第九章噪聲控制技術(shù)

1、第九章 噪聲控制技術(shù)91 噪聲基礎(chǔ)知識 1、噪聲定義：2、聲壓、聲強與聲功率聲壓p：在有聲波傳播的聲場中某點的瞬時壓強與大氣壓的差值（N/m2）聲強I：在垂直于聲波傳播方向的單位面積上，單位時間內(nèi)通過的聲能(W/m2)聲功率W：聲源在單位時間內(nèi)輻射出的總聲能，為描述聲源強弱的物理量(W)三者間存在如下關(guān)系：式中：空氣密度，標準狀態(tài)下1.2kg/m3 c空氣中的聲速，標準狀態(tài)下c340m/s S聲波的擴散面積(m2)，對球面擴散S=4r2；對半球面波擴散S2r2，r為到聲源中心距離cPISIW/23、分貝和級人耳的聽覺范圍 聽閾 痛閾聲壓 210-5Pa 20Pa 相差一百萬倍聲強 1x10-1

2、2W/m2 1W/m2 相差一萬億倍 為了使用方便，引入級：用兩能量或比例于能量的量之比，再取以10為底的對數(shù)。單位為貝爾，通常采用的單位為分貝，是貝爾的1/10。 為此引入聲壓級、聲功率級、聲強級等來表示聲音的大小，分別定義為：聲壓級： (dB) 其中基準聲壓 N/m2聲強級： (dB) 其中基準聲強 W/m2聲功率級： (dB) 其中基準聲功率 W 0lg20ppLp50102p0lg10IILI12010I0lg10WWLW12010W4、聲與振動的關(guān)系 聲頻域內(nèi)的結(jié)構(gòu)振動輻射出噪聲。大平面振動輻射出的聲壓級與固體振動的平均速度成正比 (dB) v0聽覺閾的有效振動速度，對空氣v0=5x

3、10-4m/s 對簡諧振動，振動著的剛體位移D、加速度a在聲頻范圍內(nèi)與聲壓有如下關(guān)系 （dB） D0基準位移量，1011m；a0基準加速度，105m/s2可見，控制結(jié)構(gòu)輻射噪聲的關(guān)鍵在于控制結(jié)構(gòu)振動0lg20vvL 000lg20lg20lg20aaDDpp5、噪聲測量常用的聲壓級單位 人耳聽覺的聲頻范圍為20Hz20000Hz。人耳對聲音強弱的主觀判斷取決于聲強和頻率的高低。其中對34kHz頻率的聲音最為敏感。噪聲測量用的聲級計的計權(quán)網(wǎng)絡(luò)有A、B、C三種，其中A網(wǎng)絡(luò)是模擬人耳設(shè)計的，故噪聲測量中常采用A網(wǎng)絡(luò)測定噪聲級，記為dB(A)。 6、聲級運算噪聲的分貝數(shù)不能直接相加。多個不相干聲音的分

4、貝和為 (dB)因此，兩個同聲級的聲音相加后，其和是 （dB）即增加3分貝。 兩個聲音的分貝數(shù)相減，按下式計算 (dB) （假設(shè)L1L2）求n個聲壓級的平均值，按下式 （dB） )10lg(1011 . 0niLsiL3)102lg(101 . 0iLsLLi)1010lg(10211 . 01 . 0LLLnLnLsniLmilg10)101lg(1011 . 09-2 發(fā)動機噪聲一、概述1、內(nèi)燃機噪聲分類 2、內(nèi)燃機噪聲發(fā)生機制 二、內(nèi)燃機噪聲源1、進氣噪聲 發(fā)動機的進氣噪聲成因：進氣管中氣流的壓力脈動造成的低頻噪聲；氣流以高速流過進氣門造成的低頻噪聲進氣噪聲的大小與內(nèi)燃機的進氣方式（增壓

5、機大于非增壓機）、進氣閥機構(gòu)、缸徑、凸輪型線等設(shè)計因素有關(guān)。對同一臺發(fā)動機，轉(zhuǎn)速影響最大。多數(shù)內(nèi)燃機在裝用空氣濾清器后進氣噪聲大幅降低，進氣噪聲不是主要的噪聲源。進氣消聲器的設(shè)計必須與空氣濾清器設(shè)計結(jié)合起來考慮。2、排氣噪聲是內(nèi)燃機的最主要的噪聲源，往往比內(nèi)燃機整機噪聲（不包含排氣噪聲）高1015dB(A)。（1）產(chǎn)生機理與頻率特性 排氣噪聲包含如下成分：以每秒鐘排氣次數(shù)為基頻的排氣噪聲，屬于低頻噪聲源管道內(nèi)氣柱共振噪聲：在周期性排氣噪聲的激發(fā)下，排氣系統(tǒng)管道中的氣柱因發(fā)生共振而產(chǎn)生的噪聲，其低頻部分可能與基頻噪聲產(chǎn)生疊加，是中心頻率在500Hz和1000Hz 頻帶內(nèi)的噪聲的主要來源排氣支管處

6、的氣流吹氣聲（高頻噪聲）廢氣噴注和沖擊聲：排氣閥處產(chǎn)生的連續(xù)寬帶的高頻噪聲 氣缸亥姆霍茲共振噪聲：與轉(zhuǎn)速無關(guān)，單缸機中比較嚴重，排氣時排氣管與氣缸構(gòu)成亥姆霍茲共振器，多缸機由于各缸間的干擾，排氣支管及總管較長，此噪聲不顯著氣閥桿背部的渦流噪聲排氣管道內(nèi)壁面處的紊流噪聲等。 結(jié)構(gòu)不同的內(nèi)燃機，隨著缸數(shù)、燃燒室形式、燃料種類、內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速的不同，排氣噪聲具有不同的頻譜。（2）影響排氣噪聲的主要因素 轉(zhuǎn)速與負荷：空載時，轉(zhuǎn)速升高引起的排氣噪聲的增大幅度要大于全負荷時轉(zhuǎn)速升高引起的噪聲增大幅度 不同類型內(nèi)燃機的比較：二沖程機大于四沖程機：二沖程機排氣開始時刻早、單位時間內(nèi)排氣次數(shù)多、為保證掃氣效果不宜采

7、用結(jié)構(gòu)復雜的消聲器柴油機大于汽油機：柴油機最高爆發(fā)壓力和壓力升高率大于汽油機，因此同等功率時柴油機排氣噪聲大；同功率下汽油機缸數(shù)比柴油機多，排氣系統(tǒng)中的氣流脈動小渦輪增壓的影響：排氣門開啟瞬間所產(chǎn)生的噪聲經(jīng)過渦輪后，其能量得到很大衰減，再自渦輪出口排出時噪聲明顯降低 3、風扇噪聲 是主要噪聲源之一，包括旋轉(zhuǎn)噪聲（葉片噪聲）和渦流噪聲兩部分。風扇轉(zhuǎn)速對其噪聲影響很大，轉(zhuǎn)速提高一倍時，聲壓級增加1117分貝；通常在低轉(zhuǎn)速時，風扇噪聲遠低于內(nèi)燃機噪聲，但在高轉(zhuǎn)速時，往往成為主要甚至是最大的噪聲源。4、燃燒噪聲 是柴油機的主要噪聲源，其產(chǎn)生機理：（1）氣缸內(nèi)壓力急劇變化引起的動載荷，激發(fā)結(jié)構(gòu)振動輻射噪

8、聲；（2）氣體的沖擊波引起高頻振動 由氣缸壓力頻譜曲線可知，氣缸壓力曲線實際上是由不同頻率、不同幅值的一系列諧波疊加的結(jié)果。因此，燃燒氣體對氣缸各零件振動的激發(fā)，可以認為是這一系列諧波單獨作用的總和。噪聲由振動產(chǎn)生，振動取決于激振力特性與振動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)響應特性，因此發(fā)動機的燃燒噪聲的大小不僅取決于氣體壓力頻譜，還與發(fā)動機的結(jié)構(gòu)衰減特性有關(guān)：（1）1000Hz以下的結(jié)構(gòu)衰減量很大，這主要由于內(nèi)燃機的大多數(shù)零件的剛性都較大，自振頻率處于中高頻區(qū)域，因此在壓力頻譜中，低頻段的壓力級雖然都很大，但因零件的結(jié)構(gòu)響應小，對氣缸壓力激起的振動衰減量大。（2）1000Hz3000Hz的中段結(jié)構(gòu)衰減量低，因為零

9、件的固有頻率多處于此頻段，易被激起振動，故衰減量很小 (3)3000Hz以上頻段，衰減量略有上升。 影響燃燒噪聲的主要因素：（1）燃燒室（2）壓縮溫度和壓力(3) 噴油提前角（4）負荷（5）轉(zhuǎn)速5、活塞敲擊聲6、正時齒輪噪聲7、配氣機構(gòu)噪聲三、內(nèi)燃機噪聲源識別1、噪聲源識別的基本要求 在噪聲控制工程中，吸聲、隔聲、消聲、減振等傳統(tǒng)降噪措施已沿用多年，并且還在發(fā)展，但是控制聲源的噪聲是一項根本性措施。所謂噪聲源識別，就是對機器上存在的各種聲源進行分析，了解產(chǎn)生振動和噪聲的機理，確定振源、聲源的位置，分析聲源的特性，然后按噪聲的大小排序，從而確定出主要聲源。 噪聲源識別的要求基本上有兩個方面：（a

10、）確定機器各噪聲源的位置、聲級及其在總聲級中的比重；（b）確定聲源的特性，包括聲源類型、頻率特性、變化規(guī)律和傳播規(guī)律等。2、噪聲源識別方法常用分析法有如下5種（1）主觀評價法 有經(jīng)驗的操作人員或檢驗人員能從機器的運轉(zhuǎn)噪聲中判斷機器運轉(zhuǎn)是否正常，并能判定造成異常的主要噪聲源的零件及其原因。不足之處：主觀性強，無法作定量度量。（2）分別運轉(zhuǎn)法，又稱消去法 在同一運轉(zhuǎn)工況下拆去和裝上某一零部件，分別在同一觀察點處測得兩種噪聲值，然后按能量相減計算所得噪聲值，即為該零部件所發(fā)出的噪聲值。該方法簡單易行，但由于機器是相互聯(lián)系的整體，某一部分的拆除會影響到與之關(guān)聯(lián)的部分，故誤差大。 （3）鉛屏蔽法，又稱選

11、擇隔聲法 可用于了解機器上聲輻射表面的輻射情況。它用鉛板做成一個與機器各部分表面相接近的密封隔聲罩，（該罩各部分表面做成可自由開啟的“窗口”）罩內(nèi)襯上玻璃纖維等吸聲材料。測試時用該罩覆蓋機器表面，其隔聲量至少在10dB以上。然后逐個打開“窗口”并在1m處測量其聲壓級，從而確定主要輻射面。該法精度較高，但由于覆蓋時不易密封嚴密，尤其是隔絕低頻噪音較困難，所以僅適用于中、高頻輻射聲源的測量。 （4）頻率分析法 其理論依據(jù)是：對一臺內(nèi)燃機而言，根據(jù)規(guī)定的測試范圍，在指定測點處可測得其總噪聲級及噪聲頻率譜。一般來說，噪聲的主要能量集中在其頻譜的幾個峰值頻率處。一臺內(nèi)燃機含有多個噪聲源，其總噪聲是由各組

12、成聲源所輻射的噪聲在測點的疊加，而總噪聲頻譜則是各組成聲源的頻譜在該測點處疊加的結(jié)果。為此，如果其組成聲源頻譜上的峰值頻率與總噪聲頻譜上的某一峰值頻率相對應，就說明了總噪聲中在該頻率處的噪聲能量是由上述某組成聲源所作的貢獻。 聲音來源于振動，故聲輻射表面的振動譜與其輻射的噪聲譜之間有很好的相關(guān)性。如下圖。在難于準確地測定組成聲源的噪聲譜時，往往利用該組成聲源表面的振動譜代替其噪聲譜，來與總噪聲譜比較，以確定主要噪聲源。(a)泵體振動功率譜（b）泵體近場噪聲功率譜機油泵體振動功率譜及近場噪聲功率譜 除上述5種方法外，還有信號分析法、以及近年來新發(fā)展的聲強法、聲全息照相診斷技術(shù)、自適應除噪技術(shù)等。

13、新識別方法發(fā)展的基本趨勢是要求測試方法：能現(xiàn)場測量；能實時分析和出來所得測量信號；能提高測試結(jié)果的可靠性四、內(nèi)燃機噪聲控制技術(shù)1、排氣噪聲控制：排氣消聲器有兩大類：無源消聲器、有源消聲器（1）無源消聲器：有抗式、阻式、阻抗復合式三種 （2）有源消聲器 2、風扇噪聲兼顧冷卻性能和降低噪聲，風扇的一般設(shè)計原則是： (1) 依據(jù)風扇定則，綜合考慮風量Q，消耗功率和噪聲，合理選 擇風扇的參數(shù)。宜取較大的風扇直徑和較低的轉(zhuǎn)速。 (2) 按降噪要求設(shè)計風扇葉片的要點：定Q下選用較寬的風扇葉片。這樣可降低轉(zhuǎn)速n一定Q下選用較大的葉片安裝角( )；葉片數(shù)不大于6。葉片數(shù)從2到6，Q呈直線增加。超過6時，Q的增

14、加率不大，而每增加一片，噪聲約增高1dB。（3）合理布置冷卻系統(tǒng)：護風圈與風扇葉尖的徑向間隙盡可能小；氣流通道通暢。 (4) 采用翼型斷面風扇。其葉型按空氣動力學設(shè)計成機翼型，效率高、渦流噪聲小。（5）結(jié)合節(jié)能采用溫控離合式風扇，使之僅在需要冷卻的嚴重工況下工作。40503、燃燒噪聲降低柴油機燃燒噪聲的方法有：(1)采用工作柔和的燃燒工作過程，控制 (2)適當提高壓縮比和延遲噴油提前角，使用高十六烷值的 燃料(3)減小初期的燃料噴射率， (4)進氣增壓，依靠進氣壓力和溫度的增高縮短著火延遲期。 /dp d0.4/degMPa4、活塞敲擊噪聲控制活塞敲擊聲的一般方法有： (1)盡可能減小活塞的配缸間隙： (2)將活塞銷中心向主推力邊偏置一個適當?shù)木嚯x(負偏心），以使活塞在上止點附近由一邊移向另一邊相接觸的時刻，與氣缸壓力劇增的時刻相錯開； (3)適當增大活塞高度，使活塞的搖擺幅度減??； (4)活塞裙部采用理想的型線，使活塞敲擊時與缸壁的碰撞面積較大。 5、正時齒輪噪聲控制齒輪噪聲的措施是盡可能用較小的齒輪間隙