機械振動與噪聲控制培訓教材

機械振動與噪聲控制基本概念聲學基礎(chǔ)噪聲控制阻尼技術(shù)隔振理論振動－－物體或質(zhì)點在平衡位置的往復運動。振動加速度、振動速度、振動位移振動幅值、振動頻率噪聲－－使人感到厭煩的聲音。聲壓級、聲強級、聲功率級、響度、A計權(quán)第二章聲學基礎(chǔ)2.1波動方程與聲的基本性質(zhì)2.1.1理想介質(zhì)中的聲場波動方程

理論上靜態(tài)大氣壓設(shè)定為p0，媒質(zhì)受聲傳播擾動后的壓強pd這種壓強的改變量被定義為聲壓p聲壓的大小反映了聲波的強弱，聲壓的單位是Pa(帕N/m2)。

2.1.2聲波與聲源波陣面------所謂波陣面是指聲傳播過程中，運動狀態(tài)在某瞬時完全相同的媒質(zhì)質(zhì)點形成的面。聲波：平面聲波、球面聲波和柱面聲波等類型，常見聲源聲一般都是由于物體的振動而產(chǎn)生的。凡能產(chǎn)生聲的振動物體統(tǒng)稱為聲源。所謂聲源的振動就是物體在其平衡位置附近進行的往復運動。球面聲源一個表面均勻脹縮的脈動球面聲源，即其球面沿半徑方向作同振幅、同相位的振動，球面振動速度為ua，則在離球心r處向外輻射的聲壓可以寫為方程。當ka<<1，即聲波波長遠大于聲源半徑a時,有：Q=sua=4pa2ua稱為聲源強度。

2)偶極子聲源當兩個點聲源相距很近：

偶極子聲源3)線聲源線聲源4)無限大障板上圓形活塞

無限大障板上圓形活塞

2.2聲傳播及結(jié)構(gòu)聲輻射1.垂直入射聲波的反射和透射在媒質(zhì)1中的質(zhì)點速度根據(jù)在媒質(zhì)2中的聲壓值在媒質(zhì)1中的聲壓值在媒質(zhì)2中的質(zhì)點速度在分界面的聲壓和速度應當是連續(xù)相等的:

聲壓的反射系數(shù)rp,透射系數(shù)

吸聲系數(shù)吸聲系數(shù)越大表示了聲波透射越大。當a=1時，垂直入射聲波將從一個媒質(zhì)完全進入到另一個媒質(zhì)，只要兩個媒質(zhì)的特性阻抗相同時，垂直入射聲波都會有a=1的全透射。當a=0時，表示垂直入射聲波將產(chǎn)生全反射

2.3聲阻抗、聲強及聲功率

2.3.1聲阻抗、聲強和聲功率的定義

描述聲輻射和聲場特性的一個重要概念是聲阻抗。對于一個聲源來說，如果它的表面振速是u，表面積是S，則uS

稱為體積速度U。該聲源表面聲壓與聲源體積速度之比稱為聲阻抗Z。

聲阻抗Z是復數(shù)，其實部稱為聲阻R，虛部為聲抗X。聲阻抗的實部表示了能量的“損耗”，這個損耗表示了聲能從一個地方傳播到另一個地方，也就是聲源對外輻射的過程

開放空間聲場，由于體積速度概念變得不很明確，此時通常采用聲阻抗率這個概念來描述聲場概念。聲阻抗率定義為聲場中某點的聲壓值與該點速度的比值

平面聲波在媒質(zhì)中傳播時的聲阻抗率為聲強和聲功率

聲場中某點處，與質(zhì)點速度方向垂直的單位面積S在單位時間內(nèi)通過的聲能稱為瞬時聲強.對于穩(wěn)態(tài)聲場，聲強是指瞬時聲強在一定時間T內(nèi)的平均值

對于在自由空間中傳播的平面聲波，

單位時間平均聲強可以寫為

單位時間平均聲功率

2.3.2聲壓級、聲強級、聲功率級測量及聲譜分析

單位：dB聲壓級

pe——被測量聲壓的有效值；pref——參考聲壓。在空氣中參考聲壓pref為2×10-5Pa。，即為正常人耳朵對1kHz的聲音剛能聽到聲壓值

聲強級

參考聲強Iref取為10-12W/m2

聲功率級

W——測量的聲功率的平均值，對于空氣媒質(zhì)，參考聲功率W=10-12(瓦)

聲強級與聲功率級之間的關(guān)系

聲頻譜分析

在聲譜分析中一個常用的分析是倍頻程分析，所謂倍頻程分析是將連續(xù)頻率分成一系列相連的頻帶。

當帶通頻率滿足log2(f2/f1)=1時稱為1倍頻程，log2(f2/f1)=1/2稱為1/2倍頻程，log2(f2/f1)=1/3稱為1/3倍頻程，式中f1和f2稱為帶通濾波器的上下截止頻率。

響度級，等響曲線和響度

人耳能接收聲波的頻率大約在20Hz到20kHz

“響”與“不響”這種感覺同聲波的強度和頻率密切相關(guān)。相同聲壓級單頻率不同的聲波，人耳聽起來會不一樣。為了定量描述聲音的這種特性，通常采用1000Hz純音為標準，定義其聲壓為響度級，其符號是LN，單位為“方”（phon）。其它頻率的聲音響度級通過與1000Hz純音相比較來確定。

計權(quán)聲級由于人士的感覺餐受到頻抗率的影筐響，為偵了使聲匯音的量沫度和人走的聽覺桌一致，仿在測試沈過程中續(xù)對信號恭進行了申模擬人拳耳的濾賄波，該追濾波稱巧為計權(quán)漲，根據(jù)鹿頻響特困性的不咽同，計淘權(quán)分為弱A計權(quán)疾、B計年權(quán)、C木計權(quán)和得D計權(quán)艇等D計權(quán)鍋常用于址航空噪檢音的測粘量。A壯計權(quán)的環(huán)頻率響征應與人趣耳對寬縫頻帶的攻聲音靈恒敏度相區(qū)當，目裂前被廣囑泛應用籮為評價麻參量。第三章鉗噪聲控制3.1噪聲源翁識別根據(jù)噪棋聲源的亦發(fā)聲機愧理通常僵將噪聲草分成三贏類：機械噪聲長，空氣動瓦力噪聲和跑電磁噪聲越。機械噪已聲往往坦由于機能械部件港的振動街，撞擊框，摩擦越，不平濾衡等造擺成?？諝鈩恿朐肼暿怯伤接跉怏w流蝕動中的相朽互作用或捧與固體間降的作用而執(zhí)產(chǎn)生的噪餃聲。電磁噪方聲則是上由于電獲磁場的蜜交變造酒成機械弓部件或鳥空間容貪積的振露動而產(chǎn)植生的。（1）主觀泥評價法（2）分別運虛行法（3）覆蓋優(yōu)法（4）表面課振速測省量法（5）信號直分析法（6）撫聲強測豪量法（7）聲躁全息法3.2鑄噪聲的練被動控制微和主動控趟制被動控懂制和主火動控制斃。所謂廚被動控蠢制指噪描聲控制斑過程中意除噪聲竭源外沒噸有其它鳳外加能監(jiān)量輸入呀的控制兆方法。迅傳統(tǒng)的杯吸聲，叼隔聲，靈消聲及敬隔振等僅均屬噪躁聲被動繁控制。如果在噪趴聲控制過拿程中，在破噪聲源以澆外，人為茂加入能量堵（次級聲糕源或次級蒸力源等）退來控制噪奮聲的方法防稱為噪聲彼主動控制閃。吸聲降噪吸聲降產(chǎn)噪技術(shù)吵通常分帶成兩類仰：多孔鈴吸聲材季料和吸專聲結(jié)構(gòu)基于能量蹦的吸聲系茫數(shù)式中稠是入射能宗量，是錦吸收能量家，是反痰射系數(shù)實際吸聲繭量：（1）多孔吸受聲材料吸聲材瞇料是指色能夠把殿入射在巷其上的撓聲能大恥量吸收艱的材料干。噪聲控制滑工程中常禽用的吸聲侍材料都是柜多孔材料益，如礦渣槽棉、石棉惰、玻璃棉腦、毛氈、親木絲板等權(quán)，這些材其料表面富殿有細孔，裝孔和孔之蓄間互相潑聯(lián)通，泳并深人雷到材料虎內(nèi)層，濟聲波容發(fā)易順利輝地透入途．當聲辱波進人和材料孔撤隙時，鋼引起孔如隙中的廁空氣和嫩材料的建細小纖忘維波動蛋，由于切摩擦和跪粘滯阻乒尼作用瞇，聲能恥變?yōu)闊狁偰芏馁R散掉。多孔吸聲膛材料的吸聚聲特性隨鈴聲的頻率餡的變化而隔變化，低送頻時，由巖于孔隙中破的空氣在詠單位時間旦內(nèi)的振動送次數(shù)少，孟對聲波的主衰減作用胞不大，故贈吸聲系數(shù)期很低。隨蓬著頻率的蝴提高，吸個聲系數(shù)逐語漸增大，司達到某一遮值后，增蓮加不再明盆顯。同一種立多孔吸潛聲材料巴實際使漂用中增粘加吸聲梳材料的糕厚度，琴可以提犧高低、冶中頻的慘吸聲效沫果，對貫高頻吸唉聲效果旗幾乎沒快有影響宇，但厚怖度增加蟻到一定腔程度后級，效果家就變得哈不明顯并了，而伴成本卻優(yōu)增加很跨多，是坊不經(jīng)濟餓的。此卸外如果鳥吸聲材媽料結(jié)構(gòu)厲設(shè)計時馳增加附術(shù)加背后瞞空氣層特也可起鑼到提高忽中、低瘦頻吸聲樸效果的犧作用。（2）共振吸場聲結(jié)構(gòu)薄膜共振齡吸聲結(jié)構(gòu)穿孔板區(qū)吸聲結(jié)彈構(gòu)微穿孔板講吸聲結(jié)構(gòu)穿孔板默的穿孔腳直徑減堪小到1港mm以劑下，則梳可增加交吸聲系弦數(shù)，拓常寬吸聲茅頻帶。亮微穿孔損板吸聲扣結(jié)構(gòu)通攪常指板才厚小于暢1mm姨的薄板搖上穿以乘孔徑小司于1m傾m的微憂孔，穿分孔率在密1%-卻-5%擺，板后懇面留有船5－2閣0mm節(jié)厚度空撈氣層的淹吸聲結(jié)癥構(gòu)。微穿孔板本吸聲結(jié)構(gòu)夜可以在氣濾流、溫度饅、濕度的劍大幅度變往化的環(huán)境境中應用，電其吸聲頻蜘帶寬度可倘以達到6—10個1/3倍頻程(3)聾隔聲結(jié)雞構(gòu)衡量隔決聲效果繞的兩個箏重要指鄙標是聲矩強透射旅系數(shù)（綠簡稱透趴射系數(shù)局）和隔陡聲量隔聲量1)單褲層壁的糊隔聲隔聲的懲“質(zhì)量菠定律”若聲波掉以角度境入射到泊壁面上羅而其它石條件不古變，則腿隔聲量簡為若聲波喜無規(guī)入候射到壁坦面上，休則隔聲帖量為2)雙層隔稈聲結(jié)構(gòu)雙層壁隔甚聲機理：聲波激吸發(fā)起第芹一層壁預振動時崖，這種證振動先肆傳給空拜氣層，青再傳給銅第二層揭壁，然嘗后再向礎(chǔ)另一側(cè)寨輻射聲殊能。由衫于空氣算層的彈廚性變形緩具有緩失沖減振蒼作用，害使得傳暈給第二掛層壁的述振動大趣為減弱摘，從而疼提高了哪總的隔億聲量。但雙層面隔聲結(jié)難構(gòu)間的靜空氣會墊作為彈所簧與隔泰聲壁質(zhì)赴量發(fā)生批共振，協(xié)影響隔貍聲效果糧，其共遇振頻率揭可以寫你為入射波時頻率低撓于共振光頻率時辱雙層壁貫的隔聲剩量：入射波嫩頻率高乓于共振聚頻率時續(xù)雙層壁厚的隔聲私量：通常雙層籮壁之間空倆氣層厚度勸增加，隔腦聲量增加筆，但空氣柄層厚度超奸過10額cm后，砍隔聲量就脅幾乎不再姥增加，故梅實用上一雹般取空氣唐層厚度為袋8～10島cm。雙層壁隔西聲也存在疏同單層壁遺一樣的吻錦合效應，判若兩壁為側(cè)厚度相同隙的同種材來料時，其塊吻合臨界待頻率與單襖層壁相同祥，可使隔記聲量明顯守下降。若步兩壁采用臨不同材料腳或設(shè)計成迷不同厚度蘋時，可便裳兩個單層丟壁的臨界日頻率互相射錯開，從器而避免出局現(xiàn)隔聲量達低谷過深凝的吻合效溜應區(qū)域。在雙層撕壁的中揀間空氣井層填入勢適量的磁吸聲材缺料，可職以消除電共振及紗吻合效另應對隔既聲效果冒的影響議一般在孫壁的中峽間空氣害層填充頁一些內(nèi)升阻較大可的材料潑，如玻堆璃棉、潤礦植棉彈等，這毒樣會吸已收聲能漫，進一拖步提高偷結(jié)構(gòu)的久隔聲效懸果，可柔以提高致結(jié)構(gòu)隔塞聲量。（3）覽消聲器阻性消聲叫器：a吸聲材田料的平西均吸聲鞏系數(shù)；L是消聲禍器斷面碰周長；S消聲器影截面有約效面積正；l指消聲器奧的有效長恩度。阻性消泊聲器除聯(lián)低頻吸險聲特性墓不是很片好外，憶還存在重一個高液頻失效謝問題。辱當聲波沒頻率足千夠高時練，聲波百波長相極對通道逝截面尺詞寸很小眼，此時球，聲波岡呈束狀林通過消繪聲器，咬很少與敲吸聲材荒料接觸排，于是登消聲性品能顯著辰下降。目產(chǎn)生這蛋一現(xiàn)象墨的頻率猜稱為上件限失效耀頻率fLc0是聲速，D為消聲厭器的當游量直徑譜?？剐韵曒v器:它主要利紐奉用截面突禁變造成聲患傳播通道法的阻抗失墳配，產(chǎn)生趕聲能的反美射，從而扒達到消聲荒目的?？剐韵暷闫鞯臄U張蔑比抗性消聲牌器上限失描效頻率fL下限截止匪頻率fBS指連接但管的截濱面積；L是連接管葛的長度，V表示擴張吵室的體積第四章漠阻尼技術(shù)阻尼的兵影響１阻尼處靠在形式及煙數(shù)學表達對數(shù)衰足減率：（N個波靜形峰值平業(yè)均）阻尼系小數(shù)：阻尼損完耗因子表面阻毀尼處理廳結(jié)構(gòu)設(shè)餡計一分府類：自由阻尼允處理：拉半壓變形耗騙散振動能冷量約束阻尼叮處理：剪樹切變形耗度散振動能摘量調(diào)諧阻漫尼器調(diào)諧阻尼蔬器的減振債