第三章 振動(dòng)及噪聲控制的一般過程

1、嘉庚學(xué)院 機(jī)電系 噪聲的危害 1 1 引起聽力損傷引起聽力損傷 大量的研究證明：噪聲危害人的聽力，輕則高頻聽閾損傷，中則耳聾，重則耳鼓膜破裂。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)，噪聲對人聽力危害的程度，是與噪聲的形式、強(qiáng)度、頻率及暴露的時(shí)間密切相關(guān)的。 若長年累月在強(qiáng)噪聲條件下工作，內(nèi)耳聽覺器官經(jīng)常受到強(qiáng)噪聲刺激，這種聽覺疲勞就會(huì)固定下來，不會(huì)再恢復(fù)正常，就產(chǎn)生了永久性的聽力下降或聽閾偏移。這種現(xiàn)象稱為噪聲性耳聾。 我國衛(wèi)生部門調(diào)查的連續(xù)暴露 30 年，聽力損傷率和噪聲強(qiáng)度的關(guān)系曲線。90dB(A)環(huán)境中暴露 30 年，語言聽力損傷率為 6.4% ； 95dB(A)環(huán)境中為 18.9% ； 100dB(A) 環(huán)境中為

2、 29.3% 2 2 噪聲引起疾病噪聲引起疾病 導(dǎo)致神經(jīng)衰弱癥。 可使交感神經(jīng)系統(tǒng)緊張，從而產(chǎn)生心跳加快、心律不齊、心電圖 ST-T 段波升高、血管痙攣、血壓升高；在噪聲作用下會(huì)產(chǎn)生胃功能紊亂，引起腸胃機(jī)能阻滯、消化分泌異常、胃酸酸度降低、胃蠕動(dòng)減退等，其結(jié)果引起消化不良，食欲不振、惡心嘔吐、體質(zhì)減弱等。 噪聲對建筑物和儀器設(shè)備的危害：當(dāng)大型噴氣式飛機(jī)以超聲速低空掠近時(shí)，由于空氣沖擊波引起強(qiáng)烈噪聲會(huì)使地面建筑物受到很大損傷，煙囪倒塌和建筑物被破壞，如墻壁開裂、窗玻璃和瓦損壞等。 在強(qiáng)噪聲作用下，材料因聲疲勞而引起裂紋甚至斷裂，一些靈敏和自動(dòng)遙控精密儀表設(shè)備受到噪聲損害而失靈 3.1 頻譜與頻譜

3、分析頻譜與頻譜分析 頻帶或頻程在作頻譜分析時(shí)，把頻率變化范圍劃分為若干較小的段落，叫做頻帶或頻程，可以研究不同頻帶內(nèi)噪聲能量的分布情況。 1/1倍頻帶及1/3倍頻帶頻譜分析 設(shè)f0為某頻帶的中心頻帶，f1和f2 分別為該頻帶的下限截止頻率和上限截止頻率。B= f2- f1為頻帶的帶寬。恒定百分比帶寬的定義為：當(dāng)n=1時(shí)為1/1倍頻帶： 下一個(gè)倍頻帶的下限截止頻率為上一個(gè)倍頻帶的上限截止頻率；nff212210fff 兩個(gè)相鄰的倍頻程頻帶的上、下限截止頻率、中心頻帶和帶寬之間均為相差一倍； 相對帶寬B/f0 為70.7%； ISO規(guī)定在可聽聲范圍內(nèi)共有十條倍頻帶，它們的中心頻率為：31.5，63

4、，125，250，500，1K，2K，4K，8K，和16K(Hz)。 當(dāng)n=1/3時(shí)為1/3倍頻帶： 上限與下限頻率之比為1.26:1。一個(gè)倍頻帶可劃分為三個(gè)倍頻帶，相對帶寬為23%。 聲壓級表示聲音的強(qiáng)弱，而人耳所感受的聲響不僅與聲壓級有關(guān)，還和頻率有關(guān)。即，聲壓級相同而頻率不同的聲音聽起來可能不一樣響，因此聲音的響度是聲壓級和頻率的函數(shù)。 1 1 響度級響度級 表示響度的主觀量，它是以 1000 赫茲的純音作為基準(zhǔn)，其噪聲聽起來與該純音一樣響時(shí)，就把這個(gè)純音的聲壓級稱為該噪聲的響度級，單位為方（ phon ）。例如一個(gè)噪聲與聲壓級是 85 分貝的 1000 赫茲純音一樣響，則該噪聲的響度級

5、就是 85 方。 以 1000 赫茲純音為標(biāo)準(zhǔn)，測出整個(gè)聽覺頻率范圍純音的響度級，稱為等響曲線。 等響曲線族中每一條曲線相當(dāng)于聲壓級和頻率不同而響度相同的聲音。 響度級是一個(gè)相對量，不能直接進(jìn)行加減運(yùn)算，為了計(jì)算絕對值和百分比，引入一個(gè)響度單位宋（ Sone ）。 1 宋是頻率為 1000 赫茲、聲壓級為 40 分貝的純音的感覺反應(yīng)量，即： 40 方為 1 宋。響度級每增加 10 方，響度相應(yīng)改變 1 倍， 50 方為 2 宋， 60 方為 4 宋，等等。響度 和響度級 之間的關(guān)系為， 2 2 計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò) 人耳對聲音強(qiáng)弱的感覺主要取決于聲音的強(qiáng)度，但也與頻率有關(guān)，所以在衡量或測量聲音的強(qiáng)

6、弱時(shí)必須考慮到人耳的特性，使得用這種方法所得出來的結(jié)果與人耳的感覺相一致。 人耳對于聲強(qiáng)相同的聲音在 10004000 赫茲之間聽起來最響，隨著頻率的降低或升高響度越來越弱，頻率低于 20 赫茲或高于 20 千赫的聲音人耳一般聽不見。因此，人耳實(shí)際上是一個(gè)濾波器，對不同頻率的響應(yīng)不一樣。 用來模擬人耳的等響特性而制成的測量聲級大小的儀器聲級計(jì)的總頻率響應(yīng)與人耳的等響曲線相適應(yīng)。常用聲級計(jì)由電子器件組成，其頻響曲線由頻率計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)即特殊濾波器來完成。 計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)若是模擬人耳對 40 方純音的等響曲線稱為 A 計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)，測出的值稱為 A 聲級，其單位一般用 表示。B 計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)是模擬人耳對 70 方純音

7、的等響曲線，稱為 B 聲級， 。 C 計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)是模擬人耳對 100 方純音的等響曲線，稱為 C 聲級 。 噪聲污染是一種物理性污染，它的特點(diǎn)是局部性的和無后效應(yīng)的。聲源停止輻射，噪聲污染就消失了。 在任何噪聲環(huán)境中，聲源發(fā)出噪聲并向外界輻射的過程可以用示意圖簡單描述。 噪聲源、傳播途徑和接收者 3 個(gè)環(huán)節(jié)是噪聲控制中必須考慮的，相應(yīng)的措施包括：聲源控制、傳播途徑控制和保護(hù)接收者 3 個(gè)方面。 聲源控制是噪聲控制中最根本和最有效的手段，也是近年來最受重視的問題。 3.3.1 振動(dòng)的危害 振動(dòng)是噪聲的主要來源，同時(shí)，振動(dòng)還通過基礎(chǔ)傳向各方，而環(huán)境科學(xué)所指的振動(dòng)污染是指對人體及生物帶來有害影響的振動(dòng)

8、。振動(dòng)會(huì)引起人體內(nèi)部器官的振動(dòng)或共振，從而導(dǎo)致疾病的發(fā)生，對人體造成危害，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響人們的生命安全，因此振動(dòng)污染是一種不可忽略的公害。振動(dòng)以彈性波的形式在基礎(chǔ)、地板、墻壁中傳播，并在傳播過程中向外輻射噪聲，這稱為固體聲，也是一種噪聲污染，會(huì)造成危害。 3.3.2 振動(dòng)的評價(jià) 描述振動(dòng)的物理量有：頻率、位移、速度和加速度。 無論振動(dòng)的方式多么復(fù)雜，通過傅氏變換總可以離散成若干個(gè)簡諧振動(dòng)的形式，因此我們只分析簡諧振動(dòng)的情況。 簡諧振動(dòng)的位移： 簡諧振動(dòng)的速度： 簡諧振動(dòng)的加速度： 加速度的單位為 ，有時(shí)也用 表示， 為重力加速度， 。人體對振動(dòng)的感覺是：剛感到振動(dòng)是 ，不愉快感是 ，不可容忍感是

9、 。振動(dòng)有垂直與水平之分，人體對垂直振動(dòng)比對水平振動(dòng)更敏感 振動(dòng)加速度級定義為，式中 為加速度的有效值，對于簡諧振動(dòng)，加速度有效值為加速度幅度的 倍。 為加速度參考值， 環(huán)境工程中，測量振動(dòng)利用振動(dòng)級直接讀數(shù)即可。通常采用加速度級作為標(biāo)準(zhǔn)。振動(dòng)測點(diǎn)的選擇十分重要，通常應(yīng)選在振源的地方或敏感點(diǎn)。 振動(dòng)控制過程與噪聲控制類似 。 1 控制振動(dòng)源振動(dòng)，即消振?？刂普駝?dòng)源振動(dòng)，即消振。 消除或減弱振源，這是最徹底和最有效的辦法。因?yàn)槭芸貙ο蟮捻憫?yīng)是由振源激勵(lì)引起的，外因消除或減弱，響應(yīng)自然也消除或減弱 。特別強(qiáng)調(diào)控制共振。 2 2 隔振。隔振。 使振動(dòng)傳輸不出去，從而不會(huì)造成影響。通常是在振源與受控對

10、象之間串加一個(gè)子系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)隔振，用以減小受控對象對振源激勵(lì)的響應(yīng)，這是一個(gè)應(yīng)用非常廣泛的減振技術(shù)。 3 3 吸振，動(dòng)力吸振吸振，動(dòng)力吸振 在受控對象上附加一個(gè)子系統(tǒng)使得某一頻率的振動(dòng)得到控制，稱為動(dòng)力吸振，也就是利用它產(chǎn)生吸振力以減小受控對象對振源激勵(lì)的響應(yīng) 4 4 阻振，又稱阻尼減振。阻振，又稱阻尼減振。 在受控對象上附加阻尼器或阻尼元件，通過消耗能量使響應(yīng)最小，也常用外加阻尼材料的方法來增大阻尼。阻尼可使沿結(jié)構(gòu)傳遞的振動(dòng)能量衰減；還可減弱共振頻率附近的振動(dòng)。阻尼材料是具有內(nèi)損耗、內(nèi)摩擦的材料，如瀝青、軟橡膠以及其它高分子涂料。 5 5 修改結(jié)構(gòu)。修改結(jié)構(gòu)。 一個(gè)高技術(shù)手段，目前非常引人注目。它實(shí)際上是通過修改受控對象的動(dòng)力學(xué)特性參數(shù)使振動(dòng)滿足預(yù)定的要求，不需要附加任