噪声控制技术的发展与应用现状分析

1、噪声控制技术的发展与应用现状 随着噪声污染的口趋严重，噪声控制技术也得到迅速发展。噪声控制技术是声学理论的应用，从初的仅靠试验改进发展到当前运用各种技术进行噪声预测、噪声控制，研究者在噪声控制方面进行了大量的艰苦而有成效的工作。内燃机噪声是动力设备噪声的主要来源，研究者在内燃机噪声机理研究、噪声源识别技术、噪声预测、噪声控制等方面进行了大量理论及试验研究，取得了的成果，积累了许多重要的经验，并推动内燃机噪声控制技术的不断发展 内燃机噪声机理研究:内燃机噪声按激励源分为机械噪声、燃烧噪声和空气动力噪声。在内燃机的空气动力噪声得到有效控制和解决内燃机动平衡的情况下，活塞撞击噪声、配气机构噪声、和附

2、件的振动噪声是机械噪声主要的噪声源。一般认为，燃烧噪声来源于气缸内气体压力的变化，包含由气缸内压力剧变引起的动力载荷和由冲击波引起气体的高频振动。内燃机空气动力噪声是由气体的非稳定流动以及气体与物体的相互作用而产生的，主要表现在进气噪声、排气噪声和风扇噪声。进气噪声是由进气门的周期性开、闭而产生的进气管压力起伏变化所形成的。主要表现在基频及谐次进气噪声和涡流噪声。排气噪声主要成分有:基频排气噪声、涡流噪声、管道内气柱共振噪声、气缸亥姆霍兹共振噪声等。风扇噪声由叶片周期性切割空气产生的旋转螺声和叶片周围气体产生涡流形成的涡流噪声组成。对这些噪声源的形成机理、影响因素、变化规律等开展的研究，取得了

3、成果，为有针对性的从源头控制这些噪声奠定了基础。 噪声源识别及分离技术的发展:噪声源识别及分离技术是进行噪声控制及预测的基础。噪声识别技术主要通过试验的方法实现;除了传统的铅屏蔽法、近场测量法、声强法等方法之外，表面振动法、声全息法等新的方法不断涌现并已能成熟应用。目前，声强测量作为声学领域中一种重要的测量技术，在内燃机噪声识别和控制中得到广泛的应用。而声全息法可以更地反映物体的特性，且适用面广，分辨率高，可操作性强，因此，是未来噪声源识别的重要发展方向。而在基于试验及现代信号处理方法的噪声分离技术方面，目前研究活跃的领域是燃烧噪声与活塞敲击噪声的分离。研究者提出了传递函数法，滤波法、盲分离法

4、等多种方法，进行研究分析。使用噪声识别和分离技术，有助于准确快速的确定内燃机的主要噪声源，更清楚地掌握各种噪声的性质，为降噪提供有效的指导，以便提出更有效地降噪措施。 内燃机噪声预测技术的发展:为节约产品开发成本、缩短产品开发周期，内燃机噪声预测技术得到广泛关注和发展，产生了多种噪声预测方法。振动法，是利用结构表面的振动与辐射噪声之间的关系对辐射噪声进行估计。神经网络法，应用神经网络技术，通过对内燃机噪声试验数据的反复学习，进行内燃机噪声的动态预测。数值解法，随着计算机技术的不断发展，其中有限元法、边界元法及统计能量分析得到了较快的发展与应用。这些方法适合于解决内燃机周围空气的声学特性预测问题

5、，能近似地描述内燃机在自由空间或在无混响室内的声场分布情况。内燃机噪声预测技术的发展，为缩短开发周期、提高降噪的效果打下了坚实的基础，也只有在能进行和快速的噪声预测后，低噪声发动机才可能由经验设计进入设计，由概念设计进入精细设计，由定性设计到定量设计。 内燃机噪声控制技术发展:噪声传递过程可分为声源、传播途径、接受者三个环节。相应地，噪声控制采取降低噪声源噪声，限制噪声的传播途径的原则。降低噪声源噪声，影响噪声源噪声的因素较多。在爆发压力(功率要求)的情况下，主要围绕改善部件相对运动条件，减小撞击、调整系统刚度、选择合理的结构、材料等方面，采取一些措施以降低机械噪声。通过选择合理的燃烧室结构型

6、式;组织合理的供油规律;增加进气压力和温度，以达到降低气缸压力升高率，从而降低燃烧噪声。通过改变管道形状、布置型式及内壁面的光洁度，以减小气体涡流噪声;通过减小各管之间连接处的断面突变及内腔形式，以减小气体的共振噪声。限制传播途径:限制噪声传播途径的新方法主要集中在声学材料的研究和进排气消声技术的研究。声辐射模态不但描述了结构的振动特性，还体现了结构在空间的声辐射特性。研究内燃机的声辐射模态，可以有效地在设计阶段降低内燃机机体对内部激励力向外部辐射噪声的能力，是一种很有潜力的噪声控制方法。目前，声辐射模态在内燃机降噪中应用还处于研究阶段，在其他领域已有成功应用案例 总之，随着计算机、数字处理、

7、新材料等技术进步，使噪声控制技术得到迅速发展。我国研究人员对于内燃机噪声的控制也展开了深入研究，并已取得很大进展，但无论是从研究的深度还是广度上来看，与国外都有差距，缺乏系统的、深入的研究，仍有一些技术不够成熟，需进一步解决的问题仍然很多。对于开架式汽油发电机组噪声控制便是如此，欧盟噪声法规实施二阶段发电机组噪声限值。我国生产的_发电机组至今没有能够有效解决噪声达标问题，迟滞以通机为动力的发电机组进入欧洲市场的步伐，成为我国通机行业及出口欧盟的瓶颈问题。1.2噪声控制分析基础1.2.1声学理论的基本概念2.1.1声压 在弹性媒质中，物体的机械振动由近及远的传播过程称为声波。当声波传入人耳迫使耳

8、膜作相应的振动，便使我们感觉到声音。我们把声场(有声波存在的区域)中某点在某一瞬时，由静压PO改变到压强P时，所产生的压强增量称为该点的瞬时声压君，即君-P _P0。声压随时间变化，传到人耳时，由于耳膜的惯性作用，辨别不出声压的起伏，即不是声压的大值起作用，而是一个有效声压起作用。有效声压是一段时间内瞬时声压的均方根，一丫开下不，式中，君是瞬时声压，T是其周期。频率为1000Hz时，人耳能听到的声压范围是2x 10-5帕到20帕。 在非自由声场中，存在着反射声波，声场中任一点的声压由入射声波的声压和反射声波的声压叠加而成，因此，在声压的实际测量当中，应尽量接近被测件测量，以减少反射声压的影响。

9、1.2.1.2声功率 声源在单位时间内辐射出的总声能量称为声功率。声功率是表征声源特性的重要物理量，它与声波传播的距离和环境无关。在噪声监测中，声功率是指声源总声功率，即指某台机器所辐射的总声功率。声功率不能直接测量，在自由声场内，由于没有反射声波的影响，测量闭合曲面上的声压和声强，都可以求和而得到声功率。而在一般的测量环境下，可由声强测量法计算声功率。2.1.3声强声强的大小与离开声源的距离有关，单位时间内，声源辐射的声能是的，离声源越远，声波辐射声能的面积越大，因此通过单位面积的能量越小，声强越小。由上面声强的定义可知，声强是一个既有大小又有方向的矢量。由于声强有方向性，可以指明声源的位置

10、，因此可以利用声强识别声源。由数学的基本积分理论可知，矢量通过闭合曲面的积分为零，因此可以利用声强计算声源向外辐射的能量。取一个包含声源的封闭曲面，测量曲面上的声强并求和，由于任何曲面外声源在该曲面上形成的声强之和为零，求和结果只剩下曲面内声源向外辐射的能量，也就是声源的声功率。1.2.2理想流体介质中的声波方程 声振动作为一种宏观物理现象，应满足物理学基本定律，即牛顿二定律、质量守恒定律以及描述压强、温度和密度关系的气体状态方程。运用这些基本定律就可以分别推导出声波传播中的运动方程、连续性方程和物态方程。为使问题简化，作如下简化和假设 (1)介质为理想流体，无粘滞性，声波在其中传播时没有能量

11、损失。 (2)没有声扰动时，介质在宏观中是静止的，且介质是均匀的，因此介质中静态压强和静态密度都是常数。 (3)传播过程是绝热过程，与外界不存在热交换。 (4)声压p远小于介质静压强ps;质点速度远小于声速;质点位移远小于声波波长;介质密度增量户远小于其静态密度户s，即介质的物态变化是线性的假设。声波波动方程的推导与理想气体中压力波的波动方程的推导是一样的。唯一不同就是声波所引起的压力波动非常小。 在实际中，上述假定在相当普遍的情况下都是很容易满足的，因此以下得到的三个基本方程并不失去普遍意义。2.2.1运动方程 运动方程是由牛顿二定律推导而得，即作用于流体微元体上的合力，等于流体微元体的动量

12、变化率。方程为 以开架式_汽油发电机组作为研究对象，通过对其噪声源的识别，确定主要噪声源，针对主要噪声源进行分析研究，并采取相应的改进降噪措施，控制开架式_汽油发电机组噪声，同时与企业合作提高生产企业的噪声控制研究水平，并将研究与生产实践联系起来，促进技术的产品化。 的主要研究工作和内容包括: 研究的首要任务就是开架式_汽油发电机组的主要噪声源识别，首先系统研究了现代声源识别方法中经常采用的信号分析法、表面振动法、声强测量法，频谱分析法，等方法。对发电机组噪声进行系统性的研究，通过声源识别，确定该机组主要噪声源为排气噪声、进气噪声和冷却风扇噪声。 然后，结合声源识别结果，将试验分析与计算机辅助分析相结合，分别对排气消声器、空滤器、冷却风扇三个部件的结构进行分析优化，以降低排气噪声、进气噪声、风扇冷却噪声，同时保证各部件的改进不影响发电机组的性能和功能。对于消声器和空滤器，首先通过实验分析其声学特征，然后建立消声器和空滤器的声学有限元数学模型，通过SYSNOISE软件平台来实现对消声器的传递损失的分析。后，分别对不同结构参数的消声器进行数值分析，通过对不同的传递损失数值分析结果的比较，获得优化的结构设计