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声学原理第8章-噪声控制技术.pdf

发布时间：2022-06-09 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.94M 资料格式：pdf 举报 版权申诉
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    声学原理 声学原理 第第88章章 噪声控制技术 噪声控制技术 8 1 概述 8.1 概述 8.2 吸声降噪 8.3 隔声原理 8.4 消声器 8 5 振动抑制 8.5 振动抑制 第第88章章 噪声控制 噪声控制 §8 2 吸声降噪 §8.2 吸声降噪 吸声系数与吸声量 吸声 降低噪声 尤其是室内噪声的最 吸声：降低噪声，尤其是室内噪声的最 常用手段之一。 原理： 原理： 效果：吸声材料反射声能Er入射声能Ei透 反射声能Er 入射声能Ei 射声能Et吸收声能Ea 射声能E 吸收声能E 局限：对直达声无效   吸声系数的定义 吸声系数的定义  E E 吸声系数： E E E  i i 与入射的声波频率有关: i i E E E r r   E E a E E E   t E  E E ( f )  a i i t 0   1 1 吸收声能E 吸收声能Ea 透射声能Et 吸 声 声 材 料 吸声系数的测量： 驻波管、传递函数、混响室无规入射、脉冲响应 吸声系数的测量： 驻波管、传递函数、混响室无规入射、脉冲响应 吸声量：A=S赛宾 米2 ，简称塞宾 3 第第88章章 噪声控制 噪声控制 §8.1 概述 §8.1 概述 噪声控制的必要性 引起烦恼 有害健康 可能致命 引起烦恼、 有害健康、可能致命 满足法规（标准）对环境和产品的限制要求 产品市场竞争的失败 产品市场竞争的失败 产品市场的技术门槛 声 染的特点 噪声污染的特点 直接作用于受者（人） 噪声污染本身没有累积和延迟效应，但噪声伤害有累积和延迟效应 噪声控制的基本途径 噪声控制的基本途径 噪声污染方式： 声源---媒质-----受者（人耳） 噪声控制的基本途径： 声源控制 传播路径控制 受者保护 噪声控制的基本途径： 声源控制、传播路径控制、受者保护 第第88章章 噪声控制 噪声控制 8.28.2 吸声降噪 吸声降噪 吸声材料与吸声结构 吸声材料与吸声结构 纤维类：玻璃棉、矿渣棉、毛毡等 泡泡沫类：泡沫塑料、泡沫玻璃、泡沫 橡胶、泡沫铝等 颗粒类：珍珠岩、多孔砖等 颗粒类：珍珠岩、多孔砖等 吸声机理：媒质与材料摩擦说、声波 激发材料纤维振动说 特点：阻抗与媒质接近、渐变阻抗 特点 阻抗与媒质接近 渐变阻抗 孔洞相互贯通 对高频声的吸声效果好 吸声材料往往隔声性能差 2 4
    第第88章章 噪声控制 噪声控制 88.2.2 吸声降噪 吸声降噪 第第77章章 噪声控制 噪声控制 8.28.2 吸声降噪 吸声降噪 吸声材料与吸声结构 吸声材料与吸声结构 影响多孔材料吸声系数的主要因素 材料流阻：流阻↓→α↑ 材料流阻：流阻↓→α↑ 材料结构：孔的形状与分布 材料厚度：厚度↑→α 移向低频 材料厚度：厚度↑→αmax移向低频 材料容重：容重↑→αmax移向低频 空气层厚度：厚度↑→αmax移向低频 空气层厚度 厚度↑ max移向低频 第第77章章 噪声控制 噪声控制 88.2.2 吸声降噪 吸声降噪 共振吸声结构 共振吸声结构 穿孔板吸声结构 原理：小孔中空气共振吸声 优点：低频吸声效果好 缺点：吸声频带窄 共振吸声频率： 其中： 其中： f r  c 2 p hL K D p：穿孔率，通常0.5-10%， h：空腔深度(50-300mm) LK：小孔有效颈长，LK=t+0.8d, t 是板厚(1.5-10mm), 小孔直径d(2-15mm) 5 7 共振吸声结构 共振吸声结构 薄板共振吸声结构 原理：薄板共振吸声 优点：低频吸声效果好 优点 低频吸声效果好 D 缺点：吸声频带窄 共振吸声频率： 共振吸声频率 f r  c 2  mD 其中：m是薄板面密度，c是声速， 其中 是薄板面密度 是声速 ρ是媒质（通常是空气）的密度， D是空腔深度 D是空腔深度 实用中：板厚取3~6mm，D取30~100mm，共振吸声系数可大于0.5。 空气层中填充吸声材料 可提高吸声系数 加宽吸声频带 空气层中填充吸声材料，可提高吸声系数，加宽吸声频带。 第第88章章 噪声控制 噪声控制 8.28.2 吸声降噪 吸声降噪 微穿孔板吸声结构 微穿孔板吸声结构 原理：微孔共振吸声 优点：吸声量、频带宽度均大于普通穿孔板吸声 共振吸声频率： 共振吸声频率 c 2  f r p hL L K 其中：h为腔深， Z c  相对声阻抗为 相对声阻抗为： K  t 8.0 d    r j mj   j t jctg ph 3 D  c D 板厚t小于1mm, 小孔直径d小于1mm, 穿孔率p为0.8-5% r r 其中 r为相对声阻 其中，r为相对声阻，  m m是相对声质量， atK d 2 .0  r p 294  10 3 tK m / p 6 8
    第第88章章 噪声控制 噪声控制 8.28.2 吸声降噪 吸声降噪 第第88章章 噪声控制 噪声控制 8.28.2 吸声降噪 吸声降噪 微穿孔板吸声结构 微穿孔板吸声结构 微穿孔板共振吸声频率 K 为声质量系数: Km为声质量系数: 1 1   K K m Kr为声阻系数: K r  1    d 85.0 t 1 9  2 X 2 X 2 2 32  X 2 8  d t X  ab f D 常数a和b与材料性质有关 对导热较差的板a=0 117 b=0 32; 常数a和b与材料性质有关，对导热较差的板a=0.117, b=0.32; 对导热性能较好的板,如金属板, a=0.235, b=0.21。 声吸收的频带宽度近似地由r/m决定，该比值： Kf K r  m / 越大 吸声频带就越宽 反之则越窄 其中 r/m越大，吸声频带就越宽，反之则越窄。其中： L d 2 K K r m r m 50 或   m r L是常数，金属板L=1140，隔热板L=500 1 X K K K r m 2  X 1.05.0   005.0 X 2 2 参数中 空气密度ρ(kg/cm3) 声速c(m/sec) 腔深h(mm) 参数中，空气密度ρ(kg/cm3)，声速c(m/sec)，腔深h(mm)， 板厚t(mm)，微孔直径d(mm) 第第88章章 噪声控制 噪声控制 8.28.2 吸声降噪 吸声降噪 吸声降噪的应用 吸声降噪的应用 适用场合 反射声较强处 如厅堂 室内 车厢等 反射声较强处，如厅堂、室内、车厢等 通常只在（室内或腔内）吸声系数较小时才有效 局限性：不能改变声源的声功率 局限性：不能改变声源的声功率 不能降低直达声 降噪极限：6-10dB 吸声降噪的方法 吸声墙面、空间吸声体 讨论1：某车间测得噪声的声压级为为主的低频噪声85dB，主要频率为 125Hz，请用厚度4mm的木板设计小孔吸声结构，要求该结构的总 厚度不能超过h=110mm。t=4mm, d=5mm, h=100mm, p=0.5%, 厚度不能超过 c 2 2  005.0 0(*10 004 004.0(*1.0   334 2 2  0 )005.0 )005 (125 Hz fr    ) p hL hLK 9 11 微穿孔板吸声结构 微穿孔板吸声结构 微穿孔板吸声系数α   1(  2 r )  2( 4 r r 4 mf  共振时： 2  mf 0  ctg 吸声系数为 /2的频带宽度： 吸声系数为0/2的频带宽度： hf 2  0 c hf hf 2 2  1 c hf f 2  2 2 c 2  mf 1  ctg  1( r ) mf mf 2 2   2 ctg ctg  1( 1(   r r ) ) D  ctg 2 fh  c 2 )  0  0 4  r r 2  1 f  f 2  f 1 应用实例：德国新议会大厦会议大厅，5mm厚有机玻璃，0.55mm孔径, 1.4%穿孔率。 §8 3 隔声原理 §8.3 隔声原理 第第88章章 噪声控制 噪声控制 声传递途径：空气、结构 单层匀质构件的隔声原理 单层匀质构件的隔声原理： 入射声波： cos( t    i p u  i p p r P i P i c  11 P P   r cos( t  cos( cos( t t   1xk ) xk )  1 xk 1xk   ) ) 反射声波 反射声波： pr pr pi ρ2c2 ρ2 2 p2i p2i p2rD ρ1c1 0 0 ρ1c1 p pt x cos( cos( t t     xk xk 1 ) ) p 2p 固体中的透射波： 固体中的透射波 2 i i  P 2 2 i i t cos( (   xk 2 2 ) ) cos( t   xk 2 ) p 固体中的反射波： 固体中的反射波： 2 r  P 2 r cos( t   xk 2 ) u 2 r  cos( t   xk 2 ) 透射波： p t  P t cos( t   1xk ) u t  t   1xk ) u ur   P r c  11 u  2 i P i 2 22c  P r 2 c 22c  cos( P t c 11c  10 12
    第第88章章 噪声控制 噪声控制 8.3 隔声原理 单层匀质构件的隔声原理 界面的声学边界条件： P P 2  i 2 P P i i 2 2 c  2 PP  r i P P P P i i r c c  11 11 0x 处:    2  r ρ1c1 pr pi P P r 2 2 c  2 2 Dx  处: Dx  处: cos( i cos( P 2 P 2 t  t  i  ) PDk   r 2 2 PDk cos( 2 2  ) r ) PDk t cos(    t 2 11c c  t Dk ) 11  2 c  22   0  t  cos( P t t  cos( ρ1c1 pt x x ρ2c2 p2i p2r D Dk ) 1 Dk 1  ) 可以求得反射系数： r p  P r P i i  2 2 cos cos Dk Dk 2 (  c  c    22 22 c   11 t t cos ( cos (    c c 11 11 c 22 c  22 c  11 sin) Dk 2 sin t      c 11 c 22 sin) sin) Dk Dk 2 sin sin t t   13 第第88章章 噪声控制 声强透射系数（透声系数） 声强透射系数（透声系数） 噪声控制 8.3 隔声原理 ρ2c2 ρ1c1 ρ1c1 ρ1c1 ρ1c1 p2i p2 p2r D 0 pt x     I t I Ii i 1  r 2 p 4 4 cos cos 2 Dk Dk 2 2   ( ( 4 c c   22 11 c c  11 22   2 ) ) sin sin 2 Dk Dk 2 2 pr pi pi 通常: 又 sin D D ，即 即 Dk Dk 2 DkDk 2  c   2 c 11 2 2 ,   D 2  cos 1 1   Dk 2  1    4 c  22 c   11 11     4   2 1  Dk 2     1 M  c 2   11 11     2     第第88章章 噪声控制 噪声控制 8.3 隔声原理 传声损失 传声损失 因τ在1~0.000001间变化, 使用不便, 故工程 ρ1c1 p pr pi ρ2c2 ρ2c2 p p2i p2r D D 0 ρ1c1 pt x 第第88章章 噪声控制 噪声控制 8.3 隔声原理 吻合效应 吻合效应 现 象：对于某些频率的声波，单层隔声构件的传声损失变得很小。 原 因：入射声波激发隔声构件振动，振动辐射声，导致透声增大。 条 件：吻合效应临界频率 fc  c 2 2 sin 2 2  12 12 1( 1( 2 2   ED 2 ) )  LTL 中使用传声损失: 中使用传声损失: 1lg  传声损失的测量： L 10 L   L TL  pi pt 斜入射的传声损失： L LTL   10 10 lg lg 一般地： cosM M cos   c 2  11   隔声材料的特点: 10 lg 1  (     M  c 2   11 11 2 )     ( dB ) 或 L TL  10 lg p 2 i p pt 2 ( dB ) 1 1             M cos  c 112  2      ,1  LTL 20 lg(      cosM   ) 其中，M面密度kg/m2，ω声 波角频率 θ声波入射角 波角频率，θ声波入射角，ρ 空气密度kg/m3，c声速m/s M cos 11c 2  面密度加倍，隔声量提高6(5)dB; 频率提高一倍，隔声量提高6(4)dB 密实、厚重，面密度20kg/m2以上, 往往不吸声 15 14 16
    第第88章章 噪声控制 噪声控制 8.3 隔声原理 双层墙隔声 双层墙隔声 点：相同M，LTL远大于单墙 特 理论计算: 声反射、透射理论,复杂、误差大 论 算 经验估算： LTL  20 lg( MD )  (26 dB ) pr pi pt pt p2r p2t D D: 空气层厚度，单位mm。 适用范围：100~3150Hz的平均隔声量。 第第88章章 噪声控制 噪声控制 8.3 隔声原理 隔声罩设计步骤 隔声罩设计步骤 （1）测量机器（声源）的频谱； （2）确定声级和倍频程隔声量，设计通常比理论值 放大5dB左右。 （3）选择材料，设计结构 讨论2：2mm厚钢板隔声罩，已知钢板的传声损失LTL为29dB，钢板的 平均吸声系数为0.01, 隔声罩的隔声量是多少？后在罩内作吸声处理, 平 均吸声系数达到0 4 隔声罩的隔声量又是多少? 平均吸声系数达到0 9 隔 均吸声系数达到0.4, 隔声罩的隔声量又是多少? 平均吸声系数达到0.9, 隔 声罩的隔声量又是多少? 传 TL 17 19 第第88章章 噪声控制 噪声控制 88.3 隔声原理 隔声罩 隔声罩 dB dB ) ) ( (  L L TL L L TLS 隔声罩的隔声量TLS的估算： l10 lg10   : 罩内表面的平均吸声系数， LTL：材料的隔声量。 ( - L. L lg10 230 TL TL 0 0 Mf (lg18 ) 44  L 对于无规入射： TL LTL 近似公式：   0 ) 0 0 面密度 M 或频率 f 提高1倍，LTL0提高5.4dB 面密度 或频率 f 提高 倍， TL0提高5. d 隔声罩的设计要领: 注意散热 注意散热 罩内吸声 与罩内声源无刚性接触 选材、厚度 选材、厚度 形状 无空隙漏声 第第88章章 噪声控制 噪声控制 8.3 隔声原理 声屏障 声屏障 原理：衍射、声影区 计算方法 计算方法：波动理论---边界元方法； H 声 声 源 几何声学。 常用几何声学估算： p 2 b  p 2 d 插入损失 插入损失： L STL  lg10 菲涅耳数Ni : iN  i N i  2 n  i 1  3 3  i 1  1 10 1 1 10 3  3  N i 对于有限长声屏障，i=1、2、3。 对于无限长声屏障，i=1  TLSL L    吸声系数的影响 （1）存在混响的场合 吸声系数的影响：（1）存在混响的场合，  透射声的影响：要求 求 射声的 响 (2）无混响的场合 对提高LTLs作用很小。 L L L TL L STL 10 10  18 接 收 接 收 点 , δi：声程差 20
    第第88章章 噪声控制 噪声控制 8.3 隔声原理 声场分布 (500Hz) 第第88章章 噪声控制 噪声控制 §8 4 消声器 §8.4 消声器 消声器的种类与性能 功能：降低进、排气口或管道内的气流噪声。 种类：阻性、抗性(扩张、共振、干涉)、阻抗复合型、微穿孔板消声器； 排空（小孔 节流 多孔降压） 有源消声器 排空（小孔、节流、多孔降压）； 有源消声器 第第88章章 噪声控制 噪声控制 8.4 消声器 消声器的种类与性能 消声器的种类与性能 抗性(扩张)消声器 l1 l2 共振型消声器 微穿孔板消声器 21 23 22 第第88章章 噪声控制 噪声控制 8.4 消声器 消声器的种类与性能 消声器的种类与性能 消声器的评价 降噪性能： 降噪性能 传声损失：进、出消声器的声能之差 L L W lg10 lg10 L L TL   out W in W out   L L W in  (dB) (dB) LTL是消声器本身的特性，与噪声源的强弱无关，但与频谱有关。 声源 LWin LPin 消声器 LWout LPout 末端声压级差： 末端声压级差 L IL  L P in  L P out (dB ) 插入损失 插入损失： L IL  L P 1  L P 2 (d dB ( ) ) 通常，用倍频程传声损失(或插入 损失)来评价消声器的降噪性能 损失)来评价消声器的降噪性能 LPin 消声器 LPout Lp1 p1 45 ْ◌ Lp2 45 ْ◌ 24
    第第88章章 噪声控制 噪声控制 8.4 消声器 第第88章章 噪声控制 噪声控制 8.4 消声器 消声器的种类与性能 消声器的种类与性能 消声器的评价 消声器的评价 机械气体动力性能: 压力损失 消声器进 出口的全压之差 压力损失：消声器进、出口的全压之差。 L LPin 消声器 消声器 L LPout 如进、出口面积相同，即等于静压之差。 压力损失主要包括摩阻损失和局部损失 压力损失主要包括摩阻损失和局部损失。 机械性能: 强度、寿命、尺寸重量、外观和成本等。 Lp1 Lp1 45 ْ◌ Lp2 45 ْ◌ 25 第第88章章 噪声控制 噪声控制 8.4 消声器 阻性消声器 阻性消声器 消声器的气流再生噪声 原因：因局部阻力和摩檫阻力在消声器内产生湍流，辐射噪声； 原因：因局部阻力和摩檫阻力在消声器内产生湍流，辐射噪声； 气流激发消声器结构振动而辐射噪声。 后果：消声器出口噪声不可能小于气流再生噪声。 后果 消声器出 噪声不可能小于气流再生噪声 估算：试验研究气流再生噪声倍频程声功率级LDBF,Z与流速v、中心频率f 关系。如从某型消声器的试验结果曲线拟合得关系式为： L DBF , Z  2 72  l60 lg60 v  l20 lg20 f f 措施：降低流速(空调消声器, v应小于5m/s, 鼓风机和空压机v为20-30m/s), 估算： 改进结构 改进结构。 Lout 消声器L r Lin 消声量估算方法 消声效果不受环境噪声干扰条件: 出口噪声大于环境噪声10dB以上 出 噪声大于环境噪声 以 (Lout-Lr)≥10dB (Lr-Lout)≥10dB ΔL= Lin-Lout ΔL= Lin-Lr ∣Lout-Lr∣＜10dB ΔL= Lin-10lg(10Lout/10+10Lr /10) 27 阻性消声器 阻性消声器 阻性消声器的设计计算 原理: 吸声材料消耗声能量 原理: 吸声材料消耗声能量 适用范围：中高频噪声 声衰减量的估算： 声衰减量的估算 L ( ) P P S l 或 03.1  L 4.1 P S l P: 截面周长; l: 消声器长度; S: 截面面积， P: 截面周长; l: 消声器长度; S: 截面面积， α：材料吸声系数（管测法）， ：材料吸声系数（混响室法）  α与修正后的系数φ(α)之间的关系 α 0.5 φ(α) 0.7 0.2 0.25 0.4 0.55 0.3 0.40 0.1 0.1 0.6-1.0 1-1.5 高频失效: 高频失效: 原理： 高频失效频率：c c 85.1 D fn D: 消声器通道的当量直径，（圆直径、或面积开方） 解决办法: 多通道式消声器, 如片式、蜂窝式、弯头式。 注意：以上措施对低频噪声无效 注意：以上措施对低频噪声无效。 第第88章章 噪声控制 噪声控制 8.4 消声器 阻性消声器 阻性消声器 阻性消声器的设计 • 确定各中心频率的消声量 确定各中心频率的消声量 • 确定消声器形式 • 当气流通道D小于300 mm时, 可选用直管式； • 当气流通道D为300-500mm时, 可在中间加一片吸声层或吸声芯； • 当气流通道D大于500mm时, 可选用片式、蜂窝式、弯头式等； • 选用吸声材料、设计吸声层 选用吸声材料 设计吸声层 • 设计消声器长度 • 选择吸声材料、护面结构 选择吸声材料、护面结构 • 根据高频失效与气流再生噪声的影响, 验算消声量 安装：安装： • 尽可能靠近声源 • 如果只能装在远离声源处，不要使消声器与声源之间的管段长度等 于噪声峰值频率波长的1/4的奇数倍，以防管路出现共振。 26 28
    第第88章章 噪声控制 噪声控制 8.4 消声器 抗性消声器 抗性消声器 抗性消声器原理 声压： i p p p r   P i P P r cos( cos( cos(  t  t t    kx ) kx kx ) ) p p t t  P P t t cos( cos( t t   pr S S 1 kx kx pi ) )  粒子速度： u u i   u u t  P i c  P t c  cos( cos( t t    kx kx ) ) cos( cos( t t    kx kx ) ) u r  Pr  r c  ( cos( t t    k kx ) ) 界面平衡条件： 界面平衡条件 界面连续条件： PP PP r  i  P P t S 1 c  ( ( P P   i P P r ) )   PS t 2 c  抗性消声器 第第88章章 噪声控制 噪声控制 8.4 消声器 p pt S S2 x 29 扩张室消声器 特点：消声量大（15 25dB） 适用于低频 特点：消声量大（15-25dB），适用于低频。 声强透射系数： I I  4 4 cos 2 kL  (  2 ) sin S S 1 S 2 S S S 2 2 传声损失ΔL： S2 S1 S S1 L 2 kL L  1lg10  I  11lg10  4      2   m   1 m    sin 最大消声频率: sin2 kL 1  kL  2 2 2( N  )1 2   kL      k    k：波数， 扩张比m=S2/S1， m↑→ΔL↑ m↑→ΔL↑ 2        L  4 4 2( N  )1 当扩张段的长度为峰值噪声波长1/4的奇数倍时消声量最大。 如果膨胀管的长度一定，则 如果膨胀管的长度 定，则 最大消声量对应的频率为： 2( L )1 N max f     max f c c L 4   31 第第88章章 噪声控制 噪声控制 8.4 消声器 抗性消声器 抗性消声器 抗性消声器原理 PP PP r   i   P P t S 1 c  ( ( P P  i i P P r ) )  PS t 2 c  声压反射系数： 声压反射系数： 声强透射系数： 声强透射系数： r p  P r P i  1 I  r I S S 1 1 1  pr S1 pi pi pt S1 x   S S 2 2 r 2 p  4 ( S 1 SS 1 S  2 2 2 ) 声功率透射系数：  W  2 SI 2 SI 11   I S S 2 1  S 4 2 2 S  2 ) 2 ( S 1 第第88章章 噪声控制 噪声控制 8.4 消声器 抗性消声器 抗性消声器 扩张室消声器 传声损失ΔL 传声损失ΔL： L  1lg10  I  11lg10  4      2   m   1 m    2 sin   kL    S2 S1 S S1 L 通过频率: fmin=Nc/2L L等于声波半波长整数 倍时，该频率声波“畅 通无阻”。 30 32
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