噪聲與振動(dòng)控制5

1、聲學(xué)基本原理噪聲評(píng)價(jià)與測(cè)量噪聲控制技術(shù)第一部分、噪聲控制技術(shù)第四章、噪聲控制技術(shù)4.1、吸聲(absorption)降噪技術(shù) 聲音的產(chǎn)生必須具備聲源，介質(zhì)等條件，只有當(dāng)聲源、聲的傳播和接受者三者同時(shí)存在時(shí)才構(gòu)成對(duì)環(huán)境的污染。因此噪聲控制必須把聲源、聲的傳播途徑和接受者作為一個(gè)整體，從聲源控制，傳播途徑控制，接收者防護(hù)幾個(gè)方面來(lái)考慮。一般來(lái)講，噪聲控制技術(shù)主要包括吸聲、隔聲、消聲和阻尼減振降噪等。4.2、隔聲降噪技術(shù)4.3、消聲器(mufflers)1.消聲器： 是控制空氣動(dòng)力性噪聲的有效設(shè)備。但往往被看作管道系統(tǒng)的一部分，在內(nèi)部做聲學(xué)處理后，可以減弱噪聲的產(chǎn)生和傳播，且不影響氣流的通過(guò)。一、概

2、述2.種類（按其降低噪聲的原理）： 1） 阻性、 2）抗性、 3）阻抗復(fù)合式 4）有源消聲器等。3.性能評(píng)價(jià)指標(biāo)： 一是氣動(dòng)性能，二是消聲性能。1）氣動(dòng)性能消聲器的氣動(dòng)性能可用壓力損失或阻力系數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)。壓力損失： 指消聲器的輸入和輸出兩端的全壓差，可用下式表示，ppp 1式中P消聲器兩端的壓力差，P1消聲器輸入端的全壓，P2消聲器輸出端的全壓。阻力系數(shù)： 其定義為pp 式中消聲器的阻力系數(shù)，P消聲器輸出、輸入兩端測(cè)量點(diǎn)截面的平均動(dòng)壓差，P測(cè)量點(diǎn)斷面上的平均全壓。 消聲器的消聲性能的評(píng)價(jià)方法很多，一般可以用下列指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)：插入損失傳聲損失聲壓級(jí)差軸向聲衰減。2）消聲性能-是指安裝消聲器前后，氣流

3、通過(guò)管道某一測(cè)量點(diǎn) 的聲壓級(jí)差。-是指消聲器進(jìn)氣口和出氣口聲功率級(jí)之差。二、消聲器結(jié)構(gòu)及工作原理：（一）阻性消聲器：阻性消聲器是目前應(yīng)用最為廣泛的一種消聲器。1.原理 一般來(lái)說(shuō)，阻性消聲器具有良好的中高頻率的消聲性能，而低頻的性能則較差。然而，只要適當(dāng)增加吸聲材料的厚度，密度以及選用較低的空隙率，低中頻的消聲性能就能大大改善，從而可以作成寬頻帶阻性消聲器。 阻性消聲器的消聲原理，是利用聲阻進(jìn)行消聲的，在實(shí)際工程中，常常利用吸聲材料來(lái)制作阻性消聲器，來(lái)達(dá)到降低噪聲的目的。這是由于當(dāng)聲波通過(guò)襯貼有多孔吸聲材料的管道時(shí)，聲波將激發(fā)多孔材料中無(wú)數(shù)小孔內(nèi)的空氣分子的振動(dòng)，其中一部分聲能由于克服摩擦阻力和

4、粘滯力，而變?yōu)闊崮堋?結(jié)構(gòu)吸 聲 材 料3.消聲量的計(jì)算lSLIILlA34. 4lg100 消聲量可以采用如下公式計(jì)算：也可以采用別洛夫公式計(jì)算：)()(0dBlSLLA 式中：()消聲系數(shù)，與吸聲系數(shù)有關(guān);P通道截面周長(zhǎng)(m)；S氣流通道截面積(m2)；L通道吸聲材料的長(zhǎng)度(m)。 ()與的關(guān)系0.100.200.300.400.500.601.00()0.110.240.390.550.751.001.50也可以采用賽賓公式計(jì)算：)()(03. 14 . 1dBlSLLA 4.使用時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題（1）阻性消聲器的應(yīng)用受到頻率的限制，當(dāng)頻率過(guò)高時(shí)，聲波會(huì)呈束狀通過(guò)或很少與消聲器的吸聲材料表

5、面接觸，于是消聲器的性能顯著下降。同時(shí)也應(yīng)注意頻率不能太低，其低頻的應(yīng)用頻率受材料的厚度和密度的限制。消聲性能下降的頻率稱為高頻失效頻率fm，由下式確定：DCfm85. 1 式中：C管道中聲速(m/s)D消聲通道截面平均邊長(zhǎng)(或直徑)(m)。（2）氣流會(huì)對(duì)消聲效果產(chǎn)生較大的影響，這主要是在兩個(gè)方面上：一是氣流的存在改變了消聲器內(nèi)聲衰減規(guī)律，二是氣流的存在會(huì)產(chǎn)生再生噪聲。氣流的流速和方向都會(huì)對(duì)消聲量產(chǎn)生影響，流速越大影響越嚴(yán)重，這主要是因?yàn)闅饬髁魉俚淖兓瘜?duì)聲的傳播規(guī)律產(chǎn)生影響的緣故。（二）抗性消聲器1原理 抗性消聲器主要是利用管道的截面的突變等方法，使管道的聲抗發(fā)生變化，致使聲波向聲源方向反射回

6、去，以達(dá)到消聲的目的。S1S2PiPrPtxo)cos(kxtPpii S1S2PiPrPtxo)cos(kxtPprr )cos(kxtPptt 質(zhì)點(diǎn)的速度:)cos()/(kxtcPuii )cos()/(kxtcPurr )cos()/(kxtcPutt 在交界面處（X=0）有體積速度、聲壓相等tirppp cpScpcpStri21)( 進(jìn)而有聲壓反射系數(shù)：2121SSSSpprirp 聲強(qiáng)反射系數(shù)為:22121)(SSSSIIriri 聲強(qiáng)透射系數(shù)為:22121)(41SSSSIIiri 聲功率透射系數(shù)為:22122121122)(4SSSSSSISIiw 實(shí)際應(yīng)用的形式:S1S2P

7、iPrPtxoPiPrlklSSSSklklSSSSklw22122122212212sin)(41cos1sin)(cos44 2抗性消聲器的種類:1)單擴(kuò)張室消聲器 klmmL22sin)1(411lg10式中：m擴(kuò)張比，；l消聲器的長(zhǎng)度(m)；k波數(shù)，。 因?yàn)閟inkl為周期函數(shù)，消聲量L也隨之做周期變化，kl為的奇數(shù)倍時(shí)，sinkl=1，消聲量最大；當(dāng)kl為的整數(shù)倍時(shí)，sinkl=0，消聲量L=0，此時(shí)相應(yīng)的頻率叫通過(guò)頻率fmin，即:lCnlCnf242min 通過(guò)頻率的聲波可以完全無(wú)衰減地通過(guò)，不起消聲作用。為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，通常作法是將擴(kuò)張室入口管和出口管分別插入擴(kuò)張室內(nèi)；或者用

8、多節(jié)擴(kuò)張室消聲器串聯(lián)起來(lái)，各節(jié)的長(zhǎng)度不等，使通過(guò)頻率互相錯(cuò)開。擴(kuò)張室消聲器也存在高頻失效現(xiàn)象，其有效消聲的上限頻率f上可用下式計(jì)算：DCf22. 1 上式中：C聲速(m/s)；D擴(kuò)張部分的幾何尺寸(圓形截面為直徑，矩形截面為其面積的平方根)(m)。注意:由上式可知，D越大，f上越小，即消聲頻帶越窄，因此應(yīng)用上選擇擴(kuò)張比m時(shí)，應(yīng)兼顧消聲量與頻率范圍。擴(kuò)張室消聲器對(duì)很低頻率的聲波不僅不能起消聲作用，反而起放大作用，因此它還有一個(gè)消聲的下限頻率f下：VlSCf22 下式中：S連接管截面積(m2)；V擴(kuò)張室的容積(m3)；l連接管的長(zhǎng)度(m)。2) 共振腔消聲器：消聲量D一般用下式估算： 20021l

9、g10ffffAGVD式中：G傳導(dǎo)率(m)，它是頸孔的截面積S與頸的有效長(zhǎng)度之比， (n為孔數(shù))；dldndlnSG 442V共振腔容積(m3)；A通道截面積(m2)。當(dāng)頻率f=f0時(shí)，共振腔消聲器的聲阻抗最大，消耗的能量最多，此時(shí)的消聲量Dr為：)211lg(20rDr CARr 式中： ，R為共振腔消聲器在開口處的聲阻。3 阻抗復(fù)合式消聲器： 阻抗復(fù)合式消聲器是由阻性消聲器和抗性消聲器復(fù)合而成的，它既有阻性消聲器能消除中、高頻噪聲的特點(diǎn)，又有抗性消聲器能消除低、中頻噪聲的特點(diǎn)，因此，消聲量大，消聲頻率寬，是實(shí)踐中最常用的消聲器。阻抗復(fù)合消聲器可結(jié)合具體情況，用不同的方式，恰當(dāng)組合。進(jìn)氣口出

10、氣口4微孔板消聲器 利用微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)可以作成微穿孔板消聲器，其結(jié)構(gòu)類似于阻性消聲器。按氣流的通道形狀，可分為片式、折板式等，所不同的是，除選用單層的微穿孔板的吸聲結(jié)構(gòu)外，還通常采用雙層微穿孔板結(jié)構(gòu)作為吸聲元件，該消聲器具有低中頻的消聲性能。5有源消聲器有源消聲器是通過(guò)電子元件發(fā)出一種與噪聲的聲波相位相反、振幅大小相等的聲波，利用干涉原理達(dá)到消聲的目的。其原理如圖所示。揚(yáng)聲器傳聲器噪聲抑制區(qū)延時(shí)、反相、放大6噴注耗散型消聲器消聲器總結(jié)大作業(yè):請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)摩托車用的消聲器? 要求 1傳聲損失不小于20DB 2壓力損失要小 3要耐高溫4.3、消聲器(mufflers)聲學(xué)基本原理噪聲評(píng)價(jià)與測(cè)量噪聲

11、控制技術(shù)第一部分、噪聲控制技術(shù)第四章、噪聲控制技術(shù)4.1、吸聲(absorption)降噪技術(shù) 聲音的產(chǎn)生必須具備聲源，介質(zhì)等條件，只有當(dāng)聲源、聲的傳播和接受者三者同時(shí)存在時(shí)才構(gòu)成對(duì)環(huán)境的污染。因此噪聲控制必須把聲源、聲的傳播途徑和接受者作為一個(gè)整體，從聲源控制，傳播途徑控制，接收者防護(hù)幾個(gè)方面來(lái)考慮。一般來(lái)講，噪聲控制技術(shù)主要包括吸聲、隔聲、消聲和阻尼減振降噪等。4.2、隔聲降噪技術(shù)4.3、減振降噪技術(shù)(mufflers)一隔振1振動(dòng)的基本原理如圖,為單自由度的振動(dòng)系統(tǒng)，M為質(zhì)量，K為系統(tǒng)的剛度，R為阻尼，則可得系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程:dtdyRKyFdtydM 22設(shè)作用在物體上的外部驅(qū)動(dòng)力為:

12、tFFcos0 解此方程可得系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)解為:)sin(0 tZFym振動(dòng)速度為:)cos(0 tZFm式中為振動(dòng)速度與外力之間的相位差，稱為力阻抗)(2KMRZm 2 隔振(isolating vibration)技術(shù)作用于質(zhì)量塊上的力F，通過(guò)彈性支撐將有部分力傳遞到支撐振動(dòng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，傳遞到基礎(chǔ)上的力越小，表明該系統(tǒng)的隔振性越好。衡量這一傳遞效果的指標(biāo)是力傳遞率T，它的定義是傳遞到基礎(chǔ)上的力的幅值與作用于質(zhì)量塊上的力的幅值之比。由上面的系統(tǒng)模型可得傳遞到基礎(chǔ)的力為:KydtdyRFB 其幅值為:2/1200220)/(1 )(KKyyKRFB 式中)2/(MKR 則可得力傳遞率為:2022

13、0202)(4)(1 )(41ffffffT 曲線上的數(shù)字為阻尼比1 T，說(shuō)明系統(tǒng)無(wú)隔振效果。當(dāng)0ff 時(shí)，外力作用頻率和系統(tǒng)固有頻率接近，系統(tǒng)將發(fā)生共振，說(shuō)明隔振措施極不合理，非但無(wú)隔振作用，反而使系統(tǒng)的振動(dòng)強(qiáng)度加大，如此時(shí)增加系統(tǒng)的阻尼則系統(tǒng)的振動(dòng)加劇的趨勢(shì)可以得到控制。當(dāng)02 ff 時(shí)，系統(tǒng)的力傳遞率 T=1，系統(tǒng)仍無(wú)隔振作用。當(dāng)02 ff 時(shí)，系統(tǒng)具有隔振作用，f/f0越大，系統(tǒng)的隔振性能越好，同時(shí)還可以看出，此時(shí)，系統(tǒng)的阻尼越大隔振性能越差，在工程中阻尼比一般選用 0.020.1 的范圍內(nèi)。結(jié)論:示例:二、阻尼(damping)減振(reducing vibration)簡(jiǎn)介工程中除了采用隔振的方法控制振動(dòng)的傳播外，往往還采用其他的一些措施來(lái)降低振