01_噪声的基本理论与控制方法

株洲时代新材料科技股份有限公司 技术中心振动噪声室 彭若龙 2010.9.3 噪声的基本理论与控制 Page 　 2 报告内容 第一部分 声源 第二部分 传播 第三部分 接收 声源 传播 声学系统 接收 Page 　 3 一. 声源（基本理论、计量、识别、产生、控制） 声：振动在媒质中的传播  声波的产生源于机械振动  声波的能量源于机械振动  机械振动是声波产生的基础  固体：一纵两横。流体：一纵 固体中声的传播模型 声学：研究声的产生、传播、接收和效应的学科 发展学科：超声学、生物声学、水声学、噪声学和噪声控制…… 研究机构：中科院声学所、南京大学声学所、同济大学声学所…… 期刊杂志：声学学报、声学技术、应用声学、噪声与振动控制…… Page 　 4 一. 声源（基本理论、计量、识别、产生、控制） 可听声范围：20Hz-20KHz 噪声：人们不需要的声音。强度频率杂乱无序、音乐 Page 　 5 一. 声源（基本理论、计量、识别、产生、控制） 声源强度 声压级 声强级 0 5 0 20 lg ( ) 2 10 p pL dB p p Pa    0 0 0 12 2 0 10 lg ( ) 40010lg 10 / I p IL dB I L c I W m       Page 　 6 一. 声源（基本理论、计量、识别、产生、控制） 声源识别、定位——声阵列 Page 　 7 一. 声源（基本理论、计量、识别、产生、控制） 声源的产生：振动源的声辐射  声源振动时，辐射声场的各种规律  声源激起的声场对声源的反作用——辐射阻抗 一些典型振动源的声辐射场  面振速va ，半径r0 的脉动球源  声偶极辐射  点声源kr0 <<1,  一般的振动源 ( )0 0 0 4 j t krai c kS vp e r    ( )0 0 0 02 0 1 ( ) 4 1 ( ) j t krac kS vp kr i e r kr     2 ( )0 0 0 2 0 cos 4 1 ( ) j t krac k lS vip e r kr     [ ( , , ) ( , , )]0 0 ( , , ) 4 ( , , ) j t kr x y z x y za s i c kv x y zp e dS r x y z       Page 　 8 一. 声源（基本理论、计量、识别、产生、控制） 噪声源的控制  减小激励力  避免共振  减振： 阻尼 动力吸振 有源减振  …… 高速动车组车体约束阻尼减振仿真评估 Page 　 9 高速动车组车体约束阻尼减振仿真评估 10 30 50 70 90 110 130 150 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 f=32Hz 10 30 50 70 90 110 130 150 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 f(Hz) K i n e t i c e n e r g y f=32Hz 一. 声源（基本理论、计量、识别、产生、控制） Page 　 10 声波的反射、透射：声在传播过程中遇到不同介质 入射声波pi 反射声波pr 透射声波pt 媒质声速ci ，密度ρi 二. 传播（基本理论、吸声、隔声） Ⅱ ρ2c2 pt x Ⅰ ρ1c1 pi pr 声压反射系数 rp 声压透射系数tp 吸声材料：声反射小 隔声材料：声透射小 2 2 1 1 2 2 1 1 r p i p c cr p c c        2 2 2 2 1 1 2t p i p ct p c c      Page 　 11 吸声降噪技术 吸声：声波在介质中传播时，能量产生的衰减 吸声材料/结构：具有良好吸声效果的材料/结构，降低反射声 吸声系数(0<α<1): 材料吸收的声能量/入射到材料上的总能量， α>0.2 测量方法：  《声学阻抗管中吸声系数和声阻抗的测量 第1部分:驻波比法》 （GB/T 18696. 1- 2004）  《声学 阻抗管中吸声系数和声阻抗的测量 第2部分:传递函数法》 （GB/T 18696.2-2002）  《声学 混响室吸声测量》 （GB/T 20247-2006） 二. 传播（基本理论、吸声、隔声） 丹麦B&K 阻抗管 4206T Page 　 12 多孔吸声材料 材料从表面到里面均有互相连通的孔 特点：  中高频吸声性能良好  成本经济  耐候性和耐火性不高，  Biot理论, 参数多，预测精确性低 2 2 2 11 122 2 2 2 12 222 [ ( ) ( ) ] [ ( ) ( ) ] s f s f s f s f P Q t Q R t                           % % % % 吸声材料/结构 二.传播（基本理论、吸声、隔声） Page 　 13 共振吸声结构 构成：穿孔面板-空腔-背板 机理：声引起结构共振，结构吸收声能 特点：  低频吸声性能良好  与多孔吸声材料配合可增大吸声频带 微穿孔(<1mm)吸声结构——马大猷  结构简单，无需添加多孔吸声材料  良好的中低频吸声性能  环保、美观  吸声性能精确可控 吸声材料/结构 2 2 4 (1 ) [ ( / )] r r m ctg D c       二.传播（基本理论、吸声、隔声） Page 　 14 1000 2000 3000 4000 5000 6000 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 f(Hz)  40mm空腔 实验 理论 1000 2000 3000 4000 5000 6000 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 f(Hz)  20mm空腔 实验 理论 1000 2000 3000 4000 5000 6000 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 f(Hz)  80mm空腔 实验 理论 1000 2000 3000 4000 5000 6000 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 f(Hz)  120mm空腔 实验 理论 多频带变空腔微穿孔板的吸声性能 声学技术 2010.4 二.传播（基本理论、吸声、隔声） Page 　 15 二.传播（基本理论、吸声、隔声） 500 1000 1500 2000 2500 3000 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 f(Hz)  大管测试 小管测试 双层复合微穿孔吸声性能 吸声系数大于0.5的频率范围为300-2500Hz，最大吸声系数0.99 Page 　 16 隔声降噪技术 空气声隔声/固体声隔声（减振） 隔声评价：传声损失R(dB) R=10lg(入射声强/透射声强） 测量方法：《声学建筑和建筑构建隔声测量》（GB/T 19889-2005) 隔声墙：  单层墙（质量定律）： 墙密度和厚度越大，隔声效果越好； 高频隔声优于低频  双层墙、组合墙 20lg 20lg 48( )AR f dB   二.传播（基本理论、吸声、隔声） Page 　 17 声屏障：噪声源和受声点的声学障板 评价指标：插入损失TL 设计规范 《声屏障声学设计和测量规范》 （HJ/T 90-2004） 《铁路声屏障声学构件 技术要求和测试方法》 (TB/T 3122-2005） 《公路声屏障材料技术要求和检测方法》（JT/T 646-2005) 设计：声源特性和具体环境 高速铁路：源强度高、位置高、频谱宽 高速铁路声屏障评价体系探讨 2010全国声学会议 S B R A Hh φ 二.传播（基本理论、吸声、隔声） Page 　 18 三.接收（主观评价、客观测量、声学室） 等响曲线 频率 声压 31.5Hz 110dB 125Hz 90dB 1000Hz 80dB 4000Hz 78dB 0.1( 40)sone) 2 NLN 响度（ Page 　 19 三.接收（主观评价、客观测量、声学室） 主观评价 声品质 主观参量客观化 响度 锐度、粗糙度 音调度、舒适度 应用：高端市场 汽车整车 家电行业 未来高速交通 The next step in product characterization – make your product ‘sound’ better When just having the ‘quietest’ product is not enough  “The Sound Power values are the same but this product ‘sounds’ better” Page 　 20 三.接收（主观评价、客观测量、声学室） 声压的测量 传声器（麦克风） 丹麦B&K 4819 频域：傅里叶变换 倍频程分析：声频率划分为若干小频率段 每段的上限频率f2 和下限频率f1 的比值 n=1， 倍频程 n=1/3，1/3倍频程 2 1/ 2 nf f  计权 A、B、C、D Page 　 21 三.接收（主观评价、客观测量、声学室） Page 　 22 三.接收（主观评价、客观测量、声学室） 混响室 声波在所有边界上全反射，声能 量在各处均匀，扩散声场 作用 测定材料的吸声系数 空气中的声吸收 机器、设备的声功率及频谱 隔声室 测量传声损失 两个混响室组成 Page 　 23 三.接收（主观评价、客观测量、声学室） 消声室 全消（自由场） 半消（半自由） 作用： 声源的声学特性 声功率、 频谱、 指向性 其它须避免反射声 Page 　 24 声源-传递路径-接收 Page 　 25 谢谢！ 幻灯片编号 1 报告内容 一. 声源（基本理论、计量、识别、产生、控制） 一. 声源（基本理论、计量、识别、产生、控制） 一. 声源（基本理论、计量、识别、产生、控制） 一. 声源（基本理论、计量、识别、产生、控制） 一. 声源（基本理论、计量、识别、产生、控制） 一. 声源（基本理论、计量、识别、产生、控制） 幻灯片编号 9 幻灯片编号 10 幻灯片编号 11 幻灯片编号 12 幻灯片编号 13 幻灯片编号 14 幻灯片编号 15 幻灯片编号 16 幻灯片编号 17 三.接收（主观评价、客观测量、声学室） 三.接收（主观评价、客观测量、声学室） 三.接收（主观评价、客观测量、声学室） 三.接收（主观评价、客观测量、声学室） 三.接收（主观评价、客观测量、声学室） 三.接收（主观评价、客观测量、声学室） 声源-传递路径-接收 幻灯片编号 25