫。

150dB以上的強(qiáng)噪聲，由于聲波振動會使金屬結(jié)構(gòu)疲勞，遭到破壞。由于聲

疲勞造成飛機(jī)或?qū)検碌膰?yán)重事故也有發(fā)生。據(jù)實驗，一塊0.6mm的鋁板，

在168dB的無規(guī)噪聲作用下，只要15min就會斷裂。

噪聲還會引起社會矛盾，造成經(jīng)濟(jì)上的損失。據(jù)世界衛(wèi)生組織估計，僅工業(yè)

噪聲的影響，美國每年由于低效率、不上工、工傷事故和聽力損失賠償?shù)染蛽p失

近40億美元。

1.4噪聲控制技術(shù)的發(fā)展

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，環(huán)境問題已被國際社會公認(rèn)為是影響/1世紀(jì)可持續(xù)

發(fā)展的關(guān)鍵性問題，而噪聲污染更是成為/1世紀(jì)首要攻克的環(huán)境問題之一。從

/0世紀(jì)70年代至今，噪聲控制技術(shù)日益成熟，目前世界上常用的噪聲控制技術(shù)

有消聲、吸聲、隔聲、隔振阻尼等，主要是在聲源、噪聲傳播途徑及接受者方面進(jìn)

行控制和處理。從噪聲源和振動源方面進(jìn)行噪聲控制，既是最積極主動和有效

合理的措施，也是工業(yè)生產(chǎn)中噪聲控制的努力方向。

有源降噪技術(shù)自1247年美國的9.HF奧爾森首次提出后，引起了世界各國

的廣泛興趣。125.年，奧爾森等人又提出了“電子吸聲器”，并付之實用。/0世

紀(jì)六七十年代，英、法、前蘇聯(lián)等國把單個有源消聲擴(kuò)展為多通道系統(tǒng)和組合次

級聲源，并成功地將其應(yīng)用于管道消聲。1280年，法國將有微處理的有源消聲

器裝置應(yīng)用于/./3k的實驗室柴油機(jī)，在/0w/509z范圍內(nèi)可降低噪聲/0dB?

國外防治噪聲污染對策主要包含兩個方面的內(nèi)容：一是從噪聲傳播分布的

區(qū)域性的控制角度出發(fā)，強(qiáng)化土地使用、城鎮(zhèn)建設(shè)規(guī)劃中的環(huán)境管理，貫徹合理

布局，特別是工業(yè)區(qū)和居民區(qū)分離的原則，即在噪聲污染的傳播影響上間接采取

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防治措施；二是從噪聲總(能)量的控制出發(fā)，對各類噪聲源機(jī)電設(shè)備的制造、銷

售和使用等環(huán)節(jié)上，即對污染源本身直接采取限制措施。具體可以分以下幾點(diǎn)：

(1)制定科學(xué)合理的城市規(guī)劃、城市區(qū)域環(huán)境規(guī)劃，劃分好各個區(qū)域的社會

功能以保證要求安靜的區(qū)域不受噪聲污染。

美國、法國、北歐、東歐等國家都很講究城市區(qū)域功能，使住宅、文教區(qū)遠(yuǎn)離

工業(yè)區(qū)或機(jī)場等高噪聲源。為了減少交通噪聲污染，各國還對城市進(jìn)行綠化，有

的國家把交通干線、機(jī)械設(shè)備裝置等噪聲源轉(zhuǎn)入地下，不少國家還致力于在道路

兩旁設(shè)置隔聲屏障；在住房建設(shè)中注意防止噪聲傳入室內(nèi)，一般都是安裝雙層窗

和多層復(fù)合隔聲結(jié)構(gòu)；隔聲、吸聲建筑材料的研制和生產(chǎn)也很受重視。

(2)規(guī)劃建設(shè)專用工業(yè)園區(qū)，組織并幫助高噪聲工廠、企業(yè)實施區(qū)域集中整

治，對居住生活地區(qū)建立必要的防噪聲隔離帶，或采取成片綠化等措施，縮小工

業(yè)噪聲的影響范圍。

(3)對不同的噪聲源機(jī)械設(shè)備均以一年為限，實施產(chǎn)品噪聲限值標(biāo)準(zhǔn)和分

級標(biāo)準(zhǔn)。有關(guān)政府部門據(jù)此對制造、銷售廠商進(jìn)行管理，促使發(fā)展技術(shù)先進(jìn)的低

噪聲、安靜型產(chǎn)品，逐步替代與淘汰落后的高噪聲產(chǎn)品。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(1sO)

已在推行把噪聲級指標(biāo)正式列為產(chǎn)品銘牌的一項基本內(nèi)容的規(guī)定。

(4)建立有關(guān)研究和技術(shù)開發(fā)、技術(shù)咨詢的機(jī)構(gòu)，為各類噪聲源設(shè)備制造商

提供技術(shù)指導(dǎo)，以便在產(chǎn)品的設(shè)計、制造中實現(xiàn)有效的噪聲控制，如開發(fā)運(yùn)用低

噪新工藝、高阻尼減振新材料、包裝式整視隔聲罩設(shè)計等，有計劃有目的地推動

技術(shù)進(jìn)步。

(5)提高用于吸聲、消聲、隔聲等的專用材料的性能，以適應(yīng)通風(fēng)散熱、防塵

防爆、耐腐蝕等技術(shù)要求：改進(jìn)噪聲污染影響的評價分析方法；開發(fā)應(yīng)用計算機(jī)

技術(shù)發(fā)展模型實驗；提高預(yù)測評價工作的效率和精度，節(jié)省防治工程的費(fèi)用。

我國噪聲控制技術(shù)研究取得了長足的進(jìn)展，測試分析技術(shù)有了很大提高，我

國大中城市環(huán)境監(jiān)測站己普遍采用精密聲級計、噪聲統(tǒng)計分析儀或自動監(jiān)測儀，

能定期、不定期對大范圍、多測點(diǎn)的工業(yè)噪聲源進(jìn)行快速、連續(xù)現(xiàn)場監(jiān)測，為環(huán)境

噪聲管理提供科學(xué)的依據(jù)。不少科研設(shè)計單位應(yīng)用計算機(jī)，結(jié)合混響室、消聲室

研究聲強(qiáng)測量和頻譜相關(guān)分析等新技術(shù)，為噪聲源的識別與控制提供條件。經(jīng)

過多年的推廣應(yīng)用，消聲、吸聲、隔聲、隔振和阻尼等常規(guī)治理技術(shù)，在各工業(yè)部

門得到了普及。不同行業(yè)根據(jù)各自的生產(chǎn)工藝和設(shè)備特點(diǎn)，積累了成功的經(jīng)驗。

低噪聲設(shè)備研制技術(shù)有所突破，噪聲控制器材設(shè)備的生產(chǎn)已迅速形成初具規(guī)模

的一項新興產(chǎn)業(yè)，從事噪聲控制和污染防治的專業(yè)科技人員隊伍日益壯大。

我國不少大專院校、科研設(shè)計單位及工礦企業(yè)也開展產(chǎn)品低噪聲化的研究

和實踐，深入分析研究各種噪聲源的發(fā)聲機(jī)理及其傳播途徑，研制成功并批量生

產(chǎn)了20余種低噪聲產(chǎn)品，如低噪聲軸流風(fēng)機(jī)、低噪聲離心風(fēng)機(jī)、低噪聲羅茨鼓風(fēng)

11

機(jī)等。

噪聲控制的發(fā)展還體現(xiàn)在政策管理方面，我國早在20世紀(jì)70年代就將保

護(hù)環(huán)境確立為一項基本國策，并制定了各種環(huán)境規(guī)劃。近年來，國家和地方各級

人民政府建立健全了環(huán)境保護(hù)管理結(jié)構(gòu)、環(huán)境監(jiān)測管理系統(tǒng)以及環(huán)保產(chǎn)品質(zhì)量

監(jiān)督檢驗體系，1996年還頒布了環(huán)境噪聲防治法及各種噪聲與振動限值標(biāo)準(zhǔn)及

測量方法，使噪聲控制有法可依、有標(biāo)準(zhǔn)可循。隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)

技術(shù)水平的不斷提高，噪聲控制將會有更大的發(fā)展。

思考題與習(xí)題

1.什么是噪聲？

2.噪聲對人的健康有什么危害？

3.簡述噪聲的來源和分類。

4.原來聽起來有65分貝的聲音，出現(xiàn)聽力損失后，聽起來只有35dB.問聽

力損失多少分貝？耳聾的程度屬哪一級？

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2聲學(xué)基礎(chǔ)

?本章提要；

i噪聲與樂音相比，具有許多相同的聲學(xué)特征。為了對噪聲進(jìn)行:

:控制和治理，必須對噪聲的聲學(xué)特征、頻譜特性進(jìn)行分析。本章主要:

2學(xué)習(xí)聲的產(chǎn)生和傳播特性；聲波的反射、折射、干涉、繞射等；聲的主:

:要物理量度，包括聲壓、聲壓級、聲功率、聲功率級、聲強(qiáng)、聲強(qiáng)級等；:

?響度和響度級等基本概念和內(nèi)容；學(xué)習(xí)噪聲控制的理論基礎(chǔ)，為后續(xù)?

:的隔聲、吸聲、消聲、隔振與阻尼等技術(shù)的課程學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。?

《4K

2.1聲波的基本性質(zhì)

聲音是一種波動現(xiàn)象。波動和振動是密切相關(guān)的運(yùn)動形式，振動是波動產(chǎn)

生的根源，彈性媒質(zhì)是振動傳播的客觀條件，波動是振動的傳播過程，波動也是

能量的傳播過程。

2.1.1機(jī)械振動

機(jī)械振動是物體經(jīng)過平衡位置所做的往復(fù)周期性運(yùn)動，它是物質(zhì)運(yùn)動的一

種基本形式，是生活中常常遇到的一種物理現(xiàn)象。如打鼓時鼓面的振動，說話時

聲帶的振動等等。

2.1.1.1自由振動

最簡單的機(jī)械振動是彈簧振子所做的自由振動。在一個水平、光滑的桌面

13

上，放置一個彈簧振動系統(tǒng)，見圖2.I

所示。彈簧的一端固定，另一端連著

一個質(zhì)量為m的物體，該物體稱為振O

子。

假定彈簧的質(zhì)量不計，振子只能

OA

在水平桌面上沿彈簧的軸向做直線運(yùn)

SLAAAAAAA/M^)

動，且不考慮振子與桌面之間的摩擦

力和其他阻力。當(dāng)振子沒有受到拉力o

或推力時，處于相對靜止?fàn)顟B(tài)，此時振

子所處的位置稱為中心位置或平衡位

1—OA

置，以0表示。當(dāng)振子受到一個沿彈.l-AAAAAAA/^

簧軸向的力，如為拉力時，彈簧將被拉

長，由此產(chǎn)生一個指向平衡位置的彈AOA

性回復(fù)力作用在振子上。在彈簧的彈

性限度內(nèi)，彈簧的形變越大，彈性回復(fù)

力越大。根據(jù)胡克定律，彈性回復(fù)力F為：

F=-kx（2.I）

式中k-彈簧的倔強(qiáng)系數(shù)（N/m）；

x一振子位移（m）o

撤除外力后，振子將在彈性回復(fù)力的作用下，以平衡位置為中心做往復(fù)運(yùn)

動，這就是振動。因為已設(shè)定不考慮摩擦和阻力，彈簧振子的振動將會不斷地進(jìn)

行下去，這就是彈簧振子的自由振動過程。

令振子的質(zhì)量為m,根據(jù)牛頓第二定律可得：

d2x

m=-kx

di2

或

警+匕=。（2.2）

di2m

這就是彈簧振子的自由振動方程，它的解可寫作：

x=Acos（oi+o）⑵3）

式中A一振子的振幅（m）；

o一初相位（rad）；

o—圓頻率（rad/s）；

i一時間（s）。

彈簧振子在單位時間里完成的振動次數(shù)稱為振動頻率，記為f,圓頻率是振

14

子在2m秒內(nèi)振動的次數(shù)，它們的關(guān)系是：

o=2mf（2.4）

將式（2.3）代入式（2.2）,得：

o,/±（2.5）

A，m

式中I—彈簧的倔強(qiáng)系數(shù)（N/m）；

m一振子質(zhì)量（kg）。

2.I.I.2固有頻率

自由振動也叫固有振動。物體做固有振動時的頻率叫固有頻率，固有頻率

的大小由振動物體的質(zhì)量和彈性決定，由式（2.4）和式（2.5）可知：

f=上廠（2.6）

2mAm

由于摩擦和阻尼總是存在的，它將使振動物體最初獲得的能量不斷消耗，振

動趨于停止。若將振動持續(xù)下去，就必須不斷向振動系統(tǒng)補(bǔ)充能量，即持續(xù)地對

振動物體施加周期性的外力，或稱策動力。在策動力的作用下發(fā)生的振動稱為

受迫振動。受迫振動的頻率與策動力的頻率相同。當(dāng)策動力的頻率與振動物體

的固有頻率接近或相等時，受迫振動的振幅急劇增大，這種特殊的現(xiàn)象稱為共

振。共振時消耗的能量最多。

在噪聲控制工程中，常利用共振消聲的原理來消除低頻噪聲。

2.1.2波動

波動由彈性媒質(zhì)中質(zhì)元的振動引起。彈性媒質(zhì)中任一質(zhì)元的振動，由于彈

性力的作用，將使鄰近質(zhì)元也隨之振動，這樣依次傳播開來，就形成了波動。隨

著波動，彈性媒質(zhì)中質(zhì)元的位移、速度以及壓力等都將隨之發(fā)生周期性的變化，

這種變化屬于機(jī)械振動。

2.I.2.I聲波

在物理學(xué)中，將在氣體、液體、固體中傳播的機(jī)械振動稱為聲振動。聲振動

的傳播過程稱為聲波。聲波的頻率與振動的頻率相同。聲波的頻率在20~

20000Hz之間時為人耳的聽覺閾，因此常把此頻率范圍內(nèi)的聲波稱為聲音。低

于20Hz的聲波稱為次聲波，高于20000Hz的聲波稱為超聲波。

在彈性媒質(zhì)中，如果振動質(zhì)元的振動方向與波的傳播方向平行，此波稱為縱

波。縱波在傳播時，將使媒質(zhì)的不同點(diǎn)處產(chǎn)生周期性的壓縮和膨脹，即發(fā)生容

變。氣體、液體、固體內(nèi)部均可承受容變，所以它們都可以傳播縱波，在空氣中傳

播的聲波就是縱波。如果振動質(zhì)元的振動方向與波的傳播方向互相垂直，此波

稱為橫波。橫波只能在固體中傳播，因為當(dāng)一層媒質(zhì)相對于另一層媒質(zhì)平移而

I5

發(fā)生切變時，固體中能夠產(chǎn)生恢復(fù)這一切變的彈性力，使振動傳播開來；而氣體

和液體不能產(chǎn)生這種切變力，所以不能傳播橫波。

2212222波動方程

下面對簡諧平面聲波在空氣中的傳播情況作一簡單分析。

在空氣中取一橫截面為p的柱

形管，見圖222所示，假設(shè)管內(nèi)空氣

與管外空氣沒有交換，管內(nèi)的溫度是

固定的。忽略空氣的粘滯效應(yīng)，即管

內(nèi)空氣是一種理想氣體。設(shè)沒有聲

波擾動時，空氣的靜壓強(qiáng)即大氣壓強(qiáng)

為5,空氣的密度為d。當(dāng)有聲波擾圖222平面聲波在柱形管內(nèi)的傳播

動時，管內(nèi)任何截面附近的空氣密度隨時間變化。設(shè)dx是管內(nèi)空氣任一截段

d+的瞬時位移，則截段d+和瞬時截段(d++dx)內(nèi)空氣質(zhì)量相等，即

pp,d+=p(p,+dp)(d++dx)

式中(Pi+dp)是空氣的瞬時密度。展開上式，略去高次項，得：

dp=-pi半(2.7)

CU

管內(nèi)d+段空氣柱的體積發(fā)生了變化，密度也發(fā)生了變化，其壓強(qiáng)也將隨之

變化。根據(jù)體積彈性模量的定義可知，壓強(qiáng)變化du為：

du=Blii(2.8)

P.

式中B為體積彈性模量，將式(228)代入式(227)得：

式(229)表示的是當(dāng)管內(nèi)空氣在聲波擾動時，作用在d+段空氣柱左端面上

的壓強(qiáng)變化。左端面上的總壓力為：

F,=p?(u,+du)

同理，d+段空氣柱右端面上的總壓力為：

F2=p?(u,+du+du')

式中du'是du在d+段上的增量。根據(jù)牛頓第二定律：

,d2X

PPid+—=cF,-cF

dr2

可得

d2xB0

dFp,不

上式是在空氣中沿+軸方向傳播的平面聲波的波動方程。

16

對于沿X軸正方向傳播的平面余弦聲波，上式的解可寫作:

u=Acos[o（t——）](2.11)

c

式中u一媒質(zhì)質(zhì)元振動的瞬時位移（m）；

A一媒質(zhì)質(zhì)元振幅（m）；

x-距聲源的距