阻尼減振降噪技術(shù)

1、第十章阻尼減振降噪技術(shù)A、教學(xué)目的1隔振及其原理（C :理解）2阻尼降噪及其原理（C:理解）3阻尼降噪的量度（B :識記）4阻尼材料和結(jié)構(gòu)的特性及選用（B :識記）B、教學(xué)重點隔振原理、阻尼降噪原理及其量度、阻尼材料和結(jié)構(gòu)的特性及選用。C、教學(xué)難點阻尼降噪原理及其量度、阻尼材料和結(jié)構(gòu)的特性及選用。D教學(xué)用具多媒體幻燈片E、教學(xué)方法講授法F、課時安排2 課時G教學(xué)過程聲波起源于物體的振動， 物體的振動除了向周圍空間輻射在空氣中傳播的聲（稱”空氣聲”）外，還通過其相連的固體結(jié)構(gòu)傳播聲波，簡稱“固體聲” ，固體聲在傳播的過程中又會向周 圍空氣輻射噪聲，特別是當(dāng)引起物體共振時，會輻射很強的噪聲。振動除

2、了產(chǎn)生噪聲干擾人的生活、學(xué)習(xí)和健康外，特別是1100Hz 的低頻振動，直接對人有影響。 長期暴露于強振動環(huán)境中， 人的機體將受到損害， 機械設(shè)備或建筑結(jié)構(gòu)也會受 到破壞。對于振動的控制應(yīng)從以下兩方面采取措施:一是對振動源進行改進以減弱振動強度； 二是在振動傳播路徑上采取隔振措施，或用阻尼材料消耗振動的能量并減弱振動向空間的輻 射。從而，直接或間接地使噪聲降低。一. 振動對人體的危害 從物理學(xué)和生理學(xué)角度看，人體是一個復(fù)雜系統(tǒng)。如果把人看作一個機械系統(tǒng)。 振動的干擾對人、建筑物及設(shè)備都會帶來直接的危害。振動對人體的影響可分為全身 振動和局部振動:全身振動是指人直接位于振動體上時所受的振動；局部振

3、動是指手持振 動物體時引起的人體局部振動?？陕犅暤念l率范圍為2020000 Hz,而人能感覺到的振動頻率范圍為1100 Hz。振動按頻率范圍分為低頻振動（30Hz以下卜中頻振動（30-100Hz）和高頻振動（100 Hz以上）。實驗表明 人對頻率為 212 Hz 的振動感覺最敏感 。對于人體最有害的振動頻率是與人 體某些器官固有頻率相吻合 （即共振 ）的頻率。這些固有頻率是:人體在6 Hz 附近；內(nèi)臟器官在8Hz附近；頭部在 25 Hz ;神經(jīng)中樞則在 250Hz左右。低于2Hz的次聲振動甚至有可 能引起人的死亡。 人對振動反應(yīng)的敏感度按頻率和振幅大小, 大致分為 6個等級, 見圖 10-1。

4、 （P203）振動的影響是多方面的,它損害或影響振動作業(yè)工人的身心健康和工作效率,干擾居 民的正常生活, 還影響或損害建筑物、 精密儀群和設(shè)備等。 根據(jù)人體對某種振動刺激的主觀 感覺和生理反應(yīng)的各項物理量，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）和一些國家推薦提出了不少標(biāo)準(zhǔn)，主要包括 局部振動標(biāo)準(zhǔn)（ISO5349-1981, P203卜 整體振動標(biāo)準(zhǔn)（ISO2631-1978, P204）和環(huán)境振動 標(biāo)準(zhǔn) （GB10070-88, P205）。10 1650100?00 1000o Oo O2 V5502010局部振動標(biāo)準(zhǔn)（ISO5349-佃81）:如人的手所感受的振動。25Wmz水平掘動舞廉曲總 餐中細(xì)城劃

5、蜜勞-上效障曲捋捲"10.3&手的飜露評輸曲戟整體振動標(biāo)準(zhǔn)（ISO2631-1978）:振動對人體的作用取決于：振動強度、頻率、方向、暴 露時間4個因素。環(huán)境振動標(biāo)準(zhǔn)（GB10070-88）:主要針對各種機械設(shè)備、交通運輸工具和施工機械所產(chǎn)生的 振動，以及城市區(qū)域環(huán)境振動污染。二. 阻尼材料及其阻尼性能評價指標(biāo)衡量阻尼材料的阻尼性能主要是根據(jù)阻尼材料的損耗因子、振動頻率、振幅三要素。其中，又以阻尼材料的損耗因子作為一般比較對比的主要因素：目前表征材料阻尼性 能的參量較多，其中還有玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg, Tg是否與使用環(huán)境溫度相適應(yīng)是選擇阻尼材料的關(guān)鍵。最常使用的度量參量比阻尼能

6、力、相位差角正切tan '、對數(shù)衰減率/和品質(zhì)因子的倒數(shù)1/ Q等；常用阻尼性能的表征參量有（阻尼材料損耗因子）復(fù)合結(jié)構(gòu)損耗因子n（即單位弧度的阻尼容量：為每單位弧度的相位變化的時間內(nèi)，內(nèi)損耗的能量與系統(tǒng)的最大 彈性勢能之比。）、阻尼比以及損失能量與存儲能量之比M" M1 ;這些參量在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)換，當(dāng)阻尼值較小，即tan <0.1時，/2二='=tan =：/二=Q-1= n =2 = M2 /M1 粘性阻尼系數(shù)C即阻尼力與振動速度之比。 臨界阻尼系數(shù)CC即共振時所能容許的最大粘性阻尼系數(shù)。 阻尼比E =C/Cc阻尼系數(shù)C與臨界阻尼系數(shù)CC之比。 阻尼

7、容量2即每振動一個周期所損失的能量與系統(tǒng)的最大彈性勢能之比。三. 隔振及其原理研究環(huán)境振動防治前，必須先弄清環(huán)境振動的傳播途徑和規(guī)律，才能制定的防治對策和控制方法。下圖（P206）為環(huán)境振動的傳播過程。環(huán)境摭動傳攥過程在環(huán)境保護中遇到的振動源主要有：工廠振源（往復(fù)旋轉(zhuǎn)機械、傳動軸、電磁振動等）,交通振源（汽車、機車、路軌、路面、飛機、氣流等），建筑工地（打樁、攪拌、風(fēng)鎬、壓路機等）以及大地脈動及地震等；傳遞介質(zhì)主要有：地基地坪、建筑物、空氣、水、道路、構(gòu)件 設(shè)備等；接受者除人群外，還包括建筑物及儀器設(shè)備等。振動控制的基本方法根據(jù)振動的性質(zhì)及其傳播的途徑，振動的控制方法可歸納為三類： 減少振動源

8、的擾動振動的主要來源是振動源本身的不平衡力引起的對設(shè)備的激勵。減少或消除振動源本身的不平衡力（即激勵力），從振動源來控制，改進振動設(shè)備的設(shè)計和提高制造加工裝配精度， 使其振動最小是最有效的控制方法。例如，鼓風(fēng)機、高壓水泵、蒸汽輪機、燃?xì)廨啓C等旋 轉(zhuǎn)機械，大多屬高速旋轉(zhuǎn)類，每分鐘在于轉(zhuǎn)U上，其微小的質(zhì)量偏心或安裝間隙的不均勻常帶來嚴(yán)重的危害。為此，應(yīng)盡可能調(diào)好其靜、動平衡，提高其制造質(zhì)量，嚴(yán)格控制安裝間 隙，以減少其離心偏心慣性力的產(chǎn)生。性能差的風(fēng)機往往是動平衡不佳，不僅振動厲害，還 伴有強烈的噪聲。 防止共振振動機械激勵力的振動頻率.若與設(shè)備的固有頻率一致，就會引起共振，使設(shè)備振動得更厲害。起

9、了放大作用，其放大倍數(shù)可有幾倍到幾十倍。共振帶來的破壞和危害是十分嚴(yán)重 的。本工機械中的鋸、刨加工，不僅有強烈的振動，而且常伴隨殼體等共振，產(chǎn)生的抖動使 人難以承受，操作者的手會感到麻木。高速行駛的載重卡車、鐵路機車等，往往使較近的居民樓房等產(chǎn)生共振， 在某種頻率下，會發(fā)生樓面晃動，玻璃竄強烈抖動等。歷史上贊發(fā)生過幾次嚴(yán)重的共振事故，如美國Tacoma峽谷懸索吊橋，長 853 m,寬12 m左右，1940年固風(fēng)災(zāi)（8級大風(fēng)）襲擊，發(fā)生了當(dāng)時難以理解的振動引起共振，歷時1h,使笨重的鋼橋翻騰扭曲，量后在可怕的斷裂聲中整個吊橋徹底毀壞。因此，防止和減少共振響應(yīng)是振動控制的一個重要方面?？刂乒舱竦闹?/p>

10、要方法有： 改變設(shè)施的結(jié)構(gòu)和總體尺寸或采用局部加強法等，以改變機械結(jié)構(gòu)的固有頻率；改變機器的轉(zhuǎn)速或改換機型等以改變振動源的擾動頻率；將振動源安裝在非剛性的基礎(chǔ)上以降低共振響應(yīng)；對于一些薄殼機體或儀器儀表柜等結(jié)構(gòu)，用粘貼彈性高阻尼結(jié)構(gòu)材料增加其阻尼，以增加能量逸散，降低其振幅。 采用隔振技術(shù)振動的影響，特別是對于環(huán)境來說，主要是通過振動傳遞來達到的，減少或隔離振動的傳遞，振動就得以控制。采用大型基礎(chǔ)來減少振動影響是最常用最原始的方法。根據(jù)工程振動學(xué)原則合理地設(shè)計機器的基礎(chǔ)，可以減少基礎(chǔ) （和機器）的振動和振動向周圍的傳遞。根據(jù)經(jīng)驗，一般的切削機 床的基礎(chǔ)是自身重量的 1-2倍，而特殊的振動機械如

11、鍛沖設(shè)備則達到設(shè)備自重的2-5倍，更甚者達10倍以上。在振動機械基礎(chǔ)的四周開有一定寬度和深度的溝槽一一防振溝，里面填充松軟物質(zhì)（如木屑等）或不填，用來隔離振動的傳遞，這也是以往常采用的隔振措施之一。在設(shè)備下安裝隔振元件一一隔振器，是目前工程上應(yīng)用最為廣泛的控制振動的有效措 施。安裝這種隔振兀件后，能真正起到減少振動與沖擊力的傳遞的作用，只要隔振兀件選用得當(dāng)，隔振效果可在 85% -90 %以上，而且可以不必采用上面講的大型基礎(chǔ)。對一般中、小 型設(shè)備，甚至可以不用地腳螺釘和基礎(chǔ)，只要普通的地坪能承受設(shè)備的靜負(fù)荷即可。隔振原理研究機器設(shè)備振動力傳遞給基礎(chǔ)的基本模型是一個單自由度系統(tǒng)。雖然實際振動控

12、制系統(tǒng)可能很復(fù)雜，但單自由度系統(tǒng)的分析概念和隔振原理卻是理解和解決復(fù)雜問題的基礎(chǔ)，其方法也大體相同。下右圖是一個單自由度振動系統(tǒng)模型。振動系統(tǒng)的主要參量是質(zhì)量 M、彈簧K、阻尼§外激勵力F, y表示振動在y方向的位移，根據(jù)牛頓第二定律系統(tǒng)的運動方程為：覽ya k “f式中:嚴(yán) U T-Vdt2 dt慣性力二dy :粘滯阻尼力dtK y :彈性力K）2 :力阻抗F = F0 cos t :設(shè)定外力為簡諧力Z . 2 C M -則可解得：_：ty = Aoecos( 振動波形（振幅隨時間的變化曲線）FoFoA =' Zm2K、20 - i6+(們M)lio:最大振幅結(jié)論： 影響振

13、動波的因素主要和振動體的固有頻率、阻尼減振結(jié)構(gòu)或材料相關(guān)。 阻尼系統(tǒng)中，振動波形公式第一項會消減，外有激勵力的影響決定振動達到穩(wěn)態(tài)振 動（規(guī)律性）的持續(xù)時間（即振動波形公式第二項）。類率響應(yīng)控制排戦"沖二 Fq/K彈性控制質(zhì)艷制= wlA =阻尼繪制 振動是與時間、振幅、固有頻率相關(guān)量，也是與振動體系中剛彈性能、阻尼性能相 關(guān)的量。隔振的力傳遞率力傳遞率Tf定義為通過隔振裝置傳遞到基礎(chǔ)上的力Ff的幅值Ffo與作用于振動系統(tǒng)上的激勵力的幅值Fo之比。Tf|QQFfo K -()Z m14 2(f / fo)2Fo1 -(f / fo)224 2(f/fo)式中:（阻尼因子）結(jié)論:f /

14、 f°1時，無隔振作用;f / f0 = 1時，放大振動作用;f / f02時，有隔振作用;四、阻尼降噪及其原理阻尼是指阻礙物體的相對運動，并把運動能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿囊环N作用。阻尼材料是具有內(nèi)損耗、內(nèi)摩擦的材料，如瀝青、軟橡膠以及其它一些高分子涂料。阻尼降噪即在振動結(jié)構(gòu)上涂上或粘附上一層內(nèi)摩擦阻力大的阻尼材料來抑振，降低輻射噪聲。4.1. 阻尼材料的阻尼能力大小評價指標(biāo) 粘性阻尼系數(shù)C即阻尼力與振動速度之比。 臨界阻尼系數(shù)Q即共振時所能容許的最大粘性阻尼系數(shù)。 阻尼比E即 E =C/Cc。 阻尼容量2即每振動一個周期所損失的能量與系統(tǒng)的最大彈性勢能之比。 損耗因子n即單位弧度的阻尼容量

15、。4.2. 附加阻尼的常用方法阻尼層的構(gòu)造形式:叮自由阻尼層結(jié)構(gòu)；（切妁東咀總層結(jié)構(gòu) 自由阻尼層結(jié)構(gòu)（阻尼材料被壓縮變形）：既無任何剛性結(jié)構(gòu)材料的貼附或約束。自由阻尼層結(jié)構(gòu)損耗因子：呂中2一般涉及參量有：E、E2分別為基材和阻尼材料的彈性模量，n 2阻尼材料損耗因子，di、d2分別為基材和阻尼材料的厚度。 約束阻尼層結(jié)構(gòu)（阻尼材料被剪切變形）：指有剛彈性材料的粘附或約束。nmaxEi i一般涉及參量同上， 巳、n 3分別是約束層的彈性模量和損耗因子。四、阻尼降噪的量度阻尼材料的阻尼系數(shù)、聲阻抗、聲壓級的為指標(biāo)的降噪量。五、阻尼材料和結(jié)構(gòu)的特性及選用粘彈性阻尼材料動態(tài)性能主要指復(fù)剪切模量實部Gd

16、 （或復(fù)楊氏模量實部 Ed）和材料損耗因子n。影響粘彈性阻尼材料動態(tài)性能（Gd和n）的主要因素有溫度；頻率；施加在材料 上的預(yù)應(yīng)力和動態(tài)應(yīng)力幅；試件形狀。其中溫度和頻率為最主要因素。（1） 當(dāng)頻率、應(yīng)力幅固定的情況下，Ed隨溫度上升單調(diào)下降，n隨溫度變化出現(xiàn)一個極大值n max這時的溫度稱為玻璃態(tài)溫度（ Tg）。（2）當(dāng)溫度固定時，Ed隨頻率增加單調(diào)上升，而 n在某一頻率下有最大值。根據(jù)粘彈性阻尼材料的溫度和頻率特性，結(jié)合所需抑振的頻率要求，在選用該類阻尼材料時應(yīng)特別注意其溫度和頻率指標(biāo)是否合適，同時應(yīng)注意n max時的Ed值。H、板書對于振動的控制應(yīng)從以下兩方面采取措施： 一是對振動源； 二

17、是在振動傳播路徑上采取 隔振措施。一 . 振動對人體的危害二 . 阻尼材料及其阻尼性能評價指標(biāo)三 . 隔振及其原理 振動控制的基本方法 隔振原理 隔振的力傳遞率 四、阻尼降噪及其原理4.1. 阻尼材料的阻尼能力大小評價指標(biāo) 粘性阻尼系數(shù) C 臨界阻尼系數(shù) CC 阻尼比E 阻尼容量2 損耗因子n4.2. 附加阻尼的常用方法 自由阻尼層結(jié)構(gòu) 約束阻尼層結(jié)構(gòu)四、阻尼降噪的量度 阻尼材料的阻尼系數(shù)、聲阻抗、聲壓級的為指標(biāo)的降噪量。五、阻尼材料和結(jié)構(gòu)的特性及選用粘彈性阻尼材料動態(tài)性能主要指復(fù)剪切模量實部Gd （或復(fù)楊氏模量實部 Ed）和材料損耗因子n。影響粘彈性阻尼材料動態(tài)性能（Gd和n）的主要因素有溫

18、度；頻率；施加在材料上的預(yù)應(yīng)力和動態(tài)應(yīng)力幅；試件形狀。其中溫度和頻率為最主要因素。I 、 課堂作業(yè)：無第二章 .聲波的基本性質(zhì)及其傳播規(guī)律B、 教學(xué)目的1. 聲波的基本性質(zhì)及其傳播規(guī)律 （C :理解）2. 聲波傳播現(xiàn)象（B :識記）B、教學(xué)重點（1）聲波的基本特性 聲源； 波動； 聲波的傳播特性 （2） 噪聲的客觀物理量度 聲強、 聲壓、聲功率；聲強級、聲壓級、聲功率級；分貝相加、分貝相減、分貝平均；頻程 和濾波器；頻譜和頻譜分析；噪聲的掩蔽效應(yīng)。C、教學(xué)難點1 、聲波的傳播特性 、級、頻譜、掩蔽效應(yīng)的概念2、聲波傳播的現(xiàn)象知識。D教學(xué)用具多媒體一一幻燈片E教學(xué)方法講授法、討論法F、課時安排4

19、(6)課時G教學(xué)過程基本概念：聲源：凡能產(chǎn)生聲音的振動物體。P7縱波：媒質(zhì)質(zhì)點的振動方向與聲波的傳播方向相一致的聲波。P7橫波：媒質(zhì)質(zhì)點的振動方向與聲波的傳播方向相互垂直的聲波。P7聲壓：聲源振動、傳遞，會造成鄰近空氣壓強的起伏變化，其壓強的起伏變化量p,即與靜態(tài)壓強的差p=(P-P°)。P8頻率：單位時間的振動次數(shù)，單位赫茲( Hz) ,1Hz=1s-1。 P8 振幅：振動波離開平衡處的最大位移。P10波陣面：音波傳播空間同一時刻相位相同的各點的軌跡曲線。P10平面聲波：當(dāng)波陣面是垂直于傳播方向的一系列平面時的聲波。一般遠(yuǎn)離聲源的聲波近似的看作為平面聲波。P10波前：聲波傳播時處于

20、最前沿的波陣面。P10波數(shù)：k=/c,其中角頻率，c聲速。P10聲阻抗率：Zs = p/u， p 聲壓；u 質(zhì)點振動速度；p11點聲源：當(dāng)聲波的幾何尺寸比聲波波長小得多時，或者測量點離開聲源相當(dāng)遠(yuǎn)時，則可以將聲源看成為一個點，稱為點聲源。P12線聲源：當(dāng)聲波的幾何尺寸相比聲波波長不可忽略且聲源形狀可視為一條線時的聲源。P32面聲源：當(dāng)聲波的幾何尺寸相比聲波波長不可忽略且聲源形狀可視為一個面域時的聲源。P34球面聲波：在各向同性的均勻媒質(zhì)中，從一個表面同步漲縮的點聲源發(fā)出的聲波，也就是在以聲源點為球心，以任何r值為半徑的球面上聲波的相位相同。P12柱面聲波：波陣面是同軸圓柱面的聲波，其聲源一般可

21、視為“線聲源”。P12聲線：自聲源發(fā)出的代表能量傳播方向的直線。在各向同性的媒質(zhì)中，聲線就是波的傳播方向且處處與波陣面垂直的直線。各向異性的媒質(zhì)中，則有所區(qū)別。P13聲能量：聲波在媒質(zhì)中傳播，一方面使媒質(zhì)質(zhì)點在平衡位置附近往復(fù)運動，產(chǎn)生動能，另一方面又使媒質(zhì)產(chǎn)生了壓縮和膨脹的疏密過程，使媒質(zhì)具有形變的勢能。兩部分能量之和就是聲擾動使媒質(zhì)得到的聲能量。P13瞬時聲強：聲場中某點處，與質(zhì)點速度方向垂直的單位面積上在單位時間內(nèi)通過的聲能，是一矢量。P14聲強：對于穩(wěn)態(tài)聲場，瞬時聲強在一定時間T內(nèi)的平均值。P14聲功率：聲源在單位時間內(nèi)發(fā)射的總能量?；蚴菃挝粫r間內(nèi)通過某一面積的聲能。P14干涉現(xiàn)象：在

22、空間某些位置振動始終加強，在另一些位置振動始終減弱，此種現(xiàn)象即為干涉現(xiàn)象。P15相干波：具有相同頻率、相同振動方向和恒定相位差的聲波稱為相干波。P15駐波：聲壓值Pt隨空間不同位置有極大值和極小值分布的周期波。P15駐波聲場：駐波傳播的空間聲場。P15頻譜圖：以頻率f為橫軸，以聲壓p為縱軸繪出的聲音的頻率譜線圖。P16基頻：與振動周期相同正弦形式的頻率。P16諧波：頻率等于基頻的整數(shù)倍的正弦形式稱為諧波。P16譜密度：W f = p2 I f，其中p 聲壓，If 某頻率附近的帶寬。P16反射聲波：當(dāng)聲波入射到兩種媒質(zhì)的界面時，一部分會經(jīng)界面反射回原來的媒質(zhì)中，即為反射聲波。P17透射聲波：當(dāng)聲

23、波入射到兩種媒質(zhì)的界面時，一部分會經(jīng)界面進入另一種媒質(zhì)中成為透射聲波。P17級：對被量度量與基準(zhǔn)量的比值求對數(shù)，這個對數(shù)值稱為被量度量的“級”。P222聲壓級：Lp =10lg粵=20lg上 dB，其中：p被量度的聲壓有效值，po基準(zhǔn) PoPo聲壓。P22聲強級：LI -10lg dB，其中：|被量度的聲強，Io基準(zhǔn)聲強。P221 0聲功率級：LW =10 lg，其中：W被量度的聲功率平均值，W0基準(zhǔn)聲功率。P23空氣吸收：聲波在空氣中傳播時，因空氣的粘滯性和熱傳導(dǎo)，在壓縮和膨脹過程中，使一部分聲能轉(zhuǎn)化為熱能而耗損，稱為空氣吸收。P26聲屏障：當(dāng)聲源與接收點之間存在密實材料形成的障礙物時會產(chǎn)生

24、顯著的附加衰減，這樣的障礙物稱為聲屏障。P282.1. 聲波的產(chǎn)生及描述方法聲波的產(chǎn)生噪聲也是聲音，其具備聲音的一切屬性，聲學(xué)理論可直接引用。聲音形成的三要素：a. 聲源一切聲音均由振動所引起，凡發(fā)出聲音的振動體稱為聲源。聲源可以是固體、液體或氣體，可能還有等離子體。但非所有振動源均為聲源，例：慢慢招手無聲。作為聲源的物體振動，對其振動頻率及振動能量是有一定要求的，正常人耳可聽頻范圍為2020KHz，低于20Hz為次聲，高于20KHz為超聲。b. 傳播方法所謂振動即指質(zhì)點在其平衡位置附近的往復(fù)運動，要使聲源振動能傳播， 形成聲音，則要求傳播介質(zhì)是連續(xù)的且具有質(zhì)量和彈性，可解釋如下：把介質(zhì)劃為一

25、個個相連的體積元A、B、C、D,聲源的振動就是通過這連續(xù)的體積元傳遞出去的，由于體積元具有一定質(zhì)量，故具有慣性力的使各體積元在回到平衡位置時能 繼續(xù)向另一側(cè)運動，振動繼續(xù)。由于體積元的彈性產(chǎn)生反抗拉伸或壓縮的彈性力使其在平衡位置附近來回地振動。在真空中，由于介質(zhì)連續(xù)，彈性、質(zhì)量等要求均不具備，故聲音在真空中不傳播。介質(zhì)連續(xù)、慣性和彈性是傳播聲音的必要條件。應(yīng)該注意，聲音傳播只是振動形式（振動能量）的傳播，介質(zhì)各質(zhì)點本身在聲波作用下并不傳播，僅在其平衡位置附近來回地振動。（從分子統(tǒng)計觀點看）振動的傳播=波動機械性振動的傳播過程機械性質(zhì)的波動，稱為聲波。聲波波及的空間稱為聲場。c.接收器（人耳）噪

26、聲控制中主要是考慮噪聲對人的影響及危害，故接收器主要指人耳。 不波及人的聲波不成其為噪聲。描述聲波的基本物理量當(dāng)聲源振動時，其鄰近的空氣分子受到交替的壓縮和擴張， 形成疏密相間的狀態(tài)， 空氣 分子時疏時密，相應(yīng)的大氣壓也變得時大時小。 依次向外傳播如下圖所示。 傳播的速度是有 限的。'縱波：介質(zhì)無切向相恢 復(fù)力，只有體積彈性（如氣、液體），振動方向與傳播方向一致。 描述概念橫波：振動方向與傳播 方向相垂直，介質(zhì)有體 積彈性（伸縮彈性、彎曲彈性、扭轉(zhuǎn)彈性等） /固體中）故在固體中，縱波、橫 波都可能存在。'頻率f:每秒鐘介質(zhì)質(zhì)點的振 動次數(shù)，單位：Hz，圓頻率國=2rf。周期T:

27、質(zhì)點完成一次全振動 所需時間，單位：秒，T=1/f。中若會擊日波長扎：質(zhì)點運動狀態(tài)相同的 兩相鄰點之間的距離，單位：米。固有參變量、聲速c:振動狀態(tài)或能量在介 質(zhì)中自由傳播的速度，單位：米/秒。相位：指任意時刻t的質(zhì)點振動狀態(tài)，包括 振動的位移及運動方向 或者壓強的變化。聲壓：（見下面闡述）。聲壓p、波長入、頻率f（Hz）、聲速c、周期T、質(zhì)點相位D =c/f ； f =1/T?？諝庵新曀伲篶 =331.45 0.61t ,其中：t空氣的攝氏溫度，C。 介質(zhì)不同時，如 20° C以下:空氣中 c=344m/s水中 c=1450m/sA B C D聲體傳捨的期理過程鋼中 c=5000m

28、/s聲壓：聲源振動、傳遞，會造成鄰近空氣壓強的起伏變 化，其壓強的起伏變化量p,即與靜態(tài)壓強的差 p=（P-Po）。P8由于人耳膜的慣性作用，并不能辨別聲壓的瞬時起伏，而只是有一個穩(wěn)定的有效聲壓的響應(yīng)。聲波傳播的物理過程聲波傳播時，媒質(zhì)中各點的振動頻率都是相同的，但是，在同一時刻各點的相位不一定相同，同點不同時刻也會有不同的相位。在研究中涉及到波傳遞的研究就必需研究這方面的變化，如聲波傳遞過程中的遲滯現(xiàn)象，振動中的阻尼現(xiàn)象，乃至光傳遞中的阻滯研究。（這些研究包含的除了時間變量，還含有方向變化等影響變量）左圖中，當(dāng)A質(zhì)點處于最大壓縮狀態(tài)時，B、C、D質(zhì)點出的壓強依次減弱，這就是說質(zhì)點間在振動相位

29、上依次落后，存在相位差。正是由于各個質(zhì)點的振動在時間上有超前和滯后，才在媒質(zhì)中形成波的傳播?？梢钥闯?，距離為波長入的兩質(zhì)點間的振動狀態(tài)是完全相同的，只不過后者在時間上延遲了一個周期。22聲波的基本類型在均勻的理想流體媒質(zhì)中的小振幅聲波的波動方程是：丄'p，其中：c聲速，t時間c2 ；:t2由上述方程得出：聲波的傳遞是三維立體，全空間傳遞的。 聲波的傳遞受時間、媒質(zhì)、溫度、聲壓、波長、頻率影響。 具有各向同性的聲波傳遞， 理論上可以定向描述，既可以二維平面，或是一維/單向描述。如根據(jù)波面形狀（時間、媒質(zhì)、波長因素）分析可定義平面聲波、 球面聲波、柱面聲波。平面聲波：當(dāng)波陣面是垂直于傳播方

30、向的一系列平面時的聲波。一般遠(yuǎn)離聲源的聲波近似的看作為平面聲波。女口：管道中的活塞往復(fù)運動時，在管內(nèi)同一截面上各質(zhì)點將同時受到 壓縮或擴張，具有相同的振幅和相位，這就是平面聲波。如果管道始端的活塞以正（余）弦函數(shù)的規(guī)律往復(fù)運動，則稱為簡諧振動。在均勻理想流體媒質(zhì)中，小振幅平面聲波的波動方程為：2 2 2 2 2 2;-p; p;-p1: p: p1;-p22222222 （均勻理想流質(zhì)媒質(zhì)中：無能量耗損）x:y: zc : t: xc : t如果觀察在某一確定時刻t = to時聲波在空間沿各方向分布的情況，其波形如圖所示。如果要觀察在空間定點位置x = X。處聲波隨時間的變化情況，其波形如圖（

31、b）所示:p（x,t）二 P0 cos（ t - kx ）：初相位；P0:振幅；（如上例中的活塞偏離平衡位置的距p(x,t)二 P cos('t _kx)二 P cos (t ：t) -k(x ：x) =k = /c=C二.：x/ . ：t :聲速是聲音或者說是聲波振幅的傳播速度，也是聲能量的傳遞速度。而聲阻抗Zs二p/u中的u指媒介質(zhì)點的上下振動速度（匕二U。cos（- kx） ）。（P10）式中：U 0 =P0 / :-0c稱為質(zhì)點振動的速度振幅，單位：帕（斯卡）秒每米 s/m）。球面聲波：在各向同性的均勻媒質(zhì)中，從一個表面同步漲縮的點聲源發(fā)出的聲波，也就是在以聲源點為球心，以任何

32、r值為半徑的球面上聲波的相位相同。其波動方程為：（r為球半徑）?p ?p ；：2p 1 ?p ?（rp） 1 ?（rp）r i =氣 =-2-2-22-丄2，22.,2一 x :y _z c tr c t柱面聲波：波陣面是同軸圓柱面的聲波，其聲源一般可視為“線聲源”。最簡單的柱面聲波聲場與坐標(biāo)系的角度和軸向長度無關(guān)，僅與徑向半徑r相關(guān)。.2 .2 .2 2 2:一 P： P： P1 ： P仁（r ：1 : P（'x:y: zc : tr ；r ；rc :t對于遠(yuǎn)場簡諧柱面聲波有：p = P0, 2 cos（rt -kr），可見，隨徑向距離增加，聲壓振幅減少，且與距離平方 nkr根成反比

33、。上述介紹均為理想狀態(tài)，實際中可視情況近似點聲源、線聲源處理。2.3.聲波的疊加前面討論的各類聲波都是只包含單個頻率的簡諧聲波。而實際遇到的聲場，如談話聲、 音樂聲、機器運轉(zhuǎn)聲等，不只含有一個頻率或只有一個聲源。這樣就涉及到聲的疊加原理， 各聲源所激起的聲波可在同一媒質(zhì)中獨立地傳播，在各個波的交疊區(qū)域， 各質(zhì)點的聲振動是各個波在該點激起的更復(fù)雜的復(fù)合振動。在處理聲波的反射問題時也會用到疊加原理。聲波的疊加屬于能量的疊加：即按照能量疊加原則進行聲波聲壓的疊加。 聲波的能量主要包括了媒質(zhì)的傳遞過程中的粒子動能與粒子間相對的勢能。當(dāng)為瞬時聲壓時，由于方向矢量的忽略，可視為聲壓的直接相加，即：nP =

34、 P1 P2Pn 二 '、Pii#有效聲壓的加合：nP/ 二 R； P2e- Pt 八 Pli =1當(dāng)非瞬時聲壓，需考慮振動方向等時，則必須考慮矢量加和，按照能量加和原則進行加P2和。（參見聲能密度： D1 e -）PcC20P = 5 p2 二 P cos( t類同于：能量加和：如聲能密度的加和，即從能量角度考慮，合成后總聲場的聲能密度:Dt 二 Di &2 二 P0lP02 C0S2譏）P°C2其中：Di 至,D2（ P01=P02時的特例）2P°c22P°c2不相干聲波：在一般的噪聲問題中， 經(jīng)常遇到的多個聲波. 或者是頻率互不相同，或者是相互之間并不存在固定的相位差，或者是兩者兼有，也就是說，這些聲波是互不相干的。這樣對于空間某定點，二丨 蔦- ：1不再是固定的常值，而是隨時間做無規(guī)變化，疊加后的合成聲場不會出現(xiàn)駐波現(xiàn)象。24聲波的反射、透射、折射和衍射聲波在空間傳播時會遇到各種障礙物，或者遇到兩種媒質(zhì)的界面。這時，依據(jù)障礙物的形狀和大小，會產(chǎn)生聲波的反射、透射、折射和衍射。聲波的這些特點與光波相近。反射聲波：當(dāng)聲波入射到兩種媒質(zhì)的界面時，一部分會經(jīng)界面反射回原來的媒質(zhì)中，即為反射聲波（P17）。另一部分會經(jīng)界面