第7章1噪声与振动

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1、第七章1 噪声与振动,第一节 噪声基础 噪声令人不愉快的声音。（干扰人们休息、学习、工作、对人体有害、不需要的声音） 噪声污染噪声超过人们活动所能容许的程度。 近10年，美、日、俄增加10dB；北京：达86dB。严重破坏人类的生活环境，身体健康。 列为国际三大公害（水、大气、噪声）,一基本特性,1声波与声速 物体（固、液、气）的振动是声音的来源。振动在弹性介质中以波动的方式进行传播。这种波称为声波。 （振动挤压周围介质质点时密时疏，疏密过程从质点向前传播）为纵波（质点振动方向波的传播方向）和疏密波。 声速c声波在一定介质中的传播速度。m/s。 介质不同，c不同。0，空气c=331m/s。氢气c

2、=1270m/s；20，水，c=1460m/s。,频率f声波每秒振动次数。Hz。 声频：耳听声范围：2020000Hz。 波长声波中两个相邻的密部或疏部之间的距离，m。空气，声频范围内，1.72cm17.2m 周期T声波前进一个波长距离所需时间。 则：,2声压与声压级,声压表示声音强弱的物理量。 声压：有声波时，介质中压力超过静压力的值（p），为声波动力。 瞬时声压某一瞬间所产生的压力增值。 大气：p（t）P（t）P0声波中介质压力大气压力。 p0 无声。 有效声压（一般称为声压）瞬时声压在一段时间内的均方根值。,1atm=1.013105Pa,听阀声压正常人耳刚能听到的声音的声压： 。（ 时

3、） 基准 0dB 痛阀声压正常人耳感到疼痛的声压。 120dB 声压级SPL（Sound Pressure Level）有效声压与听阀声压之比的对数的20倍，单位为分贝db dB（decibel） 一般：听阀0dB，公共汽车内80dB， 讲演90 dB，痛阀120dB， 飞机喷口附近150dB。,3声强与声强级,声强垂直于声波传播方向n的单位面积上，单位时间内通过的平均声能。（声音强弱） 声强级SIL（Sound Intensity Level） dB 基准声强I01012w/m2 对应基准声压p02105Pa,4声功率与声功率级,声功率单位时间内声源发出的总声能。 声功率（w）是恒量，声压（

4、p）和声强（In）在声场不同地点有不同的值，与R成反比，声功率级SWL（Sound Level） dB 基准声功率 w0=10-12w （1m2的I，球半径R=0.2821m处）,5响度，响度级，计权声级（A）,人耳对声音的感受不仅与声压有关，也与频率有关。 频率不同，感受不同，对低频和较高频不敏感。空压机（高频）和小汽车（低频）均为90 dB，听起来前者响得多。 测量仪器中，为了模拟人耳的听觉特性，设计计数网络A、B、C按接多的声间不同程度滤波。A网络将大部分低频波滤掉，与人耳对噪音的感觉一样。所以用A网络的声级A表示噪声大小，称为分贝A，dB（A）。 不同子样的声级可以运算，相加，相减，平

5、均。P212213或（8.9-8.13）。,响度级Ln将声压和频率联系起来的特性，单位为方（phon）。以1KHz纯音为基准，一个噪声和这个基准声一样响，则这个噪声的响度级（phon）就等于这个纯音的（声压级（dB值）。 例：某噪声，听起来和声压级为95dB，1KHz的基音一样响，这个噪音的响度级为95phon。 所以，响度级是人类主观感觉声音响的程度的指标。得到等响曲线。 响度N与响度级一一对应，单位是宋（sone）；可以较直观地表示声音的大小，即响度增减的百分数与人类主观感觉声音响的程度的变化较接近。 当LN40，噪声响度级Ln每增加10phon，N增加一倍。与人类主观感觉更接近。,二声的

6、传播与衰减,1不计大气吸收的传播 测点距声源不同，声压级不同。 （1）室内点声源 声压级： Db 4r2 点源通过面积 Q位置指向性因数。 声源中央，Q1； 墙或地通过1球面，Q2； 两墙与线通过1/4球面，Q4； 三面交点通过1/8球面，Q8 r离声源距离m。 R房间常数 ，吸声系数，S室内总面积m2。,（2）混响场：各点声压均匀，与r无关，Q0 （3）自由场：无墙，R，Q1点声源，距离r增加一倍，声压级LP减少6dB。 半自由场：一面墙，R，Q2线声源，传播通过面积为2Lr（柱面）LP减少3dB。减少量Z0lgr 10lg 吸声系数 ，声波传播墙影响。面声源，不衰减。 2计及大气吸收 由于

7、空气的粘滞性和热传导，声能热能。或被吸收，声压级Lp衰减， 其附加衰减量 相对湿度。8.16/P214,三噪声危害,1对听力影响 听觉器官损伤，刺耳、疼痛、听力下降、耳鸣、出现听觉疲劳。长期强噪声下，使暂性的听阀偏移不能恢复，产生噪声性耳聋（f=500，1000，2000Hz，平均听力损失超过25dB）。 轻度耳聋：损失：1540dB；中度：4060dB；全耳聋：85dB。 听力保护标准：8590dB。 115dB立即有耳聋危险。 120dB痛阀声压,2对睡眠、交谈和思考影响 睡眠：影响数量和质量。连续噪音：40dB 10人的影响，70dB 50人影响 突然噪音：40dB 10人的惊醒，60d

8、B 70人惊醒 交谈：连续噪音：55dB即多影响；65dB提高嗓门；90dB，无法交谈。 思考：噪声使工作效率下降，心情烦燥，反应迟钝，分散注意力，引起安全事故。 3对健康影响。 噪声作用于中枢神经，大脑皮层兴奋失调，神经衰弱、消化不良、高血压、心脏病。,四噪声标准,1工业企业噪声标准 劳保8h工作，85dB;时间减半，噪声加3dB；最高115dB。 2城市区域环境噪声标准（GB309682） 4570dB。不同区域。 3机动车辆允许噪声（GB149579） 8289dB，不同车辆。,第二节 吸声、隔声、消声,一吸声 声源辐射噪声，受声点除感受到由噪声源传来的直达声外，还可听到在坚硬平整壁面上

9、有多次来回反射形成的反射声。 利用多孔材料或吸声结构可以降低反射声，使总噪音强度下降。,1多孔吸声材料,玻璃纤维、矿棉板、泡沫塑料，多孔陶瓷，膨胀珍珠岩。（绝热材料） 吸声系数 合理增加：材料厚度，容重（kg/m3），材料后面空腔厚度可以增加低频吸声系数。 2吸声结构 板材空腔 可用薄板（金属、胶木、三合、塑料）；或薄板打孔矿棉,图10-3 薄板共振吸声结构,薄板：共振频率 穿孔板：共振频率 m板密度，D空腔厚，P空孔率， c声速。 在有噪声源的房间进行吸声处理，吸声系数增加1倍，降低3dB，增加10倍，降低10dB。 在共振频率f0 附近时吸声系数 大，但吸声频带窄，所以加矿棉。,二隔声,隔

10、声量： 面质量M2单位面积质量kg/m2 。 系数 即，f=c 时，材料面质量增大一倍，R增大6dB。R由质量控质。 若 M2=c 入射频率 f 增大一倍，R增大6dB。隔高频。,原理：声波透过一层具有不同特性阻抗的介质传播问题。z1=ici 为特性阻抗。 隔声材料控制或减少向介质3中的传播，有较大的传递损失LTL（dB）,即隔声量R（dB） 用密度大的板（铅、钢、铝）增大反射。 材料两边为空气，隔声量的理论计算式,遵循质量定律（把隔声材料看成质量系统）,实际，隔声量R与材料的弹性与阻尼也有关系，隔声量R与f的关系分作4个区域。 隔声量与频率的关系可分为以下四个区：（有图） 第一区：弹性控制区

11、。 第二区：阻尼控制区，失效，发生共振，R。 有一下限失效频率 fmn（共振）。 若阻尼，阻止R。 第三区：质量控制区，满足理论式。每倍频使R6dB。 第四区：吻合效应区，声波使板产生吻合效应，隔音效果有所下降。 有一上限失效频率（临界吻合频率）fc 。,所以，隔音设计主要利用第三区， 。 应用：隔声罩。把噪声源封闭起来。 （1）选择合适形状，体积小，用曲面体，刚度大。加筋 或涂贴阻尼层，防止共振和吻合效应。机器，地基，罩相互之间采用隔振措施，以免噪声传递。 （2）罩内表面应当有较好的吸声的吸声性能，进行吸声处理。钢板（2mm）沥青石棉（7mm）阻尼层超细玻璃棉（50mm）玻璃布钢板网（25穿

12、孔率）。R3545db。,图10-8 隔声构件的组成,三消声,气流通过时阻止声音传播，但允许气流通过。 消声评价： 插入损失LTL：接入消声器前后，在系统外测得声压级之差。 传递损失LTL：消声器进出口声功率级差 dB。,1阻性消声器。消高频 阻性元件：声学系统中能量损耗元件。 原理：利用附贴在气流管道上的多孔材料吸收声能。 消声量,2抗性消声器：消低频 声抗性元件：对声压和声速变化起反抗作用，不消耗声能，但可反射，贮蓄声能（像电容、电感）。 原理： （1）利用管道截面突变（声抗变化）使声波向声源方向反射回去。（扩张消声器） （2）利用几个界面反射的二次声波与原来未反射的一次声波振幅相等，相位

13、上相差180的奇数倍，从而互相干涉而抵消。,扩张室消声器 消声量 （ 圆频率） m，LTL，m=c， ，选择波长， 使 sinKl2=1，则LTL max 。,共振腔室消声器 消声频带较窄，共振频率附近消声量较大贮蓄声能于共振腔室中 。适用单峰值频率，且峰值突出的高噪音。 干涉型消声器 气流通过主管和支管，支管长度比主管长，多出的长度正好12声波波长的奇倍数。 使主、支管的声波干涉，消声。,3阻抗复合型消声器（如内壁衬以多孔吸声材料的扩张室消声器） 阻、抗性元件组合。一般抗性在前，阻性在后。 即先消低频声，后消高频声。 扩张室：消声量 LTL=8.37 式/P227,（1）小孔喷注 将一个喷注

14、孔改用许多小孔喷注，使噪声能量从低频移向人耳不敏感的高频范围，使能听得到的低频声降低了。孔径D1mm孔径或半，消声量增加9dB(A)。 （2）节流降压 多级孔板串联。高压气体喷注的压力降散成多级小压力降。 排气噪声声压级与压力降平方成正比，压差减半，噪声降低612dB。 （3）多孔扩散 烧结金属和塑料，多孔陶瓷，多层金属结网，围住排气管。可以降压，吸声。,4喷注耗散型消声器 用于控制喷注噪声，从声源上降低噪声。,第三节 机械设备噪声控制,一风机 1机理。（空气动力性噪声） 噪声源：进、出气口。其次，机壳、电动机、轴承的机械噪音及振动。 （1）旋转噪声：旋转叶片打击空间某固定点的空气质点，引起空

15、气的压力脉动，产生相应的压强脉冲，形成噪声。（打击空气形成） （2）涡流噪声：旋转叶片背后的气体产生涡流，产生及分裂成小涡流使空气发生扰动，形成疏密波。,2控制措施,（1）合理设计。 （2）进出口装消声器。 （3）加隔声装置，把风机装在里面。 （4）设置隔振装置。,二压缩机,噪声源：进排气口空气动力噪声。系统内气体激发气柱和壁面共振，转动机械噪声。 1机理 （1）周期性进排气：进排气阀周期性开闭产生的压力脉动引起。 （2）系统内气柱共振 进排气系统，形成气柱，具有固有频率，活塞运动产生的脉动气流与气柱固有频率相同时，引起共振，振幅增大，噪声加强。 若排气系统产生的噪声与贮气罐内的气柱固有频率一致，发生强烈的噪声。（气柱共激发面抗） （3）机械噪声：运动部件磨擦、撞击、冲击引起。,2控制措施,（1）进、排气装消声器（包括贮气罐进出口）。 （2）合理设计管道长度，使气柱固有频率远离激发频率为中心的共振区范围，避免气柱共振。 （3）贮气罐加吸声装置，消除气柱共振。 （4）隔声装置。,三泵与电机 泵：液压噪声为主。叶片打击流体，压力波动； 高速流体的湍流，入口处压力低，形成气