水下振动噪声及控制技术绪论

(a)10m3/min空压机噪声；（b）LG80m3/min鼓风机噪声；
频谱分析
（c）柴油机排气噪声；（d）JB51-2电动机噪声
噪声的危害
强烈的噪声可引起耳聋诱发各种疾病， 影响人们的休息和工作， 干扰语言交流和通信， 掩蔽安全信号造成生产事故， 降低生产效率， 影响设备的正常工作甚至造成破坏。
频谱分析
（1）线谱。乐器（如笛、提琴等）发出的声音频谱中，具 有一系列的分立的频率成分，在频谱图上是一些线谱，如图1所 示，频率最低的成分叫基音，其他频率较高的成分称为泛音。
频谱分析
• （2）连续谱。工业上的噪声是由许多不协调的基音和泛音组成 的，在频谱上对应各频率成分的竖线排列得非常紧密，它没有显 著突出的频率成分，声能连续地分布在空阔的频率范围内，故称 为连续谱，如图1（b）所示，这种噪声又称为无调噪声。
LP LP 1
水声实验中，本底噪声或背景噪声。
平均声压级
设有N个声压级，因为声波的能量可以相加，故N个声压级 的平均值 可由下式表示：
1 LP =10 lg N
Lpi 10
10
i 1
N

平均声压级的计算是由声能的平均原理导出的，它与 人耳对噪声的主观感受基本相符。
噪声对人体健康的影响
理想的睡眠环境，噪声级在35dB(A)以下， 当噪声级超过50dB(A)，约有15%的人正常睡眠受到影响。
通常人们谈话声音是60dB(A)左右， 当噪声在65dB(A)以上时，就干扰人们的正常谈话， 如果噪声高达90dB(A)，就是大喊大叫也很难听清楚， 就需贴近耳朵或借助手势来表达语意。
4
1绪论
1.1 噪声的概念 1.2 噪声的分析方法 1.3 噪声的危害
1.4 噪声的控制方法
1.5 振动的控制方法
1绪论
1绪论
• 噪声污染和空气污染、水污染、废弃物污染一样，被称为 当今的四大污染。 • 噪声污染面积大，到处可见。如交通噪声污染、厂矿噪声 污染（各类机械设备）、建筑噪声污染、社会噪声污染。 噪声污染一般不致命，它作用于人们的感官，好像没有严 重后果，即噪声源停止辐射时，噪声立即消失，噪声没有 具体污染物，又不能积累，再利用价值不大，因而，噪声 常被人们忽视。 • 随着近代工业的迅猛发展，噪声污染越 来越严重，已成为一种公害。控制噪声 污染、保护环境已成为人们的共识。
有效声压
在声波中，人们经常研究的瞬时间隔内声压的有效值， 即随时间变化的均方根值，称为有效声压值。数学表 达式为
1 T 2 P p t dt T 0
式中， p t --瞬时声压；t--时间；T--声波完成 一个周期所用的时间。 对于正弦波，有效声压等于瞬时声压的最大值除 2 ，如未加说明，即指有效声压。 以
声强
声波作为一种波动形式，将声源的能量向空间辐射， 人们可用能量来表示它的强弱。 在单位时间内，通过垂直于声波传播方向的单位面积 的声能，叫做声强，单位为 W / m 单位时间内、单位面积的声波向前进方向毗邻介质所 做的功:
2
1 T I Re( p ) Re(v)dt T 0
声强
自由场中：平面波条件下
声功率
• 声源在单位时间内辐射的总能量叫声功率。
W Ids
• 通常用W表示，单位是W，1W=1N·m/s。 • 在自由声场中，声波作球面辐射时，声功率与声强有 下列关系：
W I 4 r 2
声压级
从听阈声压2xl0-5Pa到痛阈声压20Pa，声压的绝对值数 量级相差100万倍，因此，用声压的绝对值表示声音的强弱 是很不方便的；由于人对声音响度感觉是与对数成比例的， 所以，人们采用了声压或能量的对数比表示声音的大小，用 “级”来衡量声压、声强和声功率，称为声压级、声强级和 声功率级。这与人们常用级来表示风、地震大小的意义是相 同的。
噪声对人体健康的影响
睡眠是人们生存必不可少的。人们在安 静的环境下睡眠，它能使人的大脑得到 休息，从而消除疲劳和恢复体力。噪声 会影响人的睡眠质量，强烈的噪声甚至 使人无法入睡，心烦意乱。 睡眠质量好坏，取决于熟睡阶段的时间 长短，时间越长，睡眠越好。 一些研究结果表明，噪声促使人们由熟 睡向瞌睡阶段转化，缩短熟睡时间；有 时刚要进入熟睡便被噪声惊醒，使人不 能进入熟睡阶段，从而造成人们多梦， 睡眠质量不好，不能很好地休息。
噪声对人体健康的影响
长期在高噪声环境下工作的人们与在一般环境下工作的人们相比， 高血压、动脉硬化和冠心病的患病率要高2-3倍。 噪声还会引起消化系统方面的疾病，噪声能使人的消化机能减退、 胃功能紊乱、消化系统分泌异常、胃酸度降低，以致造成消化不 良、食欲不振、患胃炎及胃溃疡等疾病，致使身体虚弱。 强声武器（新一代的防爆维稳武器） 湖南科技大学，声管中试验，老鼠吐血身亡。
p2 I c
声强
自由场中：声源的远场处
p2 I c
A j (t kr ) p( r , t ) e r
1 p A 1 jkr j (t kr ) u (r , t ) dt e r r c jkr
1 A j (t kr ) 1 A u (r , t ) e 2 e j (t kr ) r c r j ck
水下振动噪声及控制技术
2017年8月
1
授课内容
共16次课，32个学时
绪论、噪声的危害与评价、噪声的控制方法、振动的控制方法 潜艇和船舶噪声的主要来源及计算方法 振动被动控制-吸振原理、隔振原理 振动被动控制-减振原理、船体振动的减振方法 振动被动控制--船舶常用减振器介绍 振动主动控制（结构中的振动主动控制） 吸声原理（水声常用的吸声材料与吸声结构） 带圆柱空腔吸声覆盖层的有限元数值计算模型 声学覆盖层声学机理概述 声学覆盖层的声学性能测试技术 粘弹性材料动态弹性模量的测试技术 隔声原理及应用、单层均匀薄型构件的隔声 双层薄板的隔声、弯曲薄板、复合板和多层板的隔声 组合结构的隔声和漏声的影响、管道隔声、结构固体声隔声 有源噪声控制（结构声辐射有源控制） 潜艇和船舶噪声常用位是方(phon)， 就是选取以1000Hz的纯音为基准声音， 取其噪声频率的纯音和1000Hz纯音相比 较，调整噪声的声压级，使噪声和基准 纯音(1000Hz)听起来一样响， 该噪声的响度级就等于这个纯音的声压 级(dB)。 如果噪声听起来与声压级为85dB、频率 1000Hz的基准音一样响，该噪声响度级 就是85phon。
2
考核方式
平时作业30%(到课率+课堂作业) 考试70%（闭卷考试）
3
参考书目
1、陈小剑，舰船噪声控制技术，上海交通大学出版社； 2、朱蓓丽，潜艇隐身关键技术---声学覆盖层的设计，上海交通大学出版社； 3、何琳，声学理论与工程应用，科学出版社； 4、楼京俊，振动主动控制，国防工业出版社； 5、陈克安，有源噪声控制，国防工业出版社； 6、姚熊亮，船体振动与噪声，国防工业出版社；
倍频程
在噪声测量中，最常用的是倍频程或1/3倍频程。在 一个频程中，上限频率与下限频率之比为：
fu 2 fl
倍频程通常用它的几何中心频率来表示：
fc
2 fu fl fu 2 f1 2
1/3倍频程
当把倍频程再分成三份，即1/3倍频程，那么，上限频 率与下限频率之比为：
3 fu 2 fl 1
相同噪声级的合成
• 如果有N个性质相同、声压级相等的声源叠加到一起，总声 压级可用下式表示：
Ltotal Lp 10lg N
声压级分贝的减法
机床未开动前的本底或环境噪声是可以测量的，机床 开动后，机床噪声与本底噪声的总声压级也是可以测量的， 那么，计算机床本身的声压级就必须采用声压级的减法。
听力损失
国际标准化组织(ISO)于1964年规定，在500Hz、1000Hz、 2000Hz三个倍频程内听阈提高的平均值在25dB以上时，即 认为听力受到损伤，又叫轻度噪声性耳聋。按照听力损失 的大小，对耳聋性程度进行分级，见表2-1。
噪声性耳聋
噪声性耳聋有两个特点： 一是除了高强噪声外，一般噪声性耳聋都需要一个持续的 累积过程，发病率与持续作业时间有关； 二是噪声性耳聋是不能治愈的，因此，有人把噪声污染比 喻成慢性毒药。
声压级定义式：
P2 Lp 10lg 2 P0
Lp 20lg
P P0
参考级：水声（自行查阅）
噪声级的合成
当噪声源同时向外辐射噪声，它们总的声压级是多少 呢？ 不能把两个声压级进行简单的代数相加，能进行相加 运算的，只能是声音的能量。
相同噪声级的合成
某车间有两台相同的车床，它们单独开动时，测得声压级 均为l00dB，求这两台机床同时开动时的声压级是多少(dB)?按 照声压级的定义，它们的总声压级为：
噪声的评价方法
声压、声强和声功率
声波引起空气质点的振动，使大气压力产生压强的波动 称为声压，亦即声场中单位面积上由声波引起的压力增量为 声压，其单位为N/m2，简称帕（帕斯卡），符号为Pa。通常都 用声压来衡量声音的强弱。 正常人耳刚能听到的声压是2xl0-5Pa，称为听阈声压；人 耳产生疼痛感觉的声压是20Pa，称为痛阈声压。
噪声性耳聋
噪声对人体的危害最直接是听力损害。 当从较安静的环境进入较强烈的噪声环境中，立即感到刺 耳难受，甚至出现头痛和不舒服的感觉，停留一段时间， 离开这里后，仍感觉耳鸣，马上（一般在2min内）作听力 测试，发现听力在某一频率下降，即听阈提高了20dB。
噪声性耳聋
• 暂时听阈偏移，亦称听觉疲劳。 • 听觉疲劳时，听觉器官并未受到器质性损害。 • 如果人们长期在强烈的噪声环境中工作，日积月累， 内膜器官不断受噪声刺激，恢复不到暴露前的听阈， 便可发生器质性病变，成为永久性听阈偏移，这就是 噪声性耳聋。
即1/3倍频程的几何中心频率为：
fc fu fl 2 f1