物理性污染及控制工程笔记整理
第一章绪论
1.什么是物理性污染？
人类生活的物理环境要素在环境中超过适宜范围时形成的污染。
2. 物理性污染有何特点？
①局部性，区域性和全球性很少见。
②无后效性，在环境中不会残存，污染源消失后，污染即消失。
第二章噪声污染及控制
目录
第一节概述
第二节噪声污染控制声学基础
第三节噪声评价
第四节噪声的测量
第五节城市噪声源分析与预测
第六节环境噪声影响评价
第七节噪声控制技术
第一节概述
1.1 声音与噪声
声音定义：是物体的振动以波的形式在弹性介质中进行传播的一种物理现象。
声音的作用：提供人类活动所依赖的信息；人与人之间交换感情、传递信息的工具。
噪声定义：从广义上来讲，凡是人们不需要的，使人厌烦并干扰人的正常生活、工
作和休息的声音统称为噪声。
1.2 噪声的主要特性
噪声是一种感觉性污染，传播时不会遗留下有毒有害的化学污染物质。对噪声的判断与个人所处的环境和主观愿望有关。
噪声源的分布广泛而分散，噪声具有能量性。但由于传播过程中发生能量的衰减，因此其影响范围有限。
噪声具有波动性和难避免性。噪声无孔不入、避之不及。
噪声具危害潜伏性。暴露在90dB左右的噪声条件，能够忍受，但会对听力造成伤害。
1.3 噪声来源
交通运输：城市主要的噪声源
工业生产：造成职业性耳聋的主要原因
社会生活：在城市噪声源中的比重上升
建筑施工：其噪声影响面很大
1.4 噪声危害
a、对人体的生理影响
b、对人体的心理影响
c、对孕妇和胎儿的影响
d、对生产活动的影响
e、对动物的影响
f、对物质结构的影响
1.5 噪声的利用
噪声发电:目前，韩国研究人员金智勋等人利用剑桥大学的研究成果，并利用人耳吸收声波的原理，制造出了仿照人耳吸收声音的鼓膜的噪声发电机。
噪声制冷:目前世界上正在开发一种新的制冷技术，即利用微弱的声振动来制冷的新技术，第一台样机已在美国试制成功。
噪声除尘: 高能量的噪声能使粉尘相聚,可促进除尘
噪声增产
噪声除草
噪声诊病
第二节噪声污染控制声学基础
?声学：是研究介质中机械波的产生、传播、接受和效应的的物理学分支科学。
?现代声学研究内容：涉及声子运动、声子和物质的相互作用，以及一些准粒子和电
子等微观粒子的特性。
?物理声学是声学研究基础，声学是物理学最好的一个研究方向。
2.1 声波的生产
2.1.1声源
2.1.2声波的产生：声源产生的振动通过媒介以声波的形式向外传播。分为空气声、
水声和固体声。
横波也称“凹凸波”。质点的振动方向与波的传播方向垂直。横波在传播过程中，凡是波传到的地方，每个质点都在自己的平衡位置附近振动。
纵波是指振动方向与传播方向一致或平行的一类波，即媒介（质点）的运动方向同波的运动方向相同或相反。
如空气中声波传播靠空气分子交替的压缩和扩张完成波长是指相邻两个密部或疏部之间的距离。
固体有切变弹性，所以在固体中能传播横波，液体和气体没有切变弹性，因此只能传播纵波，而不能传播横波。
2.1.3 声波的基本物理量
声压——声音在媒质中引起的附加压强。符号P，单位帕（Pa）
声强——声音的强度,指1秒内通过声音前进方向垂直1平方米面积上的能量, 用J 表示，单位是瓦/平方米。计算公式：
声功率——声源在单位时间内通过某一面积的声能.
声频——声源在单位时间内振动的次数称为声频率,单位赫兹(Hz). 人耳只能听到频率在20~20000 Hz的声音. 低于20 Hz为次声, 高于20000 Hz为超声.
次声来源? 危害多大？
2.1.4声波的基本类型
理想流体：理想流体介质，就是介质在运动过程中没有能量的损耗，即介质是无粘的。在流体介质中声波传播过程的研究中，还必须假设介质是连续、静态和均匀的流体，并且在介质中传播的是小振幅声波。
小振幅声波，即：声压比大气压要小得多;质点的位移比波长要小得多;质点振动速度比声速要小得多;介质密度的相对变化要远远小于1。波动方程：
声波方程：声振动必须满足三个基本的物理定律，即牛顿第二定律、质量守恒定律以及描述压强、温度、体积等状态参数的状态方程。应用这三个定律可以推导出声波传播中的运动方程。
牛顿第二定律导出声波的运动方程：
质量守恒定律连续性方程：
温度、体积等状态参数（PV=nRT)状态方程：
综合上述三方程得出声波的波动方程：
空间行波在同一时刻由相位相同的各点构成的轨迹曲面称为波阵面，波阵面垂直于波传播的方向。平面波是波阵面为平面的波，球面波是波阵面为同心球面的波，而柱面波是波阵面为同轴柱面的波。
?平面声波:振辐恒定，媒质具有特性阻抗。
?声阻抗率（Zs)定义：在声场中某位置的声压与该位置质点振动速率之比 Zs =p/u。
单位帕*秒/米（Pa·s/m）
?球面声波通常具有如下的传播特性：
振辐不是一个常数，而与声波的传播距离成反比，即随r的增加而减少。
在三维空间中只需取某点到声源的距离，即同心球的半径r为参数。
2.2 声波的反射与透射
当声波入射到两种介质时，一部分会经界面反射返回（反射波），另一部分则透入另一介质（透射波）。通常用声压（或声强）的反射系数（γp、γI ）和透射系数（τp、τI）来表示界面处声波的反射、透射特性。
平面声波垂直入射：
γp=？γI =？τp= ？τI=？（P28）
讨论无限介质：当介质2比1硬；当介质2比1软。
工程实际中有很多介质是有限大小的，比如隔声墙。设有一厚度为 h ，特性阻抗Z2 的中间介质置于特性阻抗为Z1的无限介质中。讨论此时的透射性。
声波通过中间层时的透射特性不仅与两种介质的特性阻抗比有关，还与中间层的厚度h以及声波在中间层的波数k2有关。
透射系数tp=
当k2 h<<1时，说明在中间层相对于波长而言很小的情况下，中间层在声学上就象不存在一样，声波能够全部通过。
当k2 h=n时，说明当中间层的厚度等于半波长的整数倍时，声波可以完全透过，就象中间层不存在一样。
当k2 h=（n-1/2 ），即中间层的厚度为1/4波长的奇数倍时，声波完全不能透过，中间层
隔绝了声波。这一规律为隔声技术提供了理论基础。
斜入射声波的反射、折射
入射声波、反射声波与折射声波满足折射定律：
入射声波在界面失去的能量与入射声能量之比称为吸声系数，用α表示：
α=1- γp2
2.3 声级
? 2.3.1声压级的计算
声压级(L)是声压的平方与纯音听阈声压平方之比的对数值,并取1/10作为单位,定名为分贝(dB). 计算公式如下:
?仅可听闻的声压级为:
?震耳欲聋的声压级为:
注:除声压级外,噪声的量度还包括声强级，声功率级。二者计算公式如下: 声强级:
声功率级:
与声压级一样，声强级与声功率级都是描述空间某处声音强弱的物理量，在自由声场中，它们在数值上近似相等。
城市区域环境噪声标准---GB3096-93
0类标准适用于疗养区、高级别墅区、高级宾馆区等特别需要安静的区域。位于城郊和乡村的这一类区域分别按严于0类标准5dB执行。
1类标准适用于以居住、文教机关为主的区域。乡村居住环境可参照执行该类标准。
2类标准适用于居住、商业、工业混杂区。
3类标准适用于工业区。
4类标准适用于城市中的道路交能干线道路两侧区域，穿越城区的内河航道两侧区域。穿越城区的铁路主、次干线两侧区域的背景噪声(指不通过列车时的噪声水平)限值也行该类标准。
2.3.2 声压级的加和及平均
例1: 两个不同声压级L1和L2相加, 求L1+2 ? (推导)
例2：几个声压级的平均值（Ln)如何求？
分贝和增值表：
其中⊿L：
声压级的迭加计算要遵守对数运算法则, 几个声压级相加由其中最大的一个来决定, 其它几个较小的声压级对总声压级贡献不大,而且随声压差增大, 这种贡献递减.
?级的相减
声场中的总声压级为LT，背景噪声的声压级为LB，真实噪声声压级为LS。
由声的相加可得出：
扣除背景噪声后的真实噪声级为：
2.4 声源的辐射
? 2.4.1声场:声波影响所及的范围称为声场。
近场（远场）：对于辐射表面比较大的声源，在离声源的距离与声源的几何尺寸可以比拟的的范围内的声场。反之称为远场。
自由场：声场所处的介质是均匀的，而且没有反射面叫自由场。
半自由场：如果所处的范围比较大，除地面外，其它反射可以忽略。
? 2.4.2声辐射的指向特性
多数声源向周围辐射的声能不均匀，有的方向强，有的方向较弱，通过指向性因数（Q）、指向性指数（DI）可描述声源的特指性。
? 2.4.3 点声源
? 2.4.4 线声源
? 2.4.5 面声源
2.5噪声的衰减
声源在传播过程中会发生衰减，声波的衰减通常包括五个方面（总的衰减值则得各项之和）：
◆声随距离的发散传播引起的衰减（Ad)
（从r1到r2处)
◆空气吸收引起的衰减(Aa)
20℃的空气衰减公式：
f声波频率、d、传播距离Φ相对湿度对不同温度的衰减公式：
⊿T指与20℃相差的温度、β=4×10-6
◆地面吸收引起的衰减(Ag1)
适用条件：预测点距声源50米以上；声源距地面高度和预测点距地面高度平均值小于3米；声源与预测点的地面类型被草地、森林、水体等覆盖。
衰减计算式：
（不管传播多远，地面衰减的上限是10dB）
◆声屏障引起的衰减
◆气象条件引起的衰减
对声波影响较大的是风和温度（影响声速）、雨雪雾等对声波散射引起的衰减量比
较小，大约1000米衰减0.5 dB.
※第三节噪声评价
3.1响度、等响曲线和响度级
（1）响度级
如果某一频率的纯音和1000Hz的纯音听起来一样响时，1000Hz纯音所对应的声压
级就是该待定声音的响度级。用LN表示，单位：方（phon)。
例：一纯音：Lp =95dB，f =30Hz，听起来和Lp =70dB，f =1000Hz的一样响，则该纯音的
响度级LN =70方
（2）等响曲线
同样响度级时，频率和声压级的关系曲线。P36 图12
（3）响度
用来描述声音大小的主观感觉量。用N 表示，单位为宋（sone)。
规定响度级为40方时响度为1宋。
经验得出，响度级每增加10方，响度增加一倍：
（phon)
(sone)
（4）斯蒂文斯响度的计算
宽频带噪声中，不同频率噪声之间会产生掩蔽效应。因此需考虑计权因素：响度指数最大的频带贡献最大，其他频带对总响度的贡献应乘上一个小于1的修正因子。此修正因子和频带宽度的关系为：
注: 1/3倍频程，即在两个相距为1倍频程的频率之间插入两个频率，其4个频率成如下比例：
f1、f2为任一频程的下限频率和上限频率：
当n=1/3,称为1/3倍频程，n=1称倍频程。各频程的中心频值：
带宽() n=1, =0.707f0 ; n=1/3
=0.23f0
例: 由下表所列频谱(倍频带)给出的声压级，求出这一声音的响度。
解:
=25 + 0.3 ×(93-25)
=45.4 宋
3.2. A声级：
?环境噪声的度量，不仅与噪声的物理量有关，还与人对声音的主观听觉有关.
20世纪30年代人们选取了40方、70方、100方这三条曲线,按这三条曲线的反曲线设计了由电阻、电容等电子器件组成的计权网络,设置在声级计上,使声级计分别具有A、B、C计权特性。用声级计的A、B、C计权网络分别测出的声级即为 A声级、B声级、C声级。
?人们总结具有A、B、C计权特性的声级计近 40年的实际使用经验，发现 A
声级能较反映人对噪声的主观感觉 .因此根据听觉特性，在声学测量仪器中设置有“A计权网络”使收到的噪声在低频时有较大的衰减而在高频甚至有所放大.
A声级反映了人耳对低频和高频不敏感的听觉特性。许多与噪声有关的国家规范都是按A
A计权声级是模拟人耳对55分贝以下低强度噪声的频率特性；
B计权声级是模拟人耳对55分贝到85分贝的中等强度噪声的频率特性；
C 计权声级是模拟高强度噪声的频率特性；
D计权是对噪度参量的模拟，专用飞机噪声的测量。
3.2.1 等效连续A声级
我国工业企业噪声检测规范(草案)规定：稳态噪声，测量A声级；非稳态噪声，测量等效连续声级，或测量不同A声级下的暴露时间。
等效连续声级(LAeq):用能量平均的方法以A声级表示该段时间内的噪声大小,公式如下,单位为dB：
LAeq在T段时间内的等效连续A声级, LpA指T时间A声级, T连续采样时间
如果采取等间隔采样, 计算公式为:
Li 第i次取样的A声级, N 为取样总数
非稳态噪声工作环境下，一个工作日（8）小时的等效连续A声级（或噪声暴露率）可通过下式计算（P43）：
n为中心声级的段号数，n=1～8；T为n段中心声级在一个工作日内所积办的时间min；480为8h的分钟数。
例：某工人一天工作8h，受噪声的影响状况如下：每小时4次噪声达到102dB，每次持续6min，1次达106dB，持续时间1min，其余时间仅受背景噪声79dB影响。
求该工人一天接触噪声的等效声级。
解：102dB的段数n＝5，又t5＝6×4×8＝192min
106dB的段数n＝6，又t6＝1×8＝8min
79dB的段数n＝1，又t1＝(480-192-8) ＝280min
L eq= 96.7 dB
3.2. 2 昼夜等效声级(Ldn)
昼夜等效声级是考虑了夜间对人影响更为严重,将夜间的噪声进行增加10dB的加权处理后,用能量平均方法得出24小时A声级的平均值,单位为dB.
L d 昼间T个小时的等效声级
L n夜间T个小时的等效声级
3.2.3 统计声级（累计百分声级）
累计百分数声级也适用于非稳态噪声，并且还能反应出噪声随机起伏程度。累计百分数声级Lx表示在测量时间内高于Lx声级所占的时间为x%。
如：L10=70dB，表示噪声级高于70dB的时间占10%，其余90%的时间内噪声级均低于70dB.
通常认为：L90相当于本底噪声级，L50相当于中值噪声级，L10相当于峰值噪声级。
偶发性噪声（如交通噪声），常使用累积分布声级
3.2.4交通噪声指数(TNI)
考虑到噪声气候的范围，本底噪声情况，引入调节量来获得比较习惯的数值。
只适用于机动车辆噪声对周围环境干扰的评价，而且限于车流量较多及附近无固定声源的环境。
3.2.5噪声污染级（L NP）
用以评价噪声对人的烦恼程度的一种评价量，它既包含了对噪声能量的评价，同时也包含了噪声涨落的影响。
K=2.56
对于随机分布的噪声，噪声污染级和等效连续声级或累计百分数声级之间，有如下关系：
3.2.6 噪声冲击指数（NNI）
噪声冲击指数等于总计权人数除以总人数，表示受噪声短期或长期影响的居民百分数。
计算公式如下：
式中：P i——受全年昼夜等效声级（L dn）影响
的人口数；
W i——在某昼夜等效声级（L dn）范围
内的干扰因（见P40，表1-1）
3.2.7噪声的控制标准（自学）
第四节噪声的测量
4.1环境噪声监测方法
城市区域环境噪声测量
网格测法: 将要普查测量的城市某一区域或整个城市划分成多个等大的正方格，网格要完全覆盖住被普查的区域或城市。每一网格中的工厂、道路及非建成区的面积之和不得大于网格面积的50％，否则视为该网格无效。有效网格总数应多于100个。
定点监测法：在标准规定的城市建成区中，优化选取一个或多个能代表某一区域或整个城市建成区环境噪声平均水平的测定。
如何计算某一城区昼间（夜晚）的环境噪声平均水平？
如果需要了解城市噪声随时间的变化时，则可以在不同功能区选取代表性的样点（不少于7个）长期监测。
道路交通噪声测量
测量道路交通噪声样点应选在市区交通干线（每小时车流量不少于100辆）一侧的人行道上,距离马路20cm处,此处距离两交叉路口距离大于50m。
交通噪声的声级符合正态分布，可通过等效连续A声级和累计百分数声级近似计算。
机动车噪声测量
航空噪声的测定
?测量条件: 无雪、无雨；地面上10m高处的凤速不大于5m/s，相对湿度不超过90%；
测量器安装在开阔地，距离地面1.2m；被测飞机最大噪声值应高于背景值20dB。
?测量单个飞行事件的噪声 (P56)
?测量一系列飞行事件的噪声级
?持续时间内飞行事件引起的噪声测量
?计权有效连续感觉噪声级是在有效感觉噪声级的基础上发展起来的，用于评价航空
噪声的方法。其特点是既考虑了在24h内飞机通过某一股定点所产生的总噪声级，同时也考虑了不同时间内飞机对周围环境造成的影响。
?飞机一日计权有效连续感觉噪声级的计算公式如下：
式中：——N次飞行的有效感觉噪声级的能量平均值，dB；
N1——白天7～19时飞行次数；
N2——傍晚19～22时飞行次数；
N3——夜间22～7时飞行次数。
4.2 工业企业噪声的测量
⑴生产环境噪声的测量
工业企业噪声控制设计规范(GBJ87-1985)规定生产车间及作业声所工人每天连续接触8小时的噪声限制值为90。
⑵机器噪声的测量
小型机器（外形尺寸小于0.3m ) 的测点距表面距离 0.3m
中型机器（外形尺寸小于0.3~1m ) 的测点距表面距离 0.5m
大型机器（外形尺寸大于1m ) 的测点距表面距离 1m
特大型机器或有危险性的设备可根据机器发声部位设定,测高度以机器半高度为准或在机器轴水平线平面上。
空气动力性的进气噪声测点应取在进气口中轴线上，距管口平面0.5或1m；排气噪声测点在排气口轴线45度角方向上距管口0.5~2m处。
⑶厂界环噪声的测量
根据GB12348-2008进行，主要要求：仪器、测量条件、位置、时段、结果修正。
第五节城市噪声源分析与预测
5.1 噪声源根据发声机理分类
机械噪声\空气动力噪声\电磁噪声
5.2 城市环境噪声源及预测模式
①工业生产噪声:工业企业在生产活动中使用固定的生产设备或辅助设备所辐射的声能量。
Lp1某声源在室内某点的声压级，△Lp2为Lp1经建筑维护结构传至室外所降低的声压级，△ Lp3为Lp1到达户外观察点上随距离衰减的声压级，△ Lp4为考虑空气吸收等因素的声压衰减速。
②交通运输噪声
来源于地面、水上和空中，流动性大，影响面广。其中地面交通影响面最大。
N车流量，辆/小时；l听者距车的距离，米；v车速，km/h
车速提高1倍，噪声级增加9dB,人车距离增加一倍，噪声降底3dB，因此可宽道路、限制车速，控制车流等远离可有效降底城市噪声。
第六节环境噪声影响评价
6.1目的，意义
6.2 程序内容
6.3噪声预测