水下振动噪声及控制技术绪论

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考核方式
平时作业30%(到课率+课堂作业) 考试70%(闭卷考试)
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参考书目
1、陈小剑,舰船噪声控制技术,上海交通大学出版社; 2、朱蓓丽,潜艇隐身关键技术---声学覆盖层的设计,上海交通大学出版社; 3、何琳,声学理论与工程应用,科学出版社; 4、楼京俊,振动主动控制,国防工业出版社; 5、陈克安,有源噪声控制,国防工业出版社; 6、姚熊亮,船体振动与噪声,国防工业出版社;
响度级和等响曲线
响度级单位是方(phon), 就是选取以1000Hz的纯音为基准声音, 取其噪声频率的纯音和1000Hz纯音相比 较,调整噪声的声压级,使噪声和基准 纯音(1000Hz)听起来一样响, 该噪声的响度级就等于这个纯音的声压 级(dB)。 如果噪声听起来与声压级为85dB、频率 1000Hz的基准音一样响,该噪声响度级 就是85phon。
倍频程
在噪声测量中,最常用的是倍频程或1/3倍频程。在 一个频程中,上限频率与下限频率之比为:
fu 2 fl
倍频程通常用它的几何中心频率来表示:
fc
2 fu fl fu 2 f1 2
1/3倍频程
当把倍频程再分成三份,即1/3倍频程,那么,上限频 率与下限频率之比为:
3 fu 2 fl 1
噪声对人体健康的影响
理想的睡眠环境,噪声级在35dB(A)以下, 当噪声级超过50dB(A),约有15%的人正常睡眠受到影响。
通常人们谈话声音是60dB(A)左右, 当噪声在65dB(A)以上时,就干扰人们的正常谈话, 如果噪声高达90dB(A),就是大喊大叫也很难听清楚, 就需贴近耳朵或借助手势来表达语意。
相同噪声级的合成
P12 P22 2 P12 P1 P P2 Lp 20lg 10lg 2 10lg 10lg 2 10lg 2 20lg 2 P0 P0 P0 P0 P0 3 100 103 dB
• 两个特性相同、声压级相等的噪声相加,其总声压级比单 个声源的声压级增加了3dB。
声强
声波作为一种波动形式,将声源的能量向空间辐射, 人们可用能量来表示它的强弱。 在单位时间内,通过垂直于声波传播方向的单位面积 的声能,叫做声强,单位为 W / m 单位时间内、单位面积的声波向前进方向毗邻介质所 做的功:
2
1 T I Re( p ) Re(v)dt T 0
声强
Biblioteka Baidu自由场中:平面波条件下
即1/3倍频程的几何中心频率为:
fc fu fl 2 f1
6
fu
6
2
1/3倍频程把频率分得更细了,可以更清楚地找出噪声 峰值所在的频率。
频谱分析
将噪声源的声压级、声强级、或者声功率级,按频率 顺序展开,使噪声的强度成为频率的函数,并考察其频谱 形状,这就是频谱分析,也称频率分析。 通常以频率(Hz)为横坐标,声压级(声强级、声功 率级)(dB)为纵坐标,这种图称为频谱图。 声音的频谱有多种形状,一般可分为三种:
p2 I c
声强
自由场中:声源的远场处
p2 I c
A j (t kr ) p( r , t ) e r
1 p A 1 jkr j (t kr ) u (r , t ) dt e r r c jkr
1 A j (t kr ) 1 A u (r , t ) e 2 e j (t kr ) r c r j ck
声功率
• 声源在单位时间内辐射的总能量叫声功率。
W Ids
• 通常用W表示,单位是W,1W=1N·m/s。 • 在自由声场中,声波作球面辐射时,声功率与声强有 下列关系:
W I 4 r 2
声压级
从听阈声压2xl0-5Pa到痛阈声压20Pa,声压的绝对值数 量级相差100万倍,因此,用声压的绝对值表示声音的强弱 是很不方便的;由于人对声音响度感觉是与对数成比例的, 所以,人们采用了声压或能量的对数比表示声音的大小,用 “级”来衡量声压、声强和声功率,称为声压级、声强级和 声功率级。这与人们常用级来表示风、地震大小的意义是相 同的。
声压级定义式:
P2 Lp 10lg 2 P0
Lp 20lg
P P0
参考级:水声(自行查阅)
噪声级的合成
当噪声源同时向外辐射噪声,它们总的声压级是多少 呢? 不能把两个声压级进行简单的代数相加,能进行相加 运算的,只能是声音的能量。
相同噪声级的合成
某车间有两台相同的车床,它们单独开动时,测得声压级 均为l00dB,求这两台机床同时开动时的声压级是多少(dB)?按 照声压级的定义,它们的总声压级为:
频谱分析
(1)线谱。乐器(如笛、提琴等)发出的声音频谱中,具 有一系列的分立的频率成分,在频谱图上是一些线谱,如图1所 示,频率最低的成分叫基音,其他频率较高的成分称为泛音。
频谱分析
• (2)连续谱。工业上的噪声是由许多不协调的基音和泛音组成 的,在频谱上对应各频率成分的竖线排列得非常紧密,它没有显 著突出的频率成分,声能连续地分布在空阔的频率范围内,故称 为连续谱,如图1(b)所示,这种噪声又称为无调噪声。
噪声对人体健康的影响
睡眠是人们生存必不可少的。人们在安 静的环境下睡眠,它能使人的大脑得到 休息,从而消除疲劳和恢复体力。噪声 会影响人的睡眠质量,强烈的噪声甚至 使人无法入睡,心烦意乱。 睡眠质量好坏,取决于熟睡阶段的时间 长短,时间越长,睡眠越好。 一些研究结果表明,噪声促使人们由熟 睡向瞌睡阶段转化,缩短熟睡时间;有 时刚要进入熟睡便被噪声惊醒,使人不 能进入熟睡阶段,从而造成人们多梦, 睡眠质量不好,不能很好地休息。
听力损失
国际标准化组织(ISO)于1964年规定,在500Hz、1000Hz、 2000Hz三个倍频程内听阈提高的平均值在25dB以上时,即 认为听力受到损伤,又叫轻度噪声性耳聋。按照听力损失 的大小,对耳聋性程度进行分级,见表2-1。
噪声性耳聋
噪声性耳聋有两个特点: 一是除了高强噪声外,一般噪声性耳聋都需要一个持续的 累积过程,发病率与持续作业时间有关; 二是噪声性耳聋是不能治愈的,因此,有人把噪声污染比 喻成慢性毒药。
噪声性耳聋
噪声对人体的危害最直接是听力损害。 当从较安静的环境进入较强烈的噪声环境中,立即感到刺 耳难受,甚至出现头痛和不舒服的感觉,停留一段时间, 离开这里后,仍感觉耳鸣,马上(一般在2min内)作听力 测试,发现听力在某一频率下降,即听阈提高了20dB。
噪声性耳聋
• 暂时听阈偏移,亦称听觉疲劳。 • 听觉疲劳时,听觉器官并未受到器质性损害。 • 如果人们长期在强烈的噪声环境中工作,日积月累, 内膜器官不断受噪声刺激,恢复不到暴露前的听阈, 便可发生器质性病变,成为永久性听阈偏移,这就是 噪声性耳聋。
(a)10m3/min空压机噪声;(b)LG80m3/min鼓风机噪声;
频谱分析
(c)柴油机排气噪声;(d)JB51-2电动机噪声
噪声的危害
强烈的噪声可引起耳聋诱发各种疾病, 影响人们的休息和工作, 干扰语言交流和通信, 掩蔽安全信号造成生产事故, 降低生产效率, 影响设备的正常工作甚至造成破坏。
频谱分析
(3)在有些噪声源,如鼓风机、车床、空调机、发电机等产生噪声 的频谱中,既有线谱又有连续谱成分,故称为有调噪声,这种噪声听 起来又明显的音调,如图1(c)所示。
频谱分析
常见的一些机械设备的噪声频谱如图2所示。可清楚地看出相应 频率所对应的声压级(dB),一目了然地找出声压级峰值所在的频 率,这些峰值属于有调成分,而其余声能谱则属于无调成分。
有效声压
在声波中,人们经常研究的瞬时间隔内声压的有效值, 即随时间变化的均方根值,称为有效声压值。数学表 达式为
1 T 2 P p t dt T 0
式中, p t --瞬时声压;t--时间;T--声波完成 一个周期所用的时间。 对于正弦波,有效声压等于瞬时声压的最大值除 2 ,如未加说明,即指有效声压。 以
LP LP 1
水声实验中,本底噪声或背景噪声。
平均声压级
设有N个声压级,因为声波的能量可以相加,故N个声压级 的平均值 可由下式表示:
1 LP =10 lg N
Lpi 10
10
i 1
N

平均声压级的计算是由声能的平均原理导出的,它与 人耳对噪声的主观感受基本相符。
4
1绪论
1.1 噪声的概念 1.2 噪声的分析方法 1.3 噪声的危害
1.4 噪声的控制方法
1.5 振动的控制方法
1绪论
1绪论
• 噪声污染和空气污染、水污染、废弃物污染一样,被称为 当今的四大污染。 • 噪声污染面积大,到处可见。如交通噪声污染、厂矿噪声 污染(各类机械设备)、建筑噪声污染、社会噪声污染。 噪声污染一般不致命,它作用于人们的感官,好像没有严 重后果,即噪声源停止辐射时,噪声立即消失,噪声没有 具体污染物,又不能积累,再利用价值不大,因而,噪声 常被人们忽视。 • 随着近代工业的迅猛发展,噪声污染越 来越严重,已成为一种公害。控制噪声 污染、保护环境已成为人们的共识。
噪声的评价方法
声压、声强和声功率
声波引起空气质点的振动,使大气压力产生压强的波动 称为声压,亦即声场中单位面积上由声波引起的压力增量为 声压,其单位为N/m2,简称帕(帕斯卡),符号为Pa。通常都 用声压来衡量声音的强弱。 正常人耳刚能听到的声压是2xl0-5Pa,称为听阈声压;人 耳产生疼痛感觉的声压是20Pa,称为痛阈声压。
水下振动噪声及控制技术
2017年8月
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授课内容
共16次课,32个学时
绪论、噪声的危害与评价、噪声的控制方法、振动的控制方法 潜艇和船舶噪声的主要来源及计算方法 振动被动控制-吸振原理、隔振原理 振动被动控制-减振原理、船体振动的减振方法 振动被动控制--船舶常用减振器介绍 振动主动控制(结构中的振动主动控制) 吸声原理(水声常用的吸声材料与吸声结构) 带圆柱空腔吸声覆盖层的有限元数值计算模型 声学覆盖层声学机理概述 声学覆盖层的声学性能测试技术 粘弹性材料动态弹性模量的测试技术 隔声原理及应用、单层均匀薄型构件的隔声 双层薄板的隔声、弯曲薄板、复合板和多层板的隔声 组合结构的隔声和漏声的影响、管道隔声、结构固体声隔声 有源噪声控制(结构声辐射有源控制) 潜艇和船舶噪声常用的测量方法
噪声的评价
声压级相同而频率不同的声音,听起来很可能是不一样的。 如大型离心压缩机的噪声和活塞压缩机的噪声,声压级均为 90dB,可是前者是高频,后者是低频,听起来,前者比后者 响得多。
再如声压级高于120dB.频率为30kHz的超声波,尽管声压级 很高,但人耳却听不见。 为了反映噪声的这些复杂因素对人的主观影响程度,就需要 有一个对噪声的评价指标。
噪声对人体健康的影响
长期在高噪声环境下工作的人们与在一般环境下工作的人们相比, 高血压、动脉硬化和冠心病的患病率要高2-3倍。 噪声还会引起消化系统方面的疾病,噪声能使人的消化机能减退、 胃功能紊乱、消化系统分泌异常、胃酸度降低,以致造成消化不 良、食欲不振、患胃炎及胃溃疡等疾病,致使身体虚弱。 强声武器(新一代的防爆维稳武器) 湖南科技大学,声管中试验,老鼠吐血身亡。
相同噪声级的合成
• 如果有N个性质相同、声压级相等的声源叠加到一起,总声 压级可用下式表示:
Ltotal Lp 10lg N
声压级分贝的减法
机床未开动前的本底或环境噪声是可以测量的,机床 开动后,机床噪声与本底噪声的总声压级也是可以测量的, 那么,计算机床本身的声压级就必须采用声压级的减法。
噪声分析的基本知识
音调是人耳对声音的主观感受。(宫 商 角 徵 羽) 试验证明,音调的高低主要由声源振动的频率决定。 由于振动的频率在传播过程中是不变的,所以声音的频率 指的就是声源振动的频率。 声音按频率高低可分为次声、可听声、超声。
噪声分析的基本知识
• 次声是指低于人们听觉范围的声波,即频率低于20Hz; 可听声是人耳可以听到的声音,频率为20-20000Hz; • 当声波的频率高到超过人耳听觉范围的极限时,人们观 察不出声波的存在,这种声波称为超声波。 • 噪声控制中研究的是可听声,在噪声控制这门学科中, 通常把500Hz以下的称为低频声, • 把500-20000Hz的称为中频声, • 把20000Hz以上的称为高频声。
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