1、第第二二讲讲 噪声控制原理噪声控制原理 1. 噪声控制基本原理噪声控制基本原理 声学系统声学系统 （1 1）在声源处抑制噪声）在声源处抑制噪声 （2 2）在声传播途径中控制噪声）在声传播途径中控制噪声 （3 3）接收器上加载保护措施隔离噪声）接收器上加载保护措施隔离噪声 声源传播途径接收器控制噪声的措施控制噪声的措施 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
2、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2. 机械噪声源机械噪声源 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： radncSW20v 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
3、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。 2nv A A计权的声功率级计权的声功率级 constlg10lg10lg102radnWAASLv 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。 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 2020)(1)(krkrrad 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 4040)(4)(krkrrad板状机械部件的辐射效率板状机械部件的辐射效率（各板
4、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 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 EW/ 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 ckkkkbd/,0220 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为中为中空管的两内半轴长。空管的两内半轴长。 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 由不同的随时间
5、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 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 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。 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 45 . 143/103
6、/100maxVctVcrpv 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。 A计权峰值声压级的上限计权峰值声压级的上限 ) 1( ,lg7lg20117lg200maxAVrLApv) 1( ,lg40lg7lg20117lg200maxAVrLApv辐射的声能归一化辐射的声能归一化 20021vVEaaE Ea a为辐射的声能。为辐射的声能。 无量纲的撞击持续时间无量纲的撞击持续时间 3/10
7、Vct) 1(7 . 0) 1(7 . 0212 . 3200vVEaa辐射的加速度噪声能量辐射的加速度噪声能量 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 02max0d)(ttcSEnv在频域中进行积分在频域中进行积分 020d)()(1nradVcSEVn( )为为vn(t)的傅里叶变换。的傅里叶变换。 机械噪声控制的基本方法机械噪声控制的基本方法 消除或减小引起振动的激励力；使激励力的消除或减小引起振动的激励力；使激励力的频率不要接近机器的共振频率；调整或降低机频率不要接近机器的共振频率；调整或降低机械部件对外激发产生的响应；采用具有
8、较高内械部件对外激发产生的响应；采用具有较高内耗系数的材料制作机械设备中噪声较大的另部耗系数的材料制作机械设备中噪声较大的另部件，或在振动部件的表面上附加外阻尼，降低件，或在振动部件的表面上附加外阻尼，降低其声辐射效率；避免运动部件的冲击和碰撞，其声辐射效率；避免运动部件的冲击和碰撞，降低撞击部件之间的撞击力和速度，延长撞击降低撞击部件之间的撞击力和速度，延长撞击部件之间的撞击时间。部件之间的撞击时间。 3. 气流噪声源气流噪声源 单极子单极子 波动方程波动方程 0)(1)(22222trpcrrp若球面作简谐振动若球面作简谐振动 )cos(1kxtArp)cos(1kxtrApA为与小球表面
9、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。 声强声强 202021d1crAtpuTITu=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 cAIrWm02224 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 02320242MDcDWmvvM=v/c称为马赫数。称为马赫数。 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 ：0323230262MDvcDWdv四
10、极子四极子 声源辐射的总功率声源辐射的总功率 0523250282MDcDWqvv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MM3M5023200242MDcDvv03232300262MDcDvv05232500282MDcDvvM=v/c 称为马赫数 注：喷注结构喷注结构 喷注的湍流噪声喷注的湍流噪声 湍流噪声功率湍流噪声功率cDKWV0282vW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 1121121prrprrv p1是驻点压力，是驻点压力， 1是驻点喷注密度，是驻点
11、喷注密度，p是环境压力，是环境压力，r是比热比。是比热比。 当流速当流速v小于声速时小于声速时 2100100110122211111pppppprrpprrVrrCvVC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 202012401)5 . 0()(pppDppKWp喷注喷注90 方向上，离喷口方向上，离喷口1m处的声压级处的声压级 DpppppLplg20)5 . 0()(lg2080001201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 02lg205 . 0) 1(lg2080DDRRLpD为为喷口直径，以毫米
12、计；喷口直径，以毫米计；D0=1mm。 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 40101)5 . 0()(322. 1101ACpppppVv)(2112)(21011110110阻塞当阻塞前当prpprprppprrrrrrAp pA A为喷口压力。为喷口压力。 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 干扰噪声干扰噪声 相对谱级相对谱级 ccDfWWyf05dd1v 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2114
13、xxy噪声的噪声的A功率功率 2101tan2dAAAxAxxxxyWWA 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 vcDxA165. 0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 211tan2lg10AAAAxxxLL在小喷注的情况在小喷注的情况 234AAxWW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
14、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 2/14/12/10)893. 1()5 . 0() 1(36. 0RRRcDfShdd冲击噪声有明显的指向性冲击噪声有明显的指向性 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 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 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 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 冲击噪声的抑制冲击噪声的抑制 冲击噪声受抑制前后冲击噪声受抑制前后噪声频谱的
15、变化噪声频谱的变化 气流噪声控制的基本方法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，）选择合适的空气动力机械设计参数，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）降低气流速度，减小气流压力突变，）降低气流速度，减小气流压力突变，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。 4. 噪声控制中的声源识别噪声控制中的声源识别 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
16、、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。 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。 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
17、，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。 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 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
18、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。 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。 声导
19、管结构声导管结构 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。 TTxydttytxTR0)()(1lim)(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相干分析法相干分析法常相干函数常相干函数 )()()()(22fSfSfSfyyxxxyxy 、 为为 、 的自功的自功率谱率谱, 为它们间的互功率谱。为它们间的互功率谱。 )( fSxx)( fSyy tx)(ty)( fSxy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
20、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。相干分析法相干分析法重相干函数重相干函数 )()()()()()(:fSfSfSfSfSfryynnyyyyvvxy 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。 )( fSvv tx1 tx2 txq)( fSnn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。输入与输出间的常相干函数输入与输出间
21、的常相干函数 1)()(12:2qiiyxyff偏相干函数偏相干函数 )()()()()!1()!1()!1(.2.)!1(2fSfSfSfiyyiiiiiyiiy(i=1,2, ,q )输入在总输出中的贡献输入在总输出中的贡献 )()(.)()()!1()!1(2fSfSffTyyiyyiiyi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。5. 城市环境噪声控制城市环境噪声控制 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
22、交通运输噪声社会生活噪声社会生活噪声 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。 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
23、工80115造 纸8090电 子7090发 电85110纺 织80105水 泥80115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
24、 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。 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
25、成为主要交通噪声源之一。声已成为主要交通噪声源之一。 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）Boeing B7073001960123DC-8-201960118Coronado CV9901964110Trident HS211965108Boeing B747-200197010
26、5*DC10-10197199*MD80198093*Airbus A300 B2198188*Boeing B767-200R198591*Airbus A310-300198787*Airbus A320198884*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
27、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。 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 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
