第7章1噪声与振动

.,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：2020000Hz。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，1.72cm17.2m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。p0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=1.013105Pa,.,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dbdB（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I01012w/m2对应基准声压p02105Pa,.,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。P212213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LN40，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：Db4r2点源通过面积Q位置指向性因数。声源中央，Q1；墙或地通过1球面，Q2；两墙与线通过1/4球面，Q4；三面交点通过1/8球面，Q8r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，Q0（3）自由场：无墙，R，Q1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，Q2线声源，传播通过面积为2Lr（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：1540dB；中度：4060dB；全耳聋：85dB。听力保护标准：8590dB。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（GB309682）4570dB。不同区域。3机动车辆允许噪声（GB149579）8289dB，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R6dB。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）。R3545db。,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12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D1mm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612dB。（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=3050km/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（5080m/s），高温（300500）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