第7章1 噪声与振动

3．声强与声强级
声强――垂直于声波传播方向n的单位面积上，单位时间内 通过的平均声能。（声音强弱）
2 1 T p 自由声向 In pun dt w / m2 T 0 ec 声强级SIL（Sound Intensity Level） I LI 10 lg LdB P I0 基准声强I0＝10－12w/m2 对应基准声压p0＝2×10－5Pa
，选择波长，
②共振腔室消声器 消声频带较窄，共振频率附近消声量较大[贮蓄声能于共振
腔室中]
。适用单峰值频率，且峰值突出的高噪音。
③干涉型消声器
气流通过主管和支管，支管长度比主管长，多出的长
度正好1／2声波波长的奇倍数。
l

2
n, n 1,3,5,
使主、支管的声波干涉，消声。
3．阻抗复合型消声器（如内壁衬以多孔吸声材料的扩
①扩张室消声器
1 2 1 消声量 LTL 10 lg 1 (m ) sin KL2 m 4 s2 f (扩张比m ，波数K , l2） （ ω－圆频率） s1 c
4l2 l m↑，LTL↑，m=c， 2 (2n 1) 使 sinKl2=1，则LTL max 。
3．对健康影响。
噪声作用于中枢神经，大脑皮层兴奋失调，神经衰弱、 消化不良、高血压、心脏病。
四．噪声标准
1．《工业企业噪声标准》 劳保 8h 工作， <85dB; 时间减半，噪 声 加 3dB ；最高
≤115dB。
2．《城市区域环境噪声标准》（GB3096－82） 45~70dB。不同区域。 3．《机动车辆允许噪声》（GB1495－79） 82~89dB，不同车辆。
排气噪声声压级与压力降平方成正比，压差减半，噪声降低6~12dB。
（3）多孔扩散 烧结金属和塑料，多孔陶瓷，多层金属结网，围住排气管。可以降压， 吸声。
第三节
一．风机
机械设备噪声控制
1．机理。（空气动力性噪声） 噪声源：进、出气口。其次，机壳、电动机、轴承的 机械噪音及振动。 （1）旋转噪声：旋转叶片打击空间某固定点的空气质 点，引起空气的压力脉动，产生相应的压强脉冲，形 成噪声。（打击空气形成） （2）涡流噪声：旋转叶片背后的气体产生涡流，产生 及分裂成小涡流使空气发生扰动，形成疏密波。
第二节 吸声、隔声、消声
一．吸声 声源辐射噪声，受声点除感受到由噪声源传来的直 达声外，还可听到在坚硬平整壁面上有多次来回反射
形成的反射声。
利用多孔材料或吸声结构可以降低反射声，使总
噪音强度下降。
1．多孔吸声材料
玻璃纤维、矿棉板、泡沫塑料，多孔陶瓷，膨胀珍珠岩。（绝热
材料）
吸声系数

Ef E0

4．声功率与声功率级
声功率――单位时间内声源发出的总声能。
w
声功率（ w）是恒量，声压（ p）和声强（ In）在声场不

s
球似 Inds 4 R 2 In
同地点有不同的值，与R成反比，声功率级SWL（Sound
Level）
w dB Lw 10 lg LI LP w0 -12 2 基准声功率 w0=10 w （1m 的I，球半径R=0.2821m处）
Q 4 Db [4πr2 －点源通过面积] ) 2 4 r R
sa 2 m 1 a
，α－吸声系数，S－室内总面积m 。
2
（2）混响场：各点声压均匀，与r无关，Q＝0
（3）自由场：无墙，R→∞，Q＝1点声源，距离r增加一倍，声压级 LP减少6dB。
半自由场：一面墙， R→∞ ， Q ＝ 2 线声源，传播通过面积为
当 LN≥40 ， 噪 声 响 度 级 Ln 每 增 加
二．声的传播与衰减
1．不计大气吸收的传播 测点距声源不同，声压级不同。 （1）室内点声源 声压级： LP LW 10 lg( 声源中央，Q＝1； 墙或地[通过1球面]，Q＝2； 两墙与线[通过1/4球面]，Q＝4； 三面交点[通过1/8球面]，Q＝8 r―离声源距离m。 R房间常数＝ Q――位置指向性因数。
三．消声
气流通过时阻止声音传播，但允许气流通过。
消声评价：
插入损失 LTL ：接入消声器前后，在系统外测得声压级之 差。
传递损失LTL：消声器进出口声功率级差 W1 dB。 LTL LW1 LW2 10 lg( ) W2
1．阻性消声器。消高频
阻性元件：声学系统中能量损耗元件。 原理：利用附贴在气流管道上的多孔材料吸收声能。 消声量
P Dl
f0
600 mD
m――板密度，D――空腔厚，P――空孔率， c――声速。
在有噪声源的房间进行吸声处理，吸声系数增加1 倍，降低3dB，增加10倍，降低10dB。 在共振频率f0 附近时吸声系数α 大，但吸声频带窄，
所以加矿棉。
二．隔声
原理：声波透过一层具有不同特性阻抗的介质传播问 题。z1=ρici 为特性阻抗。 隔声材料控制或减少向介质3中的传播，有较大的 传递损失LTL（dB）,即隔声量R（dB） 用密度大的板（铅、钢、铝）增大反射。
有一上限失效频率（临界吻合频率）fc 。
所以，隔音设计主要利用第三区， f mn ＜
f
＜
fc 。
应用：隔声罩。把噪声源封闭起来。
（1）选择合适形状，体积小，用曲面体，刚度大。加筋 或涂贴 阻尼层，防止共振和吻合效应。机器，地基，罩相互之间采用隔 振措施，以免噪声传递。 （ 2 ）罩内表面应当有较好的吸声的吸声性能，进行吸声处理。 钢板（2mm）＋沥青石棉（7mm）阻尼层＋超细玻璃棉（50mm） ＋玻璃布＋钢板网（25％穿孔率）。R＝35~45db。
实际，隔声量R与材料的弹性与阻尼也有关系，隔声量R与f的关 系分作4个区域。
隔声量与频率的关系可分为以下四个区：（有图） 第一区：弹性控制区。 第二区：阻尼控制区，失效，发生共振，R↓。 有一下限失效频率 fmn（共振）。 若阻尼↑，阻止R↓。
第三区：质量控制区，满足理论式。每倍频使R↑6dB。
第四区：吻合效应区，声波使板产生吻合效应，隔音效果有所下 降。

材料吸收的声能 ＝f (厚度、容重、腔厚，f ) 入射到材料表面的声能
3
合理增加：材料厚度，容重（kg/m ），材料后面空腔厚度可以增 加低频吸声系数。
2．吸声结构
板材＋空腔
图10-3 薄板共振吸声结构
可用薄板（金属、胶木、三合、塑料）；或薄板打孔＋矿棉
薄板：共振频率 穿孔板：共振频率
f0
c 2
度级为95phon。
所以，响度级是人类主观感觉声音响的程度的指标。 得到等响曲线。
响度N―与响度级一一对应，单位是宋（sone）；可以
较直观地表示声音的大小，即响度增减的百分数与人 类主观感觉声音响的程度的变化较接近。 10phon，N增加一倍。与人类主观感觉更接近。
( LN 40) N 2 10
第七章1 噪声与振动
第一节 噪声基础
噪声 ―― 令人不愉快的声音。（干扰人们休息、学习、工作、
对人体有害、不需要的声音）
噪声污染――噪声超过人们活动所能容许的程度。 近10年，美、日、俄增加10dB；北京：达86dB。严重破坏人类 的生活环境，身体健康。 列为国际三大公害（水、大气、噪声）
一．基本特性
p 20Pa
声压级SPL（Sound Pressure Level）－有效声压与听阀声压之比的对
数的20倍，单位为分贝db]
pe L p 20 lg p 0
一般：听阀0dB，公共汽车内80dB， 讲演90 dB，痛阀120dB， 飞机喷口附近150dB。
dB（decibel）
2．对睡眠、交谈和思考影响
睡眠：影响数量和质量。连续噪音：40dB 10％人的影响， 70dB 50％人影响 突然噪音：40dB 10％人的惊醒，60dB 70％人惊醒 交谈：连续噪音：55dB即多影响；65dB提高嗓门；90dB， 无法交谈。 思考：噪声使工作效率下降，心情烦燥，反应迟钝，分 散注意力，引起安全事故。
p＝0

无声。
1atm=1.013×105Pa
有效声压（一般称为声压）―瞬时声压在一段时间内的均 方根值。
1 Pe T

T
p 2 (t )dt
0
听阀声压―正常人耳刚能听到的声音的声压：
p0 2 105 Pa。（ f 1000 Hz
痛阀声压―正常人耳感到疼痛的声压。

时）
基准 0dB 120dB
不同子样的声级可以运算，相加，相减，平均。P212－213或
（8.9-8.13）。
响度级Ln―将声压和频率联系起来的特性，单位为方 （ phon ）。以 1KHz 纯音为基准，一个噪声和这个基 准声一样响，则这个噪声的响度级（ phon）就等于这 个纯音的（声压级（dB值））。
例：某噪声，听起来和声压级为95dB，1KHz的基音一样响，这个噪音的响
材料两边为空气，隔声量的理论计算式,遵循质 量定律（把隔声材料看成质量系统）
隔声量：
R＝20lg M 2 20lg f c
42.7垂直入射 面质量M2――单位面积质量kg/m2 。 系数 c 48无规则入射
即，f=c 时，材料面质量增大一倍，R增大6dB。R由质量控质。
若 M2=c
入射频率 f 增大一倍，R增大6dB。隔高频。
5．响度，响度级，计权声级（A）
人耳对声音的感受不仅与声压有关，也与频率有关。 频率不同，感受不同，对低频和较高频不敏感。空压 机（高频）和小汽车（低频）均为90 dB，听起来前者 响得多。
测量仪器中，为了模拟人耳的听觉特性，设计计数网络A、B、
C按接多的声间不同程度滤波。A网络将大部分低频波滤掉， 与人耳对噪音的感觉一样。所以用A网络的声级A表示噪声大 小，称为分贝A，dB（A）。
三．噪声危害
1．对听力影响
听觉器官损伤，刺耳、疼痛、听力下降、耳鸣、出 现听觉疲劳。长期强噪声下，使暂性的听阀偏移不能恢 复，产生噪声性耳聋（f=500，1000，2000Hz，平均听力 损失超过25dB）。
轻度耳聋：损失： 15~40dB ；中度： 40~60dB ；全耳
聋：85dB。
听力保护标准：85~90dB。 ＞115dB立即有耳聋危险。 120dB痛阀声压
1．声波与声速
物体（固、液、气）的振动是声音的来源。振 动在弹性介质中以波动的方式进行传播。这种 波称为声波。
（振动→挤压周围介质质点 →时密时疏，疏密过程从质点向前传 播）为纵波（质点振动方向＝波的传播方向）和疏密波。
声速c―声波在一定介质中的传播速度。m/s。
介质不同，c不同。0℃，空气c=331m/s。氢气c=1270m/s；20℃，水， c=1460m/s。
频率f――声波每秒振动次数。Hz。
声频：耳听声范围：20~20000Hz。 波长λ――声波中两个相邻的密部或疏部之间的距离， m。空气，声频范围内，λ＝1.72cm~17.2m 周期T―声波前进一个波长距离所需时间。
则：
cf
1 T＝ f c
2．声压与声压级
声压―表示声音强弱的物理量。 声压：有声波时，介质中压力超过静压力的值（Δp）， 为声波动力。 瞬时声压―某一瞬间所产生的压力增值。 大气：p（t）＝P（t）－P0＝声波中介质压力－大气压力。
2πLr（柱面）LP减少3dB。减少量Z0lgr 10lg 吸声系数→∞，声波传播墙影响。面声源，不衰减。
2．计及大气吸收
由于空气的粘滞性和热传导，声能→热能。或被吸收，声压级Lp 衰减，
其附加衰减量 A 7.4 a [8.16/P214]
f 2r

(dB) f Hz, r m,wenku.baidu.com 相对湿度。
张室消声器） 阻、抗性元件组合。一般抗性在前，阻性在后。 即先消低频声，后消高频声。 扩张室：消声量 LTL=8.37 式/P227
4．喷注耗散型消声器 用于控制喷注噪声，从声源上降低噪声。
（1）小孔喷注 将一个喷注孔改用许多小孔喷注，使噪声能量从低频移向人耳不敏感 的高频范围，使能听得到的低频声降低了。孔径 D＜1mm孔径或半， 消声量增加9dB(A)。 （2）节流降压 多级孔板串联。高压气体喷注的压力降散成多级小压力降。
PL LTL ( ) s
( ) 4.34(1 1 ) /(1 1 )
2．抗性消声器：消低频
声抗性元件：对声压和声速变化起反抗作用，不消耗 声能，但可反射，贮蓄声能（像电容、电感）。
原理： （1）利用管道截面突变（声抗变化）使声波向声源方 向反射回去。（扩张消声器） （2）利用几个界面反射的二次声波与原来未反射的一 次声波振幅相等，相位上相差180°的奇数倍，从而互 相干涉而抵消。