國內外有關叢聚性噪音的預測模式

標題：國內外有關叢聚性噪音的預測模式

1.1傳播模式
由於叢聚性噪音主要指噪音源對外界環境的影響，因此在傳播時除了與距離有關外還受到多種複雜因素的影響。聲波在大氣中傳播時，空氣本身對聲波有吸收，吸收大小還與溫度、濕度密切有關，各種氣象條件都會影響聲波的傳播。當聲波沿地面傳播時，地面形狀、泥地、草地、樹木、莊稼等等，對聲波傳播有不同程度的影響。
一、聲傳播的發散衰減規律[孫廣榮，馬大猷]
戶外聲傳播預測公式
單噪音源： （1-1）
多噪音源分解爲不相關單噪音源： （1-2）
式中：
：發散衰減係數；
：爲指向性因數；
：其他附加衰減， ，
其中 －空氣吸收衰減，
－隔音牆或其他障礙物衰減，
－樹林衰減，
－地面反射衰減，
－氣象衰減。
關於這些衰減的情況在下面中將針對其中的某些情況作詳細介紹。
1.點音源在自由音場的輻射
如果音源尺寸與它所輻射的聲波波長相比位很小時，可以近似地把這個音源看作理想點音源或振動球源——音源表面上各點作相同振幅和相同相位的徑向振動，它向周圍媒質（無限、均勻、各向同性）輻射球面聲波。
當音源以穩定的功率 輻射時，可以得到距離音源爲 處的噪音量 爲：
（1-3）
根據（1-3）可以計算從距離 傳播到距離 時，音強級或噪音量衰減的分貝數 爲
（1-4）
從上式可以知道，當傳播的距離加倍時，即當 時，噪音量或音強級要衰減約6dB(A)。
2.指向性音源的輻射
實際音源輻射時，像個方向的輻射強度往往不均勻，呈現一定的指向性，例如飛機在空中飛行時，在它前後左右上下個方向等距離上測得噪音量是不相同的。
對於指向性音源，如果知道了它的輻射聲功率 和它的指向性 ，這可以計算在某一方向上距離 處的噪音量：
（1-4）
指向性因數是隨頻率變化的，因此在利用（1-4）計算時要分頻段來考慮；如果音源頻譜中某頻帶占顯著優勢，則在計算總噪音量時，也可以用這個頻段的指向性因數來代表。
3.半自由音場中的輻射
當音源處於一個寬闊平坦的反射面上時，向下半個空間輻射的聲波也全部被反射到上半個空間。在這種情況下，對於處在反射面上的點音源來說，在半自由音場中任一點的音壓都是音源直接輻射到該點的音壓和從反射面反射到該點的音壓的疊加。
圖1-1 半自由音場中音源的輻射
如圖1-1所示，如果點音源位於反射面上方 比所討論的聲波波長小得多，或者相對於接收點 來說，反射波的聲路徑 與直達聲路徑 之差比 小得多，也比波長小得多，就可以認爲音源在反射面上向半空間內輻射，這時某個方向上距離 處的噪音量 爲
（1-5）

二、空氣吸收影響
聲波在大氣中傳播時，因空氣的粘滯性和熱傳導，在壓縮與膨脹過程個，使部分音能被轉化爲熱能而損耗，從而會出現聲波隨距離而逐漸衰減，通常稱爲媒質中的聲衰減或聲波的空氣吸收。
引起媒質對聲波吸收的原因很多，例如，媒質的粘滯性、熱傳導以馳豫效應。在非純媒質中，例如空氣中有灰塵料子、霧滴，由於懸浮微粉對媒質的相對運動產生的摩擦耗散以及聲波對粒子的散射引起的附加能量耗散，大氣的吸收和溫度、濕度、壓強以及頻率有關。大氣中空氣吸收引起的對1/3頻譜噪音的聲衰減如表1-1所示。
對於噪音控制工程可採用下面的簡化公式來計算空氣中的附加衰減，在溫度爲20℃時，每100公尺衰減的分貝數爲：
dB(A) （1-6）
式（1-6）中 (Hz)是頻率， (m)是傳播距離， 使相對濕度。
對於不同的溫度，可用下式來估計空氣中的附加衰減：
（1-7）
式中 是與20℃相差的攝氏度數， 爲一純係數。從式中可以看出空氣衰減對溫度變化不太靈敏，特別是在較低頻率時。
表1-1 標準大氣壓力下空氣中的衰減

三、隔音牆或其他障礙物的影響
在音源與接收點之間，插入一個有足夠面密度的密實材料的板或牆(稱爲隔音牆)，可使聲波傳播有一個明顯的附加衰減。聲波遇到隔音牆時，產生反射、透射和繞射三種傳播現象。隔音牆的作用是阻止直達聲的傳播，隔離透射聲，並使繞射聲可以忽略不計。如圖1-2所示。

圖1-2 有隔音牆時的聲傳播

當音源 和接收點 之間插入一個不透聲的隔音牆時，原來直接傳播距離爲 ，現在最短繞射距離爲( )。隔音牆的附加衰減與聲路程差( )以及頻率(或波長 )有關。對最簡單的情況，設隔音牆爲大限長，即可以不考慮隔音牆兩側的繞射，只計算從上面的繞射，並且不考慮由聲路徑是產生的由隔音牆引起的球面波發散衰減，引入參量 ：
（1-8）
應用聲波的繞射理論和邊緣的近場修正，可以求得隔音牆衰減的近似公式：
（1-9）
從式（1-9）可以知道， 時， dB(A)，也就是說當聲波波長 非常大，即頻率很低時，或者聲路徑非常小，即隔音牆邊緣接近音源到接收點的視線時，還有5dB(A)的附加衰減。當 值逐漸增大時，隔音牆的附加衰減近似的成對數上升，實際中最大衰減大約爲24dB(A)。
四、地面吸收對聲傳播的影響
當聲波沿地面傳播較長距離時，地面的聲阻抗對傳播將有很大的影響。一方面是各種複雜的地面條件，如寬闊平坦的公路路面，大片的草地、灌木、樹林，起伏的丘陵、河谷等有不同的影響。當地面是非剛性面時，會對聲波傳播有附加的衰減。但一般在較近距離內，衰減可以忽略，在較遠處可以用單位(通常爲100m)衰減的分貝數來表示。
厚草地和灌木林的逾量衰減在頻率1,000Hz時較大，可高達25dB(A)/100m，並且頻率每在增加一倍，大約每100m衰減增多5dB(A)，這個情況大致可表示爲下面的近似關係：
（1-10）
式中： －厚草地和灌木林的逾量衰減。
－經灌木林或草地的路程長度。

當聲波穿過樹林或森林時，試驗表明不同樹林的衰減相差很大。從濃密的常綠樹頻率爲1000Hz時有23dB(A)/100m的衰減，到地面上的稀疏樹幹只有3dB(A)/100m甚至還小的衰減。對各種樹林求一個平均逾量衰減，大致爲：
（1-11）
式中： ——樹林區的路程長度。
這裏面不包括聲波進入樹林和穿出樹林的“邊緣效應”，不過這個衰減很小，一般可以忽略不計。
五、氣象條件對聲傳播的影響
霧、下雨（不考慮下大雨本身產生的雨淋聲）、地上有雪等情況，對聲波傳播的影響很小，大約每1000m只有不到0.5dB(A)附加吸收，因此可以忽略不計。風和溫度梯度，對聲波傳播的影響很大。由於地面對運動空氣的摩擦，使靠近地面的風有一個梯度，從而使順風與逆風傳播的聲波速度也有一個梯度，圖1-3展示了風速梯度對聲波的折射。聲速與溫度有關，在晴天陽光照射下的午後，從地面向上有顯著的溫度負梯度，使聲速地面大，上空小，夜間則反之。有風速或溫度梯度使地面以上的聲速有變化，從而使聲波沿地面傳播時發生折射。當聲波發生向上偏的折射時，就可能出現“音影區域”，即因折射而傳播不到直達聲的區域。聲影區出現在上風的方向，同時也可以解釋晴天日間聲波沿地面傳播不遠，而在夜間可以傳播很遠的現象。圖1-4展示了溫度梯度對聲波的折射。
風速
音影區
地面
音源
圖1-3 風速梯度引起的聲波折射
溫度降低
音影區
音影區
地面
音源
溫度增加
地面
音源
圖1-4 溫度梯度對聲波的折射
(a) 溫度隨高度降低 (b)溫度隨高度增加

氣象條件的複雜性還表現在風力、風向經常是不穩定的，由此引起聲波在大氣中傳播時聲級的隨機起伏。在比較穩定的大氣中，如靜夜、弱風條件下，典型起伏範圍是5dB(A)；在不穩定的大氣中，如晴天、強風，典型起伏範圍爲15—20dB(A)。向下風傳播時，起伏大小隨信號頻率和距離增大而增加；向上風傳播時，在靠近聲影區邊界處起伏最大。這些不穩定的情況，在現場測量中必須引起注意，因此在測量時要滿足測量標準所要求的條件，這樣的資料才盡可能準確。
1.2空調噪音的預測方法
一、空調風機噪音的預測方法
1.由風機比聲功率級估算聲功率級
當已知風機的比聲功率級 時．可由下式估算風機的聲功率級值
（1-12）
式中：
——風機的比聲功率級(dB(A))，即爲風機在單位風量、單位風壓下所產生的聲功率級，同—系列風機的比聲功率級是相同的，因此比聲功率級可作爲評估風機噪音的標準(見表1-2)；
——風量( )；
——全壓(Pa)。

表1-2 不同型號風機的比聲功率級

2.由風機特性曲線求算聲功率級
風機特性曲線是表示風機的比聲功率級 同風機流量係數 關係的曲線，圖1-5中也表明了風機功率係數 、全壓係數 、效率h的關係曲線。
估算時，可由已定風機的風量、葉輪投影面積、葉輪圓周速度計策流量係數 ，由 值從風機特性曲線上查得比聲功率級 值，即可按式（1-12）估算得到風機的聲功率級值。
如已知T4-72型NO.5號風機的風量爲16000 ，全壓爲640Pa，轉速爲 =1535 ，葉輪直徑爲 =0.635 ，則：
（1-14）
再由圖1-1查的 =0.277時， =28dB(A)，則：
（1-15）
圖1-5 T4-72型風機的特性曲線圖

3.由風機功率估界聲功率級
已知風機的功率大小，也可由下式估算聲功率級值：
低壓風機： （1-16）
中高壓風機： （1-17）
式中：
——風機功率（ ）；
——風機全壓（Pa）。
(4) 由風機平均噪音量位求算聲功率級
當在一定聲場條件下測得風機的平均噪音量值 後，也可按不同聲場條件下求算得到風機的聲功率級值。對於自由聲場條件(即噪音量在自由聲場測得)：
（1-18）
對於半自由聲場條件：
（1-19）
式中：
—測點離風機音源的距離(m)。
對於混響聲場條件：
（1-20）
式中：
—測量洞內室的體積( )。
—測量混內室的混響時間(s)。
對於管道內聲場條件：
（1-21）
式中：
－測量管道的斷面積（ ）；
－熱力學溫度（ ）；
－風管內全壓（Pa）。

當溫度爲20℃、全壓爲 標準狀況時：
（1-22）
對於普通室內聲場條件：
（1-23）
式中：
－音源的指向性因數；
－測試距離（ ）；
－測試房間常數， 。
對於標準音源條件：
（1-24）
式中：
－待測音源的平均噪音量（dB(A)）；
－已知標準音源的聲功率級（dB(A)）；
－實測標準音源的平均噪音量（dB(A)）。
二、風機頻帶聲功率級的計算[馬大猷(2002)]
當已知風機聲功率級時，可由下式近似估算各頻帶的聲功率級值
（1-25）
式中： －各頻帶聲功率級修正值（dB(A)）（見表1-3）。

表1-3 各頻帶聲功率級修正值 表

三、軸流風機聲功率級估算[馬大猷(2002)]
軸流風機聲功率級可由下式計算
（1-26）
式中：
－風量（ ）；
－全壓（ ）；
－修正值，由風機效率、葉片數目及葉片角度確定，見表1-4。
表1-4 不同風機聲功率級修正值

四、McQuay公司的空調噪音的預測
預測公式爲：
（1-27）
式中：
－音壓(the Acoustic Pressure)；
－聲功率；
－距音源距離；
－指向性因數。
圖1-6 Q值不同時的輻射情況圖

如圖1-6所示， 表示音源是在全空間輻射， 表示音源在半空間輻射， 表示音源在1/4空間輻射。表1-5中給出了不同距離時的三種 值情況的輻射衰減

表1-5 從聲功率轉換到音壓(the Acoustic Pressure)

空調的工作溫度對空調的噪音有影響：與工作在95(0C)時相比，工作在85(0C)時大約降低1dB(A)，工作在75(0C)時大約降低2dB(A)，工作在65(0C)時大約降低3dB(A)。
當多個空調一起工作時，環境噪音將升高。與單個壓縮機工作時相比，2個一起工作時大約升高3dB(A)，4個一起工作時大約升高6dB(A)，8個一起工作時大約升高9dB(A)。
1.3冷卻塔噪音的預測方法
一、冷卻塔風機的噪音聲功率級的計算
1.冷卻塔風機的噪音聲功率級可由下式估算：
（1-28）
式中：
－風量（立方米/小時）；
－風壓（毫米水柱）；
－修正值（通常取-2.5~2.5）。
冷卻塔上使用的風機噪音通常爲90—100dB(A)。冷卻塔上使用的軸流風機噪音通常爲90—100dB(A)。
2.國外關於冷卻塔噪音的預測實例[SUPPLEMENTAL SECTION B-7 NOISE REPORT]
針對華盛頓特區的噪音情況進行介紹他們對於多個噪音源產生噪音的處理情況。華盛頓特區關於區域環境噪音的限值列於表1-6。表1-6來自華盛頓特區環境部門的噪音規定的173-60。

表1-6 華盛頓特區區域邊界環境噪音最大限值表

選取8個測點來評估某工廠產生的噪音對周圍環境的影響，其中4個點選在距工廠較近的四周，記做工廠西面(#1)、工廠南面(#2)、工廠北面(#3) 、工廠東面；另外四個點選在距工廠較遠處的四周，記做#4、#5、#6、#7。測得的噪音量和與之相對應的環境限值列於表1-7中。

表1-7 某工廠附近的噪音測量值和相應的環境限值表

在表1-7的噪音情況下，如果在工廠內需要增加新的冷卻塔，就要考察增加冷卻塔後，整體所產生的噪音是否滿足環境噪音限值的要求，具體情況列於表1-8中，其中表1-8的第四列爲新加入的冷卻塔在各測點過的噪音量。

表1-8 加入新冷卻塔後的總噪音量和環境限值表

從表1-8中可以看出，所加入的新的冷卻塔在工廠東面處有75dB(A)的噪音噪音量，使得在工廠東面處的總的噪音量爲75dB(A)超過了環境噪音限值70dB(A)的要求5dB(A)，這就使得總噪音量不滿足區域環境噪音的標準。
在表1-7的噪音基礎上，如果工廠要新增加2台冷卻塔，這時就要考察增加冷卻塔後，整體所產生的噪音是否滿足環境噪音限值的要求，具體噪音情況列於表1-9。

表1-9 增加2台冷卻後對噪音情況的影響
其中表1-9的第4列和第5列維新增加的冷卻塔在單獨工作時的噪音情況，第6列爲2台冷卻塔一起工作時的噪音情況。
從表1-9中可以看出，增加2台冷卻塔後，噪音在工廠東面點的噪音值超過環境噪音限值5dB(A)，其他點滿足環境噪音限值要求。