第六章機(jī)械噪聲分析基礎(chǔ)

第六章機(jī)械噪聲分析基礎(chǔ)目錄6.1聲學(xué)波動(dòng)方程6.2聲場(chǎng)類型6.3聲場(chǎng)描述6.4聲波在傳播中的衰減6.5室內(nèi)聲場(chǎng)6.6噪聲的評(píng)價(jià)6.1聲學(xué)波動(dòng)方程物體的振動(dòng)是產(chǎn)生聲音的根源。

聲源：我們把產(chǎn)生聲音的振動(dòng)物體稱作聲源。1聲波的產(chǎn)生聲波：在彈性媒質(zhì)中，物體的機(jī)械振動(dòng)由近及遠(yuǎn)的傳播過(guò)程。聲波的產(chǎn)生物體的機(jī)械振動(dòng)是聲波產(chǎn)生的根源，彈性媒質(zhì)的存在是聲波傳播的必要條件?？v（橫）波：媒質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與聲波的傳播方向一致（垂直）?？諝庵新暡ㄊ强v波，固體和液體中可以是橫波也可是縱波?？v波與橫波2描述聲波的基本物理量2描述聲波的基本物理量振幅位移位移：物體離開靜止位置的距離稱為位移，最大的位移叫振幅，振幅的大小決定了聲音的大小。周相1.周期：質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)每往復(fù)一次所需要的時(shí)間，單位為秒（s）。2.聲波頻率：一秒鐘內(nèi)媒質(zhì)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的次數(shù)，單位為赫茲(Hz)。頻率范圍(Hz)<2020-20000>20000聲音次<500500-2000>2000超低頻聲中頻聲高頻定義聲音頻聲聲2描述聲波的基本物理量3.波長(zhǎng)：聲波兩個(gè)相鄰密部或兩個(gè)相鄰疏部之間的距離叫做波長(zhǎng)，或者說(shuō)聲源每振動(dòng)一次，聲波的傳播距離。2描述聲波的基本物理量4.聲速：振動(dòng)在媒質(zhì)中傳播的速度。媒質(zhì)特性的函數(shù)，取決于該媒質(zhì)的彈性和密度；聲速會(huì)隨環(huán)境的溫度有一些變化。媒質(zhì)名稱空氣水混凝土玻璃鐵鉛軟木硬木聲速3441372304836535182121933534267表21.1℃時(shí)聲速近似值（m/s）2描述聲波的基本物理量5相位

任一時(shí)刻t的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)狀態(tài)，包括質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的位移大小及運(yùn)動(dòng)方向或壓強(qiáng)變化。2描述聲波的基本物理量6.2聲場(chǎng)描述在均勻的理想流體媒質(zhì)中的小振幅聲波的波動(dòng)方程為：或拉普拉斯算法1.平面聲波：ξ=ξ

0cos（ωt+Ф）A.平面聲波：聲波的波陣面是垂直于傳播方向的一系列平面時(shí)，稱其為平面聲波。注意：遠(yuǎn)離聲源的聲波可看作平面聲波。波前：聲波傳播時(shí)處于最前沿的波陣面稱為波前。1.平面聲波：a.波動(dòng)方程：對(duì)于簡(jiǎn)諧振動(dòng),沿X正方向傳播的平面聲波：圖例：說(shuō)明：x0處t0時(shí)刻的聲壓經(jīng)過(guò)△t后傳播到x0

+△x，整個(gè)聲壓波形以速度C沿x軸方向傳播。聲速c是波相位的傳播速度，也是自由空間中聲能量的傳播速度，與空氣質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度相等？b.質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度1.平面聲波：對(duì)于簡(jiǎn)諧振動(dòng)（沿x軸正方向）而言：質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的速度振幅A.平面聲波：c.聲阻抗率：對(duì)于平面聲波而言：媒質(zhì)的特性阻抗，單位（Pa·s/m）A.平面聲波：d.聲線：相互平行的一系列直線。B.球面聲波（了解）波陣面是以任何值為半徑的球面。

a.波動(dòng)方程：從球心向外傳播的簡(jiǎn)諧球面聲波：特點(diǎn)：振幅隨傳播距離的增加而減少，二者成反比關(guān)系。B.球面聲波：b.聲線：是由聲源點(diǎn)發(fā)出的半徑線。C.柱面聲波：波陣面為同軸圓柱面的聲波稱為柱面聲波?！熬€源”a.波動(dòng)方程（最簡(jiǎn)單，聲場(chǎng)與坐標(biāo)系的角度和軸向長(zhǎng)度無(wú)關(guān)，僅與徑向r有關(guān)）對(duì)于遠(yuǎn)場(chǎng)簡(jiǎn)諧柱面聲波而言：特點(diǎn)：振幅隨徑向距離的增加而減少，與距離的平方根成反比關(guān)系。C.柱面聲波：

b.聲線：是由線聲源發(fā)出的徑向線。聲場(chǎng)類型及聲線

聲波的類型類型波陣面聲線聲源類型平面聲波垂直于傳播方向的平面相互平行的直線平面聲源球面聲波以任何值為半徑的球面由聲源發(fā)出的半徑線點(diǎn)聲源柱面聲波同軸圓柱面線聲源發(fā)出的半徑線線聲源【1】聲壓與聲壓級(jí)【2】聲強(qiáng)與聲強(qiáng)級(jí)【3】聲功率與聲功率級(jí)【4】聲能密度6.3聲場(chǎng)描述聲波的物理量度【1】聲壓和聲壓級(jí)：靜態(tài)壓強(qiáng)聲壓和聲壓級(jí)

a.瞬時(shí)聲壓：某一瞬間的聲壓。

b.有效聲壓（pe）：在一定時(shí)間間隔中將瞬時(shí)聲壓對(duì)時(shí)間求方均根值即得有效聲壓。聲壓和聲壓級(jí)：聲音種類聲壓聲音種類聲壓正常人耳能聽到最弱聲2×10-5織布車間2普通說(shuō)話聲（1m遠(yuǎn)處）2×10-2柴油發(fā)動(dòng)機(jī)、球磨機(jī)20公共汽車內(nèi)0.2噴氣飛機(jī)起飛200日常生活中聲音的聲壓數(shù)據(jù)(Pa)c.聲壓級(jí):該聲音的聲壓與參考聲壓的比值取以10為底的對(duì)數(shù)再乘20，即：聲壓和聲壓級(jí)：聲壓級(jí)單位：分貝（dB)

。

0---120dB例1當(dāng)聲壓為原來(lái)聲壓的加倍減半10倍1/10分別求聲壓級(jí)變化？【2】聲強(qiáng)和聲強(qiáng)級(jí)：a.聲強(qiáng):聲場(chǎng)中某點(diǎn)處，與質(zhì)點(diǎn)速度方向垂直的單位面積上在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)的聲能量，它是矢量。穩(wěn)態(tài)聲場(chǎng)中，聲強(qiáng)是指瞬時(shí)聲強(qiáng)在一定時(shí)間T內(nèi)的平均值。I,單位是瓦每平方米

。b.聲強(qiáng)級(jí):該聲音的聲強(qiáng)與參考聲強(qiáng)的比值取以10為底的對(duì)數(shù)再乘10，即：聲強(qiáng)和聲強(qiáng)級(jí)：聲強(qiáng)級(jí)單位：分貝。聲壓級(jí)和聲強(qiáng)級(jí)的關(guān)系：一個(gè)大氣壓下，38.90C空氣的平面聲波【3】聲功率和聲功率級(jí)a.聲功率:聲源在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的總能量，單位是瓦。意義：聲功率是衡量聲源聲能量輸出大小的基本物理量；聲功率可用于鑒定各種聲源。b.聲功率與聲強(qiáng)的關(guān)系球面輻射時(shí)：波陣面面積c.聲功率級(jí)聲功率級(jí)單位：分貝?！?】聲能密度定義：聲場(chǎng)中單位體積媒質(zhì)所含有的聲能量。

聲波的疊加1相干波和駐波2不相干波3聲音的頻譜1相干波和駐波

1.聲壓的疊加若兩個(gè)聲波頻率相同，振動(dòng)方向相同，且存在恒定相位差。結(jié)論：合成聲仍是同一頻率相位差△Φ與時(shí)間無(wú)關(guān)，僅與空間位置有關(guān)。PT隨△Φ發(fā)生變化，存在極大值和極小值。駐波的極大值和極小值分別成為波腹和波節(jié)。當(dāng)駐波明顯。2.能量的疊加2不相干聲波△Φ不是常數(shù)，3頻譜：a.頻譜圖：以頻率為橫軸，以聲壓為縱軸，繪出的圖叫聲音的頻譜圖。1可以確定單個(gè)頻率處的聲壓2周期振動(dòng)的聲源產(chǎn)生線狀譜3基頻—與振動(dòng)周期相同正弦形式的頻率。4諧波---頻率等于基頻整數(shù)倍的正弦形式。例如某一個(gè)周期振動(dòng)聲源周期T=1//100S，發(fā)出聲音的基頻是100hz,二次諧波為200hz.常見噪聲的頻譜圖6.4聲波的反射、透射、折射、衍射一、知入射波求反射波和透射波（1）邊界條件（2）平面波動(dòng)方程二、反射系數(shù)和透射系數(shù)1.聲壓的反射系數(shù)和透射系數(shù)聲壓的反射系數(shù)的定義為反射聲壓與入射聲壓的比值。聲壓的透射系數(shù)為透射聲壓與入射聲壓的比值。a.聲壓的反射系數(shù)和透射系數(shù)b.聲強(qiáng)的反射系數(shù)和透射系數(shù)：2.4.2斜入射聲波的反射、透射、折射piptpr聲波的反射定律與折射定律入射聲波、反射聲波與折射聲波的傳播方向應(yīng)該滿足以下定律：a.反射定律：b.折射定律：a.聲壓的反射系數(shù)和透射系數(shù)在邊界上，兩面的聲壓與法向的質(zhì)點(diǎn)速度應(yīng)該連續(xù)，即：可以導(dǎo)出：3.吸聲系數(shù)定義：我們將入射聲波在界面上失去的聲能（包括透射到媒質(zhì)2中去的聲能）與入射聲能之比稱為吸聲系數(shù)。rp

的數(shù)值與入射方向有關(guān)，因此α也與入射的方向有關(guān)。2.4.3聲波的散射與衍射1.聲波的散射在聲波傳播過(guò)程中，遇到的障礙物表面較粗糙或者障礙物的大小與波長(zhǎng)差不多，則當(dāng)聲波入射時(shí)，就產(chǎn)生各個(gè)方向的反射，這種現(xiàn)象稱為散射。聲波的散射既與障礙物的形狀有關(guān)，又與入射聲波的頻率有關(guān)。波長(zhǎng)很長(zhǎng)時(shí)，散射聲波的功率與波長(zhǎng)的四次方成反比，散射波很弱，大部分均勻分布在對(duì)著入射的方向。當(dāng)頻率增加，波長(zhǎng)變短時(shí)指向性分布圖復(fù)雜。一半集中于入射波前進(jìn)方向，另一半均勻的分布在其他方向聲波的散射與衍射2.聲波的衍射：在聲波傳播過(guò)程中，遇到的障礙物或孔洞時(shí)，如果聲波的波長(zhǎng)比障礙物尺寸大得多，聲波會(huì)繞過(guò)障礙物而使傳播方向改變，這種現(xiàn)象稱為聲波的衍射。2.聲波的衍射a.級(jí)的疊加（公式法）

由于：代入上式：a.級(jí)的疊加：當(dāng)n個(gè)聲源時(shí)，表示為聲壓級(jí)：2.6

聲波在傳播中的衰減1.擴(kuò)散引起的衰減（Ad）2.空氣吸收引起的附加衰減（Aa）3.地面吸收的附加衰減（Ag）4.聲屏障衰減（Ab）5.氣象條件的影響（Am

）

1.擴(kuò)散引起的衰減擴(kuò)散衰減的定義：由于波陣面的擴(kuò)展而引起的聲強(qiáng)隨距離而減弱的現(xiàn)象稱為擴(kuò)散衰減。

1.擴(kuò)散引起的衰減根據(jù)聲強(qiáng)的定義：波陣面面積為S處的聲強(qiáng)級(jí)可表示為：

b.點(diǎn)聲源的擴(kuò)散衰減點(diǎn)聲源輻射的一般為球面波，波陣面面積可表示為：

因此從r1處傳播到r2處時(shí)的發(fā)散衰減：c.線聲源的擴(kuò)散衰減r0≤L/π，線聲源視為無(wú)限長(zhǎng)線聲源：r0>L/π，線聲源視為點(diǎn)聲源。LAr0

2.空氣吸收引起的附加衰減空氣吸收：聲波在空氣中傳播時(shí)，因空氣的粘滯性和熱傳導(dǎo)，在壓縮和膨脹過(guò)程中，使一部分聲能轉(zhuǎn)化為熱能而損耗，稱為空氣吸收。這種吸收稱為經(jīng)典吸收。弛豫吸收：所謂弛豫吸收是指空氣分子轉(zhuǎn)動(dòng)或振動(dòng)時(shí)存在固有頻率，當(dāng)聲波的頻率接近這些頻率時(shí)要發(fā)生能量交換。能量交換的過(guò)程都有滯后現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為弛豫吸收。幾種典型聲源的輻射特性聲源類型輻射特性聲壓空間分布輻射效率點(diǎn)聲源無(wú)指向性均勻高線聲源有一定的指向性聲偶極子有很強(qiáng)的方向性不均勻低平面聲源復(fù)雜的指向性分布6.5噪聲的評(píng)價(jià)1噪聲首先是對(duì)聽力的影響，作用是累計(jì)性的。噪聲性耳聾是不可逆的。當(dāng)對(duì)500、1000、2000HZ三