声学基础知识.ppt

课程安排 u声学基础知识 2次 u环境噪声预测 1次 u声环境影响评价 1次 1 声学基础知识 2 1 声的物理图像 产生、噪声及分类、图像、方程、传播 2 声的评价 基本声学参量、级的概念与运算 3 声的测量 声级计、声信号分析仪、常用声学量测量 4 噪声控制技术 被动方法、主动方法 3 1 声的物理图像 p声的产生 p噪声及分类 p图像 p方程 p传播 4 振动、气动、电磁 1.1 声的产生 5 油烟机 空气动力学噪声 电磁噪声 机械噪声 6 1.2 单频、乐音与噪声 广义上，凡是人们不需 要的、使人厌烦并干扰 人类的日常生活、工作 和休息的声音统称为噪 声(生理学)。 和谐的声音叫做乐音， 不和谐的声音则叫做噪 声(物理学)。 中提琴 吸尘器 时间特性和频率特性 7 可听声音的频率范围 可听声音的幅度范围 连续与间断 8 交 通 运 输 噪 声 工 业 噪 声 建 筑 施 工 噪 声 社 会 生 活 噪 声 1.3 噪声分类 9 体积元受到扰动后，压强从 改变为 ，则压强的变化量称为 声压（sound pressure），有： 时间和空间的函数 1.4 声波图像 压力脉动 疏密变化 10 牛顿第二定律 绝热过程，压 强仅是密度的 函数 质量守恒定律物态方程 1.5 声波方程 压强 振速/位置 密度 11 平面波 波阵面 1.6 声的传播 12 球面波 13 驻面波 14 P 声 源 r1 LP1 LP2 r 预测点 面声源几何发散 15 2 声的评价 p基本声学参量 p级的概念与运算 16 声压的单位：Pa（帕） 人耳对1kHz声音的可听阈约为 振速幅值： 位移幅值： m/s m 声压:压强差 2.1 基本声学参量 17 声压 18 平面波 声压不随距离变化 球面波 柱面波 声压随距离反比变 化（越来约小/疏） 声压随距离平方根 反比变化（比球面 波衰减慢） 19 Ei Er Et 反射与透射 室内声场 20 声压 温度 ？ 热能 21 自由声场 平面波 声能密度 声功率（单位时间总能量） 声强（单位面积通过的功率） 22 自由声场 球面波 声功率声能密度声强声压 23 声功率声能密度声强声压 平面波 柱面波 球面波 24 声功率（单位时间通过的能量“源” ） 与环境无关 声压（逾量压强“场”） 与声功率、观察点、所处环境有关 25 室内声场 声源的辐射 壁面的吸收 直达声 混响声 26 “混响”的概念 与声源无关，反映房间吸收与反射能力 扩散声场 声能量供给与消耗平衡 27 稳态平均声能密度 声源的辐射 声源提供给声场 第1次反射被壁面吸收 声线每秒钟在壁面上的反射次数 室内每秒钟被吸收的混响声能 平衡状态 因此 房间常数28 室内总的平均能量密度 其中 用声压表示 指向性 Q 29 1) 声压变化跨度很大 人耳对1kHz声音的可听阈约为 飞机发动机的声音 200 Pa 2) 人的声强感受与声压变化呈非线性关系 1Pa 2Pa 3Pa Lp=20lg(Pe/P0) （P0=210-5Pa ） 闻域声压 0dB, 痛域声压 140dB 2.2 “级”的概念 30 工业噪声中，纺 织厂的噪声在 90106dB， 机械工业在 80120dB，大型 球磨机、大型鼓 风机在130dB以 上。 31 三类典型几何 扩散方式 平面波 球面波 柱面波 面声源几何发散 32 平面波 Lp不随距离变化 球面波 距离加倍， Lp衰减6dB 柱面波 距离加倍， Lp衰减3dB 设r0处为 L(r0)=20lgPro/Pref 则r处为 L(r)=20lgPr/Pref= L(r0)-20lg(r/r0) 设r0处为 L(r0)=20lgPro/Pref 则r处为 L(r)=20lgPr/Pref= L(r0)-10lg(r/r0) 33 声压级 Lp=20lgP/P0 （P0=210-5Pa ） 声强级 LI=10lgI/I0 （I0=10-12W/m2 ） 声功率级 LW=10lgW/W0 （ W0=10-12W ） 34 声强级与声压级之间的关系 (适用于平面波和球面波) 35 声功率级与声压级之间的关系 36 自由场中球面波 声功率级与声压级之间的关系 声源在地面放置 37 混响场中球面波 声功率级与声压级之间的关系 声功率只与声辐射有关 声压与测量位置有关 38 2.3 声级运算 非相干叠加:能量叠加 p2=P12+P22+Pn2 Lp=10lg(p2/p02) =10lg(100.1Lp1+100.1Lpn) 分声压级一样:Lp=Lp1+10lgN 分声压级差3,5,10? 39 例： 闻域声压 ？dB,痛域声压 ？dB 声压增加一倍 ？dB ,声压级增加一倍 ？dB 距离缩减/增加一倍(球面波) ？dB 两声压级相差10dB之和？ Lp=20lgP/P0 （P0=210-5Pa ） 40 例：在厂房内测定某机器的辐射声压。 当开动机器时，测得总声压级为 若将待测机器关闭，测点的背景声压级为 求待测机器的声压级。 41 例：如果测试环境的本底噪声级比信号 声压级低 n dB，证明：由本底噪声引起 的测试误差（即指本底噪声加信号的总 声压级比信号声压级高出的dB数）为 若n=0时，即噪声声压级与信号声压级相 等，此时 为多少？为了 水泵 连轴器 86 吸声与隔声性能测量 吸声系数 Ei Er Et Ea Ea /E i 透声系数= = Et /E i (dB) 隔声量 87 阻抗管方法 驻波比 传递函数 混响室方法 混响时间 现场方法 脉冲回波 88 混响时间 证明：吸声材料覆盖前 吸声材料覆盖后 其中 可得 89 4 噪声控制技术 p 避免共振、减振、隔振、吸振 p 吸声与隔声 消声器、微穿孔板技术、隔声间、 声屏障、（通流）声衬、消声瓦 声与材料与结构的相互作用 p 有源消声 主动控制 90 隔振 吸振 阻尼减振 通过改变振动 系统的弹性、 惯性或阻尼达 到振动控制的 目的 若 则 避免共振 91 吸声 室内：直达声+混响声 吸声减噪特点： 1）只能降低混响声，对直达声无效 2）一般只适用于房间处理前平均吸声系数很小 的房间 3）一般降噪量在6-10dB，很难超过10dB。 92 多孔吸声材料（纤维性材料） 共振吸声结构 （弹簧质量振子） 微穿孔结构 （金属、陶瓷） 水声吸声材料 （橡胶） 复合材料与结构（高分子材料） 93 组合墙平均隔声量受通孔（全透声）的 影响最大 TL(dB) 砖墙 钢板 门 玻璃 窗 开启 1半 5040255-10 隔声 94 式中： m 墙体的面密度，kgm2 f 入射声波的频率，Hz 若墙体由多种隔声构件(或材料)组成，如一面墙上开有 门或窗，则称为组合墙。组合墙隔声量的计算通过求平均 透声系数获得。 单层密实均匀构件的隔声量可用经验公式 (dB) (dB) 通孔的透声系数为1 对隔声影响很大 95 例：某车间东墙为一砖、双面粉刷墙（ 面密度530 kg/m2），上面共开有5个普 通玻璃窗（面密度10 kg/m2）及一个钢 板(6mm厚)门（面密度45 kg/m2）。墙 体总面积为630m2，每个窗面积为5m2 ，门面积为 9 m2，计算该墙体隔声量 。 96 计算步骤 分别计算出墙、门、窗等在不同频率下的隔声量 分别计算出墙、门、窗等在不同频率下的透声系数 计算平均透声系数 计算总隔声量 97 组合墙隔声量计算 ABCDEFG1 频频率 Hz iTL(dB)2 砖砖、双 面粉刷墙墙 钢钢板门门 (6mm厚) 普通玻璃 窗(4mm) 砖砖、双 面粉刷墙墙 钢钢板门门 (6mm厚) 普通玻璃 窗(4mm)3 1251.2E-050.0010180.01526549.1998929.920718.162924 2505.23E-060.0004430.00664552.8122533.533121.775285 5002.28E-060.0001930.00289256.4246137.145525.387646 10009.92E-078.4E-050.00125960.0369740.7578297 20004.32E-073.66E-050.00054863.6493344.370232.612368 40001.88E-071.59E-050.00023967.2616947.982536.224729 Ave.3.52E-060.0002990.00447558.2307938.951627.1938210 面密度 kg/m25304510530451011 面积积 m214692514692512 开启度00.50.300.50.313 iSi0.000514.501347.57831 14 组组合墙墙0.06711 11.732 15 98 隔声间：一般隔声间外墙使用隔声性能较好的材料或结构 ，如砖、混凝土、纸面石膏板墙等，观察部分使用隔声窗 ，进出部分使用隔声门或吸声迷道等。隔声间室内一般使 用较多吸声材料，如穿孔吸声板吊顶、软包墙面、以及吊 挂空间吸声体等。 99 隔声罩： 采用隔声罩来隔绝机器设备向 外辐射的噪声，是在声源处控制噪 声的有效措施。隔声罩外层常用1- 2mm厚的钢板制成。内涂阻尼漆、沥 青等阻尼层，目的是防止吻合效应 和钢板低频共振。为了提高降噪效 果，内层再铺一层吸声材料（如玻 璃棉、微穿孔板等）。机器和隔声 罩之间需要留有空隙，机器和隔声 罩支撑之间、隔声罩与基础之间应 加入减振器。 100 声屏障：用来遮挡声源 和接收点之间的隔声措施。 隔声屏障对于高频声遮挡比 较有效，对于低频声较差。 另外，在设计声屏障时，从 经济方面考虑，声屏障自身 的隔声量只要比隔声降噪量 大10dB即可。 如果在声屏障朝向声源 的一面铺加一层吸声材料， 并尽量靠近声源，会提高隔 声效果。 101 声屏障的降噪原理 反射型与吸收型声屏障 102 消声器 是阻止声音传播而允许气流通过的 一种器件，是消除空气动力性噪声的重要 措施。(降低20-40dB) 气流噪声主要是由于气体在管道中流动形成湍 流，或是在管道出口处的高速喷射，以及气流使管 道产生振动而形成的。 103 阻性 管内壁上的吸声材料或吸声结构使沿管道 传播的噪声随距离衰减,从而达到消声的目的 抗性 利用各种不同形状的管道和腔室进行适当 组合,使阻抗失配,声波产生反射和干涉,从而降低 消声器向外辐射的声能。 阻抗复合型 微穿孔板消声器 建立在微穿孔板吸声结构基 础上的既有阻又有抗的共振式消声器。 排气放空消声器 104 阻性消声器 把吸声材料固定在气流 通过的管道周壁，或按 一定方式在通道中排列 起来，构成阻性消声器 。当声波进入消声器中 ，会引起阻性消声器内 吸声材料的空气和纤维 振动与摩擦，消耗声能 。阻性消声器的消声特 性为中高频。 105 抗性消声器 有的消声器通过控制声阻 抗的大小来消声，被称为 抗性消声器。这种消声器 不使用吸声材料，而是在 管道上连接截面突变的管 段或旁接共振腔，利用声 阻抗的变化，使某些频率 的声音在声阻抗突变的界 面上发生反射、干涉等现 象，从而达到消声的目的 。 106 扩张管式 共振腔式 赫姆霍兹共鸣器 107 阻抗复合式消声器 阻性消声器对中、高频噪声消声效果好，而抗性消声器可以选择性消除低 、中频噪声，在实际消声设计中常采用阻抗复合式消声器进行全频带消声 。 108 微穿孔板消声器 微穿孔板消声器是80 年代研制成功并广泛 使用的一种新型消声 器，是建立在微穿孔 理论上既有阻又有抗 的共振式消声器 。 109 110 排气放空消声器 对于高温、高速、高压排气喷流噪声人们设计了扩容降压、小孔喷注等类 型的排气放空消声器。 扩容降压消声器：利用 多层穿孔板将气流进行 多级扩容降流减压，控 制出口流速进行降噪。 小孔喷注：对于小口高 速喷气射流噪声，在喷 口处将出口直径变小（ 毫米级），使噪声频率 向高偏移，偏移到人耳 听力范围以外，达到降 噪目的。 111 蒸汽排放消声器