“移频降噪”理论研究及灵敏度分析

如题

振动与冲击

 

第24卷第2期JOURNALOFVIBRATIONANDSHOCKVol.24No.22005

“移频降噪”理论研究及灵敏度分析

李海渊 张 雷 袁 健 蔡国锐

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(1.上海理工大学机械工程学院,上海200093; 2.上海理工大学计算机工程学院)

摘 要 通过分析封闭、半封闭空间中气体的声学特性,针对当其固有声学频率与激振频率一致时,由于气体共振  

产生的共鸣音,提出了移频降噪理论。即通过合理分隔封闭、半封闭空间,以改变内部气体的固有频率,使之远离激振频率,从而十分有效地降低了噪声。利用有限元分析软件对试验台的固有频率进行计算机仿真模拟,获得了加入隔板后封闭、半封闭空间试验台内气体固有频率的偏移数据,给出隔板设计的方案。并通过电-声类比法推导了固有频率对分隔空间的隔板的各个几何参数的灵敏度公式,给出了隔板结构设计的理论依据,阐明了移频降噪理论的可行性。

关键词:声学固有频率,降噪,封闭、半封闭空间中图分类号:TB53  文献标识码:A

1 封闭、半封闭空间中的共振噪声问题

按声场特点划分,三维空间有开阔空间和封闭、半封闭空间两大类。前者是自由声场;后者因为有反

射壁面,空间内的声场是一个混响声场(如飞机、船舶、舱室、车辆驾驶室、工作车间、会议厅、剧院、生活居室等)。混响声场的固有频率包括结构固有频率、内部气体声学固有频率及结构与气体耦合后的固有频率等成分,情况比较复杂,噪声控制难度较大。

封闭、半封闭空间声场的特性与结构振动状态有密切关系。当外力激励频率与未耦合时的结构共振频率相接近时,声场主要以结构模态声辐射为主,称为结构主导模态(Structure-dominatedModel);当外力激励频率接近刚性壁条件下的声腔模态特征频率时,声场以声腔模态为主,称为声腔主导模态(Cavity

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-dominatedModel)。

激励系统的固有频率,使其共振区域偏移,远离激振频率。

对于声振动现象,在外界激振力———声源的频率特性不变的前提下,系统的固有频率如果避开原来的共振区域,就可达到降噪效果。由此提出了“移频降噪”理论。“移频”就是通过改变封闭、半封闭空间的结构和形状,使其声学固有频率发生改变,“偏移”于共振频率区域或目标频率域,“降噪”是它改变后的声学效果。

3 改变封闭、半封闭空间固有频率的方法

要改变封闭、半封闭空间的固有频率,可以从容器结构和空腔形状两方面考虑。容器的结构直接影响到本身的刚度,系统的固有频率是由系统的刚度、质量决定的,显然,若我们改变某系统的刚度或质量,这一系统的固有频率就要发生变化。而空腔的形状是其内部气柱固有频率决定性因素中的一个(气体的密度、粘性以及声在气体中的传播速度也直接影响着气体的固有声学频率)。

因此,如果在封闭、半封闭空间内部安装形状合理的隔板,对内部空间进行分隔,在不影响其中气流运动的情况下,既改变空间内气体的固有频率,也使封闭、半封闭空间的质量和刚度发生变化,因此封闭、半封闭空间的声学固有频率就会发生改变。在频率特性不变的激振力作用下,系统就可以避开原来的共振区域,达到减振降噪的目的。

为使最终结论具有普遍性,本文以根据GB1236-85标准设计的封闭、半封闭空间试验台式声学实验

2 移频降噪理论

对于由以上封闭、半封闭空间中两种不同噪声源带来的共振噪声,控制方法有不同的侧重点,本文以研究声腔主导模态下的气体共鸣音为突破口,提出一种新的噪声控制理论———移频降噪理论。

针对于共振现象所采取的减振降噪措施可以从两个方面去考虑。首先,如果能够改变激振力的频率,使其避开结构的共振频率,这样就可以在不修改结构的前提下,取得良好的减振降噪效果。但许多场合激振力频率是难于改变的(如以交流电为动力,基频就是50Hz,很难改变),此时就应该着眼于修改受

 

3上海市教育委员会重点学科研究项目

收稿日期:20040616 修改稿收到日期:20040729第一作者 李海渊 女,硕士,讲师,1970年4月生

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