第三章振动与噪声控制的一般过程

1、嘉庚学院 机电系 噪声的危害 1 1 引起听力损伤引起听力损伤 大量的研究证明：噪声危害人的听力，轻则高频听阈损伤，中则耳聋，重则耳鼓膜破裂。同时还发现，噪声对人听力危害的程度，是与噪声的形式、强度、频率及暴露的时间密切相关的。 若长年累月在强噪声条件下工作，内耳听觉器官经常受到强噪声刺激，这种听觉疲劳就会固定下来，不会再恢复正常，就产生了永久性的听力下降或听阈偏移。这种现象称为噪声性耳聋。 我国卫生部门调查的连续暴露 30 年，听力损伤率和噪声强度的关系曲线。90dB(A)环境中暴露 30 年，语言听力损伤率为 6.4% ； 95dB(A)环境中为 18.9% ； 100dB(A) 环境中为

2、 29.3% 2 2 噪声引起疾病噪声引起疾病 导致神经衰弱症。 可使交感神经系统紧张，从而产生心跳加快、心律不齐、心电图 ST-T 段波升高、血管痉挛、血压升高；在噪声作用下会产生胃功能紊乱，引起肠胃机能阻滞、消化分泌异常、胃酸酸度降低、胃蠕动减退等，其结果引起消化不良，食欲不振、恶心呕吐、体质减弱等。 噪声对建筑物和仪器设备的危害：当大型喷气式飞机以超声速低空掠近时，由于空气冲击波引起强烈噪声会使地面建筑物受到很大损伤，烟囱倒塌和建筑物被破坏，如墙壁开裂、窗玻璃和瓦损坏等。 在强噪声作用下，材料因声疲劳而引起裂纹甚至断裂，一些灵敏和自动遥控精密仪表设备受到噪声损害而失灵 3.1 频谱与频谱

3、分析频谱与频谱分析 频带或频程在作频谱分析时，把频率变化范围划分为若干较小的段落，叫做频带或频程，可以研究不同频带内噪声能量的分布情况。 1/1倍频带及1/3倍频带频谱分析 设f0为某频带的中心频带，f1和f2 分别为该频带的下限截止频率和上限截止频率。B= f2- f1为频带的带宽。恒定百分比带宽的定义为：当n=1时为1/1倍频带： 下一个倍频带的下限截止频率为上一个倍频带的上限截止频率；nff212210fff 两个相邻的倍频程频带的上、下限截止频率、中心频带和带宽之间均为相差一倍； 相对带宽B/f0 为70.7%； ISO规定在可听声范围内共有十条倍频带，它们的中心频率为：31.5，63

4、，125，250，500，1K，2K，4K，8K，和16K(Hz)。 当n=1/3时为1/3倍频带： 上限与下限频率之比为1.26:1。一个倍频带可划分为三个倍频带，相对带宽为23%。 声压级表示声音的强弱，而人耳所感受的声响不仅与声压级有关，还和频率有关。即，声压级相同而频率不同的声音听起来可能不一样响，因此声音的响度是声压级和频率的函数。 1 1 响度级响度级 表示响度的主观量，它是以 1000 赫兹的纯音作为基准，其噪声听起来与该纯音一样响时，就把这个纯音的声压级称为该噪声的响度级，单位为方（ phon ）。例如一个噪声与声压级是 85 分贝的 1000 赫兹纯音一样响，则该噪声的响度级

5、就是 85 方。 以 1000 赫兹纯音为标准，测出整个听觉频率范围纯音的响度级，称为等响曲线。 等响曲线族中每一条曲线相当于声压级和频率不同而响度相同的声音。 响度级是一个相对量，不能直接进行加减运算，为了计算绝对值和百分比，引入一个响度单位宋（ Sone ）。 1 宋是频率为 1000 赫兹、声压级为 40 分贝的纯音的感觉反应量，即： 40 方为 1 宋。响度级每增加 10 方，响度相应改变 1 倍， 50 方为 2 宋， 60 方为 4 宋，等等。响度 和响度级 之间的关系为， 2 2 计权网络计权网络 人耳对声音强弱的感觉主要取决于声音的强度，但也与频率有关，所以在衡量或测量声音的强

6、弱时必须考虑到人耳的特性，使得用这种方法所得出来的结果与人耳的感觉相一致。 人耳对于声强相同的声音在 10004000 赫兹之间听起来最响，随着频率的降低或升高响度越来越弱，频率低于 20 赫兹或高于 20 千赫的声音人耳一般听不见。因此，人耳实际上是一个滤波器，对不同频率的响应不一样。 用来模拟人耳的等响特性而制成的测量声级大小的仪器声级计的总频率响应与人耳的等响曲线相适应。常用声级计由电子器件组成，其频响曲线由频率计权网络即特殊滤波器来完成。 计权网络若是模拟人耳对 40 方纯音的等响曲线称为 A 计权网络，测出的值称为 A 声级，其单位一般用 表示。B 计权网络是模拟人耳对 70 方纯音

7、的等响曲线，称为 B 声级， 。 C 计权网络是模拟人耳对 100 方纯音的等响曲线，称为 C 声级 。 噪声污染是一种物理性污染，它的特点是局部性的和无后效应的。声源停止辐射，噪声污染就消失了。 在任何噪声环境中，声源发出噪声并向外界辐射的过程可以用示意图简单描述。 噪声源、传播途径和接收者 3 个环节是噪声控制中必须考虑的，相应的措施包括：声源控制、传播途径控制和保护接收者 3 个方面。 声源控制是噪声控制中最根本和最有效的手段，也是近年来最受重视的问题。 3.3.1 振动的危害 振动是噪声的主要来源，同时，振动还通过基础传向各方，而环境科学所指的振动污染是指对人体及生物带来有害影响的振动

8、。振动会引起人体内部器官的振动或共振，从而导致疾病的发生，对人体造成危害，严重时会影响人们的生命安全，因此振动污染是一种不可忽略的公害。振动以弹性波的形式在基础、地板、墙壁中传播，并在传播过程中向外辐射噪声，这称为固体声，也是一种噪声污染，会造成危害。 3.3.2 振动的评价 描述振动的物理量有：频率、位移、速度和加速度。 无论振动的方式多么复杂，通过傅氏变换总可以离散成若干个简谐振动的形式，因此我们只分析简谐振动的情况。 简谐振动的位移： 简谐振动的速度： 简谐振动的加速度： 加速度的单位为 ，有时也用 表示， 为重力加速度， 。人体对振动的感觉是：刚感到振动是 ，不愉快感是 ，不可容忍感是

9、 。振动有垂直与水平之分，人体对垂直振动比对水平振动更敏感 振动加速度级定义为，式中 为加速度的有效值，对于简谐振动，加速度有效值为加速度幅度的 倍。 为加速度参考值， 环境工程中，测量振动利用振动级直接读数即可。通常采用加速度级作为标准。振动测点的选择十分重要，通常应选在振源的地方或敏感点。 振动控制过程与噪声控制类似 。 1 控制振动源振动，即消振。控制振动源振动，即消振。 消除或减弱振源，这是最彻底和最有效的办法。因为受控对象的响应是由振源激励引起的，外因消除或减弱，响应自然也消除或减弱 。特别强调控制共振。 2 2 隔振。隔振。 使振动传输不出去，从而不会造成影响。通常是在振源与受控对

10、象之间串加一个子系统来实现隔振，用以减小受控对象对振源激励的响应，这是一个应用非常广泛的减振技术。 3 3 吸振，动力吸振吸振，动力吸振 在受控对象上附加一个子系统使得某一频率的振动得到控制，称为动力吸振，也就是利用它产生吸振力以减小受控对象对振源激励的响应 4 4 阻振，又称阻尼减振。阻振，又称阻尼减振。 在受控对象上附加阻尼器或阻尼元件，通过消耗能量使响应最小，也常用外加阻尼材料的方法来增大阻尼。阻尼可使沿结构传递的振动能量衰减；还可减弱共振频率附近的振动。阻尼材料是具有内损耗、内摩擦的材料，如沥青、软橡胶以及其它高分子涂料。 5 5 修改结构。修改结构。 一个高技术手段，目前非常引人注目。它实际上是通过修改受控对象的动力学特性参数使振动满足预定的要求，不需要附加任