噪声基础知识
- 格式:doc
- 大小:69.00 KB
- 文档页数:4
环境噪声相关基础1.描述声波的基本物理量与概念(1)(1)波长记作λ, 单位为米(m)。
(2)(2)频率记作f,单位为赫兹(Hz)。
(3) (3)声速λ= v/f声速的大小主要与介质的性质和温度的高低有关。
同一温度下,不同介质中声速不同。
在20℃时,空气中声速约为340 m/s,空气的温度每升高1℃,声速约增加0.607 m/s。
(4)声场(5)波前(波阵面)2、环境噪声评价量及其计算2.1.计量声音的物理量(1)声功率声源在单位时间内辐射的总声能量称为声功率。
常用W表示,单位为瓦(w)。
声功率是表示声源特性的一个物理量。
声功率越大,表示声源单位时间内发射的声能量越大,引起的噪声越强。
声功率的大小,只与声源本身有关。
(2)声强声强是衡量声音强弱的一个物理量。
声场中,在垂直于声波传播方向上,单位时间内通过单位面积的声能称做声强。
声强常以I表示,单位为 (w/m2)。
(3)声压目前,在声学测量中,直接测量声强较为困难,故常用声压来衡量声音的强弱。
声波在大气中传播时,引起空气质点的振动,从而使空气密度发生变化。
在(7-2)声波所达到的各点上,气压时而比无声时的压强高,时而比无声时的压强低,某一瞬间介质中的压强相对于无声波时压强的改变量称为声压,记为p(t),,单位是 Pa。
声音在振动过程中,声压是随时间迅速起伏变化的,入耳感受到的实际只是一个平均效应,因为瞬时声压有正负值之分,所以有效声压取瞬时声压的均方根值。
dt t p T p TT ⎰=02)(1 式中T p 是 T 时间内的有效声压,Pa ;p (t )为某一时刻的瞬时声压,Pa 。
通常所说的声压,若未加说明,即指有效声压,若 p 1,p 2,分别表示两列声波在某一点所引起的有效声压,该点迭加后的有效声压可由波动方程导出,为2221p p p T +=声压是声场中某点声波压力的量度,影响它的因素与声强相同。
并且,在自由声场中多声波传播方向上某点声强与声压、介质密度ρ存在如下关系vp I ρ2=2.2.声压级,声强级与声功率级正常人耳刚刚能听到的最低声压称听阈声压。
环境噪声相关基础1。
描述声波的基本物理量与概念(1)(1)波长记作λ, 单位为米(m)。
(2)(2)频率记作f,单位为赫兹(Hz)。
(3) (3)声速λ= v/f声速的大小主要与介质的性质和温度的高低有关。
同一温度下,不同介质中声速不同.在20℃时,空气中声速约为340 m/s,空气的温度每升高1℃,声速约增加0。
607 m/s。
(4)声场(5)波前(波阵面)2、环境噪声评价量及其计算2.1.计量声音的物理量(1)声功率声源在单位时间内辐射的总声能量称为声功率.常用W表示,单位为瓦(w).声功率是表示声源特性的一个物理量.声功率越大,表示声源单位时间内发射的声能量越大,引起的噪声越强.声功率的大小,只与声源本身有关。
(2)声强声强是衡量声音强弱的一个物理量。
声场中,在垂直于声波传播方向上,单位时间内通过单位面积的声能称做声强。
声强常以I表示,单位为 (w/m2)。
(3)声压目前,在声学测量中,直接测量声强较为困难,故常用声压来衡量声音的强弱.声波在大气中传播时,引起空气质点的振动,从而使空气密度发生变化.在声波(7-2)所达到的各点上,气压时而比无声时的压强高,时而比无声时的压强低,某一瞬间介质中的压强相对于无声波时压强的改变量称为声压,记为p(t),,单位是 Pa。
声音在振动过程中,声压是随时间迅速起伏变化的,入耳感受到的实际只是一个平均效应,因为瞬时声压有正负值之分,所以有效声压取瞬时声压的均方根值。
dt t p T p TT ⎰=02)(1 式中T p 是 T 时间内的有效声压,Pa;p (t )为某一时刻的瞬时声压,Pa.通常所说的声压,若未加说明,即指有效声压,若 p 1,p 2,分别表示两列声波在某一点所引起的有效声压,该点迭加后的有效声压可由波动方程导出,为2221p p p T +=声压是声场中某点声波压力的量度,影响它的因素与声强相同.并且,在自由声场中多声波传播方向上某点声强与声压、介质密度ρ存在如下关系vp I ρ2=2.2.声压级,声强级与声功率级正常人耳刚刚能听到的最低声压称听阈声压.对于频率为 1000Hz 的声音,听阈声压约为为2×lO -5Pa 。
噪音基础知识1.什么是噪音?噪声是声音的一种。
从物理角度看,噪声是由声源作无规则和非周期性振动产生的声音。
从环境保护角度看,噪声是指那些人们不需要的、令人厌恶的或对人类生活和工作有妨碍的声音。
噪声不仅有其客观的物理特性,还依赖于主观感觉的评定。
如在听音乐时,悦耳的歌声不是噪声,而在老师讲课的课堂上,高音播放的音乐只能算是噪声。
常见的噪音包括:交通噪音、机器噪音、大声喧哗、生活噪音等。
2. 噪音的单位?噪音的单位为分贝。
值得注意的是,分贝是一个非线性的单位,是采用指数形式来表达某噪音相比于一个声音基准值的强弱。
常见声音的声功率跨度非常大,比如人轻声耳语时的声功率约为10-9W,而喷气飞机的声功率高达50000W,这种情况下采用线性单位是很不方便的,因而人们普遍采用对数单位(分贝)来描述噪音的强弱。
3.分贝的计算。
为计算噪音的分贝值,人们规定声功率基准值为10-12 W。
这样如果一个噪音的声功率为P,其分贝的大小可以通过公式 L=10log(P/10-12)来计算。
比如人轻声耳语时候的声功率为10-9 W,则人轻声耳语时声音的分贝为10log(10-9/10-12)=10log(103)=30分贝。
按照上述公式,如果一个噪音A为40分贝,另一噪音B为50分贝,则噪音B声功率是噪音A声功率的10倍。
如果噪音A为40分贝,噪音B为43分贝,则噪音B的声功率近似为噪音A声功率的两倍。
这也是为什么两个同样的噪音源,如果每个声压为X分贝,两个噪音相加后为X+3分贝(具体计算也可以参考下表)。
4. 噪音的加法。
如果室内电冰箱的噪音为35分贝,空调的噪音为35分贝,但是两者的噪音加起来并不等于70分贝,实际上上述两噪音加起来为38分贝。
噪音的计算需要比较专业的知识,对于非专业人士来说,可以遵循下面的简单法则来计算噪音的加法。
如果有两个噪音A和B,其分贝分别为LA和LB,则噪音总和为LA+B当LA-LB=0到1分贝,则LA+B=LA+3 分贝当LA-LB=2到3分贝,则LA+B=LA+2 分贝当LA-LB=4到9分贝,则LA+B=LA+1 分贝当LA-LB 大于9分贝,则LA+B=LA 分贝比如,如果噪音A为42分贝,噪音B为47分贝,则噪音A加噪音B相当于噪音48分贝(47+1)。
【BAKER BASIC P214】信号功率:P=V^2/R对于一个正弦信号:其能量是功率对信号在时间上的积分:对于平均功率,为·得到的即为其方均信号:如果是一个含有多个频率的信号,其功率为各频率功率(包括)的叠加,即Mean squared 相叠加。
功率谱密度:单位是V^2/Hz。
噪声均方根:单位V各种表示及其物理意义:1.:表示的是输出参考噪声的功率谱密度。
为信号功率在频率坐标上的分布情况。
2.:表示的是输出参考噪声的均方根,为功率谱密度在频率上的积分,求其均值,并开方。
3.:表示输入参考噪声的均方根。
表示方式:1.V上的平方项 2. i/o输入参考噪声输入参考噪声的意义:对于白噪声的PSD为:,其中fres是频率分辨率。
正弦乘法: sinαsinβ =-[cos(α+β)-cos(α-β)] /2 cosαcosβ = [cos(α+β)+cos(α-β)]/2 sinαcosβ = [sin(α+β)+sin(α-β)]/2 cosαsinβ = [sin(α+β)-sin(α-β)]/2一个正弦信号的频谱:频谱分析仪噪声的PSD功率谱密度,频谱密度,等效输入频谱密度白噪声对经过低通系统的均方根计算:因此,白噪声的输出参考均方根为:因此,白噪声的输入参考均方根为:而输入参考噪声的PSD为:功率谱密度,噪声均方根的计算方法:各类噪声:【BAKER BASIC P226】热噪声Noise in a resistor is primarily the result of random motion of electrons due to thermal effects.噪声原理:电阻由导体等材料组成,导体内的自由电子在一定的温度下总是处于“无规则”的热运动状态,这种热运动的方向和速度都是随机的。
自由电子的热骚动在导体内形成非常弱的电流。
PSD:热噪声的模型:如果有两个噪声源的话,那么是两个噪声源的功率谱密度相加而不是均方根相加!因为噪声本质上是用功率来考虑的,其均方根虽然单位是伏特,但是并非是噪声电压。
噪声危害宣传知识定义:噪声是一类引起人烦躁、或音量过强而危害人体健康的声音。
凡是妨碍到人们正常休息、学习和工作的声音,以及对人们要听的声音产生干扰的声音,都属于噪声。
而职业领域的噪声数值超过85分贝时,会对作业工人的健康产生不利影响。
职业噪声在作业场所普遍存在,分布范围广,危害人数众多。
预防措施:(1)控制和消除噪声源:1.用焊接或压接代替钾接,用挤压代替冲压,用压力机代替锻锤。
2.对鼓风机、电动机可采取隔离措施或移出室外。
3.用滚压机矫正或弯曲钢板,代替用敲打的方法矫正钢板;拆卸生锈的螺旋时,用液压钳子代替塞子。
4.用发声较小的材料制造的齿轮代替金属齿轮,或将发声较小的材料制成的零件安置在金属零件之间。
5.对排气噪声较大的机组设置专用消声器。
6.提高齿轮制造的精确度,减少转向装置的活动间隙。
7.实现生产过程自动化,可以减少噪声对生产人员的影响。
(2)控制噪声的传播和反射:1.吸声一一利用吸声材料装饰室内墙面或顶棚面以减低室内噪声。
具有较好吸声效果的材料有玻璃棉、矿渣棉、泡沫塑料、毛毡、棉絮、加气混凝土、吸声板、木丝板等。
2.消声一一消声是防止空气动力性噪声的主要措施现在最常用的消声器主要有三种类型:阻性消声器、抗性消声器及阻抗符合消声器。
3.隔声一一在某些情况下,可以利用一定的材料和装置,把声源封闭,使其与周围环境隔绝起来,如隔声罩、隔声间。
隔声结构应该严密,以免产生共振影响隔声结果。
4.减振一一为了防止通过固体传播的振动性噪声,必须在机器或振动体的基础和地板、墙壁连接初设隔振和减震装置,如胶垫、沥青等。
(3)卫生保健措施:1.加强个人防护,对于生产场所的噪声暂时不能控制,或需要在特殊高噪声条件下工作时,佩戴个人防护用品是保护听觉器官的有效措施。
耳塞是最常用的一种,隔声效果可达30分贝左右。
5.对接触噪声的工人应定期进行健康检查,特别是听力检查,观察听力变化情况,以便早期发现听力损伤,及时采取适当保护措施。
噪声基础知识噪声污染与水污染、大气污染被看成是世界范围内三个主要环境问题。
噪声污染与化学污染不同,是一种物理污染。
化学污染进入环境中可以迁移、转化,有些物质存留时间较长。
而噪声污染在环境中则不会长时间停留,只要声源停止振动,污染也就没有了。
而且,尽管噪声对人有干扰,但人不能生活在无声无息的环境中。
周围环境过于安静,人就会感到不舒服,甚至产生恐惧。
人只能生存在适度的声学环境中。
我们将噪声特点归纳如下:其一,噪声污染是物理污染,具有即时性。
这种污染采集不到污染物,当声源停止振动时,声音便立即消失,其能量转化为空气的热能,不会在环境中造成污染的积累并形成持久的危害。
其二,噪声污染的危害是非致命的、间接的、缓慢的。
但对人心理、生理上的影响不可忽略。
其三,噪声污染具有时空局部性和多发性。
在人们日常生活、工作、学习等环境中,噪声源分布广泛,因此集中处理有一定难度。
随着城市化、工业化和交通运输业的进一步发展,以及人口密度的增加,噪声污染日益引起人们的重视,在诸多环境问题中其投诉比例呈逐年上升趋势。
因此,噪声污染已成为环境监测的一个重要组成部分。
§1 噪声污染来源及危害声音由物体振动引起,以波的形式在一定的介质(如固体、液体、气体)中进行传播。
我们通常听到的声音为空气声。
一般情况下,人耳可听到的声波频率为20~20,000Hz,称为可听声;低于20Hz,称为次声;高于20,000Hz,称为超声。
我们所听到声音的音调的高低取决于声波的频率,高频声听起来尖锐,而低频声给人的感觉较为沉闷。
声音的大小是由声音的强弱决定的。
从物理学的观点来看,噪声是由各种不同频率、不同强度的声音杂乱、无规律的组合而成;乐音则是和谐的声音。
判断一个声音是否属于噪声,仅从物理学角度判断是不够的,主观上的因素往往起着决定性的作用。
例如,美妙的音乐对正在欣赏音乐的人来说是乐音,但对于正在学习、休息或集中精力思考问题的人可能是一种噪声。
12 噪声基础知识12.1 概述环境噪声是一种在建筑工地、工业生产、交通运输和社会生活中所产生的,影响人们生活环境的声音。
噪声也是一种污染,同样可以对人和环境造成危害。
这几年,随着人们环保意识的增强,对噪声污染的重视程度也越来越高了。
噪声污染是一种物理污染。
12.1.1声音的产生、传递与接收空气中的各种声音,都是由于物体的振动所引起的。
发出声音的物体称为声源。
人们最熟悉的传声介质就是空气。
除了气体外,液体和固体也都能传播声音。
声音是通过介质得以传播的,介质,是指介于声源与接收者之间的,作为声音传播的媒体的物质。
这种向前推进着的空气振动称为声波。
当声振动在空气中传播时,空气质点并不被带走,它只是在原来位臵附近来回振动,所以声音的传播是指振动的传递。
振动在介质中传播的速度叫声速。
物体在1s内振动的次数称为频率,单位为赫兹(Hz),简称赫。
人耳只能听到频率为20~20000Hz,低于20 Hz的声音叫次声,高于20000Hz的声音叫超声。
12.1.2 噪声的类型根据声源的不同,噪声可分为工业噪声、交通噪声和生活噪声三种。
工业噪声是指工厂在生产过程中由于机械碰撞、摩擦振动及气流扰动产生的噪声。
交通噪声是指飞机、火车、汽车和拖拉机等交通运输工具,在飞行的行驶中所产生的噪声。
生活噪声是指街道以及建筑物内部各种生活用品、设备和人们日常活动所产生的噪声。
12.1.3 噪声的危害噪声的危害是多方面的,噪声对人的影响主要表现在以下几个方面:(1)对人们正常生活和工作造成极大干扰,影响人们交谈、思考,影响人的睡眠,使人烦躁,反应迟钝,工作效率降低,分散人的注意力,引起工作事故。
(2)噪声可使人的听力受到损害。
(3)噪声作用于人的中枢神经系统,使人们大脑皮层的兴奋与抵制平衡失调,导致条件反射异常,使脑血管张力受损。
12.2 噪声的量度及标准12.2.1 噪声的客观量度噪声的客观量度是指对噪声强弱的实际量度。
常用的指标有:声压与声压级、声强与声强级等。
了解噪声基础知识1、了解噪声污染特点与危害由于噪声属于感觉公害,所以它与其他由有害物质引起的公害不同。
①噪声没有污染物。
即噪声在空中传播时并未给周围环境留下什么毒害性物质。
②噪声对环境的影响不积累、不持久,传播的距离有限。
③噪声声源通常是分散的,这样对它的影响只能规划性防治而不能集中治理。
④噪声污染是暂时的,一旦声源停止发声,危害和影响即可消除。
2、了解声源的种类噪声污染按声源的机械特点可分为:气体扰动产生的噪声、固体振动产生的噪声、液体撞击产生的噪声以及电磁作用产生的电磁噪声。
噪声按声音的频率可分为:<400Hz的低频噪声、400~1000Hz的中频噪声及>1000Hz的高频噪声。
噪声按时间变化的属性可分为:稳态噪声、非稳态噪声、起伏噪声、间歇噪声以及脉冲噪声等。
噪声有自然现象引起的(见自然界噪声),也有人为造成的。
故也分为自然噪声和人造噪声。
3、了解声音的物理特性和量度声功率、声强和声压(一)声功率(W)声功率是指单位时间内,声波通过垂直于传播方向某指定面积的声能量。
在噪声监测中,声功率是指声源总声功率。
单位为W。
(二)声强(I)声强是指单位时间内,声波通过垂直于声波传播方向单位面积的声能量。
单位为W/s2。
(三)声压(P)声压是由于声波的存在而引起的压力增值。
声波是空气分子有指向、有节律的运动。
声压单位为Pa。
声波在空气中传播时形成压缩和稀疏交替变化,所以压力增值是正负交替的。
但通常讲的声压是取均方根值,叫有效声压,故实际上总是正值,对于球面波和平面波,声压与声强的关系是:式中:ρ——空气密度,如以标准大气压与20℃时的空气密度和声速代入,得到ρ·c=408国际单位值,也叫瑞利。
称为空气对声波的特性阻抗。
分贝、声功率级、声强级和声压级(一)分贝人们日常生活中遇到的声音,若以声压值表示,由于变化范围非常大,可以达六个数量级以上,同时由于人体听觉对声信号强弱刺激反应不是线性的,而是成对数比例关系。
噪声分贝(dB)1、声音1.1 分贝的感觉当物体振动时,在它周围就会产生声波,声波不断向外传播,被人们听到成为声音。
人耳的听觉下限是0dB,低于15dB的环境是极为安静的环境,安静得会使人不知所措。
乡村的夜晚大多是25-30dB,除了细心才能够体会到的流水、风、小动物等自然声音以外,其他感觉一片宁静,这也是生活在喧嚣之中的城市人所追求的净土。
城市的夜晚会因区域不同而有所不同。
较为安静区域的室内一般在30-35dB,住在繁华的闹市区或是交通干线附近的居民,将不得不忍受室内40-50dB(甚至更高)的噪声。
人们正常讲话的声音大约是60-70dB,大声呼喊的瞬间可达100dB。
在机器轰鸣的厂房中,持续的噪声可达80-110dB,这种高强度的噪声会损害人耳的听觉,并对神经系统产生不良影响,长期还会导致神经衰弱、消化不良、听力下降、心血管等疾病。
人耳的噪声听觉上限是120dB,超过120dB的声音会耳痛、难以忍受,140dB的声音会使人失去听觉。
高分贝喇叭、重型机械、喷气飞机引擎等都能够产生超过120dB的声音。
1.2 人耳的感觉人耳听觉非常敏感,正常人能够察觉1dB的声音变化,3dB的差异将感到明显不同。
人耳存在掩蔽效应,当一个声音高于另一个声音10dB时,较小的声音因掩蔽而难于被听到和理解,由于掩蔽效应,在90-100dB的环境中,即使近距离讲话也会听不清。
人耳有感知声音频率的能力,频率高的声音人们会有“高音”的感觉,频率低的声音人们会有“低音”的感觉,人耳正常的听觉频率范围是20-20KHz。
人耳耳道类似一个2-3cm的小管,由于频率共振的原因,在2000-3000Hz的范围内声音被增强,这一频率在语言中的辅音中占主导地位,有利于听清语言和交流,但人耳最先老化的频率也在这个范围内。
一般认为,500Hz以下为低频,500-2000Hz为中频,2000Hz以上为高频。
语言的频率范围主要集中在中频。
人耳听觉敏感性由于频率的不同有所不同,频率越低或越高时敏感度变差,也就是说,同样大小的声音,中频听起来要比低频和高频的声音响。
1.3频率特性声音可以分解为若干(甚至无限多)频率分量的合成。
为了测量和描述声音频率特性,人们使用频谱。
频率的表示方法常用倍频程和1/3倍频程。
倍频程的中心频率是31.5、63、125、250、500、1K、2K、4K、8K、16KHz十个频率,后一个频率均为前一个频率的两倍,因此被称为倍频程,而且后一个频率的频率带宽也是前一个频率的两倍。
在有些更为精细的要求下,将频率更细地划分,形成1/3倍频程,也就是把每个倍频程再划分成三个频带,中心频率是20、31.5、40、50、63、80、100、125、160、200、250、315、400、500、630、800、1K、1.25K、1.6K、2K、2.5K、3.15K、4K、5K、6.3K、8K、10K、12.5K、16K、20KHz等三十个频率,后一个频率均为前一个频率的21/3倍。
在实际工程中更关心人耳敏感的部分,大多数情况下考虑的频率范围在100Hz到5KHz。
噪声治理中一般采用倍频程。
如果将声音的频率分量绘制成曲线就形成了频谱。
不同声源发出噪声有不同的频率特性,有些噪声低频能量很大,如气泵、齿轮转动机器等,有些声源中频能量很大,如轴承、冷却塔淋水声,有些噪声高频能量很大,如交直流电机、变压器、阀门等,但大多噪声往往是各种频率都有很大声音,而且没有任何规则。
对于各种声学材料来讲,不同频率条件下声学性能是不同的。
有的材料具有良好的高频吸声性能,有的材料具有良好的低频吸声性能,有的材料对某些频率具有良好的吸声性能,不一而同。
隔声等其他声学性能也是如此。
1.4分贝dB分贝对于非专业人员来讲是最难理解的,然而对于专业人士来讲分贝又是再熟悉不过了。
分贝(dB)是以美国电话发明家贝尔命名的,因为贝的单位太大,因此采用分贝,代表1/10贝。
分贝的概念比较特别,它的运算不是线性比例的,而是对数比例的,例如两个音箱分别发出60dB 的声音,合在一起并不是120dB ,而是63dB 。
分贝的计算较为复杂,叠加公式如下:如果两个声音Lp1和Lp2相加有:)和)1021011010lg(10(lp lp Lp +=; 如果三个声音Lp1、Lp2和Lp3相加有:)和)103102101101010lg(10(lp lp lp Lp ++=; 更多的声音相加以此类推。
根据以上公式我们可以得到:60dB+70dB=70.4dB ,88dB+90dB=92.1dB ,80dB+80dB+80dB=84.8dB ,97.5dB-92dB=96dB ,使用分贝描述声音大大小被称为声压级,与后面讲到的声级不同,声压级是指在某个频率范围内的声音大小,任何声音,不同频率的分贝数可能是不同的。
不能说某个声音声压级是多少,而必须说某个频率的声压级是多少。
所有频率声压级的计权和是声级。
就象考大学的成绩,不能说考了80分,而需要说语文考了多少分,外语考了多少分,这就是“声压级”,而声级是各科求和的“总分”。
2、声级2.1等响曲线人耳非常特别,不同频率下相同声压级的声音听起来不一样响。
同样50dB 的声音,低频、高频听起来没有中频听起来响,而低频63Hz 的70dB 的声音,和1000Hz 的50dB 的声音,或和8000Hz 的60dB 的声音听起来一样响。
把频率从20-20KHz 听起来一样响的单频率声音的声压级画成一条曲线,叫做等响曲线。
从等响曲线图中我们可以查到两个不同频率的声音听起来一样响时各自所需要的声压级。
人耳的特点是,低频不敏感,响度低,高频也不敏感,而对中频比较敏感。
在噪声治理中,必须首先将中频噪声的声压级降下来,同时低频和高频噪声也要相应地将下来,但允许其声压级比中频大一些。
2.2 A 声级和C 声级A 声级的概念会使普通人感到迷惑。
声级是将各个频率的声音计权相加(不是简单的算术相加)得到的声音大小。
A 声级又称为A 计权声级,是各个频率的声音通过A 计权网络后再相加得到的大小,A 声级反映了人耳对低频和高频不敏感的听觉特性。
例如,如果某声音100Hz 的声压级为80dB ,在计算A 声级时,将按计权减去50.5dB ,即按29.5dB 来计算;若其1KHz 的声压级为80dB ,计权值为0dB ,即仍按80dB 计算。
A 声级的目的在于,A 声级越大,则表明声音听起来越响。
A 声级分贝通常计为dBA 。
许多与噪声有关的国家规范都是按A 声级作为指标的。
C 声级又称为线形声级,是将各个频率的声压级直接相加得到的,它反映了声音的总能量。
C 声级大的声音表明噪声总能量大,但听起来不一定响。
3振动及传递3.1 转动设备的振动转动的设备产生振动,振动通过基础向四周结构传递。
对于旋转的转动设备,如风机、水泵和某些机床等,主要以旋转频率为主导振动频率。
如某风机的转动频率为3000转/分钟,那么它正常工作时,振动频率主要在50Hz 。
对于往复运动的设备,如气泵、活塞泵、压缩机、内燃机和蒸汽机等,因其运动形式不但包括旋转,还包括曲柄连杆的来回运动,往复发生冲力和撞击,振动形式复杂,存在各种频率分量的振动频率。
如气泵的振动,每次活塞的往复冲击相当于在设备上使用锤子敲打,从低频到高频都有很大的振动。
设备产生的某一频率的振动在建筑结构中传播过程中,频率将保持不变,振动的强度可能发生不同变化,既可能增大,也可能降低。
降噪工程中总是希望尽可能降低振动的传播,减少结构辐射噪声。
但是,当振动发生共振时,振动被增大,严重时会损坏设备和结构。
3.2 固有频率转动设备和其支撑结构是一个振动单体,振动通过支撑结构传递给基础。
每一个振动单体都存在固有频率,即设备在该频率上振动时,发生共振,振动传递给基础的幅度最大。
固有频率是物体的自然属性,只与物体的重量和支撑的弹性有关,不受外界作用的影响,与设备运转的状态无关。
物体重量越大,支撑结构弹性越软,固有频率越低。
发生共振时,能量在固有频率上无穷止地叠加,理论上传递到基础的振动幅度将达到无穷大,基础将被破坏,无坚不摧。
曾经发生士兵列队行进时步伐的频率与大桥共振频率一致,发生共振,大桥坍塌。
一般情况下,发生共振的时间很短,能量有限,而且,振动时由于阻尼消耗了能量,共振不会达到无限大。
但是,共振时,能量叠加到原来的10倍、100倍、1000倍或更大也是常见的事情。
设备启动时,转动频率会由静止逐渐增大到稳态频率,设备停止时,转动频率会从稳态频率逐渐降低到静止。
如果发生共振的频率低于稳态频率,那么,设备启停时,转动频率将在某一小段时间内和共振频率相同或近似而发生共振,共振的频率区域被称为共振区。
设备启停应尽量迅速通过共振区,防止因共振产生过大的振动。
弹簧系统固有频率与弹簧静态下沉量有关。
弹簧静态下沉量是指,在静态荷载状态下,弹簧被压缩的长度。
经验计算公式为:delt f ⋅=210,其中0f 是固有频率,单位Hz ;delt 为静态压缩量,单位为m 。
3.3 隔振原理设备频率f 等于固有频率0f 时,即频率比z=1时,发生共振,设备传递给基础的振动达到最大。
当f 介于210f 和20f 之间时,即频率比2>z>21时,设备传递给基础的振动大于设备自身的振动。
当设备频率f 大于固有频率0f 的2倍时,即频率比z>2,时设备传递给基础的振动将小于设备的振动,而且f 与0f 的比值越大,传递给基础的振动越小。
当设备频率f 小于固有频率0f 的21倍时,即频率比z<21时,设备传递给基础的振动等于设备的振动,即振动无衰减地传递。
以上理论为理想振动的传递规律。
存在阻尼时,传递规律有所变化:振动频率在共振频率附近(2>z>21)时传递到基础的振动幅度将随阻尼的加大而降低;振动频率较高时(z>2)传递到基础的振动幅度将随阻尼的加大而增大,但不会大于设备振动幅度;振动频率较低时(z<21)传递到基础的振动幅度仍等于设备振动幅度。
因此,基本的隔振原理是:使振动尽可能远大于共振频率的2倍,最好设计系统的固有频率低于振动频率的5-10倍以上。
振动通过共振区时还需增大阻尼,防止短时激振。
3.4 柔性连接为防止设备振动传递到与其连接的其他结构上,需要采用柔性连接。
振动的特点是,刚性越强,传递得越振动越大。
例如,在风机与风道连接时,为防止振动随风道传递出去,在接口处使用帆布或橡胶片作为柔性连接。
水泵的水管与管道连接时,常采用一小段橡胶接管作为柔性连接,阻止水泵的振动延管道传播。
柔性连接不但要满足减振的要求,还要具有抗压,密封、耐劳化等相关特性。
3.5隔振器及隔振元件3.1 金属弹簧隔振器金属弹簧隔振器是目前国内应用最广泛的隔振器,常作为振动设备的减振支撑。