噪声与振动控制5.

噪声与振动控制主讲：宋雷鸣北京交通大学１声学基本原理２噪声评价与测量３噪声控制技术第一部分、噪声控制技术第四章、噪声控制技术4.1、吸声(absorption)降噪技术声音的产生必须具备声源，介质等条件，只有当声源、声的传播和接受者三者同时存在时才构成对环境的污染。因此噪声控制必须把声源、声的传播途径和接受者作为一个整体，从声源控制，传播途径控制，接收者防护几个方面来考虑。一般来讲，噪声控制技术主要包括吸声、隔声、消声和阻尼减振降噪等。4.2、隔声降噪技术4.3、消声器(mufflers)1.消声器：是控制空气动力性噪声的有效设备。但往往被看作管道系统的一部分，在内部做声学处理后，可以减弱噪声的产生和传播，且不影响气流的通过。一、概述2.种类（按其降低噪声的原理）：1）阻性、2）抗性、3）阻抗复合式4）有源消声器等。3.性能评价指标：一是气动性能，二是消声性能。1）气动性能消声器的气动性能可用压力损失或阻力系数来评价。压力损失：指消声器的输入和输出两端的全压差，可用下式表示，ppp1式中ΔP—消声器两端的压力差，P1—消声器输入端的全压，P2—消声器输出端的全压。阻力系数：其定义为pp式中ξ—消声器的阻力系数，ΔP—消声器输出、输入两端测量点截面的平均动压差，P—测量点断面上的平均全压。消声器的消声性能的评价方法很多，一般可以用下列指标来评价：插入损失传声损失声压级差轴向声衰减。2）消声性能--是指安装消声器前后，气流通过管道某一测量点的声压级差。--是指消声器进气口和出气口声功率级之差。二、消声器结构及工作原理：（一）阻性消声器：阻性消声器是目前应用最为广泛的一种消声器。1.原理一般来说，阻性消声器具有良好的中高频率的消声性能，而低频的性能则较差。然而，只要适当增加吸声材料的厚度，密度以及选用较低的空隙率，低中频的消声性能就能大大改善，从而可以作成宽频带阻性消声器。阻性消声器的消声原理，是利用声阻进行消声的，在实际工程中，常常利用吸声材料来制作阻性消声器，来达到降低噪声的目的。这是由于当声波通过衬贴有多孔吸声材料的管道时，声波将激发多孔材料中无数小孔内的空气分子的振动，其中一部分声能由于克服摩擦阻力和粘滞力，而变为热能。2结构吸声材料3.消声量的计算lSLIILlA34.4lg100消声量可以采用如下公式计算：也可以采用别洛夫公式计算：)()(0dBlSLLA式中：()—消声系数，与吸声系数有关;P—通道截面周长(m)；S—气流通道截面积(m2)；L—通道吸声材料的长度(m)。()与的关系0.100.200.300.400.500.60~1.00()0.110.240.390.550.751.00~1.50也可以采用赛宾公式计算：)()(03.14.1dBlSLLA4.使用时应注意的问题（1）阻性消声器的应用受到频率的限制，当频率过高时，声波会呈束状通过或很少与消声器的吸声材料表面接触，于是消声器的性能显著下降。同时也应注意频率不能太低，其低频的应用频率受材料的厚度和密度的限制。消声性能下降的频率称为高频失效频率fm，由下式确定：DCfm85.1式中：C—管道中声速(m/s)D—消声通道截面平均边长(或直径)(m)。（2）气流会对消声效果产生较大的影响，这主要是在两个方面上：一是气流的存在改变了消声器内声衰减规律，二是气流的存在会产生再生噪声。气流的流速和方向都会对消声量产生影响，流速越大影响越严重，这主要是因为气流流速的变化对声的传播规律产生影响的缘故。（二）抗性消声器1原理抗性消声器主要是利用管道的截面的突变等方法，使管道的声抗发生变化，致使声波向声源方向反射回去，以达到消声的目的。S1S2PiPrPtxo)cos(kxtPpiiS1S2PiPrPtxo)cos(kxtPprr)cos(kxtPptt质点的速度:)cos()/(kxtcPuii)cos()/(kxtcPurr)cos()/(kxtcPutt在交界面处（X=0）有体积速度、声压相等tirpppcpScpcpStri21)(进而有声压反射系数：2121SSSSpprirp声强反射系数为:22121)(SSSSIIriri声强透射系数为:22121)(41SSSSIIiri声功率透射系数为:22122121122)(4SSSSSSISIiw实际应用的形式:S1S2PiPrPtxoPiPrlklSSSSklklSSSSklw22122122212212sin)(41cos1sin)(cos442抗性消声器的种类:1)单扩张室消声器klmmL22sin)1(411lg10式中：m—扩张比，；l—消声器的长度(m)；k—波数，。因为sinkl为周期函数，消声量L也随之做周期变化，kl为的奇数倍时，sinkl=1，消声量最大；当kl为的整数倍时，sinkl=0，消声量L=0，此时相应的频率叫通过频率fmin，即:lCnlCnf242min通过频率的声波可以完全无衰减地通过，不起消声作用。为了克服这个缺点，通常作法是将扩张室入口管和出口管分别插入扩张室内；或者用多节扩张室消声器串联起来，各节的长度不等，使通过频率互相错开。扩张室消声器也存在高频失效现象，其有效消声的上限频率f上可用下式计算：DCf22.1上式中：C—声速(m/s)；D—扩张部分的几何尺寸(圆形截面为直径，矩形截面为其面积的平方根)(m)。注意:由上式可知，D越大，f上越小，即消声频带越窄，因此应用上选择扩张比m时，应兼顾消声量与频率范围。扩张室消声器对很低频率的声波不仅不能起消声作用，反而起放大作用，因此它还有一个消声的下限频率f下：VlSCf22下式中：S—连接管截面积(m2)；V—扩张室的容积(m3)；l—连接管的长度(m)。2)共振腔消声器：消声量D一般用下式估算：20021lg10ffffAGVD式中：G—传导率(m)，它是颈孔的截面积S与颈的有效长度之比，(n为孔数)；dldndlnSG442V—共振腔容积(m3)；A—通道截面积(m2)。当频率f=f0时，共振腔消声器的声阻抗最大，消耗的能量最多，此时的消声量Dr为：)211lg(20rDrCARr式中：，R为共振腔消声器在开口处的声阻。3阻抗复合式消声器：阻抗复合式消声器是由阻性消声器和抗性消声器复合而成的，它既有阻性消声器能消除中、高频噪声的特点，又有抗性消声器能消除低、中频噪声的特点，因此，消声量大，消声频率宽，是实践中最常用的消声器。阻抗复合消声器可结合具体情况，用不同的方式，恰当组合。进气口出气口4微孔板消声器利用微穿孔板吸声结构可以作成微穿孔板消声器，其结构类似于阻性消声器。按气流的通道形状，可分为片式、折板式等，所不同的是，除选用单层的微穿孔板的吸声结构外，还通常采用双层微穿孔板结构作为吸声元件，该消声器具有低中频的消声性能。5有源消声器有源消声器是通过电子元件发出一种与噪声的声波相位相反、振幅大小相等的声波，利用干涉原理达到消声的目的。其原理如图所示。扬声器传声器噪声抑制区延时、反相、放大6喷注耗散型消声器消声器总结大作业:请设计一个摩托车用的消声器?要求1传声损失不小于20DB2压力损失要小3要耐高温4.3、消声器(mufflers)１声学基本原理２噪声评价与测量３噪声控制技术第一部分、噪声控制技术第四章、噪声控制技术4.1、吸声(absorption)降噪技术声音的产生必须具备声源，介质等条件，只有当声源、声的传播和接受者三者同时存在时才构成对环境的污染。因此噪声控制必须把声源、声的传播途径和接受者作为一个整体，从声源控制，传播途径控制，接收者防护几个方面来考虑。一般来讲，噪声控制技术主要包括吸声、隔声、消声和阻尼减振降噪等。4.2、隔声降噪技术4.3、减振降噪技术(mufflers)一隔振1振动的基本原理如图,为单自由度的振动系统，M为质量，K为系统的刚度，R为阻尼，则可得系统的动力学方程:dtdyRKyFdtydM22设作用在物体上的外部驱动力为:tFFcos0解此方程可得系统的稳态解为:)sin(0tZFym振动速度为:)cos(0tZFm式中为振动速度与外力之间的相位差，称为力阻抗)(2KMRZm2隔振(isolatingvibration)技术作用于质量块上的力F，通过弹性支撑将有部分力传递到支撑振动系统的基础上，传递到基础上的力越小，表明该系统的隔振性越好。衡量这一传递效果的指标是力传递率T，它的定义是传递到基础上的力的幅值与作用于质量块上的力的幅值之比。由上面的系统模型可得传递到基础的力为:KydtdyRFB其幅值为:2/1200220])/(1[)(KKyyKRFB式中)2/(MKR则可得力传递率为:20220202)(4])(1[)(41ffffffT曲线上的数字为阻尼比1T，说明系统无隔振效果。当0ff时，外力作用频率和系统固有频率接近，系统将发生共振，说明隔振措施极不合理，非但无隔振作用，反而使系统的振动强度加大，如此时增加系统的阻尼则系统的振动加剧的趋势可以得到控制。当02ff时，系统的力传递率T=1，系统仍无隔振作用。当02ff时，系统具有隔振作用，f/f0越大，系统的隔振性能越好，同时还可以看出，此时，系统的阻尼越大隔振性能越差，在工程中阻尼比ξ一般选用0.02~0.1的范围内。结论:示例:二、阻尼(damping)减振(reducingvibration)简介工程中除了采用隔振的方法控制振动的传播外，往往还采用其他的一些措施来降低振源的振动，如采用附加阻尼结构等。附加阻尼结构是提高机械结构阻尼的主要结构形式之一。它在各种形状、用途的弹性结构上直接粘附一种包括阻尼材料在内的结构层，增加结构件的阻尼性能，以提高其抗振性、稳定性和降低其辐射的噪声。附加阻尼结构特别使用于梁、板、壳件的减振降噪，在汽车外壳、飞机舱壁、等薄壳结构的抗振保护和噪声控制中被广泛应用。直接粘附的阻尼结构主要有自由阻尼结构和约束阻尼结构如图所示。自由阻尼结构约束阻尼结构总结