噪声控制原理课件

噪声控制原理课件11.噪声控制基本原理噪声控制基本原理 1.噪声控制基本原理 2声学系统声学系统（1 1）在声源）在声源处抑制噪声抑制噪声 （2 2）在声）在声传播途径中控制噪声播途径中控制噪声 （3 3）接收器上加）接收器上加载保保护措施隔离噪声措施隔离噪声 声源传播途径接收器控制噪声的措施控制噪声的措施 声学系统（1）在声源处抑制噪声 声源传播途径接收器控制噪声3噪声控制的一般原则噪声控制的一般原则 科学性科学性先进性先进性 经济性经济性 噪声控制的一般原则 科学性4噪声控制的基本程序噪声控制的基本程序 噪声源测量和分析声源分布、频率特性、时变特性传播途径调查和分析传播途径有空气声、固体声受影响区域调查危害状况、本底噪声、允许标准降噪量确定总降噪量，声源、途径降噪量制定控制方案声源控制、途径控制设计施工工程评价声质量评价，经济性、适应性评价噪声控制的基本程序 噪声源测量和分析声源分布、频率特性、时变52.机械噪声源机械噪声源 2.机械噪声源 6 噪声源按其产生的机理可以分为机械噪声源按其产生的机理可以分为机械噪声、空气动力性噪声和电磁噪声。噪声、空气动力性噪声和电磁噪声。按不同的激励情形，机械声源可分为按不同的激励情形，机械声源可分为稳态振动声源和瞬态冲击性声源。稳态振动声源和瞬态冲击性声源。机械噪声机械噪声 噪声源按其产生的机理可以分为机械噪声7振动体的声辐射振动体的声辐射 稳态振动机械部件辐射的功率：稳态振动机械部件辐射的功率：0和和c为空气的密度和声速，为空气的密度和声速，S为辐射面的面为辐射面的面积，积，为辐射面法向振动速度的平方对时间及振动为辐射面法向振动速度的平方对时间及振动面的平均值，面的平均值，rad为辐射效率。为辐射效率。A A计权的声功率级计权的声功率级 为为A计权函数在该振动频率上的值。计权函数在该振动频率上的值。振动体的声辐射 稳态振动机械部件辐射的功率：8脉动与往复振动体的辐射效率脉动与往复振动体的辐射效率 脉动球辐射效率脉动球辐射效率 为角频率，为角频率，r0为脉动球半径为脉动球半径k=/c=2/为波数。为波数。往复振动球的辐射效率往复振动球的辐射效率 脉动与往复振动体的辐射效率 脉动球辐射效率 9板状机械部件的辐射效率板状机械部件的辐射效率（各板均沿板边简单支撑）（各板均沿板边简单支撑）17毫米厚板毫米厚板与矩形板的与矩形板的辐射效率辐射效率 板状机械部件的辐射效率（各板均沿板边简单支撑）110梁与管状机械部件的辐射效率梁与管状机械部件的辐射效率 声效率因数声效率因数 W为辐射的声功率，为辐射的声功率，为角频率，为角频率，E为总的振动能量为总的振动能量 声波的波数声波的波数 kb=/cb为梁或管上弯曲波的波数。为梁或管上弯曲波的波数。a与与b为椭圆截面的两半轴长。为椭圆截面的两半轴长。ai与与bi为中空为中空管的两内半轴长。管的两内半轴长。梁与管状机械部件的辐射效率 声效率因数 11椭圆、矩形及其它形状椭圆、矩形及其它形状截面的梁截面的梁或管的声效率因数或管的声效率因数椭圆、矩形及其它形状截面的梁或管的声效率因数 12由不同的随时间变化的瞬变力由不同的随时间变化的瞬变力引起的振动幅度引起的振动幅度 由不同的随时间变化的瞬变力引起的振动幅度 13力随时间变化波形平滑化、重复频率力随时间变化波形平滑化、重复频率与所辐射的噪声关系与所辐射的噪声关系 力随时间变化波形平滑化、重复频率与所辐射的噪声关系 14撞击噪声的特点和分类撞击噪声的特点和分类 特点：特点：具有很高的峰值及很短的持续时间。具有很高的峰值及很短的持续时间。发声的机理发声的机理分：分：自鸣噪声和加速度噪声。自鸣噪声和加速度噪声。撞击噪声的特点和分类 特点：具有很高的峰值及很短的持续时间。15加速度噪声源加速度噪声源 定义：定义：物体由于撞击而在媒质中作加速物体由于撞击而在媒质中作加速 运动，从而引起的媒质压力扰动。运动，从而引起的媒质压力扰动。非球体加速度噪声峰值的上限非球体加速度噪声峰值的上限 0，c分别为空气的密度及声速；分别为空气的密度及声速；a为球半径；为球半径；v0为撞击的相对速度；为撞击的相对速度；r为观测点到撞击点的距离；为观测点到撞击点的距离；t0为撞击力持续时间；为撞击力持续时间；V V为撞击物的体积。为撞击物的体积。加速度噪声源 定义：物体由于撞击而在媒质中作加速非球体加速度16A计权峰值声压级的上限计权峰值声压级的上限 辐射的声能归一化辐射的声能归一化 E Ea a为辐射的声能。为辐射的声能。A计权峰值声压级的上限 辐射的声能归一化 Ea为辐射的声能17无量纲的撞击持续时间无量纲的撞击持续时间 辐射的加速度噪声能量辐射的加速度噪声能量 无量纲的撞击持续时间 辐射的加速度噪声能量 18自鸣噪声：受撞击物体振动面辐射的噪声。自鸣噪声：受撞击物体振动面辐射的噪声。能量计算能量计算 在频域中进行积分在频域中进行积分 Vn()为为vn(t)的傅里叶变换。的傅里叶变换。自鸣噪声：受撞击物体振动面辐射的噪声。能量计算 在频域中19机械噪声控制的基本方法机械噪声控制的基本方法 消消除除或或减减小小引引起起振振动动的的激激励励力力；使使激激励励力力的的频频率率不不要要接接近近机机器器的的共共振振频频率率；调调整整或或降降低低机机械械部部件件对对外外激激发发产产生生的的响响应应；采采用用具具有有较较高高内内耗耗系系数数的的材材料料制制作作机机械械设设备备中中噪噪声声较较大大的的另另部部件件，或或在在振振动动部部件件的的表表面面上上附附加加外外阻阻尼尼，降降低低其其声声辐辐射射效效率率；避避免免运运动动部部件件的的冲冲击击和和碰碰撞撞，降降低低撞撞击击部部件件之之间间的的撞撞击击力力和和速速度度，延延长长撞撞击击部部件件之之间间的的撞撞击时间。击时间。机械噪声控制的基本方法 消除或减小引起振动的激励203.气流噪声源气流噪声源 3.气流噪声源 21单极子单极子 波动方程波动方程 若球面作简谐振动若球面作简谐振动 A为与小球表面振幅及其面积有关的量。为与小球表面振幅及其面积有关的量。单极子 波动方程 若球面作简谐振动 A为与小球表面振幅及其面22声强声强 u=p/0c为质点的振动速度。为质点的振动速度。辐射的声功率辐射的声功率 假设喷注的喷口直径为假设喷注的喷口直径为D D，气流速度为，气流速度为v，喷注密度为，喷注密度为，脉动球的半径为，脉动球的半径为a a M=v/c称为马赫数。称为马赫数。声强 u=p/0c为质点的振动速度。辐射的声功率 假23偶极子偶极子 定义：定义：由两源强相同，相距由两源强相同，相距l（l），），位相差位相差180 的单极子组成。的单极子组成。辐射声功率辐射声功率：偶极子 定义：由两源强相同，相距l（l），辐射声功率 24四极子四极子 声源辐射的总功率声源辐射的总功率 四极子 声源辐射的总功率 25三类基本声源三类基本声源 辐射特性180相 位差单极子偶极子四极子指向性指向性辐射声功率比例于声效率比例于MM3M5注：三类基本声源 辐射特性180相位差单极子偶极子四极子指向性26喷注结构喷注结构 喷注结构 27喷注的湍流噪声喷注的湍流噪声 喷注的湍流噪声 28湍流噪声功率湍流噪声功率W是噪声功率；是噪声功率；KV为常数。为常数。对理想气体，能量守恒定律为对理想气体，能量守恒定律为 p1是驻点压力，是驻点压力，1是驻点喷注密度，是驻点喷注密度，p是环境压力，是环境压力，r是比热比。是比热比。湍流噪声功率W是噪声功率；KV为常数。对理想气体，能量守恒29当流速当流速v小于声速时小于声速时 VC是喷注的临界速度。是喷注的临界速度。喷注湍流噪声声功率的经验公式喷注湍流噪声声功率的经验公式 当流速v小于声速时 VC是喷注的临界速度。喷注湍流噪声声功30喷注喷注90 方向上，离喷口方向上，离喷口1m处的声压处的声压级级 令令R=p1/p0，为驻点压力与环境压力比，为驻点压力与环境压力比 D为为喷口直径，以毫米计；喷口直径，以毫米计；D0=1mm。喷注90方向上，离喷口1m处的声压级 令R=p1/p0，为31用喷注的压力表示的湍流速度用喷注的压力表示的湍流速度 p pA A为喷口压力。为喷口压力。用喷注的压力表示的湍流速度 pA为喷口压力。32喷注湍流噪声的归一化功率谱喷注湍流噪声的归一化功率谱 喷注湍流噪声的归一化功率谱 33干扰噪声干扰噪声 相对谱级相对谱级 W W是喷注的总声功率，是喷注的总声功率，W Wf f是频率是频率f f以下的声功率，以下的声功率，c c是喷注局部声速，是喷注局部声速，D D是喷口直径。是喷口直径。功率谱曲线功率谱曲线干扰噪声 相对谱级 W是喷注的总声功率，Wf是34噪声的噪声的A功率功率 是是11200Hz的斯托罗哈尔数，的斯托罗哈尔数，阻塞时的阻塞时的xA=0.165D 在喷注在喷注90 方向上离喷口方向上离喷口1m处的干扰噪声级处的干扰噪声级 在小喷注的情况在小喷注的情况 噪声的A功率 35阻塞喷注的冲击噪声阻塞喷注的冲击噪声 定义：定义：由于阻塞喷注时喷口处压力的不连续性而由于阻塞喷注时喷口处压力的不连续性而 产生的冲击波互相干涉，形成一串冲击室，产生的冲击波互相干涉，形成一串冲击室，因而辐射额外的噪声，即冲击噪声。因而辐射额外的噪声，即冲击噪声。基频的斯托罗哈尔数与压力比的关系基频的斯托罗哈尔数与压力比的关系 冲击噪声有明显的指向性冲击噪声有明显的指向性 阻塞喷注的冲击噪声 定义：由于阻塞喷注时喷口处压力的不连36归一化归一化A声级理论曲线和实验结果声级理论曲线和实验结果 归一化A声级理论曲线和实验结果 37喷注喷注90 方向上对喷口直径归一化方向上对喷口直径归一化以后声压与压力的关系以后声压与压力的关系 喷注90方向上对喷口直径归一化以后声压与压力的关系 38各方向喷注噪声总声压级各方向喷注噪声总声压级L作为作为驻压比驻压比R的关系的关系 各方向喷注噪声总声压级L作为驻压比R的关系 39不同驻压比时的啸叫声的不同驻压比时的啸叫声的斯托罗哈尔数斯托罗哈尔数 不同驻压比时的啸叫声的斯托罗哈尔数 40冲击噪声的抑制冲击噪声的抑制 冲击噪声的抑制 41冲击噪声受抑制前后冲击噪声受抑制前后噪声频谱的变化噪声频谱的变化 冲击噪声受抑制前后噪声频谱的变化 42气流噪声控制的基本方法气流噪声控制的基本方法（l）选选择择合合适适的的空空气气动动力力机机械械设设计计参参数数，减少气流脉动，减小周期性激发力；减少气流脉动，减小周期性激发力；（2）降降低低气气流流速速度度，减减小小气气流流压压力力突突变变，以降低湍流噪声；以降低湍流噪声；（3）降低高压气体排放压力和流速；）降低高压气体排放压力和流速；（4）安装合适的消声器。）安装合适的消声器。气流噪声控制的基本方法（l）选择合适的空气动力机械设计参数434.噪声控制中的声源识别噪声控制中的声源识别4.噪声控制中的声源识别 44声源识别声源识别 噪声源识别，确定出主要噪声源。噪声源识别，确定出主要噪声源。识别方法：识别方法：分别运转法分别运转法、选择隔声法、选择隔声法、频率、频率分析法分析法、近场测量法、近场测量法、相关分析法、相关分析法、相干分析法相干分析法、传递函数法、声强测量、传递函数法、声强测量法、声全息摄影法、声通道法等。法、声全息摄影法、声通道法等。声源识别 噪声源识别，确定出主要噪声源。识别方法：45分别运转法分别运转法 原理：？原理：？优点：优点：简单易行，直观性强，不要求简单易行，直观性强，不要求 采用先进设备与技术。采用先进设备与技术。缺点：缺点：机器是一个整体，相互之间有机器是一个整体，相互之间有 影响；且费工费时，且有一定影响；且费工费时，且有一定 的局限性。的局限性。分别运转法 原理：？优点：简单易行，直观性强，不要求 46选择隔声法选择隔声法 原理：？原理：？优点：优点：只要覆盖严密，隔声较好，就能取只要覆盖严密，隔声较好，就能取 得较高的精度；它不会产生由于某得较高的精度；它不会产生由于某 些零部件停止运转而带来的影响。些零部件停止运转而带来的影响。缺点：缺点：仅适用于测量辐射中、高频声的声仅适用于测量辐射中、高频声的声 源源;测量费时多，声学环境要求测量费时多，声学环境要求 高，测试成本较高。高，测试成本较高。选择隔声法 原理：？优点：只要覆盖严密，隔声较好，就能取缺点47用选择用选择隔声法隔声法测得的测得的某柴油某柴油机表面机表面声辐射声辐射结果结果 用选择隔声法测得的某柴油机表面声辐射结果 48频率分析法频率分析法 原理：原理：如果某组成声源频谱上的峰值频如果某组成声源频谱上的峰值频 率与总噪声频谱上的某一峰值频率与总噪声频谱上的某一峰值频 率相对应时，就说明了总噪声中率相对应时，就说明了总噪声中 在该频率处的噪声能量是由上述在该频率处的噪声能量是由上述 某组成声源所作的贡献。某组成声源所作的贡献。优点：优点：简单易行、非常有效。简单易行、非常有效。频率分析法 原理：如果某组成声源频谱上的峰值频优点：简单易行49机油泵体振动功率谱机油泵体振动功率谱及近场噪声功率谱及近场噪声功率谱 (a)泵体振动泵体振动功率谱功率谱 (b)泵体近场泵体近场噪声功率谱噪声功率谱机油泵体振动功率谱及近场噪声功率谱 50近场测量法近场测量法 原理：？原理：？优点：优点：该方法法简单易行，不要求高级该方法法简单易行，不要求高级的仪器和技术。的仪器和技术。缺点：缺点：在混响严重的场所，使用该法就在混响严重的场所，使用该法就 毫无意义；无法避免邻近表面辐毫无意义；无法避免邻近表面辐 射的影响。射的影响。近场测量法 原理：？优点：该方法法简单易行，不要求高级的仪器51声导管结构声导管结构 声导管结构 52相关分析法相关分析法 为时间位移（或称时延）；为时间位移（或称时延）；T 为所为所取波形的时间过程。取波形的时间过程。相关分析法 为时间位移（或称时延）；T 为53用相关分析法识别声源用相关分析法识别声源 注：注：R21表示机床噪声在总噪声中所作的相对贡献表示机床噪声在总噪声中所作的相对贡献用相关分析法识别声源 注：R21表示机床噪声在总噪声中所作的54相干分析法相干分析法常相干函数常相干函数 、为为 、的自功率的自功率谱谱,为它们间的互功率谱。为它们间的互功率谱。物理意义：物理意义：适用于单输入单输出系统，表示频率适用于单输入单输出系统，表示频率 f 处，输出谱中有多少成份来自于输入谱处，输出谱中有多少成份来自于输入谱。相干分析法常相干函数 、55相干分析法相干分析法重相干函数重相干函数 为为 、引起的理想引起的理想输出谱之和；输出谱之和；为剩余输出噪声谱。为剩余输出噪声谱。物理意义：适用于多输入、单输出，且各输物理意义：适用于多输入、单输出，且各输入彼此互不相关的系统，表示全部输入在输入彼此互不相关的系统，表示全部输入在输出中具有多大的分量。出中具有多大的分量。相干分析法重相干函数 为 56输入与输出间的常相干函数输入与输出间的常相干函数 偏相干函数偏相干函数(i=1,2,q)输入与输出间的常相干函数 偏相干函数(i=1,2,57输入在总输出中的贡献输入在总输出中的贡献 物理意义：物理意义：适用于多输入、单输出，各输入之间是适用于多输入、单输出，各输入之间是相关的系统，表示第相关的系统，表示第i个输入对总输出所作个输入对总输出所作的贡献。的贡献。输入在总输出中的贡献 物理意义：585.城市环境噪声控制城市环境噪声控制 5.城市环境噪声控制 59环境噪声源环境噪声源 工业生产噪声工业生产噪声建筑施工噪声建筑施工噪声交通运输噪声交通运输噪声社会生活噪声社会生活噪声 环境噪声源 工业生产噪声60工业噪声工业噪声 工业噪声在我国城市环境噪声构成中占有工业噪声在我国城市环境噪声构成中占有相当的比例。相当的比例。工业噪声主要来自工厂生产车间动力、机工业噪声主要来自工厂生产车间动力、机器设备等辐射的声能。器设备等辐射的声能。生产设备噪声的大小与设备种类、功率、生产设备噪声的大小与设备种类、功率、型号、安装状况以及周围环境条件等有关。型号、安装状况以及周围环境条件等有关。工业噪声 工业噪声在我国城市环境噪声构成中占有相当的比例61部分工厂车间的噪声级部分工厂车间的噪声级 工厂（车间）噪声级dB工厂（车间）噪声级dB钢铁80110铁道80115石油80110印刷7090机械80110食品7090建工80115造纸8090电子7090发电85110纺织80105水泥80115部分工厂车间的噪声级 工厂（车间）噪声级dB工厂（车间）噪62常见工业设备噪声范围常见工业设备噪声范围 设备名称声级范围/dB设备名称声级范围/dB飞机发动机107140轧机91110振动筛93130冲压机9195球磨机87128剪板机9195织布机96130粉碎机91105鼓风机80126磨粉机9195引风机75118冷冻机9195空压机73116抛光机96100破碎机85114锉锯机96100蒸汽锤86113挤压机96100锻机89110卷扬机8090电动机75107退火炉91100发电机71106拉伸机9195水泵89103细纱机9195车床9195木工机械85120冲床7498木工圆锯机93101砂轮91105木工带锯机95105风铲（镐）91110注：表中声级为现场实测值，测点距设备外壳注：表中声级为现场实测值，测点距设备外壳1m。常见工业设备噪声范围 设备名称声级范围/dB设备名称声级范围63交通噪声交通噪声 主要是机动车辆、飞机、火车和轮主要是机动车辆、飞机、火车和轮船的噪声。船的噪声。地面运输噪声的来源主要是机动车地面运输噪声的来源主要是机动车辆和火车，其中尤以机动车辆噪声对环辆和火车，其中尤以机动车辆噪声对环境影响最大。境影响最大。随着民用航空运输的发展，飞机噪随着民用航空运输的发展，飞机噪声已成为主要交通噪声源之一。声已成为主要交通噪声源之一。交通噪声 主要是机动车辆、飞机、火车和轮船的噪声64欧洲机动车辆噪声限值（欧洲机动车辆噪声限值（dBdB）实行时间小轿车载重车1976-1982年82911982-1988年80881988-1995年77841995年以后7480欧洲机动车辆噪声限值（dB）实行时间小轿车载重车197665一些民用飞机的噪声值一些民用飞机的噪声值 注：注：*表示低于国际民航组织规定的最安静飞机级别标准表示低于国际民航组织规定的最安静飞机级别标准 机种认证年代噪声级（EPNL）BoeingB7073001960123DC-8-201960118CoronadoCV9901964110TridentHS211965108BoeingB747-2001970105*DC10-10197199*MD80198093*AirbusA300B2198188*BoeingB767-200R198591*AirbusA310-300198787*AirbusA320198884*一些民用飞机的噪声值 注：*表示低于国际民航组织规定的最安静66建筑施工噪声建筑施工噪声 注：表中声级为现场实测值。注：表中声级为现场实测值。机械名称距声源10m距声源30m声级范围平均声级范围平均打桩机931121058410391地螺钻688275577063铆枪859891748680压缩机829888738678破路机809285748076建筑施工噪声 注：表中声级为现场实测值。机械名称距声源1067社会生活噪声社会生活噪声 社会生活噪声，是指人为活动所产社会生活噪声，是指人为活动所产生的除工业噪声、交通运输噪声和建筑生的除工业噪声、交通运输噪声和建筑施工噪声之外的干扰周围生活环境的声施工噪声之外的干扰周围生活环境的声音。音。社会生活噪声 社会生活噪声，是指人为活动所产生的68家庭用具噪声级家庭用具噪声级（dB）用具名称声级范围用具名称声级范围洗衣机5080缝纫机4570除尘器6080吹风机4575钢琴6095窗式空调5065电视6080食品搅拌机6575风扇4060高压锅（吹气）5865电冰箱4055脱排油烟机5560家庭用具噪声级（dB）用具名称声级范围用具名称声级范围洗衣69城市环境噪声的控制城市环境噪声的控制行政管理措施行政管理措施 规划性措施规划性措施 城市环境噪声的控制 行政管理措施 70利用城市规划及管理方法控制交通噪声利用城市规划及管理方法控制交通噪声 控制噪声方法控制噪声方法实际效果实际效果居住远离交通干线和重型车辆通行道路距离增加一倍，噪声降小46dB按噪声功能区进行合理区划规划510dB利用商店、公共活动场所做临街建筑、隔离噪声725dB道路两侧采用专门设计的声屏障520dB减少交通流量流量减一倍，噪声降35dB减少车辆行驶速度每减少10km/hr，噪声降23dB减少车流量中重型车辆比例每减少10%，噪声降12dB增加临街建筑的窗户隔声效果520dB临街建筑的房间合理规划1020dB禁止汽车使用喇叭25dB利用城市规划及管理方法控制交通噪声 控制噪声方法实际效果居住71