1、ICS 17. 140 A 59 道2中华人民圭七./、和国国家标准-:1:=品L严子GB/T 25078.2-2010/ISO/TR 11688-2: 1998 第2低噪声机器和设备设计实施建议部分:低噪声设计的物理基础Acoustics-Recommended practice for the design of low-noise machinery and equipment-Part 2 : Introduction to the physics of low noise design CISO/TR 11688-2: 1998 , IDT) 2010-09-02发布、盖6写:f/j
2、t培中华人民共和国国家质量监督检验检瘦总局中国国家标准化管理委员会2011-04-01实施发布GBjT 25078.2-2010jISOjTR 11688号:1998 目次前言.III 引言.凹1 范围2 规范性引用文件3 术语和定义-4 声学建模.25 空气声和液体声的控制6 结构噪声的控制.8 7 测量方法分析8 计算方法分析.30附录A(资料性附录)某一部件的结构声和空气声导致的机器的空气声发射估算的示例32附录B(资料性附录)术语表.34 参考文献.36I GB/T 25078.2-201 O/ISO/TR 11688-2: 1998 目U吕GB/T 25078(声学低噪声机器和设备设
3、计实施建议分为2个部分:一一第1部分:规划;一一第2部分:低噪声设计的物理基础。本部分为GB/T25078的第2部分。本部分等同采用ISO/TR11688-2: 1998(声学低噪声机器和设备设计实施建议第2部分:低噪声设计的物理基础)(英文版)。为便于使用，本部分对ISO/TR11688-2: 1998进行了编辑性修改，并在参考文献中加入了2002年出版的马大献主编的噪声与振动控制工程手册等较新的参考书目。本部分的附录A和附录B为资料性附录。本部分由中国科学院提出。本部分由全国声学标准化技术委员会(SAC/TC17)归口。本部分起草单位:南京大学声学研究所、中国科学院声学研究所、同济大学声学
4、研究所、北京市劳动保护科学研究所、合肥工业大学。本部分主要起草人:邱小军、程明昆、杨军、毛东兴、俞悟周、张斌、李志远。而且GB/T 25078.2-201 O/ISO/TR 11688-2: 1998 51 GB/T 25078-2010O.8的情况。马赫数的定义如式(1): 式中zU一一流速;C一一声速。表1归纳显示了基本声源特性的信息。Ma =乱/c表1基本声源的特性声源类型单极子脉动球偶极子振动球四极子两对相位相反的振动球(两个偶极子声源)4 示意图(兴)(:c 刁可例汽笛、活塞压缩机或泵、内燃机出口、空化现象、空压机、气体火焰低速机器(轴流和离心风机)，气流中的障碍物(分离流、通风和空
5、调系统、流体管道揣流(自由射流混合区域)，压缩空气的喷嘴、蒸气喷气设备、安全阀. ( 1 ) 远场指向性p=cosB =cosB smB GB/T 25078.2-201 O/ISO/TR 11688-2: 1998 5.1.2 主要参量的影晌空气动力声源(例如单极子、偶极子和四极子等基本声源模型)辐射的声功率可以用下式近似表示(参考文献17J):w=卢2U3 (子)k =卢2u3Ma是式中: 流体密度;D 基本声源的特征尺寸;u一流速;走一一马赫数的指数，其大小依赖于基本声源的类型。注1:晶的典型值2一一对单极子声源，k=l;一一对偶极子声源，k=3;对四极子声源，k=5.注2:Stber和
6、Heckl18证明在三维声场和三维声传播中有如下关系:k = (n-3)十(2e-1) 式中zn一一流场的维数;e一一基本声源的阶数(对单极子声源，e=l;对偶极子声源，e=2;对四极子声源，e=3)。表2归纳了流速和流场维数对发射声功率的影响。表2中，a是流场中声速。表2流速u、流场维数n和声功率W的函数关系汇总(见参考文献18J)流场维数nn=l n=2 n=3 质量流变化(单极子声源)W严u2Wpu3 W正LU4a 作用力变化(偶极子声源)w.e.u W丘u5W正LUSa 且2 a3 端流(四极子声源)WLueW-?U7 WiLUS a3 4 a5 ( 2 ) . ( 3 ) 因为在三维
7、流场的流体动力噪声源的声功率，对单极子声源而言正比于流速的4次方，对偶极子声源而言正比于流速的6次方，对四极子声源而言正比于流速的8次方，因此，通过降低流速可以显著降低其辐射的声能量。对于带转子的机器，降低流速也意味着降低转速，即线速度。图3给出了声源声功率级随流速的变化规律。如果某一特征流体力学值(例如质量流速、体积流速、机械功率消耗)需要保持不变，则流速的降低必须通过增加声踞的特征尺寸D来补偿。声源的特征尺寸的示例有:一一流体管道直径;流体机械的叶轮直径;流体中障碍物的最小尺寸;入口和出口喷嘴的直径。5 GB/T 25078.2-201 O/ISO/TR 11688-2: 1998 25
8、20 旦153 司I 10 5 U2/U Ul=已给定流速，U2=降低的流速。四极子偶极子单极子图3流速降低引起的声源声功率级降低曲线(对三维声传播)对基于空气动力噪声源机理的声功率的简单预测和估计，声效率是非常重要的一个量:式中zW meeh一一流体的机械或空气动力功率。式(5)给出一个估计声功率级的经验公式:W TJ=W me,h Lw =120+吨q号:生式中:Wo=lW。表3归纳了空气动力声学中声效率的示例。表3声效率的典型值空气声学声源基本声源类型活塞压缩机(长管系统辐射)单极子汽笛单极子喇叭偶极子螺旋桨飞机偶极子出口流(亚音速的，Ma l.PV 。oooo). 图4空化泡的产生和向
9、内破裂空化现象可以通过在系统吸入线附近维持低流速来避免。在低压管中，如果空化泡产生后，再没有增加压力，空化泡可以持续存在。这些空化泡被传输到贮液箱，然后进入泵，导致噪声的发生。可通过在贮液箱的入口和出口之间放置网来分离这些空化泡。为避免空化，可以增大静压，同时保持较低的压力差。空化泡是单极子声源。避免空化的具体措施见GB/T25078. 1-2010。5.2 噪声控制措施下面以若干工业中重要的流体噪声源为例说明噪声产生的机理和噪声控制措施。5.2.1 流体中的障碍物在流体力学中，流体对障碍物的作用的影响用元量纲的阻力系数岛和阻力Fw来表述，w= 专u2A式中:A-一般是障碍物主要横截面面积。尺
10、度分析显示阻力系数w是如下雷诺数和长度比L/D的函数Re=应. ( 9 ) . ( 10 ) 7 G/T 25078.2-201 O/ISO/TR 11688-2: 1998 这里，L是障碍物的长度;D是障碍物的特征尺寸川是动态教滞系数。对于雷诺数Re100的情况，偶极子声源的声功率级和阻力系数的关系是:rI. ， ， u Lw = Lwsp十101g-T- + 301gsw + 601g ( 11 ) rl. o Uo 式中:Ao=lm2,uo=1 m/s。特定声功率级Lw，p如通风网格的，是10dB。从上述方程可以看出，噪声降低可以通过以下途径得到:一一降低流体流速(u);一一缩小障碍物尺
11、寸(A); 改变涡流分布(A，sw); 使障碍物外表面流线型(A保持不变，减小岛)。5.2.2 管道中的流体实际安装(弯头、扩散和截面的变化)的管中的声源是:导致次级流区域的分离;不同流速(或密度)的剪切层产生的揣流。分离流区域和脉动次级流具有偶极子声源特性。5.2.3 流体机械叶轮的旋转压力场是流体机械中的重要噪声源。离心风机中的叶轮和外壳之间的径向间距是(离散)噪声辐射的最重要的一个值。轴流风机中的叶轮片的个数对叶片通过频率处的声功率级大小有较大影响。轴流涡轮式机器中的叶轮和外壳之间的问距和叶轮半径之比对噪声发射也重要。一般来说，有较高空气动力效率的流体机械辐射的噪声较低。因为受扰动的入口
12、流轮廓在旋转压力场的声场上导致高的压力扰动，因此风机的安装对噪声产生有重要影响。对于马赫数Mahp。对于有h=l/jm.的质量控制结构，此时mp叭。例如，图7中的活塞压力激励发动机结构。b) 速度激励如果h.mp)，声源和负载连接点的速度不依政于各自的导纳。这对机器的外围常常成立。例如图7中，壁很厚的机亮激励薄铁皮。判断力还是速度激励对采取有效的噪声控制措施的选择非常重要。图5模型的数学表述依赖于结构辐射效率的定义。它间接地通过辐射声功率定义:W(f) =pcv2 (f)&(f) . ( 12 ) 式中:pc 空气的特征阻抗，p是空气密度，c是空气声速zv2 (f)一一辐射表面振速的空间平均均
13、方值;r一一典型频率特征的辐射效率(图29);S一一结构的辐射表面积。9 GB/T 25078.2-201 O/ISO/TR 11688-2: 1998 F，v一一激励力或速度;h.-一内部声源导纳Ehp一一负载导纳。集泊盘图6声谭-接收模型。一一刚性发动机缸体振动对薄盖的速度激励;.一一动态活塞压力对刚性发动机缸体的力激励。图7柴油机截面示意图对于力激励的情况，其能量模型(图川以用速度传递导纳的平方描述，即几(俨音定义为辐射表面平均速度和激励力的比值的平方。对于速度激励的情况，其能量模型(图9)可以用速度传递比的平方描述锐即hv(j) =笃。定义为辐Vi 射表面平均速度和平均激励速度的比值的
14、平方。利用辐射效率的定义，力激励引起的辐射声功率为:W(f) =p:h h, (f)(j)5 =fXhv (f)一一一(f)5.( 13 ) F;(f)刊Z(f)式中Z1(f) =F1 (f) /v1 (f)，是驱动点的阻挂，即在驱动力点的阻扰。因此，对于力激励的结构辐射噪声功率的降低可通过如下措施达到z一一增大驱动点的阻抗;10 一一减少辐射表面积;一一降低辐射效率或速度传递比hTv。几(叫h1F(f) I(f)W(f) v(f) 图8力激励的能量模型GB/T 25078.2-201 O/ISO/TR 11688-2: 1998 咛lf)才山1I PcSa(jl卜(f)图9速度激励的能量模型
15、用级来表示下式，W (j) =cF (j)hF (f)(j)S. ( 14 ) 有S hU) Lw(f) =LF(f) + 101g一一一-一十101ga(j). ( 15 ) SohL。(f)式中:pc=(pc)o，且So =1 m2, hL。(f)=2.51015mz-52N2. . ( 16 ) 另外，力级FU) LF(f)=20lg77 . ( 17 ) 式中:Fo=lN。声功率级WU) Lw(f)=10lgv7 . ( 18 ) 式中:Wo=1O-12W。引人单位作用力产生的声功率级L盯(f)来表述元宵、机器结构，式(15)变成:Lw(f) =LF(f) +LWF(f) . ( 19
16、 ) 由于单位作用力产生的声功率级谱形状和频率有关，对激励频谱需要频率计权才能得到产生的噪声功率级谱。图10给出了典型内部激励力的频谱和无源机器结构的单位作用力产生的声功率的频谱相乘导致的激励频谱形状变化。结果是辐射的声功率级的频谱。图11给出了测得的典型的无源机器结构的单位作用力产生的声功率的频谱LWF(f)。10 -20 一30、甘 -.: 、电-40 -50 Fo=1 N 卜、./ 飞 80 -/ ( 飞、v / 50 nU PO 咽LS叫30 70 40 50 125 250 500 1k f/Hz 4k 吃3、 J 20 10 -60 125 250 500 1k 11Hz 4k L
17、A Ih 刀Fhu nu phu o, ED n, nu唱A4k A一一测得的压缩机的等效激励力级zB一一在压缩机支座的安装点通过测量得到的单位作用力产生的声功率级(假设辐射效率=1); C一一-通过图A中的LF(f)和图B中的L肝(f)算得的Lw(f); D一一直接测得的Lw(j)。圄10制冷压缩机的激励和噪声频谱11 GB/T 25078.2-201 O/ISO/TR 11688-2: 1998 90 80 60 40 70 50 回节E、16k 4k 2k lk 11Hz 500 250 125 qd lau nu qd 1一一密封式压缩机舱，1.5 mm钢板，大约尺寸0.2mXO. 2
18、 mXO. 2 m; 2一一用厚度在20mm-40 mm的铸铁做成的机壳，大约尺寸0.5mXO.5mXO.5m。不同压缩机机壳的l-WF(f) 图11. ( 20 ) 对于速度激励的情况，W (f) 一一一=fChv(f)(f)5 v (f) 因此，对于速度激励的结构辐射噪声功率的降低可通过如下措施达到:一降低速度传递hTv(f); 一一降低辐射效率(f); 一一减少辐射表面积S。用级来表示，设pc=(c)o，上式变为，与(f)=Lvj (f) + 101g民比(f)J+阳(f). ( 21 ) 式中:Lvj(f)是速度级，啊(f) LVj (f) = 101g丁式中:vo=5X10-4m/s
19、o引人单位速度产生的声功率级Lwv(f)来表述元源机器结构，式(21)变成Lw(j) =Lvj (f)十Lwv(j)(22 ) 基于这些方程，若能很清楚地知道结构被激励的方式(力或者速度)，则其辐射的声功率可以很容易地得到。6.2 内部声源6.2. 1 激励分类下面将众多的机械结构声产生的激励系统分成5个可清楚区分的基本类别，列于表4。12 GB/T 25078.2-2010/ISO/TR 11688啕2:1998 表4结构声激励的分类 激励类型子类/那例影响激励的措施不期望的自由质量力1.自由质量力转子类(涡轮，电机)降低转速、提高平衡、尽结使质量均布;线谱期望的自由质量力技术改变，如同相激
20、励下的压缩容器的传送、筛选、清洗和压缩等振动技术刚性体的运动冲击技术2.冲击落锤锻造、冲饼、打字、型砂压实、刚性技术改变;或改善时间函数，如延长冲击对单个冲击是连续谱物体传送时间;设计产生的冲击使用弹性冲击界面(使用阻性橡胶)、降定位停止、进行低运动质量和冲击速度、避免因弹机器部件间的相互作用3.不规则力曲线齿轮箱、滚动过程(轴承)、电机提高制造精度和一致性、如采用斜齿轮一一周期过程:线谱机器和工件间的相互作用装置(斜齿轮传动); 一一瞬态过程2连续谱分离、切割和成形过程改变激励力的空间分布(使相反方向的内部脉动对机器结构的激励等幅力的距离小于结构弯曲波的波长)活塞类机器、内燃机和泵4.非定常
21、流导致的力封闭管路系统中的流体机械随机过程的宽带连续谱z空化单个有调分量2涡流形成压缩机优化流设计k单元的旋转网栅的压力脉冲涡轮机f=kn/60，n:转速泵5.自激粘滑过程纯音;突然启动或停止的参啸叫的摩擦制动器;在切割、成形和滑满足反馈系统的稳定性要求;增加刚度;量变化较小的高声级动的车床上啸叫的刀具E有轨车辆的转增加车床上刀具的刚度和阻尼;对工件加弯时的啸叫润滑油6.2.2 不同力时间函数关系的激励许多激励过程的力是时间的函数，可通过傅立叶变换得到其频谱:一一对某一单个事件(如一次冲击)，频谱为某一频段的连续谱;一一对一周期过程(如一种不平衡)，频谱为线谱特征。对于粗略的描述，通过力-时间
22、函数的一些特征值足以确定相关频谱的包络曲线。如图12和图13所示，采用log-log形式(纵坐标为LF横坐标为19f)，可以用直线段表示变化的梯度。LF LFO 19 .t; Ig/2 19l 谱频川川且思山示Fg的|dh击=冲出时短pyr2 圄13 GB/T 25078.2-201 O/ISO/TR 11688-2: 1998 F(I) fICI1是结构的第一阶本征频率)时，对一个板状结构增加附加质量m取得的插入损失D为:D=l叫1+萃2). . . . . . . . . . . ( 42 ) 在多共振响应区域，对部件增加局部刚度，仅对力激励有效;而对速度激励，元效果。对于小于结构的第一阶
23、本征频率I1的频率范围，增加结构的刚度(例如对结构表面加肋)能降低声辐射。当1儿，儿，隔振才有效果。3 有源部件被解稿的结构图21说明采用弹性零部件隔振的方块圄具体分以下两种情况:a) 对振源解藕图22a)J;b) 对辐射结构解藕图22b)J。m, m3 3 2 2 图22结构声源和辐射结构的解藕20 GB/T 25078.2-2010/ISO/TR 11688-2: 1998 当辐射结构的导纳h很小时，激励点阻抗23很大，可以对振源解嘱。此时插入损失D为:l. I 2 D=盹ll十去|. . . ( 45 ) 相关的示例有:发动机、齿轮箱、泵、风机等结掏声惊都采用弹性零部件安装。对于弹性安装
24、在刚性基础上的机器插入损失D为:D=l叫1一(三f12 . ( 46 ) 式中:10=: )C2 牛二 ( 47 ) 。-2rr m 弹簧弹性系数C2的单位为牛顿每米，即N/m;振源质量m的单位为千克(kg)。对橡胶弹簧，不要使用静态弹性系数C.剧，要使用动态弹性系数Cdyn。一般有Cdyn= kC，tat式中1k3。当辐射结构的导纳h大于振源导纳h时，可以对辐射结构解搞。此时插入损失D为:D=叫1+去12. ( 48 ) 或D=叫1一(天)212 . ( 49 ) 式中，10由辐射结构的质量m计算。相关的示例有:从机器里面对其外壳或隔声罩解捐，将车辆的振动主体和驾驶室解捐。低频振动也应考虑以
25、保证安全操作和隔振器的使用寿命。如果机器的激励频率是l.x，1。应该小于或等于l.x/3。一个有效的隔振频率范围是:0.47f 1000 Hz, 10-3 由很多厚板和少量薄板部件构成的金属结构(如发动机、轿车)I 由很多薄板部件构成的金属结构(小的复杂机械)I对11000 Hz, 10-2 为了在未加阻尼的结构上取得更大的损失因数，应采用特殊的阻尼处理方法。对于板(如图24)，这类方法有zs=(h1+h2)/2 图24自由阻尼系统几何图22 GB/T 25078.2-201 O/ISO/TR 11688-2: 1998 一一采用自由阻尼;一一采用约束层阻尼;采用板-板系统阻尼。a) 自由阻尼
26、系统自由阻尼系统由一块载板和其上一面附着的一层粘弹性材料构成。粘弹性材料的损失因数远大于(高达1000倍)载板的损失因数。阻尼产生的机理是载板的一部分振功能量要耗散到粘弹性层的弯曲上。这些能量中的一大部分在每个振动周期转化成热能。因此，有效的粘弹性层应该具有很大的刚度来增加被弯曲时需要的能量，同时具有较大的损失因数增大转化成热的能力。自由阻尼系统的总损失因数不仅依赖于粘弹性层的损失因数，而且依赖于粘弹性层和载板的厚度之比h2/h1(图24)以及粘弹性层和载板的杨氏模量之比E2/El。设E2和El分别为粘弹性层和载板的杨氏模量，则自由阻尼系统的总损失因数为z式中:总的弯曲刚度为4d E1h; ?
27、 1去己一一一一寸-2缸里512 ,-.-. 总结上述公式和图25中的基本规律，结论如下:P 、E :-0.6 0.4 0.2 队10.06 0.04 0.02 0.01 0.005 0.1 0.2 0.6 2 4 6 10 图25带有自由阻尼系统的各向同性平摄的损失因数. ( 52 ) . ( 53 ) . ( 54 ) 23 GB/T 25078.2-201 O/ISO/TR 11688-2: 1998 -一一总的阻尼效果随粘弹性层和载板的厚度比hz/h!的平方增加;一一粘弹性层的杨氏模量已和损失因数和应较大;粘弹性层的厚度应是金属板厚度的2或3倍。b) 约束阻尼系统当将粘弹性层放在载板和
28、一块顶板之间时，构成约束阻尼系统，见图26。主要分为对称和非对称设计，后者在实际应用中更重要。这种阻尼系统的原理是将大部分的振动能量转化成粘弹性层剪切变形所需的热能。和自由阻尼系统明显不同，约束阻尼系统的总损失因数随温度和频率变化剧烈(图27)。其计算也相当复杂。约束阻尼系统的主要好处是它比自由阻尼系统轻，对原系统附加的质量小。-1 . :.:1 h3 ,E3 .三.1h2，02币2:.-:-:1 h1 ,E 1CLl 图纽约束阻尼系统的几何尺寸0.4 0.1 / V-_!气队1000 Hz 1/ / . V v rzOO Hz- / / 卜/ v / / v / / / v _L_._ 0.
29、3 0.2 RUAU nunu nunu 摇EM吼骆0.03 0.02 0.01 40 50 60 70 温度/c80 100 图27温度对约束阻尼系统的损失因数的影响载板4rnm，粘弹性层1mm，贞板1rnrn. c) 板-板阻尼系统板-板阻尼系统由点焊在一起、螺钉拧在一起或其他点状连接在一起的两块平板构成。阻尼来源于两板之间残留空气层的摩擦损失。研究发现，当连接点的距离大于半个弯曲波波长时，当采用不同厚度的板时，可增大阻尼(3: 1就可以)。这类板的优势是可用在高温下。两板之间的侵蚀可能是潜在的问题。6.5 辐射结构表面的声辐射是被激励的结构振动转化成对周围空气的脉动压缩的结果。因此，小的
30、紧致的振动体没有大的振动体辐射有效，特别是在低频。辐射效率是描述被结构声激励的结构辐射噪声能力的主要参量。24 GB/T 25078.2-2010/ISO/TR 11688-2: 1998 w =一-一一一c.S.v2 . ( 55 ) 取决于辐射体的类型和控制的频率范围.辐射效率的变化范围可从O(例如，穿孔板=1。一5)到1(例如，类似于液压泵在高频段振动的紧致刚性体)，若用级来表示，对应于从一dB到odB。图28给出了对几类不同结构测得的辐射效率。显然，这些曲线存在很大不同。这是因为结构表面振动幅度和相位的分布不同。一般来说，辐射效率在低频越来越小，在高频达到最大。从辐射效率2fc:26
31、GB/T 25078.2-201 O/ISO/TR 11688-2: 1998 式中:U 周长;S一一板的表面积。尽管周长和面积的比率U/S对板的刚性影响不大，但加肋会增加边界的周长，从而增加周长和面积的比率U/S。其中周长U是原板的周长加上肋长的两倍。除了当激励力通过肋激励板时，增加刚度，增加辐射效率。在激励力通过肋激励板这种情况下，板的激励点阻抗由于刚性的增加而增加。图30给出了板厚度对辐射效率的影响。总之，结构声辐射的降低取决于Sii2和辐射效率的乘积的降低。主要措施有:一一紧致设计;采用穿孔板;如果需要降低高频声，采用柔性板(重量尽可能大)来提高临界频率fc。30 20 10 。吨3、
32、b eo 0-10 H |板:lmX1m，I 1 障板里，板的原| | 分别为:I I a) 1mm; b)2mm; I I c) 5 mm; d) 10 mm U 户斗d工本jI cv1 V I J 叶牛古耳十tY|J一白土耳旷-40 31. 5 63 125 250 500 1k 2k 4k 6k 8k 11Hz 图30板厚度对辐射效率的影晌7 测量方法分析7. 1 分析的目的对现有机器的分析在设计的各个阶段很重要:第一阶段:明确任务:通过对竞争对手的产品或者自己早期产品的测量有助于确定一个实际的设计任务。第二阶段:概念设计:在现有机器上测试可能有助于比较不同的原则。第三阶段:设计和细节:
33、在现有机器上的测试有助于选择材料、尺寸和零部件。第四阶段:样机:对原型样机的分析是各个设计过程中的基本要素。分析的结果可用于改进设计的细节(回到第三阶段)。分析应该集中于第1章所介绍的基本零部件，即:一一内部源;一一机器里的传递路径p-一边界的辐射。只有在获得以上3个方面的一定量的信息后才有可能提出一个经济有效的噪声降低策略。至少以GB/T 25078.2-201 O/ISO/TR 11688-2: 1998 下信息需要得到:最重要的内部声源;一一这些声源的最重要的传递通道;-一一机器的最重要的声辐射部分。由于不同频段的情况不一样，对以上问题的回答可能要分频段讨论。对于仅由一个内部声源，少量的
34、传递途径和辐射部分构成的简单情况，定性的信息可能就足够确定所需要采用的措施了。然而在很多情况下，也需要得到定量的信息，即内部声源的强度、传输路径的传递函数的值，不同机器部分辐射到相连的接收系统中(空气或结构)的幅度。7.2 内部声源首先可在测得的机器辐射噪声的频谱(1/3倍频程或窄带)基础上，结合机器结构(如可能的内部声源、转速、叶片个数、极性、齿轮齿数等)的知识，来分析内部声源。频谱中的重要尖峰的源常常可以通过这种方法确认。更多的信息可通过对辐射声压的时间历程进行分析得到。这两种方法中，运行参量(如速度)的变化对信号的解释非常重要。该原则同样造用于耳朵听音分辨噪声源。如果从频谱和时间分析得到
35、的信息还不够，可进行的下一步是:一一连续依次关掉各个内部声源(可能的话); 一一连续依次阻断从内部声源到机器边界的传递(如隔断空气声、液体声和结构声的传递)。若还需要更多的详细量化信息，有许多可供选用的方法。示例见表8和参考书目8J和9J。分析内部源的最后一种可能的方法是将测量和计算得到的传递路径和辐射数据结合起来，利用测得的声压级，建立一个内部声惊的模型，从而给出其量化信息(见7.3和7.的。7.3 传递路径获得传递路径的相对重要性的最直接的办法是连续依次增加这些路径的隔离量。如引人更有效的隔声罩、隔振器或消声器。通过实验测量、理论模型辅助、或者采用数值和实验混合方法可得到量化的传递路径信息
36、。这些方法的说明见表9。有关这些方法和其他相关方法的更多信息，请见参考文献8J、10J、11J和12J。7.4 辐射分析可能涉及到向空气、管中的气体、管中的液体、结构及其组合的辐射。对于向机器周围的空气的辐射，可采用表10的方法。对于向充满气体和液体的管路系统(或结构、或这些对象的组合系统)的辐射分析，表10中的部分方法也适用。更多信息，请见参考文献8J到14J。7.5 采用测量方法分析现有机器的方法汇总相关信息总结在表8表10中。表8内部源分析方法序号名称说明在机器远场的任一点确定噪声频谱。l 频谱分析允许任意环境辐射声压的时域分析在机器远场的任一点测量声压随时2 间的函数。允许任意环境28
37、 备注如果机器的机械结构和工作原理已知，则频谱分析可能得到哪个内部源重要除了使用频谱分析，时域分析还可能对激励机理给出更深入的了解GB/T 25078.2-2010/ISO/TR 11688-2: 1998 表8(续)序号名称说明备注有时在关闭机器部分声源的情况下，关闭部分声源机器仍能工作。如果得到此时远场声3 压随时间的变化或频谱，则该部分机器的贡献可以确定连续依次隔离或阻断有时可以减少从某一内部声源到机器部分空气声源可以放入临时的隔4 边界的声的传递。在任意环境下测量改声罩。部分结构声源可以采用临时部分内部声源变对辐射声压的效果(时域或频域)的弹性零部件和机器结构隔离改变运行参数改变速度或
38、负载。在任意环境下测5 量辐射声压的时域或频域特性特征分析测量机器边界上某点的加速度和转对于旋转机器，这种方法很适于从6 轴信号同步。采用专用软件分析机器结构的响应确定内部源直接替换方法将部分声源用已知特性的人工声源用于得到内部源(空气声源或结构7 代替，测量辐射声压声源)的等价源强的方法互易替换方法类似于方法7，将扬声器放在接收点，当内部源无法被人工源替代时的8 将传声器或加速度计放在内部源位置一个方便的方法。需要线性假设相关/相干方法确定辐射声压和来自内部源某点参由于在实际较难得到合适的参考9 考信号的相关性信号，这种方法的应用可能受到限制声强测量确定可能内部源的部分声功率适用于确定机器各
39、组件对辐射的10 空气声的直接贡献L一表9机器内部声传递分析方法序号名称说明备注1 直接测量传递函数在内部源位置放置人工源，测量机器边界的加速度和远场声压2 互易测量传递函数方法1的互易测量。即将测试源和当无法在机器内部放置人工源时观察点互换有用依次隔断机器内的传在不同的声传递路径采用隔振或者该方法有助于判别重要的传递3 递路径隔声路径功率流测量采用专门技术测定某一路径的空气复杂的方法;需要专门的知识4 声、液体声和结构声的功率流5 模态分析(实验)测量结构的确定性的振动特性不适合多共振响应频率范围表10结构声辐射分析方法序号名称说明备注1 有选择地遮挡某些可依次遮挡机器辐射声的相关部件，测辐
40、射声的部件量辐射声压适合于确定机器各部分辐射声的直接贡献2 声强测量用声强探头在机器表面采样29 GB/T 25078.2-201 O/ISO/TR 11688-2: 1998 序号名称3 近场声压测量4 指向性声测量在辐射空气声的机器5 部分的振动测量6 模态分析8 计算方法分析8. 1 分析的目的表10(续)说明靠近辐射表面测结声压用强指向性传声器或传声器阵列测量机器的自由场声压测量振动表面的振动W=pcSV 式中:pc一一空气的特性声阻抗;S一一辐射表面积;v一一速度平方的平均值;F一一辐射效率分析结构外边界的确定性振动性能备注容易实现，但精度不如方法2直截了当的方法，但较少采用适用于当
41、辐射效率能准确估计时适用于低频，且当辐射效率能准确估计时第4、5、6章列出了许多简单的分析模型，它们用来描述某类源、源的辐射、声通过相应路径的传递的基本特性。这些模型在设计的各个阶段都是相关的。然而，还有许多其他的计算方法，可按如下方式分类:a) 计算激励的方法;b) 计算声传递和辐射的方法。计算激励的方法一般针对某一类特殊的激励(流体、电磁、冲击等)，因此，在本部分中不再考虑。计算声传递和辐射的方法可分为如下两类:a) 确定性(数值)方法;b) 统计方法。常用的确定性方法有:有限元法(FEM)和边界元法(BEM)。常用的统计方法有统计能量分析法(SEA)。也存在基于一般测量结果的统计方法(经
42、验方法)。另外，还有简化的SEAo8.2 确定性方法确定性方法用来计算某一特定激励下特定结构的细节响应。因此，该方法对详细设计阶段(阶段3)的中低频计算有用。有时，对在原型样机阶段(阶段4)的有些中低频分析有用。对多共振频段或设计阶段l和2，不推荐使用。一般说来，确定性方法需要很多经验、强大的硬件计算资源和巨大的建模工作量。8.3 统计方法统计方法适用于确定某一特定系统在某个频段的平均传递和响应量，和确定一组类似系统的平均量。因此，它们对中高频特别有效。大多数方法容易使用，在设计的各阶段都有用，特别是在第2阶段(概念设计阶段)。8.4 计算方法的适用性表11给出了一些计算方法适用性的提示。30
43、 GB/T 25078.2一2010/ISO/TR11688-2: 1998 表11确定性和统计计算方法慨览方法特征适用性频率范围能够提供详细的响应、输入导纳和传结构、充满气体或液有限元法CFEM)递函数信息。对专业人员是很成熟的低到中模态密度方法体的闭空间边界元法CBEM)适合计算振动表面的辐射。需要专辐射表面低到中模态密度门知识排气和进气系统的计算充满气体管道的声传递特性。排气和进气口低到中模态密度传递矩阵法适合设计消声器给出声功率传递的粗略信息。需要统计能量分析专门知识。需要和实验的交互。在工CSEA) 程界还没有完全成熟简化SEA类似于SEA但应用范围更有限。容结构、气体、液体或高和中
44、模态重叠易使用它们的组合基于类似系统的测量数据建模。有经验模型时和分析模型(如辐射部分)结合。适合于声能量传递的确定。应用简单31 GB/T 25078.2-2010/ISO/TR 11688咱2:1998 附录A(资料性附录)某一部件的结构声和空气声导致的机器的空气声发射估算的示例A.1 已知数据图1给出给定机器的基本设计;总体尺寸(女日，0.5mXO. 5 mXO. 5 m);零部件(如，电机)。A.2 计算步骤采用图2的模型，利用输入数据、第5、6章的方程和声学技术的基础知识进行计算。A.2.1 路径1一一空气声，W1，LwjL A W L - W L 所需要的数据:a) 按照国际、国家
45、标准在各频段测得的该零部件的声功率级Lwob) 机器周围的机架等在各频段的插入损失t:.L。上述数据的来源za) 声功率级Lw通过该零部件的制造商或用户自己测量得到。b) 估计插入损失t:.L的方法:一一一如果零部件在机壳外(不同于图2)，则t:.L=OdBo 如果零部件在机壳内(如图2)，则z1) 机壳没有开口，大多数情况下，本路径1的插入损失和下面路径2相比可忽略。2) 机壳有开口，则t:.L=盹去式中zSo一一开口面积，单位为平方米(m2); A一一-机壳内的等效吸声面积，单位为平方米(m勺，具体见技术参考书目;t:，.L-插入损失，单位为分贝(dB)。A.2.2 路径2结构声，W2，L
46、w，Lw, =LF +LWF 上述对力激励有效。对速度激励，按照参考文献5J可得到一个类似的方程。所需要的数据:a) 该零部件结构声的发射值LF目前还没有标准的测量方法。b) 机器结构振动的传递量LWF。上述数据的来源:a) 通过该零部件的制造商(同意必要的测量条件)或用户自己测量得到。b) 机器制造商对原型样机或类似机器的测量，或对简单结构(如板)的近似计算结果。测量条件的一些说明:a) 安装零部件的测试结构和所设计机器类似;在安装点附近测量各频段的加速度(a)和导纳(YF) ，加速度和导纳与激励力F的关系如下:F-a 一-2rrfYF 32 GB/T 25078.2-201 O/ISO/T
47、R 11688-2: 1998 b) 利用激振器在各频段以激励力F激励结构，测量声功率Lw:A.3 计算所得声发射结果Wtot=W,+W2 LWtot = 101g (10Lw, /10十10Lw2/O)LWtot ,Lw, ，Lw2的单位为分贝(dB)。A.4 已知值的示例A. 4.1 路径1: Lw=80 dB 50 =0.01 m2 A=O.l m2 L=10 dB LWj =70 dB A.4.2 路径2: 情况a)F=0.5 N LF=-6 dB LWF=68 dB LW2 =62 dB 空气声为主总的空气声发射为:Lw与t=71dB噪声控制的措施:路径1在机壳内部的增加吸声材料A=O.l m2增加到0.8m2 L=19 dB
