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環(huán)保工程師輔導(dǎo)之聲波的傳播和衰減(3)

更新時(shí)間:2009-10-19 23:27:29 來(lái)源:|0 瀏覽0收藏0

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  (3)柱面波

  若聲源為長(zhǎng)圓柱形,其長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于波長(zhǎng),輻射的波陣面為同軸圓柱面,這種聲波稱為柱面聲波。這時(shí) ,其中 為圓柱長(zhǎng)度,柱面波波動(dòng)方程為:

  對(duì)于遠(yuǎn)場(chǎng),簡(jiǎn)諧柱面聲波有: 柱面波的聲阻抗率在 時(shí),有: 柱面聲波的傳播特性為:

 ?、僭诶硐虢橘|(zhì)中,聲壓近似與距離的平方根成反比。

 ?、诮橘|(zhì)聲阻抗率為復(fù)數(shù),當(dāng) 很大時(shí),聲抗分量可以忽略。

  ③在距離較大時(shí),柱面波的聲強(qiáng) ,聲強(qiáng)與距離成反比。每單位長(zhǎng)度輻射的功率是 。

  (4)聲源的指向性

  聲源在自由場(chǎng)中向外輻射聲波時(shí),聲壓級(jí)隨方向的不同呈現(xiàn)不均勻的屬性,稱為聲源的指向性。聲源指向性常用指向性因數(shù) 或指向性指數(shù) 來(lái)表示。指向性因數(shù) 的定義是:聲場(chǎng)中某點(diǎn)的聲強(qiáng),與同一聲功率聲源在相同距離的同心球面上的聲強(qiáng)之比。指向性因數(shù) 無(wú)量綱。

  式中: ――任意方向上一定點(diǎn)的聲強(qiáng), ;

  ――通過(guò)與該點(diǎn)同心球面上的平均聲強(qiáng), 。

  式中: ――任意方向一定點(diǎn)上某頻率的聲壓,dB;

  ――通過(guò)與該點(diǎn)同心球面上同一頻率的聲壓,dB。

  聲源的指向性與聲源的大小和輻射波長(zhǎng)有關(guān)。當(dāng)聲源小到可視為點(diǎn)聲源大小的程度時(shí),以聲源為中心,聲波以近似球面的形式向外均勻發(fā)散;當(dāng)聲源尺寸遠(yuǎn)大于聲波波長(zhǎng)時(shí),如聲波以聲束形式,集中向一個(gè)方向發(fā)散,則可認(rèn)為該聲波具有較強(qiáng)的指向性。

  3、聲波的衰減

  聲源發(fā)出的噪聲在媒質(zhì)中傳播時(shí)發(fā)生反射、折射和衍射等現(xiàn)象,其聲壓或聲強(qiáng)將隨著傳播距離的增加而逐漸衰減。這些衰減通常包括聲能隨距離的發(fā)散傳播引起的衰減 、空氣吸收引起的衰減 、地面吸收引起的衰減 、屏障引起的衰減 和氣象條件引起的衰減 等,總衰減量 可表示為:

  (1)擴(kuò)散引起的衰減

  聲源輻射噪聲時(shí),聲波向四面八方傳播,波陣面隨距離增加而增大,這種由于擴(kuò)散、聲強(qiáng)隨傳播距離增加而衰減的現(xiàn)象稱擴(kuò)散衰減。

 ?、冱c(diǎn)聲源:點(diǎn)聲源在各向同性的均勻介質(zhì)中傳播時(shí),聲波的形式是以聲源為中心的球面波,在同一半徑的球面上各點(diǎn)聲波的相位相同。這種無(wú)指向性的聲波,聲強(qiáng)和聲功率之間存在如下關(guān)系: 位于剛性地面上的聲源產(chǎn)生的聲波,因只能向一半的空間輻射,其接收點(diǎn)的聲強(qiáng)可如下式計(jì)算:

  常溫時(shí)球面聲波擴(kuò)散衰減的表達(dá)式為: 為接收點(diǎn)的聲壓級(jí); 為聲源的聲功率級(jí); 為接收點(diǎn)到中心的距離; 為修正系數(shù),自由空間 ,半自由空間 。

  距聲源中心半徑分別為 和 的兩點(diǎn)間的擴(kuò)散衰減用聲壓級(jí)差表示為: 如果聲源具有指向性,則聲波的擴(kuò)散衰減可表示為: ②線聲源:若每單位長(zhǎng)線狀聲源的聲功率為 ,在距離聲源為 點(diǎn)上的聲壓 與聲功率的關(guān)系為: ,用聲壓級(jí)表示為: ,若聲源無(wú)指向性,則 ,距離聲源分別為 和 的兩點(diǎn)間的聲壓級(jí)差,或者說(shuō)擴(kuò)散衰減量為: ③面聲源:矩形面聲源的情況較為常見,但其計(jì)算較復(fù)雜。

  (2)空氣吸收引起的衰減

  聲波傳播時(shí)空氣吸收衰減產(chǎn)生的原因是,聲波在空氣中傳播時(shí),空氣中相鄰質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速度不同會(huì)產(chǎn)生黏滯力,將使聲能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芟牡?。聲波傳播時(shí),空氣介質(zhì)發(fā)生壓縮和膨脹的周期變化,相應(yīng)的發(fā)生溫度的升高和降低,溫度梯度的出現(xiàn),將導(dǎo)致熱傳導(dǎo)方式的熱交換,從而使聲能轉(zhuǎn)化為熱能。空氣中主要的分子是雙原子的氧分子和氮分子,一定狀態(tài)下空氣分子轉(zhuǎn)動(dòng)或振動(dòng)時(shí)存在固有頻率。無(wú)聲時(shí)介質(zhì)分子微觀運(yùn)動(dòng)處于一種動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài),當(dāng)有聲擾動(dòng)且聲波頻率接近分子微觀運(yùn)動(dòng)的頻率時(shí),使能量轉(zhuǎn)化平衡被打破,建立新的平衡需要一定的時(shí)間,此種由原來(lái)平衡到建立新的平衡的過(guò)程為“熱馳豫過(guò)程”,將使聲能耗散而使聲強(qiáng)衰減。上述原因使得聲波在空氣中傳播時(shí)出現(xiàn)衰減,即空氣吸收衰減,衰減與空氣溫度、濕度和聲波頻率有關(guān)。

  因空氣吸收而引起的聲強(qiáng)隨距離的指數(shù)衰減關(guān)系為: (3)其他原因引起的衰減

  ①雪、雨、霧的影響

 ?、跍囟忍荻鹊挠绊?/P>

 ?、埏L(fēng)場(chǎng)的影響

 ?、艿孛嫘?yīng)的影響

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