汽车排气系统

1、1.汽车排气系统-噪音，2007年11月2日。演示概述议程：汽车排气系统(消声器)设计的基本知识，3。声波的产生和传播-噪声的基本知识，1。声音是由物体的振动产生的。-如果你用锤子敲鼓，你会听到酱油的声音。当你用手触摸酱油面条时，你会感觉到鼓表面在振动。不仅固体的振动产生声音，气体和液体的振动也产生声音，如火车的汽笛声和海水的波动。2.声音只能在媒介中传播。声音不仅可以在空气中传播，也可以在固体和液体中传播。3.振动以波的形式在弹性介质中传播。这种弹性波叫做声波。声波在弹性介质中的传播过程如下图所示。当振动体向右振动时，右侧相邻部分的空气A被挤压，密度增加，形成致密部分，如上图(A)所示。由于

2、空气的弹性，在A处的空气必须挤压在B处的空气，这使得在B处的空气变得更稠密。过了一会儿，当振动体向左振动时，就形成了一个空腔，原来稠密的空气被排到空腔中，这就降低了A处的密度，形成了一个稀疏的部分。与此同时，由于习惯性的动作，B处的空气仍然被挤压形成一个致密的部分。b处的空气将被挤压到右侧，这将使c处的空气变得稠密，如上面的(b)所示。这样，随着振动体的振动，其周围的空气密度不断波动，声波不断向远处传播。然而，当声波在介质中传播时，质量介质本身不会传播开，而只是在平衡位置附近振动。4，声波的产生和传播噪声的基本知识因为压力随着空气变得更稠密而增加，随着空气变得更稀薄而减少，声波的传播过程实质上

3、就是压力波的传播过程。这种压力波作用于人的耳膜，使其相对振动，并使人通过听觉神经感受声音。由于介质颗粒的振动方向不同，波可分为横波和纵波。横波是指质点振动方向与波传播方向垂直的波，而纵波是指质点振动方向与波传播方向相同的波。声波在空气中传播称为纵波。4.声音的频率、波长和速度声源在一秒钟内振动的次数，称为频率，用F表示，单位为赫兹。声源每次往复振动的时间间隔，称为周期，用t表示，单位为秒。频率是周期的倒数。对人耳来说，只有20-20000赫兹的振动才能产生声音的感觉。高于20000赫兹的声波叫做超声波，低于20赫兹的声波叫做次声，所以人耳不能同时感知超声波和次声。-声音传播介质的粒子振动一次，

4、声波传播的距离称为波长，用表示，单位为米(m)。声波在介质中的传播速度称为声速，用C表示，单位为米/秒.声速、频率和波长的关系为：=c/f，声速随传播介质的不同而不同。此外，声速也随着介质温度的变化而变化。在常温(20)和标准大气压下，空气中的声速为344米/秒。随着温度t的变化，声速为：流体的比热比；R-气体常数；T-热力学温度。声速随温度t变化的方程可简化为：c=331.450.61t.5.声波传播声源辐射的声波在一定时间到达每个点所形成的表面称为波前或波前，声波传播的方向通常用声线表示。根据波前的形状，声波可分为球面波、平面波和柱面波。球面波以点声源为中心，在各向同性介质中向各个方向均匀

5、辐射，从而形成球面波阵面。球面波的声线是射线。在实际的噪声控制中，许多声源可以简化为点声源，例如发动机排气噪声，它可以近似看作点声源-声波正在传播。当遇到障碍物、不均匀介质或不同介质时，会发生反射、折射、衍射和干涉。因为声波的波长变化范围很广，在空气中从大约17.2米到0.0172米，相差是千分之一，而且它可以与普通物体相比，所以物理现象更加复杂。反射、折射和衍射、干涉等现象都会发生。-(1)声波的反射和折射当声波遇到障碍物时，可能会发生反射，这与声波的波长、障碍物的大小和表面的光滑度有关。当声波的波长小于障碍物表面的尺寸时，很容易被反射回来。当声波从介质1入射到介质2时，在界面处，一部分声能

6、被反射回介质1，其余的声能继续通过界面在介质2中向前传播。前者称为反射现象，后者称为折射现象，如图所示。-反射定律：反射线、入射光线和界面法线在同一平面内，人体光线和反射线在法线的两侧分开，反射角1等于入射。折射定律：折射线、入射光线和界面法线在同一平面内，入射角的正弦与折射角2的正弦之比等于介质1和介质2中声速c1和c2之比，即/sin 2=c1/c2的：度，说明声波的折射是由两种介质中声速的差异决定的。因此，即使在相同的介质中，如果存在声速梯度，也会发生折射。6、声音产生和传播的基本知识噪声、反射系数和透射系数入射声波的声压振幅(P1max和P2max)、声强(I1和I2)与声压振幅(Pm

7、ax)和声强(I)之比分别称为声压反射系数、声强反射系数和声压透射系数。在各向同性均匀介质中，当声波无衰减传播且斜入射时，声压的反射系数为：Z1=1*c1。Z2=2*c2称为介质的特性阻抗，是介质的密度。声压透射系数为：声强反射系数为：声强透射系数为：7、声波产生和传播的基本知识噪声。从上述公式可知，声波在介质中传播时，反射系数和透射系数由两种介质的特征阻抗之比决定。因此，当声波的特性在各种介质的传播过程中不相等时，我们可以利用有反射波的原理来控制噪声的传播。也就是说，在机械设计中，两种或更多种材料被用于具有相同厚度的隔音屏障，从而在层之间产生界面，并且声能的一部分被反射回每个界面。经过反射和

8、再反射后，每层介质消耗更多的能量。尤其是当界面两侧介质的c乘积相差很大时，效果更好。因此，在一些轻质材料中插入一层致密材料就是基于这一原理。-(2)声波的衍射和干涉当声波传播过程中遇到障碍物或其他不连续性时，波前会发生畸变，这称为声衍射或衍射。也就是说，部分声音可以绕过障碍物的边缘。声衍射现象与障碍物的大小和声波波长的比值有关，如图所示。在图中，声影区是指由于障碍物或折射声光线无法到达的区域，是一个安静的区域。障碍物的线性尺寸；当射线波传播时，它们也可以相互重叠。这种现象被称为声波干扰。当两个频率相同的声波同相到达某一点时，即当它们同时将密集部分或稀疏部分传输到某一点时，两个波相互加强，合成振

9、幅为两个波振幅之和，如图(a)所示；如果两个波的相位相反，相互相位被削弱或完全抵消，合成振幅就是两个波的振幅之差，如上图(b)所示。互联网当振幅和频率相同的两个波相互干扰，在同一条直线上以相反的方向传播时，叠加波称为驻波。可见驻波是一种特殊的干涉现象，其特征是节点和波腹固定在空间。节点是驻波中振幅为零的点，波腹是驻波中振幅最大的点，如上图(c)所示，两个相邻节点(或波腹)之间的距离等于相位波的半波长。8，声波产生和传播的基本知识-噪声，当声源在封闭的房间中辐射声波时，由于墙壁的强反射以及入射波和反射波的叠加，驻波将在几个频率分量上产生。这时，在一些室内方向，声音会随着传播位置交替变化，这是驻波

10、的独特现象。-(3)声波的衰减声波是一种能量。在传播过程中，由于扩散、吸收、散射等作用。随着与声源距离的增加，声波的能量逐渐减弱。这种现象被称为声波衰减。声波的衰减与传播距离和声波频率有关。声源产生的声压振幅与声源的距离成反比。高频声波粒子速度高，能量损失大。因此，在相同的传播距离下，高频声波的衰减大于低频声波。如果声能不变，低频传播距离将会很大。9，噪声的物理测量噪声的基本知识，1。噪声的物理测量-(1)当声压为：时，空气颗粒随之振动，导致压力波动。一般来说，没有声波的介质的压力称为静压。在声波存在的情况下，气压在大气压附近波动，并且出现压力增加。这种压力增加是声压，用p表示。声压的单位是N

11、/m2，或Pa。-声压随时间波动，每秒钟变化很大。当它到达耳朵时，由于耳膜的惯性，它不能被区分，也就是说，它不是起作用的最大声压，而是稳定有效的声压。有效声压是一段时间内瞬时声压的均方根值，它应该是该周期的整数倍。有效声压在数学上表示为：其中p1是瞬时声压。在实际使用中，声压一般指有效声压。声音的大小可以通过声压来测量。正常人耳刚听到的声压为210-5Pa(频率为1000赫兹)，称为听觉阈声压；仅仅使人感到疼痛的声压是20Pa，这叫做痛阈声压。当声压超过几百帕时，会损坏耳膜，导致耳朵出血。在声学中，介质中任何一点的声压p1与该点的质点速度v之比称为该点的声阻抗，用Zs表示，即Zs=p1/v，单

12、位为Pa*s/m.对于在自由声场中传播的平面正弦波，有10个，噪声的物理量度-噪声的基本知识，其中：A是粒子位移振幅，是角频率，t是时间，x是沿传播方向的传播距离，k=/c=2/是波数，是介质密度，kg/m3，c是声速，m/。从上述公式可以看出，此时p1和V同相，介质中各点的声阻抗是相同的常数，即c反映了介质的声特性，它随温度和大气压力而变化，是介质对振动表面运动的反应的定量描述，称为介质的特性阻抗。一些常见介质的特性阻抗见表。11、噪声的物理量度噪声的基本知识，一般来说，p1和V不一定同相。因此，声阻抗比是具有不同频率的两个相位的正弦量之比，它不一定是常数。此时，声阻抗比是声压p1与质点速度

13、v的复比，即Zs=Rs十jXs公式中的：R，即声阻抗比与实随着声波的传播，这两种能量储存在介质中。单位体积储存的势能Ep、动能Ek和总能量E分别为33，360，以速度C向前传播。因此，单位面积在dt时间内通过的能量为Ecdt，取一个连续周期的平均值并引入公式，则自由声场中传播的平面波和球面波的声强为：I=cv2=p*c，12，噪声的物理量度噪声的基本知识。声强I和声压P都可以用来表示声音的强度。声强不容易用同一种仪器测量，但可以通过测量声压来获得。声音强度与声源的距离有关。由于声源在单位时间内辐射的声能是确定的，距离声源越远，声波辐射的声能面积越大，因此通过单位面积的声能越小，声强越小。对于在

14、自由声场中均匀辐射声能的点声源，距离声源r米处的声强为：I球体=W/4r2。当声源放置在空旷的地面上，声波只能辐射到半球时，其声强为：I球体=W/2r2。声功率为每单位时间：的声源辐射的总声能称为声功率，用w表示，单位为瓦(w)。在公式W=S*Ids中， S是声源周围的封闭表面区域，而I是在微型元件区域ds的法线方向上的声强分量。将以前的一些公式代入上述公式，我们可以得到球形和半球形声源的声功率只是以声波形式辐射的声源总功率的一小部分。声功率是表征声源特性的一个重要物理量，与声波的传播距离和环境无关。声功率可以通过测量声压和声波辐射表面的面积来计算，然后转换成声功率。13，噪声的物理测量-噪声

15、的基本知识，2。级的概念从听觉阈值到疼痛阈值，声压的绝对值之比是106: 1，即差值是100万倍；声音强度的绝对值之比是1012: 1，这意味着差值是数亿倍。用声压的绝对值来表示声音的强度，或者用声强的绝对值来表示声能的大小，都是不方便的。因此，人们使用具有倍数关系的对数级来表示声音的大小，即声压级LP、声强级LI和声功率级LW。这就像用震级来表示风的大小和地震的强度。它们的数学表达式如下：p0=2*10-5N/m2，I0=10-12W/m2，W0=10-12W，分别为参考声压、参考声强和参考声功率。P0、I0和W0是1000赫兹的听力声压和相应的声强。-声压级、声弧级和声功率级的单位为分贝(dB)，无量纲，来自电信工程。从听觉阈值到疼痛阈值，声压级和声强级的范围为0-100分贝。用分贝计算噪音很简单，更符合生理感受。因此，用分贝来表示噪音的强度已被国际公认。各种“级别”的分贝值与声压、声强和声功率之间的换算关系如图14所示。噪声的物理测量-噪声的基本知识，15。噪声的物理测量噪声的基本知识由于噪声级的计算分贝是一个对数单位，它的计算不能找到一般的