第7章1噪声与振动ppt课件

第七章1噪声与振动 第一节噪声基础噪声 令人不愉快的声音 干扰人们休息 学习 工作 对人体有害 不需要的声音 噪声污染 噪声超过人们活动所能容许的程度 近10年 美 日 俄增加10dB 北京 达86dB 严重破坏人类的生活环境 身体健康 列为国际三大公害 水 大气 噪声 一 基本特性 1 声波与声速物体 固 液 气 的振动是声音的来源 振动在弹性介质中以波动的方式进行传播 这种波称为声波 振动 挤压周围介质质点 时密时疏 疏密过程从质点向前传播 为纵波 质点振动方向 波的传播方向 和疏密波 声速c 声波在一定介质中的传播速度 m s 介质不同 c不同 0 空气c 331m s 氢气c 1270m s 20 水 c 1460m s 频率f 声波每秒振动次数 Hz 声频 耳听声范围 20 20000Hz 波长 声波中两个相邻的密部或疏部之间的距离 m 空气 声频范围内 1 72cm 17 2m周期T 声波前进一个波长距离所需时间 则 2 声压与声压级 声压 表示声音强弱的物理量 声压 有声波时 介质中压力超过静压力的值 p 为声波动力 瞬时声压 某一瞬间所产生的压力增值 大气 p t P t P0 声波中介质压力 大气压力 p 0无声 有效声压 一般称为声压 瞬时声压在一段时间内的均方根值 1atm 1 013 105Pa 听阀声压 正常人耳刚能听到的声音的声压 时 基准0dB痛阀声压 正常人耳感到疼痛的声压 120dB声压级SPL SoundPressureLevel 有效声压与听阀声压之比的对数的20倍 单位为分贝db dB decibel 一般 听阀0dB 公共汽车内80dB 讲演90dB 痛阀120dB 飞机喷口附近150dB 3 声强与声强级 声强 垂直于声波传播方向n的单位面积上 单位时间内通过的平均声能 声音强弱 声强级SIL SoundIntensityLevel dB基准声强I0 10 12w m2对应基准声压p0 2 10 5Pa 4 声功率与声功率级 声功率 单位时间内声源发出的总声能 声功率 w 是恒量 声压 p 和声强 In 在声场不同地点有不同的值 与R成反比 声功率级SWL SoundLevel dB基准声功率w0 10 12w 1m2的I 球半径R 0 2821m处 5 响度 响度级 计权声级 A 人耳对声音的感受不仅与声压有关 也与频率有关 频率不同 感受不同 对低频和较高频不敏感 空压机 高频 和小汽车 低频 均为90dB 听起来前者响得多 测量仪器中 为了模拟人耳的听觉特性 设计计数网络A B C按接多的声间不同程度滤波 A网络将大部分低频波滤掉 与人耳对噪音的感觉一样 所以用A网络的声级A表示噪声大小 称为分贝A dB A 不同子样的声级可以运算 相加 相减 平均 P212 213或 8 9 8 13 响度级Ln 将声压和频率联系起来的特性 单位为方 phon 以1KHz纯音为基准 一个噪声和这个基准声一样响 则这个噪声的响度级 phon 就等于这个纯音的 声压级 dB值 例 某噪声 听起来和声压级为95dB 1KHz的基音一样响 这个噪音的响度级为95phon 所以 响度级是人类主观感觉声音响的程度的指标 得到等响曲线 响度N 与响度级一一对应 单位是宋 sone 可以较直观地表示声音的大小 即响度增减的百分数与人类主观感觉声音响的程度的变化较接近 当LN 40 噪声响度级Ln每增加10phon N增加一倍 与人类主观感觉更接近 二 声的传播与衰减 1 不计大气吸收的传播测点距声源不同 声压级不同 1 室内点声源声压级 Db 4 r2 点源通过面积 Q 位置指向性因数 声源中央 Q 1 墙或地 通过1球面 Q 2 两墙与线 通过1 4球面 Q 4 三面交点 通过1 8球面 Q 8r 离声源距离m R房间常数 吸声系数 S 室内总面积m2 2 混响场 各点声压均匀 与r无关 Q 0 3 自由场 无墙 R Q 1点声源 距离r增加一倍 声压级LP减少6dB 半自由场 一面墙 R Q 2线声源 传播通过面积为2 Lr 柱面 LP减少3dB 减少量Z0lgr10lg吸声系数 声波传播墙影响 面声源 不衰减 2 计及大气吸收由于空气的粘滞性和热传导 声能 热能 或被吸收 声压级Lp衰减 其附加衰减量相对湿度 8 16 P214 三 噪声危害 1 对听力影响听觉器官损伤 刺耳 疼痛 听力下降 耳鸣 出现听觉疲劳 长期强噪声下 使暂性的听阀偏移不能恢复 产生噪声性耳聋 f 500 1000 2000Hz 平均听力损失超过25dB 轻度耳聋 损失 15 40dB 中度 40 60dB 全耳聋 85dB 听力保护标准 85 90dB 115dB立即有耳聋危险 120dB痛阀声压 2 对睡眠 交谈和思考影响睡眠 影响数量和质量 连续噪音 40dB10 人的影响 70dB50 人影响突然噪音 40dB10 人的惊醒 60dB70 人惊醒交谈 连续噪音 55dB即多影响 65dB提高嗓门 90dB 无法交谈 思考 噪声使工作效率下降 心情烦燥 反应迟钝 分散注意力 引起安全事故 3 对健康影响 噪声作用于中枢神经 大脑皮层兴奋失调 神经衰弱 消化不良 高血压 心脏病 四 噪声标准 1 工业企业噪声标准 劳保8h工作 85dB 时间减半 噪声加3dB 最高 115dB 2 城市区域环境噪声标准 GB3096 82 45 70dB 不同区域 3 机动车辆允许噪声 GB1495 79 82 89dB 不同车辆 第二节吸声 隔声 消声 一 吸声声源辐射噪声 受声点除感受到由噪声源传来的直达声外 还可听到在坚硬平整壁面上有多次来回反射形成的反射声 利用多孔材料或吸声结构可以降低反射声 使总噪音强度下降 1 多孔吸声材料 玻璃纤维 矿棉板 泡沫塑料 多孔陶瓷 膨胀珍珠岩 绝热材料 吸声系数合理增加 材料厚度 容重 kg m3 材料后面空腔厚度可以增加低频吸声系数 2 吸声结构板材 空腔可用薄板 金属 胶木 三合 塑料 或薄板打孔 矿棉 图10 3薄板共振吸声结构 薄板 共振频率穿孔板 共振频率m 板密度 D 空腔厚 P 空孔率 c 声速 在有噪声源的房间进行吸声处理 吸声系数增加1倍 降低3dB 增加10倍 降低10dB 在共振频率f0附近时吸声系数 大 但吸声频带窄 所以加矿棉 二 隔声 隔声量 面质量M2 单位面积质量kg m2 系数即 f c时 材料面质量增大一倍 R增大6dB R由质量控质 若M2 c入射频率f增大一倍 R增大6dB 隔高频 原理 声波透过一层具有不同特性阻抗的介质传播问题 z1 ici为特性阻抗 隔声材料控制或减少向介质3中的传播 有较大的传递损失LTL dB 即隔声量R dB 用密度大的板 铅 钢 铝 增大反射 材料两边为空气 隔声量的理论计算式 遵循质量定律 把隔声材料看成质量系统 实际 隔声量R与材料的弹性与阻尼也有关系 隔声量R与f的关系分作4个区域 隔声量与频率的关系可分为以下四个区 有图 第一区 弹性控制区 第二区 阻尼控制区 失效 发生共振 R 有一下限失效频率fmn 共振 若阻尼 阻止R 第三区 质量控制区 满足理论式 每倍频使R 6dB 第四区 吻合效应区 声波使板产生吻合效应 隔音效果有所下降 有一上限失效频率 临界吻合频率 fc 所以 隔音设计主要利用第三区 应用 隔声罩 把噪声源封闭起来 1 选择合适形状 体积小 用曲面体 刚度大 加筋或涂贴阻尼层 防止共振和吻合效应 机器 地基 罩相互之间采用隔振措施 以免噪声传递 2 罩内表面应当有较好的吸声的吸声性能 进行吸声处理 钢板 2mm 沥青石棉 7mm 阻尼层 超细玻璃棉 50mm 玻璃布 钢板网 25 穿孔率 R 35 45db 图10 8隔声构件的组成 三 消声 气流通过时阻止声音传播 但允许气流通过 消声评价 插入损失LTL 接入消声器前后 在系统外测得声压级之差 传递损失LTL 消声器进出口声功率级差dB 1 阻性消声器 消高频阻性元件 声学系统中能量损耗元件 原理 利用附贴在气流管道上的多孔材料吸收声能 消声量 2 抗性消声器 消低频声抗性元件 对声压和声速变化起反抗作用 不消耗声能 但可反射 贮蓄声能 像电容 电感 原理 1 利用管道截面突变 声抗变化 使声波向声源方向反射回去 扩张消声器 2 利用几个界面反射的二次声波与原来未反射的一次声波振幅相等 相位上相差180 的奇数倍 从而互相干涉而抵消 扩张室消声器消声量 圆频率 m LTL m c 选择波长 使sinKl2 1 则LTLmax 共振腔室消声器消声频带较窄 共振频率附近消声量较大 贮蓄声能于共振腔室中 适用单峰值频率 且峰值突出的高噪音 干涉型消声器气流通过主管和支管 支管长度比主管长 多出的长度正好1 2声波波长的奇倍数 使主 支管的声波干涉 消声 3 阻抗复合型消声器 如内壁衬以多孔吸声材料的扩张室消声器 阻 抗性元件组合 一般抗性在前 阻性在后 即先消低频声 后消高频声 扩张室 消声量LTL 8 37式 P227 1 小孔喷注将一个喷注孔改用许多小孔喷注 使噪声能量从低频移向人耳不敏感的高频范围 使能听得到的低频声降低了 孔径D 1mm孔径或半 消声量增加9dB A 2 节流降压多级孔板串联 高压气体喷注的压力降散成多级小压力降 排气噪声声压级与压力降平方成正比 压差减半 噪声降低6 12dB 3 多孔扩散烧结金属和塑料 多孔陶瓷 多层金属结网 围住排气管 可以降压 吸声 4 喷注耗散型消声器用于控制喷注噪声 从声源上降低噪声 第三节机械设备噪声控制 一 风机1 机理 空气动力性噪声 噪声源 进 出气口 其次 机壳 电动机 轴承的机械噪音及振动 1 旋转噪声 旋转叶片打击空间某固定点的空气质点 引起空气的压力脉动 产生相应的压强脉冲 形成噪声 打击空气形成 2 涡流噪声 旋转叶片背后的气体产生涡流 产生及分裂成小涡流使空气发生扰动 形成疏密波 2 控制措施 1 合理设计 2 进出口装消声器 3 加隔声装置 把风机装在里面 4 设置隔振装置 二 压缩机 噪声源 进排气口空气动力噪声 系统内气体激发气柱和壁面共振 转动机械噪声 1 机理 1 周期性进排气 进排气阀周期性开闭产生的压力脉动引起 2 系统内气柱共振进排气系统 形成气柱 具有固有频率 活塞运动产生的脉动气流与气柱固有频率相同时 引起共振 振幅增大 噪声加强 若排气系统产生的噪声与贮气罐内的气柱固有频率一致 发生强烈的噪声 气柱共激发面抗 3 机械噪声 运动部件磨擦 撞击 冲击引起 2 控制措施 1 进 排气装消声器 包括贮气罐进出口 2 合理设计管道长度 使气柱固有频率远离激发频率为中心的共振区范围 避免气柱共振 3 贮气罐加吸声装置 消除气柱共振 4 隔声装置 三 泵与电机泵 液压噪声为主 叶片打击流体 压力波动 高速流体的湍流 入口处压力低 形成气穴 气穴破裂引起振动 运行偏离设计工况产生喘振 电机 通风噪声为主 控制 装消声器或隔声罩 四 机动车辆噪声源 排气 发动机 轮胎 W 30 50km h 排气 发动机 50Km h 轮胎突出 W 高频成分 时速每增加15km 噪声增高2 5dB 1 排气排气口空气动力噪声 湍流 气柱共振 鸣 前已述 措施 安装消声器 适应高速 50 80m s 高温 300 500 脉动气流 结构紧凑 阻力小 防止 再生噪声 由几节不同尺寸的扩张室与共振腔组成 图8 26 P238 2 发动机表面辐射燃烧噪声和机械噪声 1 燃烧 气缸内周期性气体压力变化产生 主要取决于速燃期内压力迅速增高的程度 压力剧增 引起振动 由曲柄连杆机构使出噪声 发动机功率 而转速 压力 快 噪声 转速增长10倍 噪声级增加30dB A