噪声分析与控制吴九汇机械工程学院振动与噪声控制工程研究所关于本课程：涉及流体力学和振动力学声学既是跨层次又是跨学科的“研究‘基本粒子’的人可以不懂声学，但是费米在讲授他自己的β衰变理论时却应用了当年瑞利对封闭空间声传播模式的概念；最近物理学家研究氦Π第三声却发现和‘夸克’有了联系；固体物理学家正在自觉或不自觉地从事声学方面的问题。
”——魏荣爵院士人们对许多声学问题还只是停留在感性认识阶段工程和科学的关系有趣的声音现象天坛回音壁莺莺塔的蛙鸣塔高36米多，共有13层，塔身是四方形的，全塔与塔檐都由青石砌成。
奇怪的是如果在距塔十米处击石或拍掌，就会听到蛙声，似乎是从塔中发出来的。
声音的速度本课程安排教材目录三教材目录教材目录教材创新点•特点之一：加强了声场描述和理论预估的基础理论的相关内容，如第二章“波动方程及声场分布”，第三章“气动噪声原理”，第四章“Kirchhoff 公式在声振耦合分析中的应用”，及第五章“声学互易定理及其应用”中注重基本理论的清晰解析，增强可读性。
•特点之二：引入国内外噪声研究方面的最新进展，如对产品低噪声设计中的声质量问题，基于声学成像的噪声源识别技术，以及适应于恶劣环境应用的噪声控制方法等内容也作了详细阐述。
•特点之三：在基础理论方面力求思路清晰连贯，使读者尽快掌握理论的奥妙•特点之四：在介绍理论的应用时力求案例典型、重点突出第一章噪声基础1.1 人耳的构造及听觉特性1.2 声学度量指标1.3 噪声测量1.4 噪声的影响和标准1.5 声质量评价1.1 人耳的构造及听觉特性人耳结构可分成三部分：外耳、中耳和内耳外耳包括耳廓和外耳道. 耳廓的作用是帮助收集外来声音，辨别声音的方向.当声音向鼓膜传送时，外耳道主要起传递声波的作用，并能使声音增强。
中耳由鼓膜、中耳腔和听骨链组成。
听骨链包括锤骨、砧骨和镫骨，悬于中耳腔。
内耳包括三个独立的结构：半规管、前庭和耳蜗。
声波→耳廓(收集) →外听道→(振动)鼓膜→听小骨→耳蜗(听觉收集器)→听神经→大脑听区→听觉•鼓膜前后振动使听骨链作活塞状移动，鼓膜表面积比镫骨足板大好几倍，声能在此处放大并传输到中耳。
•由于表面积的差异，听小骨使得声音的强度增加了30分贝。
•为了使鼓膜有效地传输声音，必须使鼓膜两侧的压力一致。
•人耳是灵敏的听觉器官，是声音的接收器。
•人耳能接收到的最低声压为20微帕，能承受的最高声压为20帕。
•人耳能分辨的频率范围是20～20000Hz。
•人耳极端灵敏，具有频率分析器的作用，可辨别响度、音调和音色。
•人耳对2000～4000Hz的声音响应最敏感1.2 声学度量指标声音的三要素:声音强弱、音调的高低、音色声波的主要特性由声音强度的大小、频率的高低、波形特点所决定客观的物理量量度主观感觉声压和声压级、声强和声强级、声功率和声功率级、频谱等响度和响度级、声质量参数等声学度量指标一、声压声能密度声强声功率声能密度：单位体积中的声波能量，称为声波的能量密度。
声强：在单位时间内通过和声波射线垂直的单位面积内的声能。
声功率：在单位时间内通过垂直于声波射线方向的面积上的声能。
二、级和分贝（dB）可听声的频率范围是20～20000Hz。
实测证明，当频率为1000Hz时，正常人耳开始能听到的声音声压为2×10-5帕，这个声压称为听阈声压；频率为1000Hz，使人耳开始产生疼痛的声压为20帕，称这个声压为痛阈声压。
从听阈到痛阈，声压的绝对值相差100万倍。
可见声音的强弱变化和人耳的听觉范围是非常宽广的。
在这样宽的范围内用声压或声强的绝对值来表示声音的强弱很不方便，而且在这样大的范围很难用一个线性标尺来度量。
⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛=10log20PPLP声压级式中，P为实际有效声压值，P为基准声压值，即频率1000Hz时的听阈声压，P0= 2×10-5帕；L P为声压级，单位“分贝”（dB）。
)(94lg20dBPLp+=•人耳听觉范围：2×10-5Pa～20 Pa，相当于声压级：0 ～120 dB•声压变化10倍，声压级变化20dB。
•人耳的分辨力约为：0.5dB•0 dB不是没有声音或二、级和分贝（dB）声强级L I是人耳听阈下限; 人耳听阈上限: I = 1 w/m2(120dB) . 即得:)/(10)(lg10212mwIdBIILI−==)(120lg10dBILI+=声功率级L w因此人说话：70dB (10-5w)；火箭发射：210dB (109w))(10)(lg1012wWdBWWLw−==)(120lg10dBWLw+=三、声音的频谱频带（频程）：将频率划分为若干个小段，每频带内认为能量均匀。
恒定绝对宽度：如4~20Hz，用于窄带分析, Δf= f2 –f1恒定相对宽度：对两者之比更为敏感方法：保持频带上、下限之比为常数（，）） 倍频程：f2/f1=2 （分界处为21/2）1/3倍频程：f2/f1=21/3（分界处：21/6）f1：21/3f1：22/3f1：2f1（= f2）实测发现，两个不同频率的声音作相对比较时，有决定意义的是两个频率的比值，而不是它们的差值。
n122=ff21fff⋅=1/3倍频程中心频率（Hz）：50, 63, 80,100,125,160,200,250,310,400,500,630,800,1k, …一、人耳的频率响应与等响曲线•人耳对2000～4000Hz的声音响应最敏感•低声级, 曲线变化大•高声级, 曲线趋于平缓•相同声级的不同频率声音, 人耳感觉不一样响。
•响度级是表示声音响度的主观量，它把声压级和频率用一个单位统一起来。
•响度级是选取1000赫的纯音作为基准声音，凡是听起来同该纯音一样的声音，其响度级值（方）就等于这个纯音的声压级值（分贝）。
•响度级既考虑了声音的物理效应，又考虑了声音对人耳听觉的生理效应，是人们对噪声的主观评价的基本量之一。
利用与基准声音比较的方法，就可以得到整个可听声范围的纯音的响度级，其结果就是等响曲线，是通过大量实验得出来的。
当声音强到一定程度（声压级大于100分贝）时，人耳已经分辨不出高、低频声音。
声音的响度级只决定于声压级而与频率无关了。
二、A声级和等效连续A声级为了使测量噪声的仪器—声级计的表头读数符合人耳的听觉特性，需要对声学测量仪器接收的声音按不同的方法滤波，使声压级修正为相对应的等响曲线。
一般方法是在声级计的电路中设A、B、C三个计权网络。
设计A、B、C计权网络的原意是对低于55dB的声音用A声级计量；对55～85dB的声音用B声级计量；对85dB以上的声音用C声级计量。
但实测发现用A声级测得的结果与人耳对声音的响度感觉相近，因此，人们把A声级作为评价噪声的主要指标。
A计权：40方等响曲线-dB(A), 与环境声和主观对应好，使信号通过时低频段（<500Hz）有较大的衰减；B计权：70方等响曲线-dB(B)；C计权：100方等响曲线-dB(C)，对应高噪声和强噪声，在整个可听声范围内有近乎平直的特点。
三、等效连续A声级噪声暴露不仅与f相关, 还与时间t有关(dB)即整个时间段内的能量平均声级如在N个相同时间间隔测得N个数值, 则近似有:(dB)一般测量A声级, 因此Leq单位为dB(A)⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛⋅−=∫211.012101lg10ttLeqdtttL p⎟⎠⎞⎜⎝⎛=∑=NiLeqiNL11.0101lg101.3 噪声测量噪声测量仪器：简单的声级计；一整套复杂的分析和处理系统传声器信号调节器A/D 转换数据贮存器信号处理结果显示图噪声测量系统1. 声级计分为精密(误差0.3dB 以下)和普通(误差1.0dB 以下)两档; 分快慢响应档可测A,B,C 计权声级, 线性声级(配滤波器测频谱), 脉冲声保持等功能,组成: 传声器, 放大器, 衰减器, 计权网络, 检波器, 指示仪表电性能要求在20-20kHz 有平直的频率响应, 新的仪器也可测积分声级2. 传声器声电换能器, 将声压转换为电压输出性能要求:z 频率响应宽, 平直, 指向性弱, 动态范围大z 受温湿度影响小, 稳定性好, 本底噪声低z 常见: 压电式, 动圈式, 电容式2. 传声器A压电式传声器 B动圈式（电动式）传声器 C电容式传声器* 动圈式传声器灵敏度低，在噪声测量中使用不多。
* 电容式传声器灵敏度较高，适用于精密测量，其稳定性、可靠性、耐震性及频率特性均较好。
* 压电式传声器的膜片较厚，其固有频率较低，灵敏度较高，广泛用于普通声级计中3. 其他测量仪器滤波器——有倍频程和1/3倍频程, 恒定带宽, 恒定百分比,狭带滤波器等声级校准器与防风罩——标准校准器: 94dB, 1000Hz, 室外测量要防止风的干扰频谱实时分析仪——同时监测频谱声强测量仪——直接测量声强声学照相机——确定声源位置噪声自动监测系统(微机控制), 记录仪, 录音机等噪声测量仪器：声学照相机声学照相机特点：噪声源定位和分析系统；精确的噪声源定位；声音的可视化呈现。
用于声学实验室的环型话筒阵列星型阵列----用于远距离测试和低频分析的多通道测量系统Ring36/48SATR48用于车内测量的48/120通道的球型话筒阵列系统Sphere48/120环境噪声测量与评价1. 道路交通噪声单车噪声——车外7.5米远处, 离地1.2米高, 测汽车运行时快档A 声级路边噪声——人行道处1.2米高, 测200个以上数据, 人离声级计0.5米以上2. 城市环境噪声用网格布点法测量等效连续声级, 离建筑外墙1米以上, 避免近处偶发噪声干扰3. 环境噪声影响评价z现状评价-噪声源调查与测量, 居民主观反映调查, 代表性布点监测: 考虑季节变化, 昼夜变化, 排除天气因素和偶然干扰z预测评价-收集声源和环境资料, 确定衰减参数和噪声本底,用声传播模式进行声级预测分析1.4 噪声的影响和标准表1-1 各种声源的声压级与人耳的主观感受导弹发射（100米远）（180 dB）> 160 ～180耳边步枪发射（160 dB）很痛苦> 140 ～160喷气飞机起飞（140 dB）痛苦> 120 ～140锅炉车间，球磨机旁（120 dB）难忍受> 100 ～120一米远大叫，纺织车间，钢铁厂（100 dB）很吵闹> 80 ～100城市道路旁，交通干道旁，公共汽车内（80 dB）吵闹干扰语言通讯> 60 ～80一般办公室，一米远谈话（60 dB）一般> 40 ～60一般建筑物（40 dB）安静> 20 ～40刚好听到（0 dB），郊区静夜，安静住宅轻声耳语（20 dB）很安静安全≥0 ～20声源、环境举例人耳的主观感受影响声压级（dB）表1-2 噪声对谈话干扰的程度不可能0.1太吵85困难0.3很吵75较困难1.2吵65好3.5稍吵55很好10安静45电话通话质量能进行正常交谈的最大距离（米）主观感觉噪声级（dB）噪声的影响和标准表1-4 不同时间、地区允许的噪声级dB（A）时间50 ～6055 ～6560 ～70工业地区45 ～5550 ～6055 ～65城市中心40 ～5045 ～5550 ～60附近有工厂或在主要街道的住宅35 ～4540 ～5045 ～55城市住宅30 ～4035 ～4540 ～50郊区住宅、小马路25 ～3530 ～4035 ～45村住宅、医疗地区深夜晚上白天允许噪声级地区dB（A）9075听力保护6045交谈、思考5035睡眠极大值dB（A）理想值dB（A）适用范围表1-3 噪声标准1.5 声质量评价心理声学的基本概念•心理声学中最重要的量是响度。