噪声分析与控制课件

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1、噪声分析与控制吴九汇机械工程学院振动与噪声控制工程研究所2014-07-231教材目录2014-07-2323.1声发生的物理过程声发生的物理模型许多复杂的声辐射都可以分解为简单形式的声源辐射。从声源特性来说，声源可以分为三类：单极源、偶极源和四极源。当辐射体尺寸同波长相比很小时，大多数辐射体都可看成与球面声源相似。尽管这个辐射球是理想化的，但它具有实际意义，这些概念可用以在实践中识别声源的基本作用原理。2014-07-234声发生的物理模型媒质中流入的质量或热量不均匀时形成单极子声源。典型的单极子声源如高速气流经喷口周期性排放的

2、脉冲喷气当流体中有障碍物存在时，流体与物体产生的不稳定的反作用力形成偶极子声源。偶极子声源是力声源。风吹电线声、空气压缩机、动片和导流片、倾角不为零的螺旋浆是常见的偶极子声源例子。媒质中如没有质量或热量的注入，也没有障碍物存在，唯有粘滞应力可能辐射声波，这就是四极子声源，它是应力声源。亚声速湍流喷注噪声是最常见的影响最广的四极子噪声。2014-07-235单极源声辐射对于单极源辐射，考虑到球对称性，Helmholtz方程简化为：21∂∂⎛⎞2Prt(,)1∂Prt(,)⎜⎟r=222rr∂∂⎝⎠rc∂t单极源辐射声压一般解为：Ai

3、tk()ω−rPr()=e（不存在反射波时，可检验自由声场）r∂v1+∇=P0∂tρ11∂PA⎛⎞itk()ω−rv=−=⎜⎟1e+rirωρ∂rρci⎝⎠kr0002014-07-236声辐射与球源大小的关系以上求得的脉动球辐射一般解中包含有一个待定常数A，它取决于边界条件，也就是取决于球面振动情况，这在物理上是显然的，因为声场是由于球源振动而产生的，所以声场的特征自然也应与球面的振动情况有关。设球源表面处的振动速度为j()ωtkr−0,式中u为振速幅值，指数中是为了运uue=aa−kr0算方便而引入的初相位角，它并不影响讨论的

4、一般性。边界条件:()vu=rrr=02ρ000ckrjθA=+ukrjAe()=2a01()+kr0

5、

6、A不仅与球源的振速有关，而且还与辐射声波的频率（或波长）、球源的半径等有关，当球源半径比较小或者声波频率比较低，以至有kr0<<1，满足这种条件的脉动球源有时特别称为点源2014-07-237声辐射与球源大小的关系2ρ000ckrjθA=+ukrjAe()=2a01()+kr0¢同样大小的速度振动时，如果球源比较小或者频率比较低，则辐射声压较小；¢如果球源比较大或者频率比较高，则辐射声压较大。¢因此当球源大小一定时，频率愈高则

7、辐射声压愈大；频率愈低则辐射声压愈小，而对于一定的频率，球源半径愈大则辐射声压愈大；半径愈小则辐射声压愈小。一般说来：¢只要振动速度一定，凡声源振动表面大的，向空间辐射的声压也大，反之就小。¢振动面越大，低频声越丰富，再例如小口径的扬声器辐射低频声比较困难，而大口径的扬声器就比较容易些，也就是这个道理。2014-07-238声阻抗率声学中把媒质中任何一点处的声压与该点的质点振动速度之比称为该处的声阻抗率。它反映了媒质的一种声学特性，是媒质对振动面运动的反作用的定量描述。声阻抗率是声压和质点速度的复数比，即：Z=R+jXSSS式中，

8、R为声阻率，为声抗率。XSS声阻率反映了能量的损耗，不过它代表的不是能量转化成热，而是代表着能量从一处向另一处的转移，即“传播损耗”。P对于无衰减的平面波，ZS==ρ0C，v平面声波的声阻抗率恰好等于媒质的特性阻抗，可以说平面声波处处与媒质的特性阻抗相匹配。2014-07-239声场对脉动球源的反作用――辐射阻抗脉动球源在媒质中振动时，使媒质发生了稀密交替的形变，从而辐射了声波；另一方面，声源本身也处于由它自己辐射形成的声场之中，因此它必须受到声场对它的反作用，这个反作用力等于FS=−prr0=r0式中S0为声源表面积。负号表示这

9、个力的方向与声压变化方向相反。例如，声源表面沿法线正方向运动，使表面附近媒质压缩，声压为正，而这时声场对声源的反作用力则与法线方向相反。22⎛⎞krkr=−⎜⎟00−FcSρρjcSur0022000220⎝⎠11++krkr0022kr⎫0R=ρcS,⎪r002201+kr0⎪Rr及Xr分别称为辐射阻和辐射抗，kr⎪⎪Zr称为辐射阻抗0Xc=ρS⎬r002201+kr0⎪FZ=−u⎪rr⎪ZRXZ=+=Rj+X⎪⎭rrrrrr2014-07-2310声场对脉动球源的反作用――辐射阻抗为了说明R及X及Z的物理意义，现在来讨论一下当

10、考虑到声场的反作用力F以后，rrrr球源表面作为一个力学系统的运动情况，设球源振动表面的质量为Mm，力学系统的jtk()ω−r0弹性系数为Km，受到的磨擦力阻为Rm，策动其振动的外力为FFe=aduM+Ru++kudtZu=Fmmm∫rdtF⎡⎛⎞