2019年環(huán)保工程師專業(yè)知識(shí)：聲源及其特性

聲源及其特性

一、機(jī)械噪聲源

由于機(jī)械設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)存在不平衡，各零部件之間因偏差或表面缺陷而相互撞擊、摩擦產(chǎn)生的交變機(jī)械作用力使設(shè)備金屬板、軸承、齒輪或其他運(yùn)動(dòng)部位發(fā)生振動(dòng)而輻射出噪聲的聲源稱為機(jī)械噪聲源。機(jī)械噪聲源又分為下列幾種。

1、撞擊噪聲

因沖擊力的作用會(huì)使機(jī)械產(chǎn)生較強(qiáng)的沖擊噪聲。如鍛錘工作時(shí)其機(jī)械能分為四部分，第一部分做功、第二部分轉(zhuǎn)化為熱能、第三部分通過基礎(chǔ)以固體聲的形式向四周地面?zhèn)鞑ィ谒牟糠謩t轉(zhuǎn)化為使機(jī)件產(chǎn)生彈性形變的振動(dòng)能。機(jī)件彈性形變振動(dòng)能的一部分再以聲波的形式向四周空間輻射，形成撞擊噪聲，這種噪聲還可以分解為撞擊瞬間產(chǎn)生的噴射噪聲、壓力脈沖噪聲和結(jié)構(gòu)噪聲。其中以結(jié)構(gòu)噪聲產(chǎn)生的影響最大，輻射噪聲的時(shí)間最長。

撞擊噪聲有以下特征：當(dāng)撞擊發(fā)生在較硬的光滑物體之間時(shí)，作用時(shí)間短，作用力大，則激勵(lì)的頻帶寬，激發(fā)物體本身振動(dòng)方式就多，呈寬頻帶撞擊噪聲;如果撞擊發(fā)生在較軟的不光滑的物體之間時(shí)，作用時(shí)間相對(duì)較長，作用力小，激勵(lì)的頻帶窄，激發(fā)的振動(dòng)方式少。

2、激發(fā)噪聲

一般由旋轉(zhuǎn)機(jī)械的周期性作用力產(chǎn)生。最簡單的周期力是由轉(zhuǎn)動(dòng)軸、飛輪等轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)不平衡所引起的偏心力。這種作用力正比于轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的質(zhì)量和靜、動(dòng)態(tài)的合成偏心距，也正比于轉(zhuǎn)動(dòng)角速度的平方。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速達(dá)到其臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，則該系統(tǒng)自身會(huì)產(chǎn)生極大的振動(dòng)，并將振動(dòng)力傳遞到與其相連的其他機(jī)械部分，激起強(qiáng)烈的噪聲。激發(fā)噪聲會(huì)隨著機(jī)件縫隙的存在、結(jié)構(gòu)剛度不夠或摩擦嚴(yán)重而增大。

3、摩擦噪聲

物體在一定的壓力作用下相互接觸并作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，物體之間產(chǎn)生摩擦，摩擦力以反運(yùn)動(dòng)方向在接觸面上作用于運(yùn)動(dòng)物體，從而激發(fā)物體振動(dòng)而產(chǎn)生噪聲。如汽車的剎車聲等。

摩擦噪聲中的主要是摩擦引起物體的張弛振動(dòng)所激發(fā)的噪聲，當(dāng)振動(dòng)頻率與物體的固有振動(dòng)頻率相同時(shí)，摩擦噪聲將達(dá)到最大。

4、結(jié)構(gòu)噪聲

機(jī)械噪聲是由于機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)受迫振動(dòng)和固有振動(dòng)共同引起的，其中固有振動(dòng)起了主要的作用，固有振動(dòng)頻率是噪聲的主要組成成分，而振動(dòng)系統(tǒng)的固有振動(dòng)頻率取決于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征和參數(shù)，所以稱為這種噪聲為結(jié)構(gòu)噪聲。

任何機(jī)械部件都有它固有的振動(dòng)方式，不同的振動(dòng)方式對(duì)應(yīng)于不同的振動(dòng)頻率。振動(dòng)的方式、頻率與部件或物料的物理性質(zhì)、部件的結(jié)構(gòu)形狀和振動(dòng)的邊界條件有關(guān)。物料的彈性模量愈大，材料愈粗、厚，則其固有頻率愈高;材料的面積愈大，即棒愈長，板面積愈大，則其固有頻率愈低。

5、齒輪噪聲

嚙合的齒輪對(duì)或齒輪組，由于相互碰撞或摩擦可激起齒輪體的振動(dòng)，這種情況下輻射出來的噪聲稱為齒輪噪聲。

6、軸承噪聲

軸承內(nèi)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的元件之間的摩擦和振動(dòng)，或者轉(zhuǎn)動(dòng)部分的不平衡、相對(duì)運(yùn)動(dòng)元件之間的撞擊等，都會(huì)導(dǎo)致軸承噪聲的產(chǎn)生。

二、空氣動(dòng)力性噪聲源

由于機(jī)械零件和周圍及封閉媒質(zhì)(空氣)交互作用而輻射出噪聲的聲源稱為空氣動(dòng)力性噪聲源。

1、噴射噪聲：氣流從管口以高速(介于聲速與亞聲速之間)噴射出來，由此而產(chǎn)生的噪聲稱為噴射噪聲，也稱為噴注噪聲或射流噪聲。

2、渦流噪聲：氣流流經(jīng)障礙物時(shí)，由于空氣分子黏滯摩擦力的影響，具有一定速度的氣流與障礙物背后相對(duì)靜止的氣體相互作用，在障礙物的下游區(qū)形成帶有渦旋的氣流。這些渦旋中心的壓強(qiáng)低于周圍介質(zhì)的壓強(qiáng)，每當(dāng)一個(gè)渦旋脫落時(shí)，湍動(dòng)氣流就會(huì)出現(xiàn)一次壓強(qiáng)跳變，這些跳變的壓強(qiáng)通過周圍介質(zhì)向外傳播，并作用于障礙物。當(dāng)湍動(dòng)氣流中壓強(qiáng)脈動(dòng)含有可聽聲的頻率成分且強(qiáng)度足夠大時(shí)，就能輻射出噪聲，稱為渦流噪聲或湍流噪聲。

3、旋轉(zhuǎn)氣流噪聲：旋轉(zhuǎn)的空氣動(dòng)力機(jī)械(如飛機(jī)螺旋槳)，旋轉(zhuǎn)時(shí)與空氣相互作用而連續(xù)產(chǎn)生壓力脈動(dòng)，從而輻射的噪聲稱為旋轉(zhuǎn)氣流噪聲。

4、燃燒噪聲：各種燃料通過燃燒器與空氣混合而燃燒，在燃燒過程中可產(chǎn)生強(qiáng)烈的噪聲，這種噪聲稱為燃燒噪聲。氣態(tài)燃料燃燒噪聲有如下特性：

(1)燃燒吼聲：可燃混合氣體燃燒產(chǎn)生的噪聲，稱為燃燒吼聲。燃燒吼聲強(qiáng)度與燃燒強(qiáng)度成正比，燃燒強(qiáng)度表示單位體積的熱量釋放率，當(dāng)火焰燃燒速度保持不變而火焰體積增大時(shí)，則強(qiáng)度降低，燃燒吼聲也降低。

(2)振蕩燃燒噪聲：可燃混合氣通過燃燒器燃燒時(shí)，由于燃燒氣體的強(qiáng)烈振動(dòng)而產(chǎn)生的噪聲，稱為振蕩燃燒噪聲，也稱為燃燒激勵(lì)脈動(dòng)噪聲。

(3)工業(yè)燃燒系統(tǒng)的噪聲：來自燃燒設(shè)備與燃燒過程的噪聲，如可燃?xì)饧翱諝夤?yīng)系統(tǒng)中的風(fēng)機(jī)和閥門噪聲，可燃?xì)馀c空氣從燃燒器噴嘴噴出的噴射噪聲，以及燃燒爐或燃燒器所在空間的共振聲等，這些噪聲能與燃燒吼聲和脈動(dòng)噪聲一起合成為燃燒系統(tǒng)的噪聲。

三、電磁噪聲源

由于機(jī)械構(gòu)件受到電場(chǎng)或磁場(chǎng)力的作用，導(dǎo)致磁致伸縮和電磁感應(yīng)的發(fā)生，鐵磁性物質(zhì)或構(gòu)件發(fā)生振動(dòng)而輻射噪聲的聲源稱為電磁噪聲源。

1、直流電動(dòng)機(jī)的電磁噪聲

不平衡的電磁力是使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生電磁振動(dòng)并輻射電磁噪聲的根源。直流電動(dòng)機(jī)的電磁噪聲與電機(jī)的功率有很大的關(guān)系，電機(jī)噪聲包括電磁噪聲、風(fēng)扇噪聲、電刷噪聲、軸承噪聲等，大功率低轉(zhuǎn)速的直流電動(dòng)機(jī)，電磁噪聲為主要噪聲。

2、交流電動(dòng)機(jī)的電磁噪聲

同步交流電動(dòng)機(jī)的電磁噪聲的特點(diǎn)與直流電動(dòng)機(jī)的相同，異步交流電動(dòng)機(jī)的電磁噪聲，是由于定子和轉(zhuǎn)子的各次諧波相互作用而產(chǎn)生的，也稱為槽噪聲，它的大小取決于定子、轉(zhuǎn)子的槽配合情況。

電動(dòng)機(jī)的定子、車子的諧波次數(shù)不同，相互作用合成的磁力波的次數(shù)也不同。當(dāng)兩個(gè)諧波相互作用產(chǎn)生的電磁力波動(dòng)次數(shù)愈低時(shí)，其磁勢(shì)幅值也愈大，激發(fā)的振動(dòng)和噪聲也愈強(qiáng)。

3、變壓器的電磁噪聲

變壓器的電磁噪聲是由于鐵心在電磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生磁致伸縮性振動(dòng)而引起的。其基頻是供電頻率的2倍。除基頻外，變壓器的電磁噪聲還有高次諧波的噪聲成分，一般體積較大的變壓器，其最響的諧波頻率較低;體積較小的變壓器，其最響的諧波頻率較高。

變壓器的電磁噪聲，主要是由于鐵心振動(dòng)耦合到變壓器的外殼，使外殼振動(dòng)形成的。這種磁噪聲是由變壓器向外輻射的，特別是產(chǎn)生共振時(shí)，所輻射的噪聲較強(qiáng)。

四、點(diǎn)聲源、線聲源、面聲源

聲源的類型按其幾何形狀特點(diǎn)劃分為：點(diǎn)聲源、線聲源、面聲源。

點(diǎn)聲源：聲源尺寸相對(duì)于聲波的波長或傳播距離而言比較小、且聲源的指向性不強(qiáng)時(shí)，則聲源可近似視為點(diǎn)聲源。

線聲源：火車噪聲、公路上大量機(jī)動(dòng)車輛行駛的噪聲，或者輸送管道輻射的噪聲等，遠(yuǎn)場(chǎng)分析時(shí)可將其看做由許多點(diǎn)聲源組成的線狀聲源。這些線聲源以近似柱面波形式向外輻射噪聲。

面聲源：具有輻射聲能本領(lǐng)的平面聲源，平面上輻射聲能的作用處處相等。常見于有輻射聲能作用、分布較大的平面外的一些點(diǎn)上，對(duì)該平面聲源有必要進(jìn)行聲場(chǎng)分析時(shí)，使用這一概念。

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