2008年環保工程師專業知識四精彩講義(三)
發布時間：2010-01-14 共1頁
1.2 聲源及其特性
復習要求：
1、熟悉聲源及其分類
2、掌握點聲源、線聲源和面聲源的基本特性
一、機械噪聲源
由于機械設備運轉時存在不平衡，各零部件之間因偏差或表面缺陷而相互撞擊、摩擦產生的交變機械作用力使設備金屬板、軸承、齒輪或其他運動部位發生振動而輻射出噪聲的聲源稱為機械噪聲源。機械噪聲源又分為下列幾種。
1、撞擊噪聲
因沖擊力的作用會使機械產生較強的沖擊噪聲。如鍛錘工作時其機械能分為四部分，第一部分做功、第二部分轉化為熱能、第三部分通過基礎以固體聲的形式向四周地面傳播，第四部分則轉化為使機件產生彈性形變的振動能。機件彈性形變振動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生的噴射噪聲、壓力脈沖噪聲和結構噪聲。其中以結構噪聲產生的影響最大，輻射噪聲的時間最長。
撞擊噪聲有以下特征：當撞擊發生在較硬的光滑物體之間時，作用時間短，作用力大，則激勵的頻帶寬，激發物體本身振動方式就多，呈寬頻帶撞擊噪聲;如果撞擊發生在較軟的不光滑的物體之間時，作用時間相對較長，作用力小，激勵的頻帶窄，激發的振動方式少。
2、激發噪聲
一般由旋轉機械的周期性作用力產生。最簡單的周期力是由轉動軸、飛輪等轉動系統的靜、動態不平衡所引起的偏心力。這種作用力正比于轉動系統的質量和靜、動態的合成偏心距，也正比于轉動角速度的平方。當轉動系統的轉速達到其臨界轉速時，則該系統自身會產生極大的振動，并將振動力傳遞到與其相連的其他機械部分，激起強烈的噪聲。激發噪聲會隨著機件縫隙的存在、結構剛度不夠或摩擦嚴重而增大。
3、摩擦噪聲
物體在一定的壓力作用下相互接觸并作相對運動時，物體之間產生摩擦，摩擦力以反運動方向在接觸面上作用于運動物體，從而激發物體振動而產生噪聲。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所激發的噪聲，當振動頻率與物體的固有振動頻率相同時，摩擦噪聲將達到最大。
4、結構噪聲
機械噪聲是由于機械振動系統受迫振動和固有振動共同引起的，其中固有振動起了主要的作用，固有振動頻率是噪聲的主要組成成分，而振動系統的固有振動頻率取決于系統的結構特征和參數，所以稱為這種噪聲為結構噪聲。
任何機械部件都有它固有的振動方式，不同的振動方式對應于不同的振動頻率。振動的方式、頻率與部件或物料的物理性質、部件的結構形狀和振動的邊界條件有關。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
嚙合的齒輪對或齒輪組，由于相互碰撞或摩擦可激起齒輪體的振動，這種情況下輻射出來的噪聲稱為齒輪噪聲。
6、軸承噪聲
軸承內相對運動的元件之間的摩擦和振動，或者轉動部分的不平衡、相對運動元件之間的撞擊等，都會導致軸承噪聲的產生。
二、空氣動力性噪聲源
由于機械零件和周圍及封閉媒質(空氣)交互作用而輻射出噪聲的聲源稱為空氣動力性噪聲源。
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：氣流流經障礙物時，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靜止的氣體相互作用，在障礙物的下游區形成帶有渦旋的氣流。這些渦旋中心的壓強低于周圍介質的壓強，每當一個渦旋脫落時，湍動氣流就會出現一次壓強跳變，這些跳變的壓強通過周圍介質向外傳播，并作用于障礙物。當湍動氣流中壓強脈動含有可聽聲的頻率成分且強度足夠大時，就能輻射出噪聲，稱為渦流噪聲或湍流噪聲。
3、旋轉氣流噪聲：旋轉的空氣動力機械(如飛機螺旋槳)，旋轉時與空氣相互作用而連續產生壓力脈動，從而輻射的噪聲稱為旋轉氣流噪聲。
4、燃燒噪聲：各種燃料通過燃燒器與空氣混合而燃燒，在燃燒過程中可產生強烈的噪聲，這種噪聲稱為燃燒噪聲。氣態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生的噪聲，稱為燃燒吼聲。燃燒吼聲強度與燃燒強度成正比，燃燒強度表示單位體積的熱量釋放率，當火焰燃燒速度保持不變而火焰體積增大時，則強度降低，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，由于燃燒氣體的強烈振動而產生的噪聲，稱為振蕩燃燒噪聲，也稱為燃燒激勵脈動噪聲。
(3)工業燃燒系統的噪聲：來自燃燒設備與燃燒過程的噪聲，如可燃氣及空氣供應系統中的風機和閥門噪聲，可燃氣與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噪聲一起合成為燃燒系統的噪聲。
三、電磁噪聲源
由于機械構件受到電場或磁場力的作用，導致磁致伸縮和電磁感應的發生，鐵磁性物質或構件發生振動而輻射噪聲的聲源稱為電磁噪聲源。
1、直流電動機的電磁噪聲
不平衡的電磁力是使電動機產生電磁振動并輻射電磁噪聲的根源。直流電動機的電磁噪聲與電機的功率有很大的關系，電機噪聲包括電磁噪聲、風扇噪聲、電刷噪聲、軸承噪聲等，大功率低轉速的直流電動機，電磁噪聲為主要噪聲。
2、交流電動機的電磁噪聲
同步交流電動機的電磁噪聲的特點與直流電動機的相同，異步交流電動機的電磁噪聲，是由于定子和轉子的各次諧波相互作用而產生的，也稱為槽噪聲，它的大小取決于定子、轉子的槽配合情況。
電動機的定子、車子的諧波次數不同，相互作用合成的磁力波的次數也不同。當兩個諧波相互作用產生的電磁力波動次數愈低時，其磁勢幅值也愈大，激發的振動和噪聲也愈強。
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作用下產生磁致伸縮性振動而引起的。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耦合到變壓器的外殼，使外殼振動形成的。這種磁噪聲是由變壓器向外輻射的，特別是產生共振時，所輻射的噪聲較強。
四、點聲源、線聲源、面聲源
聲源的類型按其幾何形狀特點劃分為：點聲源、線聲源、面聲源。
點聲源：聲源尺寸相對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時，則聲源可近似視為點聲源。
線聲源：火車噪聲、公路上大量機動車輛行駛的噪聲，或者輸送管道輻射的噪聲等，遠場分析時可將其看做由許多點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上，對該平面聲源有必要進行聲場分析時，使用這一概念。
