什么是噪声辐射?

[拼音]：zaosheng fushe

[外文]：noise radiation

噪声源很多，从辐射声波的机理来看，有点源（简单声源）、偶极子源和四极子源等基本类型。实际的声源可以看成是这些声源的叠加。研究点源、偶极子源和四极子源的辐射特性，对噪声源辐射的研究，有普遍的和实际的意义。

在空间某点上质量流率随时间改变时就形成点源。点源的声辐射是无指向性的。设简谐点源的运动为：

S(t)＝S_ωcosωt式中S(t)为源处的流体的体积变化率；S_ω为源处的流体的体积速度最大值，叫点源强度；ω为圆频率。简谐点源的辐射声功率为：

式中ρ和c分别为环境媒质的密度和声速；│S_ω│为点源强度的有效值，等于


。均匀脉动球、简单机械振动、脉动排气、旋笛和有封闭音箱的扬声器等，当辐射波长远大于这些声源的大小时都可近似地看作是点源。

由两个无限接近（与波长相比较），强度相等，但相位相反的点源组成。偶极子源强度为一矢量，其值等于S_ωd，d为负点源与正点源之间的距离。简谐偶极子源的辐射功率为：

式中│D_ω│为简谐偶极子源强度的有效值。振动的球体、开口的扬声器、风吹声源、边棱声源、锣等，当波长远大于这些源的大小时，都可以看作是偶极子源。

由无限接近（与波长相比较）、强度相等但方向相反的两个偶极子源组成。两个偶极子的空间排列可有九种不同的情况，其中有两种基本组成，一种称为等轴四极子，一种称为轴向四极子，它们的强度是S_ωd²，这两种四极子有不同的指向性。任意的四极子可以分解为六个等轴四极子和三个轴向四极子。简谐四极子的辐射功率为：

式中︱Q_ω︱│为四极子源强度的有效值。湍流辐射，如自由喷注的湍流辐射等是四极子源。

气流的起伏运动是气动声源，起伏强度同平均流速有关。点源、 偶极子源、 四极子源的辐射功率分别同


、


和


成正比；其中ρ和c分别为环境媒质的密度和声速，l为源的线度，v为平均流速。单位时间通过垂直于气流的单位面积的能量为


，所以这三种源的辐射效率分别正比于Mα、Mα³和Mα⁵;其中Mα=v/c，为气流马赫数。因此，点源的辐射效率最高，四极子源最低。点源、偶极子源、等轴四极子源的辐射特性如图。

球表面沿半径方向振动时就形成脉动球。球直径小于1/3波长时，它的辐射性质与点源相同。直径大于波长时，辐射声功率为：

脉动球的辐射无指向性。

假设圆形活塞完全是刚性的，活塞上各点的振动相位完全相同。活塞周围的障板能使活塞前面和活塞后面的辐射互相不产生影响。那末，活塞声源在距其中心为r，与其法线（主轴）成θ角的点上产生的瞬时声压p(r，t)为：

式中k=ω/c，α是半径，Jι为贝塞尔函数。由上式可以看出，如kα<0.5，即圆周小于半波长时，活塞声源基本与点声源的性质相同。kα>3时，即圆周大于三倍波长时，活塞辐射的指向性很强。大致说，圆周与波长的比kα与辐射角成反比：

kα≈100辐射角嘷，或称波束角，是主轴两边声压从最大值降低10分贝的方向间的角度，单位是度。很多噪声辐射可用这种活塞表示。

以匀速直线运动的简谐点源为例说明运动声源的辐射。当Mα<1时，观察者所接收到的频率为：

当Mα>1时，为：

式中ω₀为点源静止的频率;Mα为源运动的马赫数，Mα=v/c，v为源运动速度;θ为源到观察者的距离与源的运动方向之间的夹角。上式中的负频率表示在声源后发出的声音先到达接收者。接收到的频率和运动声源的频率不同，这个现象称为多普勒效应。运动点源，在Mα>1和Mα<1时，所辐射的声功率都是：

式中W₀为点源静止时辐射的声功率。

运动点源的指向性不同于静止时的均匀指向。在亚声速的情况下，源前方和后方的声压的比值为


。源后方的声压最小，随着方向的改变，声压逐渐增加到源前方的最大声压值。

参考书目

P.M.Morse，& K.U.Ingard，Theoretical Acoustics，McGraw-Hill，New York，1968.