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環(huán)保工程師輔導(dǎo)之聲波的傳播和衰減(3)

更新時間:2009-10-19 23:27:29 來源:|0 瀏覽0收藏0

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  (3)柱面波

  若聲源為長圓柱形,其長度遠大于波長,輻射的波陣面為同軸圓柱面,這種聲波稱為柱面聲波。這時 ,其中 為圓柱長度,柱面波波動方程為:

  對于遠場,簡諧柱面聲波有: 柱面波的聲阻抗率在 時,有: 柱面聲波的傳播特性為:

  ①在理想介質(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 很大時,聲抗分量可以忽略。

 ?、墼诰嚯x較大時,柱面波的聲強 ,聲強與距離成反比。每單位長度輻射的功率是 。

  (4)聲源的指向性

  聲源在自由場中向外輻射聲波時,聲壓級隨方向的不同呈現(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) 來表示。指向性因數(shù) 的定義是:聲場中某點的聲強,與同一聲功率聲源在相同距離的同心球面上的聲強之比。指向性因數(shù) 無量綱。

  式中: ――任意方向上一定點的聲強, ;

  ――通過與該點同心球面上的平均聲強, 。

  式中: ――任意方向一定點上某頻率的聲壓,dB;

  ――通過與該點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有關(guān)。當聲源小到可視為點聲源大小的程度時,以聲源為中心,聲波以近似球面的形式向外均勻發(fā)散;當聲源尺寸遠大于聲波波長時,如聲波以聲束形式,集中向一個方向發(fā)散,則可認為該聲波具有較強的指向性。

  3、聲波的衰減

  聲源發(fā)出的噪聲在媒質(zhì)中傳播時發(fā)生反射、折射和衍射等現(xiàn)象,其聲壓或聲強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)擴散引起的衰減

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

 ?、冱c聲源:點聲源在各向同性的均勻介質(zhì)中傳播時,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聲波的相位相同。這種無指向性的聲波,聲強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,其接收點的聲強可如下式計算:

  常溫時球面聲波擴散衰減的表達式為: 為接收點的聲壓級; 為聲源的聲功率級; 為接收點到中心的距離; 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 的兩點間的擴散衰減用聲壓級差表示為: 如果聲源具有指向性,則聲波的擴散衰減可表示為: ②線聲源:若每單位長線狀聲源的聲功率為 ,在距離聲源為 點上的聲壓 與聲功率的關(guān)系為: ,用聲壓級表示為: ,若聲源無指向性,則 ,距離聲源分別為 和 的兩點間的聲壓級差,或者說擴散衰減量為: ③面聲源:矩形面聲源的情況較為常見,但其計算較復(fù)雜。

  (2)空氣吸收引起的衰減

  聲波傳播時空氣吸收衰減產(chǎn)生的原因是,聲波在空氣中傳播時,空氣中相鄰質(zhì)點的運動速度不同會產(chǎn)生黏滯力,將使聲能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芟牡?。聲波傳播時,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??諝庵兄饕姆肿邮请p原子的氧分子和氮分子,一定狀態(tài)下空氣分子轉(zhuǎn)動或振動時存在固有頻率。無聲時介質(zhì)分子微觀運動處于一種動態(tài)平衡狀態(tài),當有聲擾動且聲波頻率接近分子微觀運動的頻率時,使能量轉(zhuǎn)化平衡被打破,建立新的平衡需要一定的時間,此種由原來平衡到建立新的平衡的過程為“熱馳豫過程”,將使聲能耗散而使聲強衰減。上述原因使得聲波在空氣中傳播時出現(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>

  ③風場的影響

 ?、艿孛嫘?yīng)的影響

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