2018年環(huán)保工程師《專業(yè)知識》聲源及其特性

　　聲源及其特性

　　一、機械噪聲源

　　由于機械設(shè)備運轉(zhuǎn)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(chǎn)生的交變機械作用力使設(shè)備金屬板、軸承、齒輪或其他運動部位發(fā)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(chǎn)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(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?，第四部分則轉(zhuǎn)化為使機件產(chǎn)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(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，輻射噪聲的時間最長。

　　撞擊噪聲有以下特征：當撞擊發(fā)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(fā)物體本身振動方式就多，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，作用時間相對較長，作用力小，激勵的頻帶窄，激發(fā)的振動方式少。

　　2、激發(fā)噪聲

　　一般由旋轉(zhuǎn)機械的周期性作用力產(chǎn)生。最簡單的周期力是由轉(zhuǎn)動軸、飛輪等轉(zhuǎn)動系統(tǒng)的靜、動態(tài)不平衡所引起的偏心力。這種作用力正比于轉(zhuǎn)動系統(tǒng)的質(zhì)量和靜、動態(tài)的合成偏心距，也正比于轉(zhuǎn)動角速度的平方。當轉(zhuǎn)動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速達到其臨界轉(zhuǎn)速時，則該系統(tǒng)自身會產(chǎn)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(fā)噪聲會隨著機件縫隙的存在、結(jié)構(gòu)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(chǎn)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(fā)物體振動而產(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所激發(fā)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(jié)構(gòu)噪聲

　　機械噪聲是由于機械振動系統(tǒng)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(tǒng)的固有振動頻率取決于系統(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。

　　任何機械部件都有它固有的振動方式，不同的振動方式對應(yīng)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(zhì)、部件的結(jié)構(gòu)形狀和振動的邊界條件有關(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(nèi)相對運動的元件之間的摩擦和振動，或者轉(zhuǎn)動部分的不平衡、相對運動元件之間的撞擊等，都會導(dǎo)致軸承噪聲的產(chǎn)生。

　　二、空氣動力性噪聲源

　　由于機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，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(qū)形成帶有渦旋的氣流。這些渦旋中心的壓強低于周圍介質(zhì)的壓強，每當一個渦旋脫落時，湍動氣流就會出現(xiàn)一次壓強跳變，這些跳變的壓強通過周圍介質(zhì)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(zhuǎn)氣流噪聲：旋轉(zhuǎn)的空氣動力機械(如飛機螺旋槳)，旋轉(zhuǎn)時與空氣相互作用而連續(xù)產(chǎn)生壓力脈動，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(chǎn)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(yè)燃燒系統(tǒng)的噪聲：來自燃燒設(shè)備與燃燒過程的噪聲，如可燃氣及空氣供應(yīng)系統(tǒng)中的風(fēng)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(tǒng)的噪聲。

　　三、電磁噪聲源

　　由于機械構(gòu)件受到電場或磁場力的作用，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(chǎn)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(guān)系，電機噪聲包括電磁噪聲、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(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。

　　電動機的定子、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。當兩個諧波相互作用產(chǎn)生的電磁力波動次數(shù)愈低時，其磁勢幅值也愈大，激發(fā)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(chǎn)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(chǎn)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(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上，對該平面聲源有必要進行聲場分析時，使用這一概念。