机械振动与噪声控制课件

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。
Z p U
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
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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
p pd p0
pe2 p2
ref
20 log10
pe pref
(dB)
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
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p p e p e A j(tkr1 )
A j (tkr2 )
r1
r2
当两个点声源相距很近：
偶极子声源
p pA e j(tkr) (2 j sin kl cos )
r
2
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3) 线声源
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• 基本概念 • 声学基础 • 噪声控制 • 阻尼技术 • 隔振理论
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• 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
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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。
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。
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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。
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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。
p2
pt
p e j (tk2x) tr
在媒质2中的质点速度
u2
p2
2c2
p e j (tk2x) tr 2c2
ut
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在分界面的声压和速度应当是连续相等的:
p1 pi pr pt p2
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• 声功率级
W LW 10 log10 Wref (dB)
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
LI LW 10 log10 S
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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。
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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。
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• 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
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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
Z p u
平面声波在媒质中传播时的声阻抗率为
Z c
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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
I 1
T
T
0 p(t)u(t)d dt
（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
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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。
率。
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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。
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
I pe2
c
单位时间平均声功率
W IS
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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
Lp 10 log10
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（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。
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2.2 声传播及结构声辐射
1. 垂直入射声波的反射和透射
在媒质1中的声压值
p1 pine j(tk1x) pree j(tk1x)
在媒质1中的质点速度根据 p cu
u1
p1 1c1
ui
ur
在媒质2中的声压值
当ka<<1，即声百度文库波长远大于声源半径a时,有：
p(r,t) p e A j(tkr) ck Qe j(tkr)
r
4r
Q=sua=4pa2ua 称为声源强度。
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2) 偶极子声源
u1 ui ur ut u2
声压的反射系数rp, 透射系数 p
rp
pr pi
2c2 1c1 2c2 1c1
p
pt pi
22c2 2c2 1c1
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吸声系数
2
1 rp
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• 声强级
LI
10 log10
I I ref
(dB)
参考声强Iref取为10-12W/m2
p2
LI
I 10 log10 I ref
()
10log10
c I ref
10log10
p2 p2
ref
10log10
p2 ref
cI ref
400 Lp 10log10 c
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• 基于能量的吸声系数
Ea 1 r
Ei
r 式中 Ei 是入射能量，Ea是吸收能量， 是反射系数
实际吸声量 ：
A S
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• 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。
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• 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
p2
wc 2h
(2
1)
线声源
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4)无限大障板上圆形活塞
p j uaa2 [ 2J1(ka sin ) ]e j(tkr) 2r ka sin 无限大障板上圆形活塞
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声压的大小反映了声波的强弱，声压的单位是Pa (帕N/m2)。
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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，
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• 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
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
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