关于噪声控制介绍

[拼音]：zaosheng kongzhi

[外文]：noise control

在保证正常 *** 作的前提下，用最经济有效的办法，把受其影响的环境中的噪声降低到符合允许评价标准的技术(见噪声对人的影响)。噪声是工业化的副产物。随着工农业和国防建设的现代化以及人民生活中机械化程度的提高，噪声也增加了。据美苏等工业发达国家70年代的统计，噪声级约每年以1dB的趋势在增加着。因此，噪声已是环境三大公害之一（污水、污气和噪声）。对中国来讲，噪声控制目前已成为能否顺利实现四化的重要课题之一。如果在工业化的过程中不注意噪声控制，其结果必将导致噪声的污染增加，对人们的危害加重，最后将直接成为工业发展的障碍。相反，如果在工业发展的过程中重视和合理地控制噪声，则不仅不会造成危害，而且还能推进工业化的发展。例如，机械系统的噪声控制，就要求改进精度、提高运转的稳定性，这就会提高产品的质量和性能，对工业化起到促进作用。

噪声控制可以从以下三个环节着手：

（1）噪声源；

（2）噪声的传输路径；

（3）噪声的污染区。其中噪声源的控制是最直接也是最理想的。

噪声源

可分成两类：

（1）机械声源；

（2）气流声源。机械声源又可分成稳态振动源和撞击性声源。

是由机器部件稳态振动的辐射构成的。机器运转时机件转动或往复运动的力就激发起这种稳态振动。这种声源的发声机制可以用振动活塞的模型来近似。关于稳态振动源辐射的噪声场，现在已能相当精确（在2～3dB以内）地估算，并发展了若干比较有效的控制技术。

当振动体的振动速度为v，辐射面积为S，等效活塞的辐射声阻为Ra时，辐射出的声功率W是

W＝RaS2v2。 (1)

从此式可以看出，要降低振动体辐射的噪声，应从降低振动速度v，辐射面积S和辐射声阻Ra着手。振动速度v正比于机件运动的激励力，这种激励力往往由下列原因产生：

（1）运转时平衡调节不好；

（2）轴承或相互摩擦部分润滑不足；

（3）齿轮啮合或传动系统不良等等。因此要降低稳态振动的机械噪声，必须提高机器零部件的加工精度，改善润滑状态，调节好静平衡和动平衡。其次，振动表面积S必须尽量减少，必须把振动区域局限在振源附近的小范围内。最后是声阻Ra要小。我们从活塞辐射知道，要辐射阻小，也要求辐射体的面积必须足够小。

减少振动速度还可以从增加机件的阻尼来达到（见减振）。不过这里应指出一点：60年代以前研制的阻尼材料，大多是阻尼涂料或贴层，这对运动部件或动力的传动机件是不合适的。涂料不仅使机件的刚度下降，而且涂层很容易脱落，影响机器正常运转。60年代开始研制的高阻尼合金（常称为减振合金）有足够刚度，可直接作为机器的运动件，这就为研制低振动和低噪声机器提供了重要材料。

要把振动局限于振源附近，就需要采取隔振措施，低频隔振可参见隔振。但对高频隔振，则因振动在机件上以波的形式传播，隔振要求是机件同隔振的d性连接件之间的机械特性阻抗必须有明显的差值，这个差值大约至少要5倍。

关于撞击性声源的发声机理和发声规律，目前掌握得不多。有人提出了一个很有价值的设想。认为撞击性声源发出的声功率，可以分成两部分:一部分是撞击过程本身产生的，这部分的能量只取决于撞击头的体积和撞击时的速度，即能量相当于与撞击头体积相等的空气柱所具有的动能；另一部分是被撞的机件受击后振动辐射的噪声。

对前一部分噪声的控制，应从降低撞击速度和锤头体积着手。后一部分噪声，则要从降低机件的振动和辐射着手。

从理论上可以证明，在相同冲量的冲击下，板振动的振幅是与冲击过程接触时间成反比的。这点在冲床噪声控制中已经应用，把冲模设计成倾斜形状，使冲击的接触时间拉长，可以降低6～10dB的噪声。下列措施也有助于降低振幅和撞击声：

（1）增大受击板块的质量；

（2）增加受击板件的阻尼；

（3）减少板件的辐射面积。

自从50年代初英国科学家M.J.莱特希尔发表喷气噪声的发声机制及其近似计算理论后，已引起各国的重视。现在对喷气噪声的成因已基本清楚，也找到了一些有效的控制措施。简单地说，喷气噪声是由喷口外喷流和大气的混合区中大量湍流产生的。 声功率W与喷流流速v的8次方成比例，可表述为

， (2)

式中ρ和ρ0分别是喷注和环境大气的密度(kg/m3)；с是环境大气中的声速(m/s)；D是喷口直径(m)。K是实验常数，在亚声速下约为10-4。喷气噪声的频谱呈拱形，有明显的峰且具有相当宽的频率成分。峰值频率fr(Hz)约为

(3)

式中Sr称为斯特劳哈尔(Strouhal)数，对各种喷注讲其值约为0.2。

降低喷气噪声，目前采用的有如下几方面：

（1）降低喷注流速；

（2）改变喷口形状。例如把喷气机喷口作成梅花瓣形状，证明噪声级可降低6～8dB；

（3）从式(3)可以看出，如果保持喷口总面积不变，代之以大量小孔喷注，则可以把频谱的峰值频率上推到声频以上，这时可听声相应就降低了。这个原理首先由中国声学家提出，并根据这个原理设计了小孔喷注消声器。实验证明这种消声器对工业系统中的喷气噪声可以降低约30dB。从小孔消声器获得的启示，结合上面①和③两条控制原理，还研制了多种多孔陶瓷消声器，不仅加工简便、造价低廉，且能把消声量大幅度提高到约70dB。

声传输路径的控制

从原理方面看，路径控制可以归结为三个字：“隔、吸、消”。从采取的具体措施看，有人形象地归结为：“罩、贴、挂”。

噪声在传输路径上可利用隔声技术予以隔离。最常用的措施是采用足够大尺寸的隔墙或封闭的隔声间。关于建筑隔声可见建筑声学。本条只介绍隔声原理。按板振动的特性，从原理上看板的隔声可分成四个不同的区域，如图1所示。

（1）Ⅰ区是质量控制区， 这就是建筑隔声的质量定律区。

（2）Ⅱ 区叫共振区，处在质量控制区的频率以下。在这个区域中，隔板作共振运动，隔声量在共振频率变得很低。这效应在建筑隔声中是不重要的，但对轻结构间壁特别是用于隔声罩的薄板结构有重要影响。共振效应可用增加阻尼予以抑制。

（3）Ⅲ区叫波的吻合效应区（见建筑声学）。

（4）Ⅳ区是低频的劲度控制区。这个区域以前没有引起足够重视，原因是一般建筑物中并不关心100Hz以下很低频率的隔声，隔声测量按标准也不测这个频段。但近来噪声控制常采用金属薄板的隔声间或隔声罩，劲度控制区的频率就可能提高，而且低频隔声问题也日益提上日程，所以近几年来隔声中对劲度的研究开始引起重视。有人对薄板结构在不增加重量的前提下采取提高劲度的办法（如采用蜂窝或夹心板），可以比质量定律大 5～10dB的隔声量。对隔声罩采取加筋的办法以提高劲度，也能增加隔声的效果。

吸声是把入射到材料表面上的声能转变成热耗散，以达减噪目的。吸声及吸声材料可见建筑声学。这里只介绍用于噪声控制的几种新型吸声材料，即：微孔板吸声结构；多孔水泥复合吸声砖；无规分布共振吸声板。

（1）微孔板吸声结构是中国首先研制成的，图2是在混响室内利用双层微孔板测得的数据（板厚0.5mm，孔径0.75mm，孔距5.8mm，两板距离80mm，距离墙壁160mm）。可看到，低、中、高各频段都有相当高的吸声系数，特别在100Hz左右有这样高的系数是常规吸声材料无法比拟的。

（2）多孔水泥复合吸声砖是多孔材料同共振器结合的一种复合材料，这种材料是70年代初由美国首先研制出的，这材料不仅高低频吸声性能很好，还能作为承重块使用，可降低建筑造价，特别适用于地下工程中的噪声控制。

（3）无规共振吸声板是利用单个共振吸声器在共振频率有高吸收但频带很狭的特点，在一块板上设计很多这种共振器并让它们各自的共振频率无规地分开以得到在较宽频率范围内有良好的吸声性能。

可以消除通过管道或狭窄空间传播的噪声。消声器分为：阻性消声器、抗性消声器、电子消声器（或称有源消声器）。

（1）阻性消声器是在噪声通过的管壁或腔壁上加吸声材料，使声能在传播过程中逐渐衰减。

（2）抗性消声器是利用声阻抗失配的原理，让入射声能向声源端返回，使消声器下游达到安静的目的。

（3）电子有源消声器是利用声波抵消的原理，用电子设备产生一个与噪声振幅相等、相位相反的声音来抵消原有的噪声。

接收者的控制

如果噪声已传到人耳的附近，就要采取护耳器加以保护。护耳器分耳塞和耳罩两大类。

耳塞有好多种，但减噪性质大同小异。低频段主要是由耳塞与耳道的密闭性决定性的。密闭得好，降噪量可达20～25dB；高频是由耳塞质量控制的，但考虑到佩戴舒适，质量不宜太大，降噪量一般约为30～35dB。

耳罩的降噪量低频不及耳塞，因耳罩与耳廓外围很难完全密闭，一般只有10～15dB。高频的降噪量可比耳塞高，约可达40～45dB。

参考书目

1. 马大猷、沈同编著：《声学手册》，科学出版社，北京，1983。
2. C.M.Harris， ed.， Handbook of Noise Control，2nd ed.，McGraw-Hill， New York，1977.