ПРОМЫШЛЕННАЯ АКУСТИКА Инженерная акустика Курс лекций Литература

ПРОМЫШЛЕННАЯ АКУСТИКА. Инженерная акустика. Курс лекций

Литература 1. Иванов Н. И. Инженерная акустика. Теория и практика борьбы с шумом. 2. Борьба с шумом на производстве. / Е. Я. Юдин, Л. А. Борисов, И. В. Горенштейн и др. ; - М. : Машиностроение, 1985. – 400 с. 3. Лагунов Л. Ф. , Осипов Г. Л. Борьба с шумом в машиностроении. – М. : Машиностроение, 1980. – 150 с. 4. Снижение шума в зданиях и жилых районах/ Г. Л. Осипов, Е. Я. Юдин, Г. Хюбнер и др. ; Под ред. Г. Л. Осипова и Е. Я. Юдина. – М. ; Строиздат 1987. – 556 с. Дополнительная: 5. Контроль шума в промышленности: Предупреждение, снижение и контроль промышленного шума в Англии: Пер. с англ. /Под ред. Дж. Д. Вебба – Л. : Судостроение, 1981, 312 с. 6. Справочник по технической акустике: Пер. с нем. Под ред М. Хекла и Х. А. Мюллера. - Л. : Судостроение, 1980 7. Справочник по контролю промышленных шумов: Пер. с англ. / М. : Машиностроение, 1973, 447 с.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ • Акустика – наука о закономерностях возникновения и распространения звуковых волн в газообразных, жидких и твердых средах. • Прикладная акустика, в частности – промышленная акустика, занимается методами идентификации источников шума и вибрации и подавления звукоизлучения промышленного оборудования.

• Задачи акустики – изучение закономерностей процессов: звукоизлучения различными источниками; распространения звуковых волн в воздушной, жидкой, твердой и пластичной средах, в однородных и слоистых средах; дифракции и интерференции звука. • Методы акустики: экспериментальный и теоретический.

• Звук – колебания частиц упругой среды (газообразной, жидкой или твердой), возникающие при ее динамическом возмущении. В твердых средах подобные колебания принято называть звуковыми вибрациями. • Звук возникает в результате изменений давления в воздухе. Человеческое ухо преобразует эти изменения давления в электрические сигналы, которые затем воспринимаются мозгом как звук

Физические характеристики звуковых волн и источников звука • Изменения давления в воздухе незначительны. Например, интенсивный звук от пневматического зубила соответствует изменению давления только на ± 0, 00007 кгс/см 2. • Для восприятия нормальной человеческой речи достаточно изменения давления на ± 0, 0000007 кгс/см 2.

Физические характеристики звуковых волн и источников звука • Причинами динамических возмущений среды может быть действие механических или электромагнитных сил, изменение термодинамических параметров среды: плотности ρ, давления p, температуры T. В соответствие с этим различают звуки механического происхождения (колебания пластин, мембран, струн, звук удара), электромагнитного происхождения (гудение трансформа-тора, электрических машин) и аэрогидродинамического происхождения (звук в трубах и каналах, звук выпуска струй газа или жидкости, звук насосов и венти-ляторов, звук реактивных двигателей, гудение пламени).

Физические характеристики звуковых волн и источников звука • Любое нарушение стационарности состояния сплошной жидкой, твердой или газообразной среды в какой-то точке пространства приводит к появлению возмущений, распространяющихся от этой точки, которые называют волнами. В твердой среде могут распространяться продольные волны, в которых частицы колеблются вдоль направления распространения волны, и поперечные волны, в которых частицы колеблются в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны. Из уравнений движения твердой среды — уравнений теории упругости — следует, что любое волновое движение твердого тела состоит яз суммы продольных и поперечных волн.

Распространение звуковых волн Диаграмма движения частиц по воздействием вибрирующего источника, создающего звуковую волну: 1 - жесткая вибрирующая пластина, р – давление, относительно давления окружающей среды, λ- длина волны, s - расстояние

Физические характеристики звуковых волн и источников звука • В жидкости и газе могут распространяться только продольные волны, и любое волновое движение можно представить состоящим только из продольных волн, распространяющихся по разным направлениям. В диапазоне частот 16 Гц — 20 к. Гц, в котором колебания воспринимаются ухом человека как звук, — звуковом диапазоне — волны называют звуковыми. Колебания с частотами ниже 16 Гц называют инфразвуком, выше 20 к. Гц — ультразвуком. В чистом виде ни поперечные, ни продольные волны в твердых телах не существуют. Но, на основании теории упругости, всякое волновое движение можно представить в виде суммы продольных и поперечных волн.

Физические характеристики звуковых волн и источников звука • На практике в реальных телах чаще всего встречаются следующие типы волн: Квазипродольные – волны, распространяющиеся в стержнях вдоль оси. Вследствие поперечного сжатия возникают смещения частиц среды, перпендикулярные направлению распространения волн. В результате скорость их распространения уменьшается по сравнению со скоростью чисто продольных волн. Это различие особенно велико для резиноподобных материалов; • Изгибные – волны, в которых колебания частиц происходят перпендикулярно как к направлению их распространения, так и к поверхности твердого тела. Волны этого типа присутствуют в пластинах и стержнях. Именно они вносят наибольший вклад в звукоизлучение колеблющихся конструкций из пластин и стержней; • Волны Рэлея – поверхностные волны в твердых телах, имеющих большую толщину (массивные плиты, фундаменты, земная кора). Особенностью этих волн является быстрое убывание (по экспоненте) их амплитуды с продвижением вглубь тела. • Звуковые вибрации в твердых телах вызывают смещения частиц окружающей воздушной среды, расположенных в непосредственной близости от их поверхности. Таким образом, энергия колебания частиц твердой среды передается частицам воздушной среды. Возникающий при этом звук принято называть воздушным.

Физические характеристики звуковых волн и источников звука • Звуковые волны характеризуются длиной волны λ (м); частотой f (Гц); • скоростью звука (скорость распространения волн) с (м/с). Между этими характеристиками существует известная зависимость λ=с/f • Иногда удобно пользоваться величиной угловой частоты колебаний ω=2πf • В уравнениях теории звука часто встречается величина, называемая волновым числом, которое определяется как k = ω / c = 2π f / c = 2π / λ

Физические характеристики звуковых волн и источников звука •

Физические характеристики звуковых волн и источников звука •

Физические характеристики звуковых волн и источников звука •

Физические характеристики звуковых волн и источников звука

Практическая работа № 1 Расчет скорости звука в моногазовой среде и в смеси газов (таблицы 1 и 2) №вариа 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 нта 1 №задан А ия С 1 2 ВA DC 2 3 3 4 4 5 5 6 В А B А B А D С D C D С Индекс задания №задания Параметр Аи. В Си. D T[К] 1 301 70 30 2 3 4 6 B D 5 7 А C 7 B D 8 8 А B С D 6 302 303 304 305 306 71 72 73 74 75 29 28 27 26 25 7 9 9 10 10 11 11 12 12 13 А B А B А С D C D С D С 8 307 308 76 77 24 23 9 10 309 310 78 79 22 21 11 12 311 312 80 81 20 19 13 313 82 18

Практическая работа № 1 Расчет скорости звука в моногазовой среде и в смеси газов •

Практическая работа № 2 • Определите суммарный уровень шума от агрегатов с уровнями звукового давления L 1, L 2, …Ln д. Б, двумя способами, сравните результаты, сделайте выводы. Исхо дные данн ые Варианты 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 1 2 3 4 5 6 7 8 9 L 1, д. Б 68 75 60 75 80 65 70 79 65 85 65 70 60 80 68 70 75 70 82 L 2, д. Б 70 78 73 68 68 72 75 75 60 80 60 65 50 85 72 65 78 64 70 L 3, д. Б 75 70 75 75 75 70 65 73 65 90 50 75 55 82 74 72 82 58 75 L 4, д. Б 73 65 75 65 60 60 60 75 70 83 64 58 65 70 70 66 85 65 65

Суммирование уровней шума • Суммарный уровень звуковой мощности, излучаемый несколькими источниками: Уровни шума являются логарифмическими величинами и их нельзя непосредственно складывать. Для этого применяют правило суммирования уровней.

РАСЧЕТ • Для оценки источника шума одинаковых по своему уровню: • Li - уровень звукового давления одного из источников [д. Б]; • n - кол-во источников шума 90 д. Б + 90 д. Б =90 +lg 2= 93 д. Б 70 д. Б + 70 д. Б =

• Lб- больший из суммируемых уровней • Lδ- добавка к большему уровню, определяемая по таблице в зависимости от разности уровней 80 д. Б + 74 д. Б =

Задание 2 • Работают два одинаковых источника шума. Если их оба выключить, то уровень шума в определенной точке помещении составит 60 д. БА. Если их оба включить, то уровень шума в помещении составит 65 д. БА. • Чему будет равен уровень шума в помещении, если включить только один источник шума?

Акустические поля и их характеристики. • Совокупность распространяющихся звуковых волн образует акустическое (звуковое) поле источника звука. При описании акустических полей характеристиками звуковых волн, связанными с их распространением, являются звуковой луч и фронт волны. • Звуковым лучом называют линию распространения звуковых волн, • Фронтом звуковой волны — поверхность, объединяющую точки с одинаковой фазой колебания (например, фазой разрежения) или как геометрическое место точек, колеблющихся в одной фазе (при этом амплитуды не обязательно должны быть равными). В зависимости от вида поверхности, огибающей фронт волны, различают поля плоских, сферических и цилиндрических волн.

Акустические поля и их характеристики. • Основными характеристиками акустических полей являются: звуковое давление p (Па), определяемое как разность давлений в возмущенной и невозмущенной среде; и акустическое сопротивление (акустический импеданс) – это отношение звукового давления pзв к колебательной скорости частиц среды υ(м / с). • Энергетическими характеристиками акустического поля являются: интенсивность I, Вт/м 2; мощность звука W, Вт – количество энергии, проходящей за единицу времени через охватывающую источник звука поверхность. • •

Акустические поля и их характеристики. • • Важную роль при формировании акустического поля играет характеристика направленности звукоизлучения Ф , т. е. угловое пространственное распределение образующегося вокруг источника звукового давления. Все перечисленные величины взаимосвязаны и зависят от свойств среды, в которой распространяется звук. Параметры акустического поля для воздуха • (r = 1, 21 кг/м 3 - плотность воздуха, с = 344 м/с - скорость звука в воздухе, S, м 2 - площадь охватывающей источник поверхности)

Параметры акустического поля для воздуха • (r = 1, 21 кг/м 3 - плотность воздуха, с = 344 м/с - скорость звука в воздухе, S, м 2 - площадь охватывающей источник поверхности) Параметр Обознач Единицаизме Формулавзаим ение рения освязи Звуковое давление pзв Па pзв = r *c * u Акустическое сопротивление z. A Па*с/м z. A = r *c Колебательная скорость частицы среды u м/с u = pзв /(r *c) Интенсивность I Вт/м 2 I = pзв * u W Вт W = I*S Звуковая мощность

• • • Если акустическое поле не ограничено поверхностью и распространяется практически до бесконечности, то такое поле называют свободным акустическим полем. В ограниченном пространстве (например, в закрытом помещении) распространение звуковых волн зависит от геометрии и акустических свойств поверхностей, расположенных на пути распространения волн. Процесс формирования звукового поля в помещении связан с явлениями реверберации и диффузии. Если в помещении начинает действовать источник звука, то в первый момент времени имеем только прямой звук. По достижении волной звукоотражающей преграды картина поля меняется из-за появления отраженных волн. Если в звуковом поле поместить предмет, размеры которого малы по сравнению с длиной звуковой волны, то практически не наблюдается искажения звукового поля. Для эффективного отражения необходимо, чтобы размеры отражающей преграды были больше или равны длине звуковой волны. Звуковое поле, в котором возникает большое количество отраженных волн с различными направлениями, в результате чего удельная плотность звуковой энергии одинакова по всему полю, называется диффузным полем. После прекращения источником излучения звука акустическая интенсивность звукового поля уменьшается до нулевого уровня за бесконечное время. Практически считается, что звук полностью затухает, когда его интенсивность падает в 106 раз от уровня, существующего в момент его выключения. Любое звуковое поле как элемент колеблющейся среды обладает собственной характеристикой затухания звука – реверберацией ("послезвучание").

Спад уровня звукового давления с увеличением расстояния от источника в помещении: ближнее (I) и дальнее (II) звуковое поле; область прямого (III) и отраженного(IV) звука