船舶與海洋結(jié)構(gòu)物結(jié)構(gòu)動力學(xué)-第七章1

1、七七、船舶的噪聲及其控制、船舶的噪聲及其控制 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，作為環(huán)境科學(xué)的一項重要內(nèi)容，噪聲污染及其控制已日益引起人們的重視。對船舶來說，由于噸位加大、航速和主機功率的提高，振動和噪聲問題日益突出。據(jù)我們對國內(nèi)三百多艘各類海、河船舶噪聲測試與統(tǒng)計，柴油機機艙的噪聲大都在100dB(A)以上，以高速柴油機為主機的甚至超過110dB(A)，影響船員的工作效率,甚至危及健康，因此必須采取有效的噪聲控制措施。 一、聲音的產(chǎn)生一、聲音的產(chǎn)生7.1聲學(xué)的基本概念聲學(xué)的基本概念人們在長期的實踐發(fā)現(xiàn)聲音來源于物體的振動。例如琴弦的振動能產(chǎn)生悅耳的音樂，收音機借助于揚聲器紙盆的振動播出語言和音樂節(jié)目。我們

2、把這些發(fā)出聲音的物體叫做聲源。除固體外，液體和氣體的振動同樣可產(chǎn)生聲音。如管道閥門的噪聲就是由液體的振動產(chǎn)生的；氣笛聲是高速氣流與周圍靜止空氣相互作用而引起空氣振動的結(jié)果。 一、聲音的產(chǎn)生一、聲音的產(chǎn)生7.1聲學(xué)的基本概念聲學(xué)的基本概念u 物體振動發(fā)聲，要通過彈性介質(zhì)才能傳播到人耳。聲音是不能通過真空傳播的。u 聲音在空氣傳播時，空氣質(zhì)點本身并不隨聲波一起傳播出去，只在它的平衡位置附近前后作縱向振動。這種彈性介質(zhì)質(zhì)點的機械振動的傳播就是稱為聲振動的傳播，或稱為聲波，所以聲音的傳播實質(zhì)是物體振動的傳播，即傳播出去的是物質(zhì)運動的能量，而不是物質(zhì)的本身。這說明聲音是物質(zhì)運動的一種形式，這種運動形式叫

3、波動。u 振動和波動是互相密切關(guān)聯(lián)的運動形式，振動是波動產(chǎn)生的源，波動是振動的傳播過程。 一、聲音的產(chǎn)生一、聲音的產(chǎn)生7.1聲學(xué)的基本概念聲學(xué)的基本概念u 聲波在空氣中傳播，引起空氣質(zhì)點振動的方向和聲波傳播方向一致，所以空氣中的聲波是縱波，又稱為疏密波。u 若質(zhì)點振動的方向和聲波傳播的方向相垂直，那么這種聲波稱為橫波。傳播聲波的空間就稱為聲場。聲波傳播時，在某一時刻傳播到的各點的軌跡稱為波前，振動傳播的方向稱為波線。 一、聲音的產(chǎn)生一、聲音的產(chǎn)生7.1聲學(xué)的基本概念聲學(xué)的基本概念u 傳播聲波的空間就稱為聲場。聲波傳播時，在某一時刻傳播到的各點的軌跡稱為波前，振動傳播的方向稱為波線。 一、聲音的

4、產(chǎn)生一、聲音的產(chǎn)生7.1聲學(xué)的基本概念聲學(xué)的基本概念u 聲音以波動的形式在空氣中傳播稱為空氣聲。u 固體和波體同樣能傳播聲波。例如，彈性體振動可沿著彈性體本身傳播，這稱為固體聲。固體聲波隨彈性體振動形式的不同而有不同的波。桿的縱向振動是一種縱向的固體聲波；因純剪切使介質(zhì)各部分變形，但體積不變的波為剪切波；桿或板的彎曲振動在固體中傳播為彎曲波，彎曲波是一種橫波。u 聲波在液體中的傳播，如水聲 一、聲音的產(chǎn)生一、聲音的產(chǎn)生7.1聲學(xué)的基本概念聲學(xué)的基本概念u 聲振動經(jīng)過一個周期，聲波傳播的距離稱波長u 一秒內(nèi)振動的次數(shù)是頻率，以f 表示，單位是Hzu 頻率和波長的乘積就是聲速，以c 表示u 人耳能

5、聽到的聲波頻率為2020000Hz，稱為可聽聲，而其中最易使人感受的是10004000Hz。低于20Hz的聲波稱為次聲波，高于20000Hz的聲波稱為超聲波。 一、聲音的產(chǎn)生一、聲音的產(chǎn)生7.1聲學(xué)的基本概念聲學(xué)的基本概念u 按照聲波隨時間變化的規(guī)律，聲音可分為純諧聲、一般聲和噪聲。u 對應(yīng)于由正弦波組成的最簡單的振動，稱為純諧聲或純音，是最簡單的聲音。u 一般聲是由若干個不同頻率和強度的純諧聲組成的。 一、聲音的產(chǎn)生一、聲音的產(chǎn)生7.1聲學(xué)的基本概念聲學(xué)的基本概念u 所謂噪聲，從物理學(xué)的觀點看，就是各種不同頻率和不同強弱聲音的隨機組合。它的波形圖是沒有規(guī)則的非周期性曲線，如圖（a）所示。樂音

6、則是規(guī)律的振動所產(chǎn)生的，它的波形圖是周期性曲線，如圖（b）所示。u 從生理學(xué)的觀點，凡是使人厭煩的、不需要的聲音都稱為噪聲。例如睡眠時，從鄰室傳來的音樂聲也是噪聲。u 按噪聲源，工業(yè)噪聲可分為空氣動力性噪聲、機械性噪聲和電磁噪聲三種。噪音樂音7.1聲學(xué)的基本概念聲學(xué)的基本概念 二、聲音二、聲音傳播的特性傳播的特性u 聲波通過彈性介質(zhì)傳播，不同的介質(zhì)其傳播的速度是不同的。若介質(zhì)的可壓縮性大（如氣體），聲波的傳播速度就較慢；若介質(zhì)的可壓縮性?。ㄈ绻腆w），聲波的傳播速度就快。u 空氣中的聲速約340m/s,水中的聲速約1450m/s，鋼鐵中約5000m/su 聲速c代表的是聲波在介質(zhì)中傳播的速度，它

7、與介質(zhì)質(zhì)點本身的振動速度v是完全不同的兩個概念。VC7.1聲學(xué)的基本概念聲學(xué)的基本概念 二、聲音二、聲音傳播的特性傳播的特性u 聲波在一個沒有邊界的空間、無反射自由的、均勻的、各向同性的介質(zhì)場傳播，在聲學(xué)中稱為自由場或自由聲場，以球面波動的形式均勻的向四面八方輻射，稱為點聲源，顯然點聲源輻射球面波，沒有方向性。u 當(dāng)聲源輻射的聲波波長比聲源尺寸小時，聲波就以略微散發(fā)的“聲束”向正前方傳播。如波長與聲源尺寸之比越小，聲束的發(fā)散性越小，即方向性越強。當(dāng)比值交小時，幾乎不發(fā)散的聲速以平面形狀（平面波）由聲源向外傳播。u 我們平時在高音喇叭聲正前方聽到的音量很強，在它的背面或側(cè)面聲音很弱，而且音調(diào)發(fā)悶

8、，這就是由于高頻聲波長短、方向性強的緣故。7.1聲學(xué)的基本概念聲學(xué)的基本概念 二、聲音二、聲音傳播的特性傳播的特性u 聲音自聲源向四周幅射，其波前的面積隨聲波距離增加而不斷擴大，聲音的能量被分散開來。由于能量不變，因此通過單位面積隨聲波距離增加而不斷擴大，聲音的能量被分散開來。由于能量不變，因此通過單位面積的聲能不斷減小，聲音逐漸減弱，這稱為聲波的距離衰減。u 對點聲源來說，聲波隨距離的平方成反比例衰減。u 聲波在大氣中傳播，由于空氣的粘滯性、熱傳導(dǎo)等影響，聲音的能量不斷地被空氣吸收而轉(zhuǎn)化為其它形式。例如空氣分子間的摩擦可使部分聲能轉(zhuǎn)化為熱能消耗掉，使聲音衰減。由空氣吸收而引起的聲衰減與聲音的

9、頻率、空氣的溫度及濕度有關(guān)。u 高頻聲振動快，空氣疏密相間的變化頻繁，因而它比低頻聲衰減得快。1、聲波聲波的衰減的衰減7.1聲學(xué)的基本概念聲學(xué)的基本概念 二、聲音二、聲音傳播的特性傳播的特性u 聲波傳播中遇到障礙物會發(fā)生反射，這是因聲波由一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)時，在兩種介質(zhì)的分界面上傳播方向發(fā)生變化之故。例如空氣中的聲波遇到墻面，一部分聲能量被反射回到空氣中而形成反射波，其余部分傳入墻內(nèi)而形成折射波，并進而使一部分聲能透射過去。u 在山谷中大聲喊叫而聽到的回聲，這就是聲波遇到固體的反射現(xiàn)象。u 液體和氣體也能產(chǎn)生反射。在一個封閉的船艙里，聲波向四面八方傳播，遇到甲板、圍壁、家具等就會發(fā)生多次反

10、射。反射聲的存在，使原來的聲音加強，且當(dāng)聲源停止發(fā)聲后，短時間內(nèi)還能聽到聲音，這稱為混響聲。u 用吸聲材料或吸聲結(jié)構(gòu)在艙室內(nèi)表面作飾面就是為了減弱這個因反射而產(chǎn)生的混響聲，從而使艙室的噪聲降低。1、聲波聲波的衰減的衰減1）反射射 二、聲音二、聲音傳播的特性傳播的特性7.1聲學(xué)的基本概念聲學(xué)的基本概念2）繞射繞射 障礙物尺寸小于聲波波長，產(chǎn)生繞射。高頻聲的波長短，容易被反射，低頻聲的波長長，容易繞射 二、聲音二、聲音傳播的特性傳播的特性7.1聲學(xué)的基本概念聲學(xué)的基本概念3）衍射）衍射 聲波通過空洞時，如果聲波波長比空洞大很多則發(fā)生衍射現(xiàn)象 二、聲音二、聲音傳播的特性傳播的特性7.1聲學(xué)的基本概念

11、聲學(xué)的基本概念3）衍射）衍射 聲波通過空洞時，如果聲波波長比空洞大很多則發(fā)生衍射現(xiàn)象 二、聲音二、聲音傳播的特性傳播的特性7.1聲學(xué)的基本概念聲學(xué)的基本概念2、聲波聲波的反射、折射和繞射的反射、折射和繞射幾乎無反射幾乎完全反射幾乎完全反射聲波的反射、折射和透射都是在兩種介質(zhì)的分界面處發(fā)生的，這是由于兩種介質(zhì)的聲阻抗率不同所致。當(dāng)兩種介質(zhì)的聲阻抗率接近，甚至相等時，聲波幾乎全都由第一種介質(zhì)進入第二種介質(zhì)，即幾乎沒有反射，對聲波傳播來講，分界面就好像不存在一樣；當(dāng)兩種介質(zhì)的聲阻抗率相差較大，如空氣和鋼材，則聲波遇到鋼材時，大部分被反射回去。 三、聲音的物理度量三、聲音的物理度量7.1聲學(xué)的基本概念

12、聲學(xué)的基本概念 三、聲音的物理度量三、聲音的物理度量7.1聲學(xué)的基本概念聲學(xué)的基本概念2）聲壓聲壓在空氣中聲波是疏密的存在使大氣壓力產(chǎn)生迅速的起伏，這個起伏的量稱為在空氣中聲波是疏密的存在使大氣壓力產(chǎn)生迅速的起伏，這個起伏的量稱為聲聲壓壓，就是，就是空氣中壓力的波動，即在大氣壓力上下以一定的增量波動空氣中壓力的波動，即在大氣壓力上下以一定的增量波動。聲壓聲壓越大，聲音越強；聲壓越小，聲音越弱。越大，聲音越強；聲壓越小，聲音越弱。聲音在傳播過程中，聲壓聲音在傳播過程中，聲壓 實際上隨時間迅速起伏變化，人耳感受到的實際效果實際上隨時間迅速起伏變化，人耳感受到的實際效果只是迅速變化的只是迅速變化的聲

13、壓，又聲壓，又稱稱瞬時瞬時聲壓，的聲壓，的某一時間平均結(jié)果某一時間平均結(jié)果，叫，叫有效聲壓有效聲壓20epIc有效聲壓： 三、聲音的物理度量三、聲音的物理度量7.1聲學(xué)的基本概念聲學(xué)的基本概念3）分貝分貝 聲壓級： 三、聲音的物理度量三、聲音的物理度量7.1聲學(xué)的基本概念聲學(xué)的基本概念3）分貝分貝 聲強級：聲功率級： 三、聲音的物理度量三、聲音的物理度量7.1聲學(xué)的基本概念聲學(xué)的基本概念3）分貝分貝 在標準大氣下，聲壓級與聲強級有如下關(guān)系：故有式中，K與大氣壓與溫度有關(guān)。在大氣溫度為20時，標準大氣壓下聲壓級與聲強級關(guān)系為 三、聲音的物理度量三、聲音的物理度量7.1聲學(xué)的基本概念聲學(xué)的基本概念

14、3）分貝分貝 球面擴張的聲源：半球面擴張的聲源3、分貝的運算、分貝的運算1）噪音噪音級的疊加級的疊加 A.利用公式計算 噪聲源的聲壓 三、聲音的物理度量三、聲音的物理度量7.1聲學(xué)的基本概念聲學(xué)的基本概念如兩臺設(shè)備的聲壓相加，則總聲壓為總聲壓級對于n臺不同的噪聲級同時發(fā)聲 三、聲音的物理度量三、聲音的物理度量7.1聲學(xué)的基本概念聲學(xué)的基本概念2）分貝平均值的計算分貝平均值的計算 平均聲壓級： 一一、噪聲的危害、噪聲的危害7.2噪聲的危害及其評價噪聲的危害及其評價噪聲的噪聲的危害：危害： 1、強噪聲可引起耳聾的和誘發(fā)各種疾病 2、一般強度噪聲可以引起人們的煩惱，干擾語言交談，以致給人們的工作 學(xué)

15、習(xí)和生活帶來影響 二二、噪聲的、噪聲的評價評價方法方法1、等響曲線、響度級、響度等響曲線、響度級、響度 響度響度：人耳對聲音響度的大小主觀感覺（500-4k響,250Hz） 響度級：響度級：某聲音聽起來與1kHz純音一樣響，則響度級就為該純音的聲壓級 等響曲線：等響曲線：一簇響度級與聲壓級和頻率的關(guān)系曲線人耳對2k-5kHz聲較敏感 二、噪聲的評價方法二、噪聲的評價方法7.2噪聲的危害及其評價噪聲的危害及其評價 2、計權(quán)聲級、計權(quán)聲級 聲級計：聲級計：A網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)、B網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)、C網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)、D網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò) 人耳對不同頻段感知程度不同，為了聲音的客觀物理量與人耳聽覺主觀感受近似取得一致，人們在測量

16、聲壓級的儀器聲級計中設(shè)置了四檔計權(quán)網(wǎng)絡(luò)，其中一檔稱線性網(wǎng)絡(luò)，用來反映客觀聲壓級，它對任何頻率均無衰減。其它三檔是參考等響曲線設(shè)置的 ABC 三條計權(quán)網(wǎng)絡(luò)，在噪聲測量中往往就用A網(wǎng)格測得的聲級來代表噪聲的大小，稱A聲級，和人的主觀感覺比較接近。 三、噪聲控制的標準三、噪聲控制的標準7.2噪聲的危害及其評價噪聲的危害及其評價1、國際標準化組織（國際標準化組織（ISO）推薦標準推薦標準 它是以每天工作八小時，每周工作五天，每年工作40周，在噪聲環(huán)境中工作10年計算的。如果工作時間減少，則其允許標準可相應(yīng)提高。 上述標準只適用于穩(wěn)態(tài)噪聲，對于有起伏間歇，或隨時間變化的噪聲，應(yīng)以等效連續(xù)噪聲級進行評價。

17、 為了避免和減小噪聲的危害，保護人體健康，必須制定噪聲控制的許用標準。 三、噪聲控制的標準三、噪聲控制的標準7.2噪聲的危害及其評價噪聲的危害及其評價2、我國噪聲標準我國噪聲標準 我國1979年頒布的工業(yè)企業(yè)噪聲衛(wèi)生標準規(guī)定：工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)車間或作業(yè)場所的工作地點的噪聲標準為85 ?，F(xiàn)有工業(yè)企業(yè)經(jīng)過努力暫時達不到標準時，可適當(dāng)放寬，但不得超過90 。這樣可以保護絕大多數(shù)工人連續(xù)工作30年不發(fā)生噪聲性耳聾，絕大多數(shù)工人在神經(jīng)系統(tǒng)和心血管系統(tǒng)方面不致受到明顯的影響。7.3船舶船舶噪聲源噪聲源船舶聲場：船舶聲場：外部大氣噪聲、船舶水下噪聲以及艙室內(nèi)的空氣噪聲和結(jié)構(gòu)噪聲。主要聲源：主要聲源： 1、機械

18、性質(zhì)聲源機械性質(zhì)聲源：船舶設(shè)備 2、流體動力形式聲源流體動力形式聲源 流體動力噪聲流體動力噪聲起因起因：1）水與漿舵組合推進裝置之間的相互作用 2）船體外表面以及船附體和上層建筑的紊流邊界層 3）繞孔和附體的環(huán)流形成的渦流結(jié)構(gòu) 4）空泡 5）興波低速機械噪聲為主，高速流噪聲較突出低速機械噪聲為主，高速流噪聲較突出 一一、艙室噪聲艙室噪聲7.3船舶船舶噪聲源噪聲源 艙室噪聲源艙室噪聲源 A 各種機械運動產(chǎn)生空氣噪聲，結(jié)構(gòu)噪聲 B 螺旋槳旋轉(zhuǎn)引起的船體低頻振動時的噪聲，及產(chǎn)生空泡時船體輻射噪聲 C 船體繞流出現(xiàn)的渦流結(jié)構(gòu)作用時的船體輻射噪聲，空泡激勵時船體輻射噪聲 D 生活噪聲 二二、外部大氣噪聲

19、外部大氣噪聲7.3船舶船舶噪聲源噪聲源 船舶船舶外部空氣噪聲主要聲源：外部空氣噪聲主要聲源： 1、主機和輔機通氣管路 2、通氣和空調(diào)系統(tǒng)進、排氣裝置 3、機艙露天天窗 4、船舶艏、艉興波 除上所述，影響外部大氣噪聲的還有螺旋槳和產(chǎn)生振動的機械。 三、三、水下噪聲水下噪聲水下噪聲水下噪聲源：（機械噪聲、螺旋槳噪聲、水動力噪聲）源：（機械噪聲、螺旋槳噪聲、水動力噪聲） 1、機械工作引發(fā)的船體結(jié)構(gòu)振動的噪聲輻射，船舶的流體動力噪聲 2、螺旋槳造成的水下噪聲 3、船體繞流產(chǎn)生的氣泡噪聲，渦流結(jié)構(gòu)噪聲和紊流邊界層噪聲 4、艏艉興波噪聲7.4船舶噪聲的傳播船舶噪聲的傳播 一一、船舶船舶噪聲的傳播途徑噪聲的

20、傳播途徑 圖7-7是船上關(guān)于螺旋槳和機艙這兩個最大的船舶噪聲源噪聲在船上傳播的途徑的示意圖（圖中用帶形的箭頭來表示傳輸途徑）。 噪聲的傳播問題，涉及大量的理論和試驗研究。通常主要的是關(guān)心其傳輸?shù)缆放c它們的性質(zhì)。7.4船舶噪聲的傳播船舶噪聲的傳播 二二、自由場自由場自由場自由場：一種聲波可以無反射地自由傳播的均勻的各向同性的介質(zhì)場。近場近場效應(yīng)效應(yīng)：近場中聲強度并不簡單地和均方聲壓相關(guān)，因而聲強與距離平方成反比的規(guī)律不再成立。遠場：遠場：離聲源較遠的自由場則為遠場。7.4船舶噪聲的傳播船舶噪聲的傳播 三三、封閉空間封閉空間1、混響場與半混響場、混響場與半混響場混響混響場場：在用剛性的隔墻、地板和

21、天花板圍成的房間內(nèi)，聲源發(fā)出的聲波可經(jīng)多次反射而無吸收。半混響場半混響場：介于自由場和混響場之間，即射至表面的聲波，部分反射和部分吸收。7.4船舶噪聲的傳播船舶噪聲的傳播 三三、封閉空間封閉空間2、房間的總吸收和房間常數(shù)、房間的總吸收和房間常數(shù)7.4船舶噪聲的傳播船舶噪聲的傳播 三三、封閉空間封閉空間室內(nèi)聲源的聲壓級：7.4船舶噪聲的傳播船舶噪聲的傳播 三三、封閉空間封閉空間3、封閉空間的屏障、封閉空間的屏障 在象機房那樣的封閉空間里，由于反射聲居主導(dǎo)地位，故屏蔽的作用大為減低，見圖7-10。除非噪聲頻率很高而且聲源離開屏障的距離很近，否則屏障將全然是無效的。此時必須將噪聲源完全封閉起來。7.

22、4船舶噪聲的傳播船舶噪聲的傳播 四、向鄰近艙室的傳播四、向鄰近艙室的傳播噪聲從一艙室向噪聲從一艙室向鄰近艙室鄰近艙室的的傳播途徑傳播途徑： 1、空氣聲穿過隔壁、地板和天花板結(jié)構(gòu)而傳播到相鄰房間； 2、由機械振動或沖擊所引起的結(jié)構(gòu)振動傳到鄰室，再由鄰室地板、墻等結(jié)構(gòu)的振動作為二次聲源而引起的聲發(fā)射； 3、完全通過空氣，例如通過開著的門、機艙蓋、通風(fēng)管道等直接以空氣聲傳播。7.4船舶噪聲的傳播船舶噪聲的傳播 四、向鄰近艙室的傳播四、向鄰近艙室的傳播1、穿過隔板的聲傳輸、穿過隔板的聲傳輸（1）透射系數(shù)和傳遞損耗透射系數(shù)和傳遞損耗 透射系數(shù)為 7.4船舶噪聲的傳播船舶噪聲的傳播 四、向鄰近艙室的傳播四

23、、向鄰近艙室的傳播7.4船舶噪聲的傳播船舶噪聲的傳播 四、向鄰近艙室的傳播四、向鄰近艙室的傳播7.4船舶噪聲的傳播船舶噪聲的傳播 四、向鄰近艙室的傳播四、向鄰近艙室的傳播 E 在高于臨界頻率后，板的剛度與阻尼又重新變得重要了。 板壁在整個頻域內(nèi)的傳遞損耗的變化規(guī)律見圖7-12。7.4船舶噪聲的傳播船舶噪聲的傳播 四、向鄰近艙室的傳播四、向鄰近艙室的傳播1、結(jié)構(gòu)振動的傳輸、結(jié)構(gòu)振動的傳輸（1）次聲振動的傳輸次聲振動的傳輸 波浪載荷、主機或螺旋槳激起的船體振動，在多數(shù)情況下是聲頻范圍以下的次聲振動，但引起在聲頻范圍內(nèi)的叮叮當(dāng)當(dāng)?shù)穆曇襞c格格聲。（2）結(jié)構(gòu)聲的結(jié)構(gòu)聲的傳輸傳輸 結(jié)構(gòu)振動有許多不同形式，以不同類型的波來傳播的，這些波有縱向波、剪切波、扭轉(zhuǎn)波、彎曲波。彎曲波常發(fā)生在薄板、薄殼內(nèi)，此時空氣由于板殼的橫向振動而被有效地壓縮，所以它是向空氣輻射噪聲的最好形式。在一般情況下，噪聲是由板、梁、殼的復(fù)雜的集合體發(fā)射的。7.4船舶噪聲的傳播船舶噪聲的傳播 四、向鄰近艙室的傳播四、向鄰近艙室的傳播 此外，聲傳輸途徑上如果有結(jié)構(gòu)幾何形狀變化或插入其它介質(zhì)（見圖7-14a、b），聲阻抗將發(fā)生變化。在空然改變處將發(fā)生