第一章、第二章机械振动与噪声控制

MechanicalNoiseandVibrationControlLMS广州办事处朱斌生机械振动与噪声控制机械振动与噪声控制•基本概念•声学基础•噪声控制•阻尼技术•隔振理论MechanicalNoiseandVibrationControlLMS广州办事处朱斌生机械振动与噪声控制•振动－－物体或质点在平衡位置的往复运动。振动加速度、振动速度、振动位移振动幅值、振动频率•噪声－－使人感到厌烦的声音。声压级、声强级、声功率级、响度、A计权MechanicalNoiseandVibrationControlLMS广州办事处朱斌生机械振动与噪声控制第二章声学基础2.1波动方程与声的基本性质2.1.1理想介质中的声场波动方程理论上静态大气压设定为p0，媒质受声传播扰动后的压强pd这种压强的改变量被定义为声压p声压的大小反映了声波的强弱，声压的单位是Pa(帕N/m2)。0pppdMechanicalNoiseandVibrationControlLMS广州办事处朱斌生机械振动与噪声控制2.1.2声波与声源波阵面------所谓波阵面是指声传播过程中，运动状态在某瞬时完全相同的媒质质点形成的面。声波：平面声波、球面声波和柱面声波等类型，MechanicalNoiseandVibrationControlLMS广州办事处朱斌生机械振动与噪声控制•常见声源声一般都是由于物体的振动而产生的。凡能产生声的振动物体统称为声源。所谓声源的振动就是物体在其平衡位置附近进行的往复运动。1)球面声源一个表面均匀胀缩的脉动球面声源，即其球面沿半径方向作同振幅、同相位的振动，球面振动速度为ua，则在离球心r处向外辐射的声压可以写为方程。当ka1，即声波波长远大于声源半径a时,有：)()(4),(krtjkrtjAQerckerptrpQ=sua=4pa2ua称为声源强度。MechanicalNoiseandVibrationControlLMS广州办事处朱斌生机械振动与噪声控制2)偶极子声源)(2)(121krtjAkrtjAerperpp当两个点声源相距很近：)2cossin2()(kljerppkrtjA偶极子声源MechanicalNoiseandVibrationControlLMS广州办事处朱斌生机械振动与噪声控制3)线声源线声源)(2122hcwpMechanicalNoiseandVibrationControlLMS广州办事处朱斌生机械振动与噪声控制4)无限大障板上圆形活塞无限大障板上圆形活塞)(12]sin)sin(2[2krtjaekakaJraujpMechanicalNoiseandVibrationControlLMS广州办事处朱斌生机械振动与噪声控制2.2声传播及结构声辐射1.垂直入射声波的反射和透射)()(111xktjrexktjinepepp在媒质1中的质点速度根据riuucpu1111在媒质2中的声压值)(22xktjtrteppp在媒质1中的声压值在媒质2中的质点速度txktjtrucepcpu22)(22222cupMechanicalNoiseandVibrationControlLMS广州办事处朱斌生机械振动与噪声控制在分界面的声压和速度应当是连续相等的:21ppppptri21uuuuutri声压的反射系数rp,透射系数11221122ccccpprirp1122222cccppitppMechanicalNoiseandVibrationControlLMS广州办事处朱斌生机械振动与噪声控制吸声系数21pr吸声系数越大表示了声波透射越大。当a=1时，垂直入射声波将从一个媒质完全进入到另一个媒质，只要两个媒质的特性阻抗相同时，垂直入射声波都会有a=1的全透射。当a=0时，表示垂直入射声波将产生全反射MechanicalNoiseandVibrationControlLMS广州办事处朱斌生机械振动与噪声控制2.3声阻抗、声强及声功率2.3.1声阻抗、声强和声功率的定义描述声辐射和声场特性的一个重要概念是声阻抗。对于一个声源来说，如果它的表面振速是u，表面积是S，则uS称为体积速度U。该声源表面声压与声源体积速度之比称为声阻抗Z。UpZ声阻抗Z是复数，其实部称为声阻R，虚部为声抗X。声阻抗的实部表示了能量的“损耗”，这个损耗表示了声能从一个地方传播到另一个地方，也就是声源对外辐射的过程MechanicalNoiseandVibrationControlLMS广州办事处朱斌生机械振动与噪声控制开放空间声场，由于体积速度概念变得不很明确，此时通常采用声阻抗率这个概念来描述声场概念。声阻抗率定义为声场中某点的声压值与该点速度的比值upZ平面声波在媒质中传播时的声阻抗率为cZMechanicalNoiseandVibrationControlLMS广州办事处朱斌生机械振动与噪声控制声强和声功率•声场中某点处，与质点速度方向垂直的单位面积S在单位时间内通过的声能称为瞬时声强.对于稳态声场，声强是指瞬时声强在一定时间T内的平均值TddttutpTI0)()(1对于在自由空间中传播的平面声波，单位时间平均声强可以写为cpIe2单位时间平均声功率SIWMechanicalNoiseandVibrationControlLMS广州办事处朱斌生机械振动与噪声控制2.3.2声压级、声强级、声功率级测量及声谱分析•单位：dB•声压级)(log20log10102210dBppppLreferefeppe——被测量声压的有效值；pref——参考声压。在空气中参考声压pref为2×10-5Pa。，即为正常人耳朵对1kHz的声音刚能听到声压值MechanicalNoiseandVibrationControlLMS广州办事处朱斌生机械振动与噪声控制•声强级)(log1010dBIILrefI参考声强Iref取为10-12W/m2cLcIpppIcpIILprefrefrefrefrefI400log10log10log10)(log10log1010210221021010MechanicalNoiseandVibrationControlLMS广州办事处朱斌生机械振动与噪声控制•声功率级)(log1010dBWWLrefWW——测量的声功率的平均值，对于空气媒质，参考声功率W=10-12(瓦)声强级与声功率级之间的关系SLLWI10log10MechanicalNoiseandVibrationControlLMS广州办事处朱斌生机械振动与噪声控制•声频谱分析在声谱分析中一个常用的分析是倍频程分析，所谓倍频程分析是将连续频率分成一系列相连的频带。当带通频率满足log2(f2/f1)=1时称为1倍频程，log2(f2/f1)=1/2称为1/2倍频程，log2(f2/f1)=1/3称为1/3倍频程，式中f1和f2称为带通滤波器的上下截止频率。MechanicalNoiseandVibrationControlLMS广州办事处朱斌生机械振动与噪声控制2.3.2响度级，等响曲线和响度•人耳能接收声波的频率大约在20Hz到20kHz•“响”与“不响”这种感觉同声波的强度和频率密切相关。相同声压级单频率不同的声波，人耳听起来会不一样。为了定量描述声音的这种特性，通常采用1000Hz纯音为标准，定义其声压为响度级，其符号是LN，单位为“方”（phon）。其它频率的声音响度级通过与1000Hz纯音相比较来确定。MechanicalNoiseandVibrationControlLMS广州办事处朱斌生机械振动与噪声控制MechanicalNoiseandVibrationControlLMS广州办事处朱斌生机械振动与噪声控制•计权声级由于人的感觉受到频率的影响，为了使声音的量度和人的听觉一致，在测试过程中对信号进行了模拟人耳的滤波，该滤波称为计权，根据频响特性的不同，计权分为A计权、B计权、C计权和D计权等D计权常用于航空噪音的测量。A计权的频率响应与人耳对宽频带的声音灵敏度相当，目前被广泛应用为评价参量。MechanicalNoiseandVibrationControlLMS广州办事处朱斌生机械振动与噪声控制第三章噪声控制3.1噪声源识别根据噪声源的发声机理通常将噪声分成三类：机械噪声，空气动力噪声和电磁噪声。机械噪声往往由于机械部件的振动，撞击，摩擦，不平衡等造成。空气动力噪声是由于气体流动中的相互作用或与固体间的作用而产生的噪声。电磁噪声则是由于电磁场的交变造成机械部件或空间容积的振动而产生的。MechanicalNoiseandVibrationControlLMS广州办事处朱斌生机械振动与噪声控制（1）主观评价法（2）分别运行法（3）覆盖法（4）表面振速测量法（5）信号分析法（6）声强测量法（7）声全息法MechanicalNoiseandVibrationControlLMS广州办事处朱斌生机械振动与噪声控制3.2噪声的被动控制和主动控制被动控制和主动控制。所谓被动控制指噪声控制过程中除噪声源外没有其它外加能量输入的控制方法。传统的吸声，隔声，消声及隔振等均属噪声被动控制。如果在噪声控制过程中，在噪声源以外，人为加入能量（次级声源或次级力源等）来控制噪声的方法称为噪声主动控制。MechanicalNoiseandVibrationControlLMS广州办事处朱斌生机械振动与噪声控制•吸声降噪吸声降噪技术通常分成两类：多孔吸声材料和吸声结构MechanicalNoiseandVibrationControlLMS广州办事处朱斌生机械振动与噪声控制•基于能量的吸声系数rEEia1式中是入射能量，是吸收能量，是反射系数iEaEr实际吸声量：SAMechanicalNoiseandVibrationControlLMS广州办事处朱斌生机械振动与噪声控制（1）多孔吸声材料•吸声材料是指能够把入射在其上的声能大量吸收的材料。•噪声控制工程中常用的吸声材料都是多孔材料，如矿渣棉、石棉、玻璃棉、毛毡、木丝板等，这些材料表面富有细孔，孔和孔之间互相联通，并深人到材料内层，声波容易顺利地透入．当声波进人材料孔隙时，引起孔隙中的空气和材料的细小纤维波动，由于摩擦和粘滞阻尼作用，声能变为热能而耗散掉。MechanicalNoiseandVibrationControlLMS广州办事处朱斌生机械振动与噪声控制多孔吸声材料的吸声特性随声的频率的变化而变化，低频时，由于孔隙中的空气在单位时间内的振动次数少，对声波的衰减作用不大，故吸声系数很低。随着频率的提高，吸声系数逐渐增大，达到某一值后，增加不再明显。同一种多孔吸声材料实际使用中增加吸声材料的厚度，可以提高低、中频的吸声效果，对高频吸声效果几乎没有影响，但厚度增加到一定程度后，效果就变得不明显了，而成本却增加很多，是不经济的。此外如果吸声材料结构设计时增加附加背后空气层也可起到提高中、低频吸声效果的作用。MechanicalNoiseandVibrationControlLMS广州办事处朱斌生机械振动与噪声控制（2）共振吸声结构•薄膜共振吸声结构Dcfs20MechanicalNoiseandVibrationControlLMS广州办事处朱斌生机械振动与噪声控制•穿孔板吸声结构DLBcf2MechanicalNoiseandVibrationControlLMS广州办事处朱斌生机械振动与噪声控制•微穿孔板吸声结构穿孔板的穿孔直径减小到1mm以下，则可增加吸声系数，拓宽吸声频带。微穿孔板吸声结构通常指板厚小于1mm的薄板上穿以孔径小于1mm的微孔，穿孔率在1%--5%，板后面留有5－20mm厚度空气层的吸声结构。)/(3/21cDcDMfr微穿孔板吸声结