阻尼減振降噪技術(shù)

1、第十章阻尼減振降噪技術(shù)A、教學(xué)目的1隔振及其原理（C :理解）2阻尼降噪及其原理（C:理解）3阻尼降噪的量度（B :識(shí)記）4阻尼材料和結(jié)構(gòu)的特性及選用（B :識(shí)記）B、教學(xué)重點(diǎn)隔振原理、阻尼降噪原理及其量度、阻尼材料和結(jié)構(gòu)的特性及選用。C、教學(xué)難點(diǎn)阻尼降噪原理及其量度、阻尼材料和結(jié)構(gòu)的特性及選用。D教學(xué)用具多媒體幻燈片E、教學(xué)方法講授法F、課時(shí)安排2 課時(shí)G教學(xué)過程聲波起源于物體的振動(dòng)， 物體的振動(dòng)除了向周圍空間輻射在空氣中傳播的聲（稱”空氣聲”）外，還通過其相連的固體結(jié)構(gòu)傳播聲波，簡(jiǎn)稱“固體聲” ，固體聲在傳播的過程中又會(huì)向周 圍空氣輻射噪聲，特別是當(dāng)引起物體共振時(shí)，會(huì)輻射很強(qiáng)的噪聲。振動(dòng)除

2、了產(chǎn)生噪聲干擾人的生活、學(xué)習(xí)和健康外，特別是1100Hz 的低頻振動(dòng)，直接對(duì)人有影響。 長(zhǎng)期暴露于強(qiáng)振動(dòng)環(huán)境中， 人的機(jī)體將受到損害， 機(jī)械設(shè)備或建筑結(jié)構(gòu)也會(huì)受 到破壞。對(duì)于振動(dòng)的控制應(yīng)從以下兩方面采取措施:一是對(duì)振動(dòng)源進(jìn)行改進(jìn)以減弱振動(dòng)強(qiáng)度； 二是在振動(dòng)傳播路徑上采取隔振措施，或用阻尼材料消耗振動(dòng)的能量并減弱振動(dòng)向空間的輻 射。從而，直接或間接地使噪聲降低。一. 振動(dòng)對(duì)人體的危害 從物理學(xué)和生理學(xué)角度看，人體是一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)。如果把人看作一個(gè)機(jī)械系統(tǒng)。 振動(dòng)的干擾對(duì)人、建筑物及設(shè)備都會(huì)帶來直接的危害。振動(dòng)對(duì)人體的影響可分為全身 振動(dòng)和局部振動(dòng):全身振動(dòng)是指人直接位于振動(dòng)體上時(shí)所受的振動(dòng)；局部振

3、動(dòng)是指手持振 動(dòng)物體時(shí)引起的人體局部振動(dòng)?？陕犅暤念l率范圍為2020000 Hz,而人能感覺到的振動(dòng)頻率范圍為1100 Hz。振動(dòng)按頻率范圍分為低頻振動(dòng)（30Hz以下卜中頻振動(dòng)（30-100Hz）和高頻振動(dòng)（100 Hz以上）。實(shí)驗(yàn)表明 人對(duì)頻率為 212 Hz 的振動(dòng)感覺最敏感 。對(duì)于人體最有害的振動(dòng)頻率是與人 體某些器官固有頻率相吻合 （即共振 ）的頻率。這些固有頻率是:人體在6 Hz 附近；內(nèi)臟器官在8Hz附近；頭部在 25 Hz ;神經(jīng)中樞則在 250Hz左右。低于2Hz的次聲振動(dòng)甚至有可 能引起人的死亡。 人對(duì)振動(dòng)反應(yīng)的敏感度按頻率和振幅大小, 大致分為 6個(gè)等級(jí), 見圖 10-1。

4、 （P203）振動(dòng)的影響是多方面的,它損害或影響振動(dòng)作業(yè)工人的身心健康和工作效率,干擾居 民的正常生活, 還影響或損害建筑物、 精密儀群和設(shè)備等。 根據(jù)人體對(duì)某種振動(dòng)刺激的主觀 感覺和生理反應(yīng)的各項(xiàng)物理量，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）和一些國(guó)家推薦提出了不少標(biāo)準(zhǔn)，主要包括 局部振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)（ISO5349-1981, P203卜 整體振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)（ISO2631-1978, P204）和環(huán)境振動(dòng) 標(biāo)準(zhǔn) （GB10070-88, P205）。10 1650100?00 1000o Oo O2 V5502010局部振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)（ISO5349-佃81）:如人的手所感受的振動(dòng)。25Wmz水平掘動(dòng)舞廉曲總 餐中細(xì)城劃

5、蜜勞-上效障曲捋捲"10.3&手的飜露評(píng)輸曲戟整體振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)（ISO2631-1978）:振動(dòng)對(duì)人體的作用取決于：振動(dòng)強(qiáng)度、頻率、方向、暴 露時(shí)間4個(gè)因素。環(huán)境振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)（GB10070-88）:主要針對(duì)各種機(jī)械設(shè)備、交通運(yùn)輸工具和施工機(jī)械所產(chǎn)生的 振動(dòng)，以及城市區(qū)域環(huán)境振動(dòng)污染。二. 阻尼材料及其阻尼性能評(píng)價(jià)指標(biāo)衡量阻尼材料的阻尼性能主要是根據(jù)阻尼材料的損耗因子、振動(dòng)頻率、振幅三要素。其中，又以阻尼材料的損耗因子作為一般比較對(duì)比的主要因素：目前表征材料阻尼性 能的參量較多，其中還有玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg, Tg是否與使用環(huán)境溫度相適應(yīng)是選擇阻尼材料的關(guān)鍵。最常使用的度量參量比阻尼能

6、力、相位差角正切tan '、對(duì)數(shù)衰減率/和品質(zhì)因子的倒數(shù)1/ Q等；常用阻尼性能的表征參量有（阻尼材料損耗因子）復(fù)合結(jié)構(gòu)損耗因子n（即單位弧度的阻尼容量：為每單位弧度的相位變化的時(shí)間內(nèi)，內(nèi)損耗的能量與系統(tǒng)的最大 彈性勢(shì)能之比。）、阻尼比以及損失能量與存儲(chǔ)能量之比M" M1 ;這些參量在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)換，當(dāng)阻尼值較小，即tan <0.1時(shí)，/2二='=tan =：/二=Q-1= n =2 = M2 /M1 粘性阻尼系數(shù)C即阻尼力與振動(dòng)速度之比。 臨界阻尼系數(shù)CC即共振時(shí)所能容許的最大粘性阻尼系數(shù)。 阻尼比E =C/Cc阻尼系數(shù)C與臨界阻尼系數(shù)CC之比。 阻尼

7、容量2即每振動(dòng)一個(gè)周期所損失的能量與系統(tǒng)的最大彈性勢(shì)能之比。三. 隔振及其原理研究環(huán)境振動(dòng)防治前，必須先弄清環(huán)境振動(dòng)的傳播途徑和規(guī)律，才能制定的防治對(duì)策和控制方法。下圖（P206）為環(huán)境振動(dòng)的傳播過程。環(huán)境摭動(dòng)傳攥過程在環(huán)境保護(hù)中遇到的振動(dòng)源主要有：工廠振源（往復(fù)旋轉(zhuǎn)機(jī)械、傳動(dòng)軸、電磁振動(dòng)等）,交通振源（汽車、機(jī)車、路軌、路面、飛機(jī)、氣流等），建筑工地（打樁、攪拌、風(fēng)鎬、壓路機(jī)等）以及大地脈動(dòng)及地震等；傳遞介質(zhì)主要有：地基地坪、建筑物、空氣、水、道路、構(gòu)件 設(shè)備等；接受者除人群外，還包括建筑物及儀器設(shè)備等。振動(dòng)控制的基本方法根據(jù)振動(dòng)的性質(zhì)及其傳播的途徑，振動(dòng)的控制方法可歸納為三類： 減少振動(dòng)源

8、的擾動(dòng)振動(dòng)的主要來源是振動(dòng)源本身的不平衡力引起的對(duì)設(shè)備的激勵(lì)。減少或消除振動(dòng)源本身的不平衡力（即激勵(lì)力），從振動(dòng)源來控制，改進(jìn)振動(dòng)設(shè)備的設(shè)計(jì)和提高制造加工裝配精度， 使其振動(dòng)最小是最有效的控制方法。例如，鼓風(fēng)機(jī)、高壓水泵、蒸汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)等旋 轉(zhuǎn)機(jī)械，大多屬高速旋轉(zhuǎn)類，每分鐘在于轉(zhuǎn)U上，其微小的質(zhì)量偏心或安裝間隙的不均勻常帶來嚴(yán)重的危害。為此，應(yīng)盡可能調(diào)好其靜、動(dòng)平衡，提高其制造質(zhì)量，嚴(yán)格控制安裝間 隙，以減少其離心偏心慣性力的產(chǎn)生。性能差的風(fēng)機(jī)往往是動(dòng)平衡不佳，不僅振動(dòng)厲害，還 伴有強(qiáng)烈的噪聲。 防止共振振動(dòng)機(jī)械激勵(lì)力的振動(dòng)頻率.若與設(shè)備的固有頻率一致，就會(huì)引起共振，使設(shè)備振動(dòng)得更厲害。起

9、了放大作用，其放大倍數(shù)可有幾倍到幾十倍。共振帶來的破壞和危害是十分嚴(yán)重 的。本工機(jī)械中的鋸、刨加工，不僅有強(qiáng)烈的振動(dòng)，而且常伴隨殼體等共振，產(chǎn)生的抖動(dòng)使 人難以承受，操作者的手會(huì)感到麻木。高速行駛的載重卡車、鐵路機(jī)車等，往往使較近的居民樓房等產(chǎn)生共振， 在某種頻率下，會(huì)發(fā)生樓面晃動(dòng)，玻璃竄強(qiáng)烈抖動(dòng)等。歷史上贊發(fā)生過幾次嚴(yán)重的共振事故，如美國(guó)Tacoma峽谷懸索吊橋，長(zhǎng) 853 m,寬12 m左右，1940年固風(fēng)災(zāi)（8級(jí)大風(fēng)）襲擊，發(fā)生了當(dāng)時(shí)難以理解的振動(dòng)引起共振，歷時(shí)1h,使笨重的鋼橋翻騰扭曲，量后在可怕的斷裂聲中整個(gè)吊橋徹底毀壞。因此，防止和減少共振響應(yīng)是振動(dòng)控制的一個(gè)重要方面。控制共振的主

10、要方法有： 改變?cè)O(shè)施的結(jié)構(gòu)和總體尺寸或采用局部加強(qiáng)法等，以改變機(jī)械結(jié)構(gòu)的固有頻率；改變機(jī)器的轉(zhuǎn)速或改換機(jī)型等以改變振動(dòng)源的擾動(dòng)頻率；將振動(dòng)源安裝在非剛性的基礎(chǔ)上以降低共振響應(yīng)；對(duì)于一些薄殼機(jī)體或儀器儀表柜等結(jié)構(gòu)，用粘貼彈性高阻尼結(jié)構(gòu)材料增加其阻尼，以增加能量逸散，降低其振幅。 采用隔振技術(shù)振動(dòng)的影響，特別是對(duì)于環(huán)境來說，主要是通過振動(dòng)傳遞來達(dá)到的，減少或隔離振動(dòng)的傳遞，振動(dòng)就得以控制。采用大型基礎(chǔ)來減少振動(dòng)影響是最常用最原始的方法。根據(jù)工程振動(dòng)學(xué)原則合理地設(shè)計(jì)機(jī)器的基礎(chǔ)，可以減少基礎(chǔ) （和機(jī)器）的振動(dòng)和振動(dòng)向周圍的傳遞。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般的切削機(jī) 床的基礎(chǔ)是自身重量的 1-2倍，而特殊的振動(dòng)機(jī)械如

11、鍛沖設(shè)備則達(dá)到設(shè)備自重的2-5倍，更甚者達(dá)10倍以上。在振動(dòng)機(jī)械基礎(chǔ)的四周開有一定寬度和深度的溝槽一一防振溝，里面填充松軟物質(zhì)（如木屑等）或不填，用來隔離振動(dòng)的傳遞，這也是以往常采用的隔振措施之一。在設(shè)備下安裝隔振元件一一隔振器，是目前工程上應(yīng)用最為廣泛的控制振動(dòng)的有效措 施。安裝這種隔振兀件后，能真正起到減少振動(dòng)與沖擊力的傳遞的作用，只要隔振兀件選用得當(dāng)，隔振效果可在 85% -90 %以上，而且可以不必采用上面講的大型基礎(chǔ)。對(duì)一般中、小 型設(shè)備，甚至可以不用地腳螺釘和基礎(chǔ)，只要普通的地坪能承受設(shè)備的靜負(fù)荷即可。隔振原理研究機(jī)器設(shè)備振動(dòng)力傳遞給基礎(chǔ)的基本模型是一個(gè)單自由度系統(tǒng)。雖然實(shí)際振動(dòng)控

12、制系統(tǒng)可能很復(fù)雜，但單自由度系統(tǒng)的分析概念和隔振原理卻是理解和解決復(fù)雜問題的基礎(chǔ)，其方法也大體相同。下右圖是一個(gè)單自由度振動(dòng)系統(tǒng)模型。振動(dòng)系統(tǒng)的主要參量是質(zhì)量 M、彈簧K、阻尼§外激勵(lì)力F, y表示振動(dòng)在y方向的位移，根據(jù)牛頓第二定律系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程為：覽ya k “f式中:嚴(yán) U T-Vdt2 dt慣性力二dy :粘滯阻尼力dtK y :彈性力K）2 :力阻抗F = F0 cos t :設(shè)定外力為簡(jiǎn)諧力Z . 2 C M -則可解得：_：ty = Aoecos( 振動(dòng)波形（振幅隨時(shí)間的變化曲線）FoFoA =' Zm2K、20 - i6+(們M)lio:最大振幅結(jié)論： 影響振

13、動(dòng)波的因素主要和振動(dòng)體的固有頻率、阻尼減振結(jié)構(gòu)或材料相關(guān)。 阻尼系統(tǒng)中，振動(dòng)波形公式第一項(xiàng)會(huì)消減，外有激勵(lì)力的影響決定振動(dòng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)振 動(dòng)（規(guī)律性）的持續(xù)時(shí)間（即振動(dòng)波形公式第二項(xiàng)）。類率響應(yīng)控制排戦"沖二 Fq/K彈性控制質(zhì)艷制= wlA =阻尼繪制 振動(dòng)是與時(shí)間、振幅、固有頻率相關(guān)量，也是與振動(dòng)體系中剛彈性能、阻尼性能相 關(guān)的量。隔振的力傳遞率力傳遞率Tf定義為通過隔振裝置傳遞到基礎(chǔ)上的力Ff的幅值Ffo與作用于振動(dòng)系統(tǒng)上的激勵(lì)力的幅值Fo之比。Tf|QQFfo K -()Z m14 2(f / fo)2Fo1 -(f / fo)224 2(f/fo)式中:（阻尼因子）結(jié)論:f /

14、 f°1時(shí)，無隔振作用;f / f0 = 1時(shí)，放大振動(dòng)作用;f / f02時(shí)，有隔振作用;四、阻尼降噪及其原理阻尼是指阻礙物體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，并把運(yùn)動(dòng)能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿囊环N作用。阻尼材料是具有內(nèi)損耗、內(nèi)摩擦的材料，如瀝青、軟橡膠以及其它一些高分子涂料。阻尼降噪即在振動(dòng)結(jié)構(gòu)上涂上或粘附上一層內(nèi)摩擦阻力大的阻尼材料來抑振，降低輻射噪聲。4.1. 阻尼材料的阻尼能力大小評(píng)價(jià)指標(biāo) 粘性阻尼系數(shù)C即阻尼力與振動(dòng)速度之比。 臨界阻尼系數(shù)Q即共振時(shí)所能容許的最大粘性阻尼系數(shù)。 阻尼比E即 E =C/Cc。 阻尼容量2即每振動(dòng)一個(gè)周期所損失的能量與系統(tǒng)的最大彈性勢(shì)能之比。 損耗因子n即單位弧度的阻尼容量

15、。4.2. 附加阻尼的常用方法阻尼層的構(gòu)造形式:叮自由阻尼層結(jié)構(gòu)；（切妁東咀總層結(jié)構(gòu) 自由阻尼層結(jié)構(gòu)（阻尼材料被壓縮變形）：既無任何剛性結(jié)構(gòu)材料的貼附或約束。自由阻尼層結(jié)構(gòu)損耗因子：呂中2一般涉及參量有：E、E2分別為基材和阻尼材料的彈性模量，n 2阻尼材料損耗因子，di、d2分別為基材和阻尼材料的厚度。 約束阻尼層結(jié)構(gòu)（阻尼材料被剪切變形）：指有剛彈性材料的粘附或約束。nmaxEi i一般涉及參量同上， 巳、n 3分別是約束層的彈性模量和損耗因子。四、阻尼降噪的量度阻尼材料的阻尼系數(shù)、聲阻抗、聲壓級(jí)的為指標(biāo)的降噪量。五、阻尼材料和結(jié)構(gòu)的特性及選用粘彈性阻尼材料動(dòng)態(tài)性能主要指復(fù)剪切模量實(shí)部Gd

16、 （或復(fù)楊氏模量實(shí)部 Ed）和材料損耗因子n。影響粘彈性阻尼材料動(dòng)態(tài)性能（Gd和n）的主要因素有溫度；頻率；施加在材料 上的預(yù)應(yīng)力和動(dòng)態(tài)應(yīng)力幅；試件形狀。其中溫度和頻率為最主要因素。（1） 當(dāng)頻率、應(yīng)力幅固定的情況下，Ed隨溫度上升單調(diào)下降，n隨溫度變化出現(xiàn)一個(gè)極大值n max這時(shí)的溫度稱為玻璃態(tài)溫度（ Tg）。（2）當(dāng)溫度固定時(shí)，Ed隨頻率增加單調(diào)上升，而 n在某一頻率下有最大值。根據(jù)粘彈性阻尼材料的溫度和頻率特性，結(jié)合所需抑振的頻率要求，在選用該類阻尼材料時(shí)應(yīng)特別注意其溫度和頻率指標(biāo)是否合適，同時(shí)應(yīng)注意n max時(shí)的Ed值。H、板書對(duì)于振動(dòng)的控制應(yīng)從以下兩方面采取措施： 一是對(duì)振動(dòng)源； 二

17、是在振動(dòng)傳播路徑上采取 隔振措施。一 . 振動(dòng)對(duì)人體的危害二 . 阻尼材料及其阻尼性能評(píng)價(jià)指標(biāo)三 . 隔振及其原理 振動(dòng)控制的基本方法 隔振原理 隔振的力傳遞率 四、阻尼降噪及其原理4.1. 阻尼材料的阻尼能力大小評(píng)價(jià)指標(biāo) 粘性阻尼系數(shù) C 臨界阻尼系數(shù) CC 阻尼比E 阻尼容量2 損耗因子n4.2. 附加阻尼的常用方法 自由阻尼層結(jié)構(gòu) 約束阻尼層結(jié)構(gòu)四、阻尼降噪的量度 阻尼材料的阻尼系數(shù)、聲阻抗、聲壓級(jí)的為指標(biāo)的降噪量。五、阻尼材料和結(jié)構(gòu)的特性及選用粘彈性阻尼材料動(dòng)態(tài)性能主要指復(fù)剪切模量實(shí)部Gd （或復(fù)楊氏模量實(shí)部 Ed）和材料損耗因子n。影響粘彈性阻尼材料動(dòng)態(tài)性能（Gd和n）的主要因素有溫

18、度；頻率；施加在材料上的預(yù)應(yīng)力和動(dòng)態(tài)應(yīng)力幅；試件形狀。其中溫度和頻率為最主要因素。I 、 課堂作業(yè)：無第二章 .聲波的基本性質(zhì)及其傳播規(guī)律B、 教學(xué)目的1. 聲波的基本性質(zhì)及其傳播規(guī)律 （C :理解）2. 聲波傳播現(xiàn)象（B :識(shí)記）B、教學(xué)重點(diǎn)（1）聲波的基本特性 聲源； 波動(dòng)； 聲波的傳播特性 （2） 噪聲的客觀物理量度 聲強(qiáng)、 聲壓、聲功率；聲強(qiáng)級(jí)、聲壓級(jí)、聲功率級(jí)；分貝相加、分貝相減、分貝平均；頻程 和濾波器；頻譜和頻譜分析；噪聲的掩蔽效應(yīng)。C、教學(xué)難點(diǎn)1 、聲波的傳播特性 、級(jí)、頻譜、掩蔽效應(yīng)的概念2、聲波傳播的現(xiàn)象知識(shí)。D教學(xué)用具多媒體一一幻燈片E教學(xué)方法講授法、討論法F、課時(shí)安排4

19、(6)課時(shí)G教學(xué)過程基本概念：聲源：凡能產(chǎn)生聲音的振動(dòng)物體。P7縱波：媒質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與聲波的傳播方向相一致的聲波。P7橫波：媒質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與聲波的傳播方向相互垂直的聲波。P7聲壓：聲源振動(dòng)、傳遞，會(huì)造成鄰近空氣壓強(qiáng)的起伏變化，其壓強(qiáng)的起伏變化量p,即與靜態(tài)壓強(qiáng)的差p=(P-P°)。P8頻率：?jiǎn)挝粫r(shí)間的振動(dòng)次數(shù)，單位赫茲( Hz) ,1Hz=1s-1。 P8 振幅：振動(dòng)波離開平衡處的最大位移。P10波陣面：音波傳播空間同一時(shí)刻相位相同的各點(diǎn)的軌跡曲線。P10平面聲波：當(dāng)波陣面是垂直于傳播方向的一系列平面時(shí)的聲波。一般遠(yuǎn)離聲源的聲波近似的看作為平面聲波。P10波前：聲波傳播時(shí)處于

20、最前沿的波陣面。P10波數(shù)：k=/c,其中角頻率，c聲速。P10聲阻抗率：Zs = p/u， p 聲壓；u 質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度；p11點(diǎn)聲源：當(dāng)聲波的幾何尺寸比聲波波長(zhǎng)小得多時(shí)，或者測(cè)量點(diǎn)離開聲源相當(dāng)遠(yuǎn)時(shí)，則可以將聲源看成為一個(gè)點(diǎn)，稱為點(diǎn)聲源。P12線聲源：當(dāng)聲波的幾何尺寸相比聲波波長(zhǎng)不可忽略且聲源形狀可視為一條線時(shí)的聲源。P32面聲源：當(dāng)聲波的幾何尺寸相比聲波波長(zhǎng)不可忽略且聲源形狀可視為一個(gè)面域時(shí)的聲源。P34球面聲波：在各向同性的均勻媒質(zhì)中，從一個(gè)表面同步漲縮的點(diǎn)聲源發(fā)出的聲波，也就是在以聲源點(diǎn)為球心，以任何r值為半徑的球面上聲波的相位相同。P12柱面聲波：波陣面是同軸圓柱面的聲波，其聲源一般可

21、視為“線聲源”。P12聲線：自聲源發(fā)出的代表能量傳播方向的直線。在各向同性的媒質(zhì)中，聲線就是波的傳播方向且處處與波陣面垂直的直線。各向異性的媒質(zhì)中，則有所區(qū)別。P13聲能量：聲波在媒質(zhì)中傳播，一方面使媒質(zhì)質(zhì)點(diǎn)在平衡位置附近往復(fù)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生動(dòng)能，另一方面又使媒質(zhì)產(chǎn)生了壓縮和膨脹的疏密過程，使媒質(zhì)具有形變的勢(shì)能。兩部分能量之和就是聲擾動(dòng)使媒質(zhì)得到的聲能量。P13瞬時(shí)聲強(qiáng)：聲場(chǎng)中某點(diǎn)處，與質(zhì)點(diǎn)速度方向垂直的單位面積上在單位時(shí)間內(nèi)通過的聲能，是一矢量。P14聲強(qiáng)：對(duì)于穩(wěn)態(tài)聲場(chǎng)，瞬時(shí)聲強(qiáng)在一定時(shí)間T內(nèi)的平均值。P14聲功率：聲源在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的總能量?；蚴菃挝粫r(shí)間內(nèi)通過某一面積的聲能。P14干涉現(xiàn)象：在

22、空間某些位置振動(dòng)始終加強(qiáng)，在另一些位置振動(dòng)始終減弱，此種現(xiàn)象即為干涉現(xiàn)象。P15相干波：具有相同頻率、相同振動(dòng)方向和恒定相位差的聲波稱為相干波。P15駐波：聲壓值Pt隨空間不同位置有極大值和極小值分布的周期波。P15駐波聲場(chǎng)：駐波傳播的空間聲場(chǎng)。P15頻譜圖：以頻率f為橫軸，以聲壓p為縱軸繪出的聲音的頻率譜線圖。P16基頻：與振動(dòng)周期相同正弦形式的頻率。P16諧波：頻率等于基頻的整數(shù)倍的正弦形式稱為諧波。P16譜密度：W f = p2 I f，其中p 聲壓，If 某頻率附近的帶寬。P16反射聲波：當(dāng)聲波入射到兩種媒質(zhì)的界面時(shí)，一部分會(huì)經(jīng)界面反射回原來的媒質(zhì)中，即為反射聲波。P17透射聲波：當(dāng)聲

23、波入射到兩種媒質(zhì)的界面時(shí)，一部分會(huì)經(jīng)界面進(jìn)入另一種媒質(zhì)中成為透射聲波。P17級(jí)：對(duì)被量度量與基準(zhǔn)量的比值求對(duì)數(shù)，這個(gè)對(duì)數(shù)值稱為被量度量的“級(jí)”。P222聲壓級(jí)：Lp =10lg粵=20lg上 dB，其中：p被量度的聲壓有效值，po基準(zhǔn) PoPo聲壓。P22聲強(qiáng)級(jí)：LI -10lg dB，其中：|被量度的聲強(qiáng)，Io基準(zhǔn)聲強(qiáng)。P221 0聲功率級(jí)：LW =10 lg，其中：W被量度的聲功率平均值，W0基準(zhǔn)聲功率。P23空氣吸收：聲波在空氣中傳播時(shí)，因空氣的粘滯性和熱傳導(dǎo)，在壓縮和膨脹過程中，使一部分聲能轉(zhuǎn)化為熱能而耗損，稱為空氣吸收。P26聲屏障：當(dāng)聲源與接收點(diǎn)之間存在密實(shí)材料形成的障礙物時(shí)會(huì)產(chǎn)生

24、顯著的附加衰減，這樣的障礙物稱為聲屏障。P282.1. 聲波的產(chǎn)生及描述方法聲波的產(chǎn)生噪聲也是聲音，其具備聲音的一切屬性，聲學(xué)理論可直接引用。聲音形成的三要素：a. 聲源一切聲音均由振動(dòng)所引起，凡發(fā)出聲音的振動(dòng)體稱為聲源。聲源可以是固體、液體或氣體，可能還有等離子體。但非所有振動(dòng)源均為聲源，例：慢慢招手無聲。作為聲源的物體振動(dòng)，對(duì)其振動(dòng)頻率及振動(dòng)能量是有一定要求的，正常人耳可聽頻范圍為2020KHz，低于20Hz為次聲，高于20KHz為超聲。b. 傳播方法所謂振動(dòng)即指質(zhì)點(diǎn)在其平衡位置附近的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，要使聲源振動(dòng)能傳播， 形成聲音，則要求傳播介質(zhì)是連續(xù)的且具有質(zhì)量和彈性，可解釋如下：把介質(zhì)劃為一

25、個(gè)個(gè)相連的體積元A、B、C、D,聲源的振動(dòng)就是通過這連續(xù)的體積元傳遞出去的，由于體積元具有一定質(zhì)量，故具有慣性力的使各體積元在回到平衡位置時(shí)能 繼續(xù)向另一側(cè)運(yùn)動(dòng)，振動(dòng)繼續(xù)。由于體積元的彈性產(chǎn)生反抗拉伸或壓縮的彈性力使其在平衡位置附近來回地振動(dòng)。在真空中，由于介質(zhì)連續(xù)，彈性、質(zhì)量等要求均不具備，故聲音在真空中不傳播。介質(zhì)連續(xù)、慣性和彈性是傳播聲音的必要條件。應(yīng)該注意，聲音傳播只是振動(dòng)形式（振動(dòng)能量）的傳播，介質(zhì)各質(zhì)點(diǎn)本身在聲波作用下并不傳播，僅在其平衡位置附近來回地振動(dòng)。（從分子統(tǒng)計(jì)觀點(diǎn)看）振動(dòng)的傳播=波動(dòng)機(jī)械性振動(dòng)的傳播過程機(jī)械性質(zhì)的波動(dòng)，稱為聲波。聲波波及的空間稱為聲場(chǎng)。c.接收器（人耳）噪

26、聲控制中主要是考慮噪聲對(duì)人的影響及危害，故接收器主要指人耳。 不波及人的聲波不成其為噪聲。描述聲波的基本物理量當(dāng)聲源振動(dòng)時(shí)，其鄰近的空氣分子受到交替的壓縮和擴(kuò)張， 形成疏密相間的狀態(tài)， 空氣 分子時(shí)疏時(shí)密，相應(yīng)的大氣壓也變得時(shí)大時(shí)小。 依次向外傳播如下圖所示。 傳播的速度是有 限的。'縱波：介質(zhì)無切向相恢 復(fù)力，只有體積彈性（如氣、液體），振動(dòng)方向與傳播方向一致。 描述概念橫波：振動(dòng)方向與傳播 方向相垂直，介質(zhì)有體 積彈性（伸縮彈性、彎曲彈性、扭轉(zhuǎn)彈性等） /固體中）故在固體中，縱波、橫 波都可能存在。'頻率f:每秒鐘介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振 動(dòng)次數(shù)，單位：Hz，圓頻率國(guó)=2rf。周期T:

27、質(zhì)點(diǎn)完成一次全振動(dòng) 所需時(shí)間，單位：秒，T=1/f。中若會(huì)擊日波長(zhǎng)扎：質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)相同的 兩相鄰點(diǎn)之間的距離，單位：米。固有參變量、聲速c:振動(dòng)狀態(tài)或能量在介 質(zhì)中自由傳播的速度，單位：米/秒。相位：指任意時(shí)刻t的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)狀態(tài)，包括 振動(dòng)的位移及運(yùn)動(dòng)方向 或者壓強(qiáng)的變化。聲壓：（見下面闡述）。聲壓p、波長(zhǎng)入、頻率f（Hz）、聲速c、周期T、質(zhì)點(diǎn)相位D =c/f ； f =1/T?？諝庵新曀伲篶 =331.45 0.61t ,其中：t空氣的攝氏溫度，C。 介質(zhì)不同時(shí)，如 20° C以下:空氣中 c=344m/s水中 c=1450m/sA B C D聲體傳捨的期理過程鋼中 c=5000m

28、/s聲壓：聲源振動(dòng)、傳遞，會(huì)造成鄰近空氣壓強(qiáng)的起伏變 化，其壓強(qiáng)的起伏變化量p,即與靜態(tài)壓強(qiáng)的差 p=（P-Po）。P8由于人耳膜的慣性作用，并不能辨別聲壓的瞬時(shí)起伏，而只是有一個(gè)穩(wěn)定的有效聲壓的響應(yīng)。聲波傳播的物理過程聲波傳播時(shí)，媒質(zhì)中各點(diǎn)的振動(dòng)頻率都是相同的，但是，在同一時(shí)刻各點(diǎn)的相位不一定相同，同點(diǎn)不同時(shí)刻也會(huì)有不同的相位。在研究中涉及到波傳遞的研究就必需研究這方面的變化，如聲波傳遞過程中的遲滯現(xiàn)象，振動(dòng)中的阻尼現(xiàn)象，乃至光傳遞中的阻滯研究。（這些研究包含的除了時(shí)間變量，還含有方向變化等影響變量）左圖中，當(dāng)A質(zhì)點(diǎn)處于最大壓縮狀態(tài)時(shí)，B、C、D質(zhì)點(diǎn)出的壓強(qiáng)依次減弱，這就是說質(zhì)點(diǎn)間在振動(dòng)相位

29、上依次落后，存在相位差。正是由于各個(gè)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)在時(shí)間上有超前和滯后，才在媒質(zhì)中形成波的傳播。可以看出，距離為波長(zhǎng)入的兩質(zhì)點(diǎn)間的振動(dòng)狀態(tài)是完全相同的，只不過后者在時(shí)間上延遲了一個(gè)周期。22聲波的基本類型在均勻的理想流體媒質(zhì)中的小振幅聲波的波動(dòng)方程是：丄'p，其中：c聲速，t時(shí)間c2 ；:t2由上述方程得出：聲波的傳遞是三維立體，全空間傳遞的。 聲波的傳遞受時(shí)間、媒質(zhì)、溫度、聲壓、波長(zhǎng)、頻率影響。 具有各向同性的聲波傳遞， 理論上可以定向描述，既可以二維平面，或是一維/單向描述。如根據(jù)波面形狀（時(shí)間、媒質(zhì)、波長(zhǎng)因素）分析可定義平面聲波、 球面聲波、柱面聲波。平面聲波：當(dāng)波陣面是垂直于傳播方

30、向的一系列平面時(shí)的聲波。一般遠(yuǎn)離聲源的聲波近似的看作為平面聲波。女口：管道中的活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，在管內(nèi)同一截面上各質(zhì)點(diǎn)將同時(shí)受到 壓縮或擴(kuò)張，具有相同的振幅和相位，這就是平面聲波。如果管道始端的活塞以正（余）弦函數(shù)的規(guī)律往復(fù)運(yùn)動(dòng)，則稱為簡(jiǎn)諧振動(dòng)。在均勻理想流體媒質(zhì)中，小振幅平面聲波的波動(dòng)方程為：2 2 2 2 2 2;-p; p;-p1: p: p1;-p22222222 （均勻理想流質(zhì)媒質(zhì)中：無能量耗損）x:y: zc : t: xc : t如果觀察在某一確定時(shí)刻t = to時(shí)聲波在空間沿各方向分布的情況，其波形如圖所示。如果要觀察在空間定點(diǎn)位置x = X。處聲波隨時(shí)間的變化情況，其波形如圖（

31、b）所示:p（x,t）二 P0 cos（ t - kx ）：初相位；P0:振幅；（如上例中的活塞偏離平衡位置的距p(x,t)二 P cos('t _kx)二 P cos (t ：t) -k(x ：x) =k = /c=C二.：x/ . ：t :聲速是聲音或者說是聲波振幅的傳播速度，也是聲能量的傳遞速度。而聲阻抗Zs二p/u中的u指媒介質(zhì)點(diǎn)的上下振動(dòng)速度（匕二U。cos（- kx） ）。（P10）式中：U 0 =P0 / :-0c稱為質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的速度振幅，單位：帕（斯卡）秒每米 s/m）。球面聲波：在各向同性的均勻媒質(zhì)中，從一個(gè)表面同步漲縮的點(diǎn)聲源發(fā)出的聲波，也就是在以聲源點(diǎn)為球心，以任何

32、r值為半徑的球面上聲波的相位相同。其波動(dòng)方程為：（r為球半徑）?p ?p ；：2p 1 ?p ?（rp） 1 ?（rp）r i =氣 =-2-2-22-丄2，22.,2一 x :y _z c tr c t柱面聲波：波陣面是同軸圓柱面的聲波，其聲源一般可視為“線聲源”。最簡(jiǎn)單的柱面聲波聲場(chǎng)與坐標(biāo)系的角度和軸向長(zhǎng)度無關(guān)，僅與徑向半徑r相關(guān)。.2 .2 .2 2 2:一 P： P： P1 ： P仁（r ：1 : P（'x:y: zc : tr ；r ；rc :t對(duì)于遠(yuǎn)場(chǎng)簡(jiǎn)諧柱面聲波有：p = P0, 2 cos（rt -kr），可見，隨徑向距離增加，聲壓振幅減少，且與距離平方 nkr根成反比

33、。上述介紹均為理想狀態(tài)，實(shí)際中可視情況近似點(diǎn)聲源、線聲源處理。2.3.聲波的疊加前面討論的各類聲波都是只包含單個(gè)頻率的簡(jiǎn)諧聲波。而實(shí)際遇到的聲場(chǎng)，如談話聲、 音樂聲、機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)聲等，不只含有一個(gè)頻率或只有一個(gè)聲源。這樣就涉及到聲的疊加原理， 各聲源所激起的聲波可在同一媒質(zhì)中獨(dú)立地傳播，在各個(gè)波的交疊區(qū)域， 各質(zhì)點(diǎn)的聲振動(dòng)是各個(gè)波在該點(diǎn)激起的更復(fù)雜的復(fù)合振動(dòng)。在處理聲波的反射問題時(shí)也會(huì)用到疊加原理。聲波的疊加屬于能量的疊加：即按照能量疊加原則進(jìn)行聲波聲壓的疊加。 聲波的能量主要包括了媒質(zhì)的傳遞過程中的粒子動(dòng)能與粒子間相對(duì)的勢(shì)能。當(dāng)為瞬時(shí)聲壓時(shí)，由于方向矢量的忽略，可視為聲壓的直接相加，即：nP =

34、 P1 P2Pn 二 '、Pii#有效聲壓的加合：nP/ 二 R； P2e- Pt 八 Pli =1當(dāng)非瞬時(shí)聲壓，需考慮振動(dòng)方向等時(shí)，則必須考慮矢量加和，按照能量加和原則進(jìn)行加P2和。（參見聲能密度： D1 e -）PcC20P = 5 p2 二 P cos( t類同于：能量加和：如聲能密度的加和，即從能量角度考慮，合成后總聲場(chǎng)的聲能密度:Dt 二 Di &2 二 P0lP02 C0S2譏）P°C2其中：Di 至,D2（ P01=P02時(shí)的特例）2P°c22P°c2不相干聲波：在一般的噪聲問題中， 經(jīng)常遇到的多個(gè)聲波. 或者是頻率互不相同，或者是相互之間并不存在固定的相位差，或者是兩者兼有，也就是說，這些聲波是互不相干的。這樣對(duì)于空間某定點(diǎn)，二丨 蔦- ：1不再是固定的常值，而是隨時(shí)間做無規(guī)變化，疊加后的合成聲場(chǎng)不會(huì)出現(xiàn)駐波現(xiàn)象。24聲波的反射、透射、折射和衍射聲波在空間傳播時(shí)會(huì)遇到各種障礙物，或者遇到兩種媒質(zhì)的界面。這時(shí)，依據(jù)障礙物的形狀和大小，會(huì)產(chǎn)生聲波的反射、透射、折射和衍射。聲波的這些特點(diǎn)與光波相近。反射聲波：當(dāng)聲波入射到兩種媒質(zhì)的界面時(shí)，一部分會(huì)經(jīng)界面反射回原來的媒質(zhì)中，即為反射聲波（P17）。另一部分會(huì)經(jīng)界面