機械振動與噪聲控制基本概念聲學基礎噪聲控制阻尼技術隔振理論振動－－物體或質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計權第二章聲學基礎2.1波動方程與聲的基本性質2.1.1理想介質中的聲場波動方程

理論上靜態(tài)大氣壓設定為p0，媒質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質點形成的面。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生的。凡能產生聲的振動物體統(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聲傳播及結構聲輻射1.垂直入射聲波的反射和透射在媒質1中的質點速度根據在媒質2中的聲壓值在媒質1中的聲壓值在媒質2中的質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)

吸聲系系數(shù)吸聲系系數(shù)越越大表表示了了聲波波透射射越大大。當a=1時時，垂垂直入入射聲聲波將將從一一個媒媒質完完全進進入到到另一一個媒媒質，，只要兩兩個媒媒質的的特性性阻抗抗相同同時，，垂直直入射射聲波波都會會有a=1的的全透透射。。當a=0時時，表表示垂垂直入入射聲聲波將將產生生全反反射2.3聲聲阻抗抗、聲聲強及及聲功功率2.3.1聲阻阻抗、、聲強強和聲聲功率率的定定義描述聲聲輻射射和聲聲場特特性的的一個個重要要概念念是聲聲阻抗抗。對對于一一個聲聲源來來說，，如果果它的的表面面振速速是u，表面面積是是S，則uS稱為體體積速速度U。該聲聲源表表面聲聲壓與與聲源源體積積速度度之比比稱為為聲阻阻抗Z。聲阻抗Z是復數(shù)，，其實部部稱為聲聲阻R，虛部為為聲抗X。聲阻抗抗的實部部表示了了能量的的“損耗耗”，這這個損耗耗表示了了聲能從從一個地地方傳播播到另一一個地方方，也就就是聲源源對外輻輻射的過過程開放空間間聲場，，由于體體積速度度概念變變得不很很明確，，此時通通常采用用聲阻抗抗率這個個概念來來描述聲聲場概念念。聲阻阻抗率定定義為聲聲場中某某點的聲聲壓值與與該點速速度的比比值平面聲波波在媒質質中傳播播時的聲聲阻抗率率為聲強和聲聲功率聲場中某某點處，，與質點點速度方方向垂直直的單位位面積S在單位時時間內通通過的聲聲能稱為為瞬時聲聲強.對于穩(wěn)態(tài)態(tài)聲場，，聲強是是指瞬時時聲強在在一定時時間T內的平均均值對于在自自由空間間中傳播播的平面面聲波，，單位時間間平均聲聲強可以以寫為單位時間間平均聲聲功率2.3.2聲聲壓級、、聲強級級、聲功功率級測測量及聲聲譜分析析單位：dB聲壓級pe——被測測量聲壓壓的有效效值；pref——參考考聲壓。。在空氣中中參考聲聲壓pref為2×10-5Pa。，即為為正常人人耳朵對對1kHz的聲音剛剛能聽到到聲壓值值聲強級參考聲強強Iref取為10-12W/m2聲功率級級W——測量量的聲功功率的平平均值，，對于空空氣媒質質，參考考聲功率率W=10-12(瓦)聲強級與與聲功率率級之間間的關系系聲頻譜分分析在聲譜分分析中一一個常用用的分析析是倍頻頻程分析析，所謂謂倍頻程程分析是是將連續(xù)續(xù)頻率分分成一系系列相連連的頻帶帶。當帶通頻頻率滿足足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稱為帶通通濾波器器的上下下截止頻頻率。2.3.2響度級，，等響曲曲線和響響度人耳能接接收聲波波的頻率率大約在在20Hz到20kHz“響”與與“不響響”這這種感覺覺同聲波波的強度度和頻率率密切相相關。相相同聲壓壓級單頻頻率不同同的聲波波，人耳耳聽起來來會不一一樣。為為了定量量描述聲聲音的這這種特性性，通常常采用1000Hz純音為標標準，定定義其聲聲壓為響響度級，，其符號號是LN，單位為為“方””（phon）。其它它頻率的的聲音響響度級通通過與1000Hz純音相比比較來確確定。計權聲級級由于人的的感覺受受到頻率率的影響響，為了了使聲音音的量度度和人的的聽覺一一致，在在測試過過程中對對信號進進行了模模擬人耳耳的濾波波，該濾濾波稱為為計權，，根據頻頻響特性性的不同同，計權權分為A計權、、B計權權、C計計權和D計權等等D計權常常用于航航空噪音音的測量量。A計計權的頻頻率響應應與人耳耳對寬頻頻帶的聲聲音靈敏敏度相當當，目前前被廣泛泛應用為為評價參參量。第三章噪噪聲控控制3.1噪聲源識識別根據噪聲聲源的發(fā)發(fā)聲機理理通常將將噪聲分分成三類類：機械噪聲聲，空氣氣動力噪噪聲和電電磁噪聲聲。機械噪聲聲往往由由于機械械部件的的振動，，撞擊，，摩擦，，不平衡衡等造成成。空氣動力力噪聲是是由于氣氣體流動動中的相相互作用用或與固固體間的的作用而而產生的的噪聲。。電磁噪聲聲則是由由于電磁磁場的交交變造成成機械部部件或空空間容積積的振動動而產生生的。（1）主觀評評價法（2）分別運運行法（3）覆蓋法法（4）表面振振速測量量法（5）信號分分析法（6）聲聲強測量量法（7）聲聲全息法法3.2噪噪聲聲的被動動控制和和主動控控制被動控制制和主動動控制。。所謂被被動控制制指噪聲聲控制過過程中除除噪聲源源外沒有有其它外外加能量量輸入的的控制方方法。傳傳統(tǒng)的吸吸聲，隔隔聲，消消聲及隔隔振等均均屬噪聲聲被動控控制。如果在噪噪聲控制制過程中中，在噪噪聲源以以外，人人為加入入能量（（次級聲聲源或次次級力源源等）來來控制噪噪聲的方方法稱為為噪聲主主動控制制。吸聲降噪噪吸聲降噪噪技術通通常分成成兩類：：多孔吸吸聲材料料和吸聲聲結構基于能量量的吸聲聲系數(shù)式中是是入射射能量，，是吸吸收能量量，是是反射系系數(shù)實際吸聲聲量：（1）多孔吸吸聲材料料吸聲材料料是指能能夠把入入射在其其上的聲聲能大量量吸收的的材料。。噪聲控制制工程中中常用的的吸聲材材料都是是多孔材材料，如如礦渣棉棉、石棉棉、玻璃璃棉、毛毛氈、木木絲板等等，這些些材料表表面富有有細孔，，孔和孔之間間互相聯(lián)聯(lián)通，并并深人到到材料內內層，聲聲波容易易順利地地透入．．當聲波波進人材材料孔隙隙時，引引起孔隙隙中的空空氣和材材料的細細小纖維維波動，，由于摩摩擦和粘粘滯阻尼尼作用，，聲能變變?yōu)闊崮苣芏纳⑸⒌?。多孔吸聲聲材料的的吸聲特特性隨聲聲的頻率率的變化化而變化化，低頻頻時，由由于孔隙隙中的空空氣在單單位時間間內的振振動次數(shù)數(shù)少，對對聲波的的衰減作作用不大大，故吸吸聲系數(shù)數(shù)很低。。隨著頻頻率的提提高，吸吸聲系數(shù)數(shù)逐漸增增大，達達到某一一值后，，增加不不再明顯顯。同一種多多孔吸聲聲材料實實際使用用中增加加吸聲材材料的厚厚度，可可以提高高低、中中頻的吸吸聲效果果，對高高頻吸聲聲效果幾幾乎沒有有影響，，但厚度度增加到到一定程程度后，，效果就就變得不不明顯了了，而成成本卻增增加很多多，是不不經濟的的。此外外如果吸吸聲材料料結構設設計時增增加附加加背后空空氣層也也可起到到提高中中、低頻頻吸聲效效果的作作用。（2）共振吸吸聲結構構薄膜共振振吸聲結結構穿孔板吸吸聲結構構微穿孔板板吸聲結結構穿孔板的的穿孔直直徑減小小到1mm以下下，則可可增加吸吸聲系數(shù)數(shù)，拓寬寬吸聲頻頻帶。微微穿孔板板吸聲結結構通常常指板厚厚小于1mm的的薄板上上穿以孔孔徑小于于1mm的微孔孔，穿孔孔率在1%--5%，，板后面面留有5－20mm厚厚度空氣氣層的吸吸聲結構構。微穿孔板板吸聲結結構可以以在氣流流、溫度度、濕度度的大幅幅度變化化的環(huán)境境中應用用，其吸吸聲頻帶帶寬度可可以達到到6—10個1/3倍頻程(3)隔隔聲結構構衡量隔聲聲效果的的兩個重重要指標標是聲強強透射系系數(shù)（簡簡稱透射射系數(shù)））和隔聲聲量隔聲量1)單層層壁的隔隔聲隔聲的““質量定定律”若聲波以以角度入入射到壁壁面上而而其它條條件不變變，則隔隔聲量為為若聲波無無規(guī)入射射到壁面面上，則則隔聲量量為2)雙層隔聲聲結構雙層壁隔隔聲機理理：聲波激發(fā)發(fā)起第一一層壁振振動時，，這種振振動先傳傳給空氣氣層，再再傳給第第二層壁壁，然后后再向另另一側輻輻射聲能能。由于于空氣層層的彈性性變形具具有緩沖沖減振作作用，使使得傳給給第二層層壁的振振動大為為減弱，，從而提提高了總總的隔聲聲量。但雙層隔隔聲結構構間的空空氣會作作為彈簧簧與隔聲聲壁質量量發(fā)生共共振，影影響隔聲聲效果，，其共振振頻率可可以寫為為入射波頻頻率低于于共振頻頻率時雙雙層壁的的隔聲量量：入射波頻頻率高于于共振頻頻率時雙雙層壁的的隔聲量量：通常雙層層壁之間間空氣層層厚度增增加，隔隔聲量增增加，但但空氣層層厚度超超過10cm后，隔隔聲量就就幾乎不不再增加加，故實實用上一一般取空空氣層厚厚度為8～10cm。。雙層壁隔隔聲也存存在同單單層壁一一樣的吻吻合效應應，若兩兩壁為厚厚度相同同的同種種材料時時，其吻吻合臨界界頻率與與單層壁壁相同，，可使隔隔聲量明明顯下降降。若兩兩壁采用用不同材材料或設設計成不不同厚度度時，可可便兩個個單層壁壁的臨界界頻率互互相錯開開，從而而避免出出現(xiàn)隔聲聲量低谷谷過深的的吻合效效應區(qū)域域。在雙層壁壁的中間間空氣層層填入適適量的吸吸聲材料料，可以以消除共共振及吻吻合效應應對隔聲聲效果的的影響一一般在壁壁的中間間空氣層層填充一一些內阻阻較大的的材料，，如玻璃璃棉、礦礦植棉等等，這樣樣會吸收收聲能，，進一步步提高結結構的隔隔聲效果果，可以以提高結結構隔聲聲量。（3）消消聲器阻性消聲聲器：a吸聲材料料的平均均吸聲系系數(shù)；L是消聲器器斷面周周長；S消聲器截截面有效效面積；；l指消聲器器的有效效長度。阻性消聲聲器除低低頻吸聲聲特性不不是很好好外，還還存在一一個高頻頻失效問問題。當當聲波頻頻率足夠夠高時，，聲波波波長相對對通道截截面尺寸寸很小，，此時，，聲波呈呈束狀通通過消聲聲器，很很少與吸吸聲材料料接觸，，于是消消聲性能能顯著下下降。產產生這一一現(xiàn)象的的頻率稱稱為上限限失效頻頻率fLc0是聲速，，D為消聲器器的當量量直徑。?？剐韵暵暺?它主要利利用截面面突變造造成聲傳傳播通道道的阻抗抗失配，，產生聲聲能的反反射，從從而達到到消聲目目的?？剐韵暵暺鞯臄U擴張比抗性消聲聲器上限限失效頻頻率fL下限限截截止止頻頻率率fBS指連連接接管管的的截截面面積積；；L是連連接接管管的的長長度度，，V表示示擴擴張張室室的的體體積積第四四章章阻阻尼尼技技術術阻尼尼的的影影響響１阻阻尼尼處處在在形形式式及及數(shù)數(shù)學學表表達達對數(shù)數(shù)衰衰減減率率：：（N個個波波形形峰峰值值平平均均））阻尼尼系系數(shù)數(shù)：：阻尼尼損損耗耗因因子子表面面阻阻尼尼處處理理結結構構設設計計一分分類類：：自由由阻阻尼尼處處理理：：拉拉壓壓變變形形耗耗散散振振動動能能量量約束束阻阻尼尼處處理理：：剪剪切切變變形形耗耗散散振振動動能能量量調諧諧阻阻尼尼器器調諧諧阻阻尼尼器器的的減減振振機機理理:結合合動動力力吸吸振振器器和和阻阻尼尼器器的的原原理理，，最最大大限限度度吸吸收收系系統(tǒng)統(tǒng)能能量量并并耗耗散散掉掉。。結構構類類型型調諧諧阻阻尼尼器器的的動動力力特特性性分分析析對