导图社区 噪声与振动控制技术基础
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噪声与振动控制技术基础
振动基础
质点振动学
质点振动系统
物理量集中的系统/集中参数系统
物体的几何尺寸远小于物体中传播的振动波波长
刚度均匀，运动状态均匀
构成（质量块、弹簧）
惯性元件
弹性元件
阻尼元件
单自由度系统自由振动
简谐运动 变加速运动
振动能量
弹簧、质量块
弹簧连接方式
串联
并联
固有频率
仅与系统的固有参量有关
振动方程及其解
有阻尼的自由振动
指数衰减
衰减系数，阻尼系数c
损耗因子
衰减模量，时间
质点强迫振动
自由衰减振动与稳态振动的合成
瞬态解（通解）
稳态解（特解）
力学品质因素
,位移共振
归一化处理
外力频率与系统固有频率之比
共振
共振带宽通常定义在半功率处，即功率从峰值下降到一半时，对应的两侧频率之差的绝对值。功率的一半对应振幅的 1/根号2 ，因此共振带宽就等于临界频率之差的绝对值。
频带宽度
弹性体振动基础
弦振动
横振动 振动的传播方向沿着弦长方向
张力引起
波速
自由振动方程
边界条件
n阶振型
n+1个波节（振幅为0）
n个波腹（振幅最大）
梁振动
纵振动
固定端
自由端
应变为0
质量负载端
纵振动传播速度（固有特性）
波数
横振动
薄板的横振动
声学基础
声波基本性质
声波
频率范围
20Hz-20kHz(人耳）
超声波
音频
次声波
波长
振幅
振动物体离开平衡位置的最大距离，用 A 表示。简谐振动的幅度不变，强迫振动的稳定阶段的振幅也是一个常数，阻尼振动的振幅越来越小。振幅是表示振动强弱的物理量。
分贝
分贝 dB 是信号增益或衰减的单位，是描述两个相同物理量之间的相对关系。
Ar：基准量；Al：被测量，当取以 10 为底的对数，就代表 “级”，被测量比基准量高出多少级，如被测量是基准量的 10 倍，就是 1 级，100 倍就是 2 级，每 1 级相差 10 或 20dB。
前面系数 10：针对振幅类物理量，如声强，电压，电流强度等
前面系数 20：针对平方项物理量，如电功率，声功率，声压等
声强级
声强是衡量声音强弱的物理量。声场中，垂直于声波传播方向上，单位时间内通过单位面积的声能叫做声强，用 I 表示，单位 w/m2
声功率级
声源在 单位时间 内辐射的总声能量。用 W 表示，单位瓦 W，毫瓦 mW，微瓦μW。声功率大小只与声源本身有关。
声压级
某一瞬间介质中的压强相对于无声波时的压强的改变量，叫做声压，记为 p(t) 单位 pa。
目前声学测量中，常用声压衡量声音强弱。
有效声压就取瞬时声压的均方根，即总是正值。
Lp：声压级；P1：声压；Pr：基准声压，一般取 2*10^(-5)Pa，该值是人耳对 1KHz纯音刚能听见时的声压，作为声压级的 0dB。
声强和声功率一般不易直接测，要根据测出的声压换算得到。
理想流体介质中的声波方程
连续性方程
运动方程
状态方程
理想流体介质中的小振幅传播的声波方程
平面波、球面波和柱面波
沿着方向的变化
平面波
波束不扩散，各质点振幅是一个常数，只向前方传播。
球面波
波束向四面八方扩散，各质点的振幅与距离成反比。
声压级随接收点与声源的距离增大而减小，距离增加1倍，声压级降低6dB
柱面波
波束向四周扩散，各质点的振幅与距离平方根成反比。
距离足够远，频率足够高时
声压与距离的平方根成反比
距离每增加一倍，声压级降低1.5dB
声压级随接收点与声源的距离增大而减小，距离增加1倍，声压级降低3dB
声波反射与透射
反射、折射
声压连续
法向振速相等
频率不变
反射与折射定律
透射
反射系数与透射系数
中间层
中间层厚度为1/4波长的奇数倍时，声波不能透过，隔声效果好
典型声源及其声辐射
脉动球源、点声源、多极子声源
无限障板上活塞式辐射声场
板的声辐射
船舶结构动力学基础
振动与噪声控制的一般过程
倍频程分析
振动评价以及控制的一般过程
噪声评价以及控制的一般过程
评价
响度级
频率
计权网络
A计权
等效连续A声级
控制
噪声源
传播途径
接收者
船舶结构减振降噪技术
动力吸振
特点
被动式动力吸振器
只能对特定频率进行减振，工作频带窄
动力吸振原理
主振动系统强迫振动
动力吸振器附加质量块的强迫振动
系统固有频率
激振力频率恰好等于吸振器的固有频率，则主振系质量块振幅为0
动力吸振器
质量比
阻尼
有阻尼动力吸振器的吸振频带更宽
无阻尼动力吸振器
使用条件
激振频率等于系统固有频率且激振频率恒定
主振系阻尼较小
主振系有减小振动的要求
固有频率比
振动隔离
隔振的评价
振动传递系数
T越小，传递的振动越小，隔振越好
隔振效率
隔振性能分析
传递系数与频率比
当f/f0＜1时，即干扰力的频率小于隔振系统的固有频率时，T≈1说明干扰力通过隔振装置全部传给了基础，即隔振系统不起隔振作用；
f/f0=1时，即干扰力的频率等于隔振系统的固有频率时，T>1 说明隔振系统不但起不到隔振作用，反而对系统的振动有放大作用，甚至会产生共振现象。这当然是隔振设计时必须避免的；
f/f0>1.414时，即干扰力的频率大于隔振系统的固有频率的1.414倍时，T<1 ；f/f0越大，T越小，隔振效果越好。
传递系数与阻尼比
当f/f0>1.414时,阻尼对隔振不利，阻尼越小越好
当f/f0<1.414时，增大阻尼对隔振有利
隔振设计与隔振器
设计要求
传递系数小
固有频率低
阻尼合适
隔振器
应用
单层隔振系统
双层
浮筏
阻尼减振
阻尼的作用
降低机械结构的共振振幅
有助于受到冲击后很快回到稳态
减少振动声辐射，降低噪声
降低结构传递振动的能力
提高机床精度
产生机理
将广义振动的能量转化为可以耗损的能量，从而抑制振动、冲击、噪声
阻尼材料与结构
自由阻尼结构
约束层、阻尼层
吸声降噪
吸声评价方法
吸声系数
材料/结构吸收的的声能比上入射总能量
越大吸声效果越显著，声波反射越小
吸声量
吸声材料面积
反射能力大，混响
吸声降噪值
前后吸声量
前后混响时间
吸声材料
多孔性吸声材料
条件
大量的孔隙
孔与孔之间要连通
影响吸声系数因素
流阻
材料的厚度
材料的容重或空隙率
湿度和温度
超细玻璃棉 矿棉 毛毡 微孔砖 膨胀珍珠岩
在吸声材料后预留一定空间，有利于改善吸声材料的低频特性
吸声结构
共振吸声原理
亥姆霍兹共振吸声器
共振时声抗最小，振动速度最大，对声吸收最大
声质量大小因素
入口管长度
入口管截面积
介质密度
常用吸声结构
空气层
薄膜、薄板共振
穿孔板、微孔穿板
吸声体、吸声尖劈
隔声降噪
隔声原理
透声系数
透射声功率（声强、声压平方）比上入射声功率（声强、声压平方）
越小隔声性能越好
无规入射时各角度平均值
隔声量
透声损失、传声损失 dB
越大隔声性能越好
质量定律
垂直入射
m为面密度（kg/m2），即单位面积的质量;f为入射声频率（Hz)
m或f每增加一倍，隔声量增加6dB
无规入射
吻合效应
吻合谷
隔声频率曲线在fc处形成低谷
若出现在主要声频范围之内，会使隔声性能大大降低
将f0移动到不敏感的低频区
内损耗因子越小，越深
厚、重、刚的墙，fc低（钢、铝）
增加阻尼损耗，使吻合谷变浅
单层匀质墙
隔声性能 入射声波的频率
频率特性 墙本身性质，材料内阻尼，墙的边界条件
低频 刚度控制（隔声量随频率增加降低）
特定频率 共振 刚度和质量效应 振幅大 隔声量极小 阻尼控制
质量控制 隔声量随频率增加增加
钢板材质板墙，空气声隔声能力最好
双层墙
两层夹空气层
空气层附加隔声量
隔声装置
隔声间
墙
组合墙
门窗等
平均透声系数
平均隔声量
墙、门窗 等透射量方法
1为墙的隔声量（更大），2为门窗，面积比
隔声墙
D为两室声压级差值
吸声量A,墙面积S
隔声罩
插入损失
平均吸声系数
提高隔声罩吸声系数，减小透声系数，可以增大插入损失
吸声系数为1时，IL=TL，隔声量达到最大值
吸声系数与透声系数相等时，IL=0
应用典例
舷窗结构
消声器
