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大气中的噪声传播

[拼音]:daqi zhong de zaosheng chuanbo

[外文]:noise propagation in atmosphere

噪声在大气中传播时,它的强度会随传播距离的增加而衰减,传播路径也往往会偏离直线的前进方向。在声源近旁,传播情况同声源的性质和形状密切相关。在距离比声源几何尺寸大得多的地方,可把声源中心作为等效的点声源来处理。这时传播的情况主要决定于距离和大气的特性。

噪声的衰减

噪声随距离衰减的主要原因是声波的扩张和大气对它的吸收。从点声源辐射的声波,由于向四周扩张,声强按距离平方成反比的规律变化,因此声压随距离反比地衰减,离声源距离每增加一倍,声压级降低6分贝。由于大气的吸收,声强或声压按指数规律衰减,即声压级降低量与传播距离成比例。这种衰减可用分贝每米为单位的衰减常数来表示。如果已知离声源距离r0米处以分贝为单位的声压级为L0,则距离r米处的声压级Lp可用下式表达:

式中 α为衰减常数。一般地说,当离声源距离不太远时,声压级随距离变化受声波扩张作用的影响较为显著。传播距离较远时,大气对声波的吸收起主要作用。

反映大气吸收的衰减常数由两部分组成,第一部分称为“经典吸收”,是空气的粘滞性、热传导以及空气分子转动等所产生的声能耗散引起的。它与声波频率的平方成正比,并与空气温度和气压有关,而与空气湿度无关。除非声波频率很高,这种吸收一般可以不考虑。第二部分称为“分子吸收”,主要是空气中氧分子振动弛豫效应所引起的,与空气的温度和湿度密切相关。它也随声波频率的增减而增减,但变化规律较为复杂。衰减常数的实验值见表:

此外,噪声在绿化地带传播,还可以有附加的衰减。如果传播距离不太大,除了频率很高的声波外,实际衰减量是很有限的(见绿化降噪)。

噪声传播方向的变化

噪声在大气中传播方向发生变化的原因,除由于地面障碍物反射和衍射外,主要是大气中温度或风速分布不均匀而使声波折射。

大气中的声速与绝对温度的平方根成正比。大气温度随高度增大时,声速随高度增大,声传播方向将向地面弯曲。这时,地面上声源所发射的噪声,由于集中在地面附近区域,可以沿地面传播到较远的地方。反之,大气温度随高度增加而下降时,声波将向上空弯曲。这时,地面附近声源所发射的噪声将在离声源一定距离的地面上掠过并在较远处形成声影区域(图1)。例如在晴天夜晚,地面由于热辐射和热传导迅速冷却,靠近地面的空气温度下降,而离地面较高处仍保持较高的温度。在晴朗的白天,大气温度随高度下降。因此,地面上声源所发射的噪声在夜晚传播较远,而在白天传播较近。

风速分布对噪声传播方向也有影响。当声波顺风传播时,对地面的声速应叠加上风速。由于风速一般随离地面高度增大,因此声波将向地面弯曲,这表明顺风时噪声可以沿地面传播较远的距离。当逆风传播时,声波将向上空弯曲,在地面上较远处将形成声影区域(图2)。

参考书目
  1. C.M.Harris,Handbook of Noise Control,2nd ed., McGraw-Hill,New York,1979.

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文章名称:《大气中的噪声传播》
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