声学基础及噪音控制培训
机械振动与噪声控制培训教材(54张PPT)
f0
c0
2
20
mDw
• 入射波频率低于共振频率时双层壁的隔声量：
TL10log10[1(0m c0)2]
• 入射波频率高于共振频率时双层壁的隔声量：
T L1l0o1g [0 ( 0m c0)4(2kw D )2]
如果在噪声•控制通过程常中，双在层噪声壁源以之外间，人空为加气入层能量厚（次度级增声源加或次，级隔力源声等）量来增控制加噪声，的但方法空称为气噪层声主厚动控度制超。 产生这一现象的过频率称1为0c上m限后失效，频隔率fL声量就几乎不再增加，故实用上一般取空气层厚度
• 声强级
I LI 10log10Iref (dB)
参考声强Iref取为10-12W/m2
p 2
L I 1l0 o 1I 0 g I re f1l0 o 1( 0 g Irc e )f 1l0 o 10 p p g r 2 2e f1l0 o 10 g p c r 2 ree If fL p 1l0 o 14 0 g c00
• 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。
(3)隔声结构
• 衡量隔声效果的两个重要指标是声强透 射系数（简称透射系数）和隔声量
It
Ii
隔声量
T L 1l0 o10 g 11l0 o10 g IIti 2l0 o10 g p pti
1)单层壁的隔声
《噪声控制》 讲义
《噪声控制》讲义一、什么是噪声在我们的日常生活和工作环境中，噪声无处不在。
那么，究竟什么是噪声呢？简单来说，噪声就是人们不需要的、令人厌烦的声音。
它可能来自于交通、工业生产、建筑施工、社会活动等多个方面。
从物理学的角度来看，噪声是由物体不规则振动产生的。
这种不规则的振动导致声波的频率、振幅和相位等参数没有固定的规律，从而形成了杂乱无章的声音。
噪声对我们的影响是多方面的。
它不仅会干扰我们的交流、学习、工作和休息，还可能对我们的身心健康造成损害。
长期暴露在高强度的噪声环境中，可能会导致听力下降、神经衰弱、心血管疾病等问题。
二、噪声的分类为了更好地理解和控制噪声，我们可以对其进行分类。
1、按照声源的不同，噪声可以分为交通噪声（如汽车、火车、飞机等产生的噪声）、工业噪声（工厂机器运转、设备加工等产生的噪声）、建筑噪声（施工过程中的打桩机、搅拌机等产生的噪声）和社会噪声（如商场促销、娱乐场所、家庭聚会等产生的噪声）。
2、从声音的频率特性来看，噪声可分为低频噪声（频率低于500Hz）、中频噪声（频率在 500Hz 2000Hz 之间）和高频噪声（频率高于 2000Hz）。
不同频率的噪声对人的影响也有所不同，一般来说，高频噪声更容易引起人的烦躁感。
3、根据噪声的时间特性，可分为稳态噪声（声压级基本保持不变的噪声）和非稳态噪声（声压级随时间变化的噪声）。
非稳态噪声又包括间歇噪声、脉冲噪声等。
三、噪声的危害噪声对人类的危害是不可忽视的。
首先，噪声会对人的听力造成损伤。
长期处于高强度噪声环境中，人的内耳毛细胞会受到损害，导致听力逐渐下降，甚至出现耳聋。
其次，噪声会影响人的心理健康。
噪声容易使人产生烦躁、焦虑、紧张、疲劳等不良情绪，降低工作效率和生活质量。
再者，噪声对人的心血管系统也有不良影响。
它可能导致血压升高、心跳加快，增加心血管疾病的发病风险。
此外，噪声还会干扰人的睡眠，影响人的免疫系统功能，对儿童的智力发育和生长发育也会产生一定的阻碍作用。
第1章 噪声控制的声学基础
主要研究方法
波动声学： 通过对介质微元模型的描述，建立声波方程，求解而研
究其规律
按声源不同
结构声：固体振动的辐射噪声 气动声：流体流动产生的噪声
几何声学： 用射线族来描述声波的传播性质
统计能量分析： 用统计学的方法研究声能量的分布和传播
4
2013/11/15
第三节 声压的基本概念
第三节 声压的基本概念
2 故物态方程改写为： P c0
div(V ) / t 0 (V / t ) grad ( P) P c 2 0
— — — ① — — — ② — — — ③
采用消元法可分 别导出关于声压、密 度改变量和质点振动 速度的声波方程
第四节 理想流体媒质中的小振幅声波方程
声速与温度的关系：
c
2
rP
媒质平衡状态的温度变化，压缩特性随之变化，声速也相应变化 理想气体状态方程： 气体质量
压强 体积 气体常数
对小振幅声波，声压和密度改变量相对静态量是微量，因此可近似 认为：
c c
2 2 0
rP0
PV
M
0
RT
气体摩尔量
第二节 声波的产生
第二节 声波的产生
声波定义
媒质质点的机械振动由近及远的传播，是一种机械波 空气中的声波的传播方向与质点振动方向是一致的，属于纵波 仅讨论声波的宏观性质，不涉及媒质的微观特性
声波的波长
产生声波的两个必要条件：
振源 介质
声音传播的三个环节
声源 — 介质 — 接受者
第一节 噪声及其危害
第一节 噪声及其危害
声学、噪音、隔音知识点
声学、噪音、隔音等知识要点建筑声学基本知识一、声音的基本性质人耳可听到的声波频率范围是20-20000Hz。
将声音的频率范围划分为若干个区段，称频带。
声学设计和测量中常用倍频带和1/3倍频带。
倍频带的常用频率有8个：63、125、250、500、1000、2000、4000、8000Hz。
声波在传播过程中会发生反射、绕射、干涉现象。
二、声音的计量声功率W：声源在单位时间内向外辐射的声能。
声强I：单位时间，垂直于声波传播方向上单位面积通过的声能。
声压p：介质有无声波传播时压强的改变量。
两个等声压级叠加时，总声压级比一个声压级增加3dB。
三、声音的频谱和声源的指向性声音的频谱表示声音各组成频率的声压级分布。
声音分纯音、复音和复合音。
声源的指向性指声源辐射声音强度的空间分布。
频率越高、声源尺寸比辐射波长大得越多，声源的指向性越强。
声源因其尺寸与波长之比可分为点、线和面声源。
四、人的主观听觉特性时差效应，即哈斯效应，直达声到达后50ms以内到达的反射声会加强直达声，直达声到达后50ms后到达的“强”反射声会产生“回声”。
听觉定位，即双耳听闻效应，人可以根据声波到达双耳时的时间差、强度差和相位差，判断声源方位和远近，进行声像定位。
掩蔽效应，人耳对一个声音的灵敏度因另一个声音的存在而降低的现象。
响度级：以1000Hz纯音的声压级作基准，则听起来和它同样响的其他频率的纯音的各自声压级构成一条曲线叫“等响曲线”。
1000Hz纯音的声压级数值就是待测声音的响度级。
对于复合音，响度级要通过计算或用声级计测量得到。
声级计中设有A、B、C计权网络，其中A计权网络参考40phon等响曲线，对500Hz以下的低频声衰减很大，以模拟人耳对低频不敏感的特性。
要使人耳的主观听闻的响度增加一倍，声压级要增加10dB。
声音的三要素：声强、音调、音色。
四、自由声场与室内声场与声源的距离增加一倍，声压级降低6dB；线声源情况下为3dB；交通声源为4dB（点6线3交通4）。
建筑声学与噪音控制技术
建筑声学与噪音控制技术随着城市化进程的不断加快，建筑噪音问题也日益凸显。
为了提供舒适的居住和工作环境，建筑声学与噪音控制技术成为不可或缺的一环。
本文将从建筑声学的基本知识、噪音的影响以及噪音控制技术等方面进行论述，旨在加深对建筑声学与噪音控制技术的理解。
一、建筑声学的基本知识1.1 声波与声学参数声波是指在介质中传播的机械波，具有波长、频率和振幅等特性。
在建筑声学中，常用的声学参数有声压级、声功率级、声强和声阻抗等。
声压级是衡量声音强弱的参数，以分贝（dB）为单位进行表示。
声功率级则是衡量声源的声音强度大小，也以分贝为单位进行表达。
1.2 建筑材料的声学性能建筑材料的声学性能直接影响着建筑的声学特性。
常见的声学性能参数有吸声系数、隔声系数和共振频率等。
吸声系数表示材料吸收声波的能力，数值介于0和1之间，数值越接近1，表示材料对声波的吸收能力越强。
隔声系数则表示材料对声波的隔离能力，数值越大，表示材料隔声性能越好。
二、噪音对人类的影响噪音是指超过人类舒适范围的声音，长期暴露于噪音中会对人类的健康和生活产生负面影响。
首先，噪音会直接影响人的听觉系统，引发听力损伤和丧失。
其次，噪音也会对人的心理健康造成不良影响，导致压力、失眠等问题。
此外，噪音还会干扰人们的工作和学习，影响人的注意力和集中力。
三、噪音控制技术3.1 建筑设计中的噪音控制在建筑设计中，噪音控制是重要的考虑因素之一。
合理选用材料、布局房间、合理设计门窗等都可以起到一定的噪音控制作用。
例如，在选择建筑材料时，可以选择具有较高隔声性能的材料，提升房间的隔声效果。
此外，合理的布局设计也可以在一定程度上减少噪音传播，如将靠近噪音源的房间设计成次要使用空间或添加隔音墙等。
3.2 噪音控制设备的运用除了建筑设计，噪音控制设备也是实施噪音控制的重要手段。
常见的噪音控制设备包括隔声窗、隔声门、吸声材料、消音器等。
这些设备通过减少噪音的传播和吸收噪音的能量，有效降低室内外噪音水平，提供良好的声学环境。
声学(噪声)基础培训
BSWA TECHBSWA声望技术声学基础知识讲座BSWA TECH BSWA声望技术第一讲声学基础知识声传播规律噪声主观感觉，声质量第二讲噪声测量与仪器噪声测量与标准第三讲噪声源类别噪声源控制技术概述：吸声、隔声、消声噪声源识别总结：噪声源控制方法概述讲座内容BSWA TECHBSWA 声望技术讲座的目的1. 掌握声学基础知识2. 了解声学测量的各种标准3. 初步掌握声学测量方法4. 掌握噪声控制的基本方法5. 掌握噪声源的识别方法6. 了解噪声控制的新发展BSWA TECHVA Quality sells products. . .BSWA 声望技术BSWA TECHBSWA 声望技术声学基础知识1. 声波的描述2. 声级的定义3. 声级的相加4. 声级的相减5. 噪声的频谱分析声学基础知识BSWA TECH BSWA声望技术声学基础知识机械振动是声波产生的根源弹性媒质是声波传播的必要条件声波在空气和液体中为纵波，在固体中传播可能是纵波也可能是横波例子：固体振动产生声波：喇叭，振动平板，锣，鼓，冲压钢板气流产生声波：笛子，高压气流，喷气发动机应用：扬声器、传声器声波的描述BSWA TECH BSWA 声望技术声学基础知识声波的描述声压：由振动引起的介质压力在平均压力的基础上面变化的部分一般定义：其中：为声压，单位是帕(P a )，在空气中研究的声压范围一般在10-5~106P a 之间)sin(),(0kx t P t x p −=ωp 显然，媒质中任一点的声压都是随时间变化的，每一时刻的声压称为瞬时声压，而某段时间内瞬时声压的均方根值称为有效声压,∫=T e dt t p Tp 0 2)(1一般的，如果没有特殊说明，声压都指有效声压BSWA TECH BSWA 声望技术声学基础知识声速：声波在弹性媒质中的传播速度，由媒质的弹性，密度，温度等因素决定，与振动的特性无关。
0 ργp c =一般定义：t c 61.045.331+=空气中声速：取室温：340m/s 声波的描述频率：通常噪声都是由多种频率组成，用表示：次声波<20Hz<可听声<20000Hz<超生波f f λf c =波长、频率、声速的关系BSWA TECH BSWA 声望技术声学基础知识声波的描述声能量：声波在声场中产生的总能量声功率：声源单位时间辐射的声能量，用表示，单位为瓦。
声学基础及噪音控制培训
Duct
Impeller
CFD/BEM耦合
CFD/BEM耦合
一些案例
声学软件耦合 FW-H声类比 湍流相关法RANS
Fluent中的声类比：选择算法
Define → Models → Acoustics…
选择源数据输出或同步的FW-H 计算 设置模型参数 远场密度 远场声速 设置SPL计算的参考压力
p12
p0210L1 10
L2
10 lg
p22 p02
p22
p0210L2
10
pT2
p12
p22
p0210L1 10
p0210L2 10
pT2 p02
10L1 10 10L2
10
LT
10lg
pT2 p02
10lg 10L1 10 10L2 10
若L1=L2，则 LT 10 lg 210L1 10 10 lg 2 10 lg 10L1 10 L1 3
2 t 2
2
p
t
Q
f
xi
Fi
f
2 xix j
Tij H
f
单极子
偶极子
四极子
运动物体与流体相互作用产生的声场是由四极子源、偶极子源以及由 于位移所产生的单极子源的叠加组成的：第一项代表流体体积位移产 生的声音，是单极子源；第二项代表作用在流体边界上脉动力产生的 声音，属于偶极子源；第三项代表体积源产生的声音，是四极子源。
vi vivj
pij
ij
t
x j
x j
x j
1 c02
2 p t 2
2 p
2Tij xi x j
Lighthill应力张量 Tij pij c02ij vivj ij
工程噪声噪声控制中的声学基础_ENC.pptx
本 声波形成及传播小结
讲
内 作为传播声音的中间介质，必须是具有惯性和弹性的物质， 容 因为只有介质本声有惯性和弹性，才能不断地传递声源的
振动。
空气正是这样一种介质，人耳平时听到的声音大部分也是 通过空气传播的。
传播声音的介质可以是气体，也可以是液体与固体。在空 气中传播的声音称做空气声，在水中传播的声音称做水声， 在固体中传播的声音称做固体声(或结构声)。
正常人耳能听到的最弱声音 2x10-5Pa
织布车间
2Pa
普通说话声 (1m远处)
2x10-2Pa
柴油发动机、球磨机
20Pa
公共汽车内
0.2Pa
喷气飞机起飞
200Pa
正常人耳能听到的声压叫听阈，其值为2x10-5Pa；刚刚使 人耳产生疼痛感觉的声压叫痛阈，其值为20Pa。超过痛阈 的声压往往会引起耳内出血，鼓膜损伤。
内
容 为了使问题简化，必须对媒质及声波传播过程作出一些假设，这样 既可以使数理分析简化，又可以使阐述声波传播的基本规律和特性
本 各种波的传播形式
讲
内 容
绳脉冲波(横向)
本 各种波的传播形式
讲
内
纵波
容
本 各种波的传播形式
讲
内 容
横波
本 各种波的传播形式
讲
内 容
水波
本 各种波的传播形式
讲
内 容
瑞利表面波
本 各种波的传播形式
讲 内 容
本 声波形成及传播小结
讲
内 机器运转会发出声音，若用手去摸机器的壳体多便会感到 容 壳体在振动。若切断电源，壳体在停止振动的同时，声音
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
人为反射的声波不应干扰主流的声场
在计算声学中面临所有已知的困难
近场气动压力的变化中，弱声波易“丢失”，故需要高精度的数值算法 需要可压缩非稳态的流场结果 对于低马赫数流动非常困难（流动几乎“冻结”），同流动的演化过程相
比，根据CFL的限制需要非常小的时间步长。 需要高阶的离散方案以保真地将声波传递到远场
Fluent中的声模拟：选择源面
Define → Models → Acoustics…→ Sources…
选择所有的源表面或部分源表面 允许判定从不同源的贡献
对于可穿透的面(interior) ，Fluent需要指定“内部”单元区域
Fluent中的声模拟：选择源面
Define → Models → Acoustics…→ Sources… (cont.)
若L1=L2＝…=Ln，则 LT L1 10 lg n
声学基础：倍频程和1/3倍频程
倍频程是指相邻两个频率之比为2:1所确定的频程。
若f1为频带的下限截止频率，f2为频带的上限截止
频率，则中心频率：f
f1 f2
f2 2
2 f1
1/3倍频程就是将一个倍频程再分为三段
倍频程
中心频率
63
125
p12
p0210L1 10
L2
10 lg
p22 p02
p22
p0210L2
10
pT2
p12
p22
p0210L1 10
p0210L2 10
pT2 p02
10L1 10 10L2
10
LT
10lg
pT2 p02
10lg 10L1 10 10L2 10
若L1=L2，则 LT 10 lg 210L1 10 10 lg 2 10 lg 10L1 10 L1 3
边界元方法(BEM)
在频域上求解 对外流问题非常有效，只需要边界被离散 当从壁面的发射及散射重要时，该方法要优于FW-H 方法
气动声学：声类比(Acoustic Analogy)
基于两步的方法
使用CFD精确模拟声源附近的瞬态流场
通过分析求解波动方程来模拟噪声从声源到接收者的传播
‘Analogy’ 这个概念指的是复杂的流动过程用等价的声源来表 示
半经验方法
需要对非稳态运动、相关性的近似
潜在的用处
判定主要的噪声源 提供降噪的思路 筛选“噪声”设计
一些案例
边界元耦合 FW-H声类比 湍流相关法RANS
CFD/BEM耦合
INLET
Inlet Z duct
Outlet duct
Z’
X = 140
OUTLET
Y Y’
X
Scroll
声学基础：什么是声
声是一种机械扰动在介质中的传播，是一种波动 形式，也是一种能量形式。
产生声波的条件：声源，介质。
声的分类
次声
可听声
超声
0
20
20000
Hz
声学基础：声速、波长和频率
声波在空气中的传播可视为绝热过程
c dP d RT
R－气体常数， c p c－v 绝热指数，T－温度
源假定在一均质的流动中
观测者的声场通过波动方程描述
声源
FW-H声模拟 最通用的声学积分公式
CFD计算声源
接收者
从瞬态(LES, DES, URANS) CFD 计算中提取源信息
气动声学：基于RANS的噪声源模拟
非稳态LES/DES 非常耗时 稳态RANS结果包含一些有价值的信息
时均速度分量，时均压力，雷诺应力，湍动能，耗散率
vi vivj
pij
ij
t
x j
x j
x j
1 c02
2 p t 2
2 p
2Tij xi x j
Lighthill应力张量 Tij pij c02ij vivj ij
气动声学：Curl方程与Lowson方程
流体与静止固体边界相互作用的发声，固体边界的作用相 当于在整个固体边界上分布偶极子源，且每点偶极子源的
Duct
Impeller
CFD/BEM耦合
CFD/BEM耦合
一些案例
声学软件耦合 FW-H声类比 湍流相关法RANS
Fluent中的声类比：选择算法
Define → Models → Acoustics…
选择源数据输出或同步的FW-H 计算 设置模型参数 远场密度 远场声速 设置SPL计算的参考压力
Snell声波反射和折射定律
i r sin i c1 sin t c2
反射波 1c1
2c2
折射波
入射波
声学基础：声波的散射
声波在空间、介质中传播时，会遇到各种各样的“障碍 物”，其中部分声波要偏离原来的路径，从而产生“散 射”。
障碍物比波长大的多，声波发生反射，同时部分声波在障碍物边界 处绕过障碍物，使得障碍物背后会形成影区；
单极子
偶极子
四极子
单极子：表面均匀脉动的球源
偶极子：两个相距很近，并以相同的振幅而位相相反 的脉动球源组成的声源。
四极子：四个单极子声源组合构成，分横向四极子和 纵向四极子。
声学基础：声源类型的比较
声源
脉动球 源模型
单极子
偶极子
横向四极子
纵向四极子
指向性
物理 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ应
实例
质量流 汽车排气
力 叶轮机械叶片
例. 测量某通风机发出的噪声，各频带的声压级数据如表所示，求通风机 的总声压级。
中心频率(Hz)
63
125
250
500
1K
2K
4K
8K
声压级(dB)
83.2
88.6
85.5
85.1
81.9
77.9
72.8
72.3
n
LT 10 lg 10 Li 10 i 1
声学基础：分贝的叠加
L1
10lg
p12 p02
cd3y
声学基础：声学边界条件
波动方程的解跟声场的边界条件息息相关
p f S — Delechlet问题，也称第一边值问题。 f S 0 S 时，对应于声波在绝对软边界上衍射。
p
f S — Neumann问题，也称第二边值问题。f S 0
n S
时，对应于声波在绝对硬边界上衍射。
界pn也 称p弹S 性 f边S界 —，混对合应问于题声，波也在称阻第抗三型边边值界问上题衍。射此。时边
力偶 湍流
挤压 撞击
声学基础：波动方程
非齐次声学波动方程
1 c2
2 p t 2
2 p
(y, )
格林函数物理意义： 波动方程对自由空间作用着一个单
位的、时间谐量的点源的解。
格林函数
Gω
(y,
|
x,)
eikr
4r
G t
1
2
G
ω
ei
t
d
Gt
(y,
|
x, t )
1
4r
t
r/c
波动方程的解
y,t x y p(x,t) V 4 x y
2 t 2
2
p
t
Q
f
xi
Fi
f
2 xix j
Tij H
f
单极子
偶极子
四极子
运动物体与流体相互作用产生的声场是由四极子源、偶极子源以及由 于位移所产生的单极子源的叠加组成的：第一项代表流体体积位移产 生的声音，是单极子源；第二项代表作用在流体边界上脉动力产生的 声音，属于偶极子源；第三项代表体积源产生的声音，是四极子源。
气动声学：流体诱发噪声
航空业的发展推动着气动声学的发展和进步。 气动声学的研究不局限于航空业，而涉及了流体诱
发噪声的各个领域，大致可分为三类：
自由空间问题：湍流产生的噪声，射流噪声 包含固体表面的自由空间问题：机翼和转子 有界的问题：有导流罩的风机，管道系统
Source region
气动声学：WHAT DO WE EXPECT?
气动声学：涡声理论
1964年，Powell假定气动声起源可能归因于漩或者涡的形 成过程，这一作用引起涡的形成，同时引起声辐射。
1 c02
2 p t 2
2
p
ω
v
Howe以驻点焓作为声变量来计算与固体等的交互作用
1 c02
2 p t 2
2
p
ω
v
T
S
液流噪声
Lighthill理论在容易算出应力张量时，适用于精确的普遍
强度等于固体表面该点作用在流体上的力的大小。
1 2 p 2 p Fi Tij
c02 t 2 xi2
xi xix j
Lowson运动点声源方程，曾用于压缩机噪声的预测
px,
t
( xi
4c0r 2
1
yi ) M
r
2
Fi t
Fi 1 Mr
M t
r
气动声学：FW-H方程
1 c02
气动声学：CFD与SYSNOISE耦合
CFD软件(Fluent, Star-CD)与LMS SYSNOISE 合作，为 BEM/FEM提供声学代码耦合工具。
SYSNOISE提供额外的分析工具以求解振动和气动声学问题， 例如
振动结构产生的声音辐射 声音诱发的振动 声音的反射，散射，发射 风扇的噪声
障碍物比波长小很多，声波可以绕过障碍物传播，出现衍射现象；
当障碍物与波长可比拟时，比较复杂，会发生干涉现象、衍射现象。
声学基础：声压级
定义
SPL 10lg