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强通风状态下消声室的设计 摘要 目前国内的消声室大多对于通风条件要求比较低，但是在做某些特定试验 过程中，消声室必须在试验的同时进行通风，在这样的消声室设计中必须重点 考虑强通风时的风机噪声和气流噪声的影响。 本文先从理论对强通风状态下消声室的噪声源进行分析并提出相应措施。 在本文的实例中，先根据要求的低频截止频率，对消声室内进行吸声处理；再 由所需隔声量进行隔声墙体和隔声门的设计，然后根据风机参数和通风地沟、 通风管道布置来选择合适的消声器。在消声室设计结束时还设计了台架室、测 试室、油库与消声室的相对位置，形成了一整套的发动机测试试验系统。在整 体的设计结束时，通过实验验证结果看出，通风噪声主要影响2 5 0 h z 以下的低 频带，也证明了根据这样的方案设计的消声室在风机开启情况下背景噪声测试 结果符合设计要求。 关键词：消声室，强通风状态，风机噪声，气流噪声 t h e d e s i g no f a na n e c h o i cr o o mw h i c h c a nb ev e n t i l a t e ds t r o n g l y a b s t r a c t a tp r e s e n tm o s ta n e c h o i cr o o m sc a n tb ev e n t i l a t e di no u rc o u n t r y h o w e v e r t h e r em u s tb ev e n t i l a t e di ns o m ea n e c h o i cr o o m sf o rm a n ys p e c i a le x p e r i m e n t s i n t h ed e s i g no ft h i sk i n do fa n e c h o i cr o o m ，t h en o i s eo ff a na n dt h en o i s eo fa i r f l o w m u s tb ec o n s i d e r e d t h ea n a l y s i sa n dm e a s u r e so fv e n t i l a t e ds t r o n g l yh e m i a n e c h o i cr o o m sn o i s e w i l lb ed i s c u s s e df i r s t l yi nt h i sa r t i c l ef r o mt h e o r y i nt h i sa r t i c l e ，s o u n da b s o r p t i o n w i l lb ed e s i g n e df i r s t l ya c c o r d i n gt ol o w e r f r e q u e n c y n o i s ei n s u l a t i o nw a l la n d d o o rw i l lb ed e s i g n e ds e c o n d l ya c c o r d i n gt on o i s ei n s u l a t i o nf a c t o r s i l e n c e rw i l lb e s e l e c t e df i n a l l ya c c o r d i n gt op a r a m e t e ro ff a n ，v e n t i l a t i o nc h a n n e la n dl o c a t i o no f v e n t i l a t i o nc o n d u i t i no r d e rt of o r m i n ga ni n t e g r a t e ds y s t e m ，t h et e s t b e dr o o m ， t e s tl a ba n do i ls t o r a g ea r ed e s i g n e da tt h ee n do fa r t i c l e f i n a l l y , t h r o u g ht h er e s u l t w ec a nf i n dt h a tt h en o i s eo fv e n t i l a t i o na f f e c t st h o s ef r e q u e n c i e sb e l o w2 5 0 h z f u r t h e r m o r e ，w ec a np r o v et h ea n e c h o i cr o o md e s i g n e db yt h ep r o j e c ti nt h ea r t i c l e c a na c c o r dr e q u e s t sw h e nt h ev e n t i l a t o rr u n n i n g k e yw o r d s ：a n e c h o i cr o o m ，v e n t i n g ，t h en o i s eo ff a n ，t h en o i s eo fa i r f l o w 一5 - 插图清单 图1 1 消声室内墙壁尖劈实拍图2 图1 2 消声室尖劈门实拍图3 图1 3 亚洲最大消声室实拍照片4 图1 4 汽车整车在消声室中进行实验4 图2 1 噪声评价曲线8 图4 1 管内流动噪声的广义宽带谱1 4 图4 2 气体管路内部气动声和外部结构声图解模型1 5 图4 3 各类送风口的气流再生噪声声功率级1 7 图4 - 4 圆形弯头或分叉管的n s t r 数和进出口风速比率与l w c 的函数关系1 8 图4 5 圆形弯头和三通的比声功率级按不同的r d e 值的修正1 8 图4 - 6 以变径管角度为函数的修正值k 一1 9 图4 7 离心式风机噪声频率特性2 0 图4 8 前弯叶片风机噪声频率特性2 1 图4 9 轴流风机噪声频率特性2 l 图5 1 吸声材料( 结构) 按吸声机理分类2 5 图5 2 平头尖劈结构示意图2 6 图5 3 声闸计算简图3 0 图5 - 4 密封材料的隔声效果3 1 图6 1 发动机排气噪声的倍频程频谱3 5 图6 2 安装不同方案设计的消声器时产生的插入损失3 5 图6 3 尖劈结构图3 7 图6 - 4 双扇隔声门结构简图3 7 图6 5 声闸吸声结构图3 8 图6 - 6 消声室东立面通风结构图4 0 图6 7 消声室通风结构俯视图4 0 图6 8 一层平面布局图4 4 图6 - 9 二层平面布局图4 5 图6 1 0 南立面图4 6 图6 1 1 北立面图4 7 图6 1 2 西立面图4 8 图6 1 3 东立面图4 9 列表清单 表2 1 各类厂界噪声标准值1 0 表2 - 2 城市各类区域环境噪声最高限值1 0 表2 - 3 各类车辆定置噪声a 声级限值1 1 表3 1 测量声级和理论声级之间的最大允许差值1 3 表4 - 1 直管道的气流噪声各倍频带声功率级修正值1 6 表4 2 系数a 、b 1 8 表4 3 各频带声功率级修正值2 2 表5 1 国内外几个消声室尖劈结构简略2 7 表5 2 常见单层隔声墙隔声量的实测值2 9 表5 3 密封材料的隔声效果3 0 表5 - 4 常见消声器分类3 2 表6 1 超细玻璃棉和离心玻璃棉板吸声系数3 8 表6 2 声闸隔声量3 9 表6 3 消声室通风设计计算程序表4 0 表6 - 4 半消声室室内测定声源声功率级的不确定度5 0 表6 5 风机开启前后背景噪声对比5 0 独创性声明 本人声明所* 交的学位论文是本人在导师指导卜进行的研究r 作及取得的研究 成果。据我所知，除了文中特别加以标忠和致谢的地方外，论文中不包含其他人已 经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 佥胆二! ：些厶堂 或其他教育机构 的学位或证书而使川过的材料。与我一同i ：作的同忠对本研究所做的任何贡献均已 在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签字： 汤沟蛾 签字日期嘶年 月莎 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 盒胆些厶堂 有关保留、使用学位论文的 规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查 阅或借阅。本人授权金目曼王些盘堂 可以将学位论文的全部或部分论文内 容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学 位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学何论文者签名： 汐诲踊 签字日期：瞄年多月 易日 导师签名： 签字日期： 电话：9bg | 郴 婚编：佃| ol燃黼易e1，1趱础 昕斜鳆瀚撇 致谢 值此论文完成之际，回顾在合肥工业大学求学的七年风雨历程，特别是研 究生学习的这三年时光，艰辛的求学之路让我难以忘怀! 而众多老师、同学、 朋友和亲人对我的指导、关心和支持则使我永生难忘! 首先衷心感谢我的导师一一李志远教授在我攻读硕士学位的三年时间内给 予我的亲切关怀和悉心培养。李老师严谨认真的治学态度和对学术孜孜追求的 精神深深影响了我。他渊博的学识和对学术问题的独到见解，对研究课题的敏 锐发现和研究方向的准确把握，都体现了很高的学术素养。 从开始收集与本论文相关资料，一直到论文的完成，李老师都给予了我无 私的指导和帮助。在选题、开题及完成论文的每一个阶段，李老师都严格把关， 并在课题的研究思路上给以具有建设性的意见。对论文的审阅也同样耐心细致， 大到论文的框架，小到一个知识点，李老师都是一样细心批阅纠正。同时李老 师也是我生活中的老师，他对人的平和、亲切，对学生的关心爱护，教会了我 坦诚热情的待人处事方式。 衷心感谢刘正士教授、许滨高工、陈品老师给予我的支持和帮助。 衷心感谢廖俊彦、王慧、沈慧、张家库、李进春、田红周等师兄弟姐妹们 提出的宝贵意见和帮助。还要感谢我在合肥工业大学学习、生活中所有认识和 给予过我帮助的老师、领导、同学和朋友们。 最后还要特别感谢我的父母，是他们不辞劳苦、任劳任怨的辛勤付出给予 了我精神和物质上的支持，使我最终得以完成学业。 汤海娟 2 0 0 8 5 2 0 第一章绪论 本论文所指“强通风”是相对于试验进行同时不通风而言，包含强制通风 的意思。 1 1 前言 在中华人民共和国环境噪声污染防治法中，是这样定义环境噪声的： 环境噪声是指在工业生产、建筑施工、交通运输和社会生活中所产生的干扰周 围生活环境的声音。噪声污染是指所产生的环境噪声超过国家规定的环境噪 声排放标准，并干扰他人正常生活、工作和学习的现象。当声音超过人们生活 和社会活动所允许的程度时就成为噪声污染。 早在3 0 年代噪声污染就引起了人们的注意，二十世纪末，在发达国家大气 污染、水污染有了很大的改善，而噪声污染改善却不大，它成为二十一世纪环 境污染控制的主要问题。尽管噪声引起的经济损失是极其复杂而不易确定的， 但是它造成的潜在耗费却很可观。据研究推算，中国每年因道路交通噪声污染 导致的经济损失约合2 1 6 亿元人民币 z l 。类似的经济损失美国为5 1 亿美元年， 德国1 0 6 亿美元年，瑞士6 8 亿美元年，芬兰2 8 亿美元年【3 】。从以上的简 单数字不难看出，声环境质量的改善不仅是人民正常生活所必须的条件，也是 国民经济持续发展的一个保证条件。 随着工业的迅速发展，工业生产以及工业产品对环境的污染程度也在逐年 增加，与此同时，人们对环境污染的控制也越来越重视。一切机械产品都会产 生环境噪声的污染，为了有效的控制产品的噪声，必须比较精确的测定产品整 机或部件的噪声水平，从而提出有效的控制措施。通常，很多机械元件和整机 的声学性能的测试和鉴定，都需要在消声室中进行。消声室是进行精密声学测 量的基本实验室。随着我国工业、国防和科学技术的迅速发展，消声室的使用 范围将越来越广。像各种发动机、电机、小型变压器等很多产品，其噪声级的 大小往往是鉴定其制造质量的一项重要指标，测试实验必须在消声室内进行。 还有其它建筑中的声学设计，要用消声室测定其建筑材料的吸声特性和隔声特 性。当然一些声波传播规律的基本研究，更需要用消声室了。 1 2 国内外消声室建设技术发展现状 最早的消声室出现在上世纪3 0 年代，最初的吸声结构为多层吸声材料。 有的与壁面平行地悬挂，并与壁面相隔一定距离，有的与壁面垂直地悬挂。1 9 4 0 年，梅耶等人【5 首先提出并采用逐渐过渡形式的棱锥形吸声体，这是吸声结构 设计上的重大革新。此后，凡是高质量消声室的吸声体设计，从棱锥体到圆锥 体直到尖劈体，都是基于逐渐过渡的原理。以后的改进，主要在于吸声体底部 与壁面间留有一定的空间，以改进低频吸声特性【6 j 。 为了消除室内的反射声，消声室内除了没有障碍物外，室内各面( 墙壁、 天花板、地面) 上都要铺设高效能的吸声材料，使入射于界面上的声波，在一 定频率范围内几乎完全被吸收。为了消除外界的干扰，消声室必须有良好的隔 声和隔振设计，这些是消声室的基本要求。随着大量噪声测试工作的增加，出 现了造价低、施工简单而测试误差允许稍大的简易消声室，有的则是一个面或 两个相邻面是反射面的半消声室，这些消声室的吸声体有的采用玻璃棉或泡沫 塑料的边角料，做成不十分整齐的阶梯形或宝塔形，也有重新采用多层布幕的 结构，这就已经满足了一般机器噪声功率测试的需要。 按悬挂吸声体的壁面数量的不同来分，常见的消声室有全消声室、半消声 室、卦限消声室等。在企业界中，最常使用的是半消声室。图1 1 、1 2 是某消 声室的内部墙壁尖劈和尖劈门实拍照片。 图i - i消声室内墙壁尖劈实拍图 图卜2消声室尖劈门实拍图 下面举两个实例，杭州伊莱电器空调研发生产基地半消声室是空调产品测 试实验室，其主要用途是为了建立具有一个反射面的近似自由声场，以便在半 消声室内对空调产品的噪声指标进行出厂检验或进行一般的测试分析。该半消 声室采用双层纸面石膏板隔墙做内层隔声结构，隔声设计采用以矿棉为弹性介 质的浮筑地面，尖劈为5 0 0 m m 长三劈尖劈。在消声室建成后对其进行了本底 噪声测定，测试是在白天生产区各机床同时使用时进行的，采用的测试仪器为 b k 2 2 3 0 精密声级计，测试结果小于2 0 d b ( a ) ，达到了设计指标【7 j 。 亚洲最大专业电声消声室坐落在惠威广州生产基地内，它是一个全消声室 构成的独立建筑物，采用双层墙隔声，橡胶隔振垫，楼内无任何强噪声源和振 动源，以净容积计算为国内乃至亚洲最大的电声类测量专业消声室，也是世界 上独立的电声产品制造商所拥有的最大消声室，媲美美国及俄罗斯国家级专业 电声室。图1 3 为该消声室内实拍照片。该消声室内吸声尖劈的截止频率为 6 0 h z ，安装尖劈后消声室自由场净容积为1 2 m 7 6 m x 6 8 m = 6 2 0 1 6 m 3 。 图卜3消声室实拍照片 1 3 建造强通风状态下消声室的重要性 一般情况下，消声室在设计时都考虑了通风换气装置。但是，为了防止通 风换气噪声对测试结果的影响，这些通风换气装置在进行测试试验时都是处于 暂停运行的工作状态，这种情况下消声室内的空气是处于静止状态的。但是消 声室内有时要进行大量的内燃机甚至汽车整车试验时( 见图1 4 ) ，这时就对消 声室的设计提出了特殊的要求： 第一，为了及时排除内燃机排出的废气，需要在测试时进行通风； 第二，为了将废气全部及时排出消声室，通风量就远比无通风要求的消声 室大得多。 在强通风状态下，消声室内的自由声场必然受到破坏，同时，背景噪声等 指标也受到很大的影响。因此，强通风状态下消声室的设计就显得十分重要。 图1 - 4汽车整车在消声室中进行实验 1 4 课题来源及研究的意义 1 4 1 课题的来源 以给江淮汽车集团车辆配套生产消声器为主的汇凌公司，为了进一步提升 自己的研发水平和扩大自己的市场份额，必须具备一个研发基地和必要的研发 条件。所以针对j a c 汽车消声器在试验研究中的共性测试与分析问题，汇凌公 司委托合肥工业大学环境工程公司研究和建造出由消声室、台架室、待测室和 测试室等构成的汽车消声器试验室。 1 4 2 课题的研究意义 据国外有关资料表明，城市噪声的7 0 来源于交通噪声，而交通噪声主要 是汽车噪声。近年来随着汽车工业的发展，汽车噪声和振动是衡量汽车好坏的 一项非常重要的指标，顾客对汽车的舒适性的要求越来越高。所以噪声的控制， 不仅关系到乘坐舒适性，而且还关系到环境保护。然而一切噪声又源于振动， 振动能够引起某些部件的早期疲劳损坏，从而降低汽车的使用寿命；过高的噪 声既能损害驾驶员的听力，还会使驾驶员迅速疲劳，从而对汽车行驶安全性构 成了极大的威胁。所以噪声控制，也关系到汽车的耐久性和安全性。因此振动、 噪声和舒适性这三者是密切相关的，既要减小振动，降低噪声，又要提高乘坐 舒适性，保证产品的经济性，使汽车噪声控制在标准范围之内。所以建造汽车 消声器性能测试试验消声室对提高企业的研发能力、开发具有自主知识产权的 新产品来说有着十分重要的工程意义。 我国颁布的汽车加速行驶车外噪声限值及测量方法( g b l 4 9 5 2 0 0 2 ) 给出了汽车噪声限值实施进度表。2 0 0 5 年1 月1 日起执行该标准中规定的第二 阶段的噪声限值，该限值要比第一阶段的噪声限值降低2 3 d b ，因此整车降噪 已成为各汽车制造企业的当务之急。而汽车消声器是降低汽车排气噪声的重要 部件，提高汽车消声器的消声性能是一项有效的降噪措施。但是，国内消声器 的设计与制造现在大部分采用按照国外图纸加工或者直接测绘仿制。按这种“设 计方法”制造出来的产品，在某些引进车型的零部件国产化后或者发动机设计 有变动时，就无法与变动的发动机实现良好匹配，从而达不到最佳的消声效果； 为了避免这种设计带来的损失，只有在消声器批量生产前对其进行性能测试， 以了解它的消声能力。另外，从技术上来说，汽车消声器要求具有足够的消声 量，宽而匀的消声频带；较小的压力损失，对发动机的动力性能影响小( 也即 消声器的功率损失要小) ；气流再生噪声低，结构合理；在制造上则要求体积小， 重量轻，工艺简单，价格合适；在使用上则能在各种恶劣条件下正常工作。这 些指标的同时实现有着很大的难度。因此，消声器设计的理论分析和实际往往 有着较大的差异，这个差异也只有通过试验来加以认识和修正。所以，建造汽 车消声器性能测试试验系统对提高企业的研发能力、开发具有自主知识产权的 新产品来说有着十分重要的工程意义。 目前，在国内众多的汽车消声器制造企业中，已有少数几个企业( 如上海 红湖，北京长胜，湖北通达，大连兆和等) 建有消声器性能试验室，并用它来 对消声器进行声学特性测量与分析，以提高其产品质量。事实上，也就是这些 厂家占据了国内消声器市场的很大份额。作为以给江淮汽车集团车辆配套生产 消声器为主的汇凌公司来说，要想进一步提升自己的研发水平和扩大自己的市 场份额，没有一个必须的研发基地和必要的研发条件，是难以继续发展的。 1 5 本文的研究内容 本文将从理论分析和试验研究对这些问题进行探讨，为强通风状态下消声 室的设计提供依据。本文主要分析在强通风状态下消声室内会产生的噪声源， 确定设计频率范围、自由声场范围和允许测量误差，对强通风消声室的吸声、 隔声、消声进行设计，同时对台架室和测试室等各系统进行设计。具体内容包 括： l 、强通风状态下消声室内会产生的噪声源分析； 2 、消声室建设技术的研究； 3 、工程实例分析和设计； 4 、结合实际应用效果，对设计方案进行总结，并提出一些展望。 1 6 本章小节 第一章主要是概述性质，介绍课题的来源和研究意义以及主要的内容， 为后面的章节做铺垫作用。 第二章消声室的设计参数和设计依据 2 1 消声室的基本声学概念与设计参数 2 1 1 级的概念 级的定义是指某个物理量和基准量( 或称参考量) 之比的对数。 声强级的定义：一个声音的声强级厶是该声音的声强与基准声强之比的常 用对数乘以1 0 ，以分贝( d b ) 计，即 三f = 1 0l g , i ( d b ) ( 2 - 1 ) 0 基准声强而在空气中为1 0 m w m 2 ，它是1 0 0 0 h z 声音的听阈声强，声阻抗 率p o c o = 4 0 0 p a s m 。 声压级的定义：某声压p 与基准声压p o 之比的常用对数乘以2 0 称为声音 的声压级，以分贝( d b ) 计，即 l p = 2 0 1 9 睾( d b ) ( 2 - 2 ) ，o 基准声压p o 在空气中为2 x1 0 5 p a 。 声功率级的定义：某声源声功率矿与基准声功率之比的常用对数乘以 1 0 称为该声音的声功率级，以分贝( d b ) 计，即 l w = 1 0 1 9 旷w ( r i b ) ( 2 - 3 ) 基准声功率在空气中为1 0 。1 2 w 。 2 1 2a 声级和等效连续a 声级 计权网络是近似以人耳对纯音的响度级频率特性而设计的，通常采用的有 a 、b 、c 、d 四种计权网络。其中a 计权网络相当于4 0 p h o n 等响曲线的倒置，a 计权的频率响应与人耳对宽频带的声音的灵敏度相当，目前a 计权已经被所有 管理机构和工业部门的管理条例所普遍采用，成为最广泛应用的评价参量。 a 声级可以直接测量，也可以由八个倍频带声压级计算而来，a 声级的数 学表达式为9 】： l = 1 0 l g 1 0 。1 知枷d ( 2 4 ) 式中：l - a 声级( d b ) ； l p i - - 倍频带声压级( d b ) ； a 卜不同频率的计权衰减值( d b ) ； i 1 ，2 ，3 ，一8 代表倍频带中心频率6 3 ， 8 0 0 0 h z 。 等效连续a 声级又称等能量a 计权声级，它等效于在相同时间间隔t 内与 不稳定噪声能量相等的连续稳定噪声的a 声级， 达式为： 砌圳域去j c 警川 式中：p a ( t ) 噪声信号瞬时a 计权声压； p o - 基准声压； t 2 t 1 测量时段t 的间隔； i p a ( 0 - 噪声信号瞬时a 计权声压级。 其符号为l 棚或l 州其数学表 ( 2 - 5 ) 2 1 3 噪声评价曲线 一个噪声的各个频带对人的干扰程度是不同的，为了准确地反映出噪声源 的频谱特性，确定各倍频程的噪声评价，国际标准化组织( i s o ) 提出了噪声 评价曲线( 曲线) 。 在同一条噪声评价曲线上，各倍频带的声压级可认为具有相同程度的干扰。 每一条噪声评价曲线都对应于一个噪声评价数n r ( 见图2 1 ) 。通常规定在保 证实际噪声频谱不超出噪声评价曲线的条件下，以最靠近实际噪声频谱的噪声 评价曲线来确定在该噪声的噪声评价数。 n r 数与么声级间近似的换算关系【6 】为： r l 。= 0 8 n r + 1 8当l a 7 5 d b ( a ) 一 “ ( 2 - 6 ) ll 。= n r + 5当l a 7 5 d b ( a ) 逻 强 i 丑 帆 糖 鬣 逛 帅 图2 1 噪声评价曲线 2 1 4 截止频率 截止频率是评价消声室的一个重要指标。所谓截止频率就是吸声系数能达 到0 9 9 的最低频率，一般是指尖劈长度相当于1 4 声波波长的对应频率1 1 。如果 影响尖劈结构吸声性能的各个参数( 尖劈尖部长度l l 、基部长度l 2 、尖劈背后 空腔距离d 等) 选择适当，截止频率可略低于这个频率【4 】【5 】。 2 1 5 自由场 通常把房间内的声场分解成两部分：从声源直接到达受声点的直达声形成 的声场叫直达声场；经过房间壁面一次或多次反射后到达受声点的反射声形成 的声场叫混响声场。声音不断从生源发出，又经过壁面及空气的不断吸收，当 生源在单位时间内发出的声能等于被吸收的声能，房间的总声能就保持一定。 若这个时候房间内的声能密度处处相同，而且在任一受声点上，声波在各个传 播方向做无规分布的声场叫扩散声场。 设点声源的声功率是w ，在距点声源r 处，直达声的声强为： 驴器(2-7) 式中：o 指向性因子。 由此可得自由场的概念定义【1 1 】为： ( 1 ) 均匀而各向同性的媒质中，边界影响可以不计时的声场。 ( 2 ) 只有直达声而没有反射声或反射声可以忽略的声场。 在自由场中声强的变化与距离的平方成反比。 2 1 6 背景噪声 背景噪声的概念定义【l l 】被定义为： ( 1 ) 在发生、检查、测量或记录信号的系统中，与信号存在与否无关的一 切噪声干扰。 ( 2 ) 当噪声测量中被测声源未发声时，其它一切噪声的总和。 当背景噪声高于被测声源声级时，则不能测量，应设法降低背景噪声的干 扰。为防止测试时噪声干扰，消声室背景噪声必须足够低，一般应低于被测声 源10 d b 以上。 2 2 消声室的设计依据 2 2 1 噪声排放标准 针对汽车发动机噪声的排放特点，在本文工程实例中参照的噪声排放标准 为工业企业厂界噪声标准，该标准是我国在1 9 9 0 年颁布实施的，用于控制 极有可能造成噪声污染的企业事业单位对外界环境噪声的排放。在工业企业 厂界噪声标准( g b l 2 3 4 8 ) 1 2 】中规定了四类区域的厂界噪声的标准值( 表2 1 ) 。 四类标准的适用范围规定如下： i 类标准适用于以居住、文教机关为主的区域。 类标准适用于居住、商业、工业混杂区及商业中心区。 类标准适用于工业区。 类标准适用于交通干线道路两侧区域。 表2 - l 各类厂界噪声标准值( 等效声级l e q d b ) 类别昼间夜间 i5 5 4 5 i i 6 05 0 i i i6 55 5 7 05 5 标准中规定昼间和夜间的时间由当地人民政府按当地习惯和季节变化划 定。对夜间突发噪声，标准中规定对频繁突发噪声其峰值不准超过标准值1 0 d b ， 对偶然突发噪声其峰值不准超过标准值1 5 d b 。 对工业企业厂界噪声的监测，按工业企业厂界噪声测量方法 ( g b t 1 2 3 4 9 ) 执行。 2 2 2 环境质量标准 本文在工程实例分析过程中参照的环境质量标准为城市区域环境噪声标 准，该标准是我国在1 9 8 2 年颁布试行，并经一段时间的试用修订，在1 9 9 3 年正式颁布实施的。在城市区域环境噪声标准( g b 3 0 9 6 ) 1 2 】中规定了城市 五类区域的环境噪声的最高限值( 表2 2 ) 。五类标准的适用区域为： 0 类标准适用于疗养区、高级别墅区、高级宾馆区等特别需要安静的区域。 位于城郊和乡村的这一类区域分别按严于0 类标准5 d b 执行。 l 类标准适用于以居住、文教机关为主的区域。乡村居住环境可参照执行 该类标准。 2 类标准适用于居住、商业、工业混杂区。 3 类标准适用于工业区。 4 类标准适用于城市中的道路交通干线道路两侧区域，穿越城区的内河航 道两侧区域。穿越城区的铁路主、次干线两侧区域的背景噪声限值( 指不通过 列车时的噪声水平) 也执行该类标准。 类别 昼间夜间 0 5 0 4 0 1 5 5 4 5 2 6 0 5 0 3 6 55 5 4 7 05 5 昼间和夜间时间的划分，通常认为7 ：0 0 2 2 ：0 0 为昼间，2 2 ：0 0 - - 7 ：0 0 为夜 间，但由于我国幅员辽阔，各地习惯有较大差异，因此标准中规定昼间和夜间 的时间由当地人民政府按当地习惯和季节变化划定。 对城市区域环境噪声的监测，按城市区域环境噪声测量方法 ( g b t 1 4 6 2 3 ) 执行。 2 3 汽车定置噪声限值 汽车定置噪声限值( g b l 6 1 7 0 1 9 9 6 ) 对城市道路允许行驶的在用汽车 规定了定置噪声的限值。汽车定置是指车辆不行驶，发动机处于空载运转状态， 定置噪声反映了车辆主要噪声源一排气噪声和发动机噪声的状况。标准中规定 的对各类汽车的噪声限值如表2 3 表2 3 各类车辆定置噪声a 声级限值d b 车辆出厂日期 车辆类型燃料种类 1 9 9 8 1 1 前1 9 9 8 1 1 起 轿车汽油8 7 8 5 微型客车、货车 汽油9 08 8 轻型客车、货车、 汽油n 4 3 0 0 r m i n 9 79 5 越野车 柴油 1 0 09 8 中型客车、货车、汽油9 7 9 5 大型客车柴油1 0 31 0 1 额定功率n 1 4 7 k w 1 0 51 0 3 2 4 本章小结 这一章详细汇总了消声室的设计依据和一些设计参数，以及设计所参照的 标准，只有熟练掌握了这些基本的知识，才能使接下来的工程实例的设计具有 科学性和说服性。 第三章消声室的鉴定 3 1 消声室的体积 为了符合g b 6 8 8 2 和i s 0 3 7 4 5 标准要求的测量，消声室应该足够大，而且 应除了半消声室中的反射半面外没有反射物体【1 3 1 。消声室应能提供测量表面， 这些测量表面位于： a 没有从房间边界来的不需要的声反射的声场中； b 被测声源的近场以外。 3 2 吸声材料 墙面和天花板处理的垂直入射能量吸声系数在测试的频率范围内在平面 波驻波管中测量应等于或大于o 9 9 吸声处理应在整个表面上均匀分布。在消声 室中，地面的吸声处理应与墙面和天花板相同；在半消声室中，地面应该是坚 硬光滑的平面，垂直入射能量吸收系数在测试频率范围内不大于0 0 6 。满意的 表面吸声处理是吸声材料制成的尖劈，尖劈应事先做试验，在测试频率范围内 的垂直入射吸声系数应大于0 9 9 ，有时在尖劈后留有的空腔深度也要由实验确 定。 3 3 本底噪声的鉴定 为了鉴定隔声和隔振设计是否达到预定的要求，在消声室建成后可以测定 它的本底噪声。除了测定总声压级和a 计权声级外，还要测量各倍频程声压级。 一般消声室的壳体( 经常是双层结构) 有较大的隔声量，所以作隔声现场 测试时需有在较宽频带( 至少1 0 0 4 0 0 0 h z ) 内能产生较高声压级( 1 0 0 1 1 0 d b 以上) 的声源。声源可对着外墙，距离l m 以上，这时声波基本上是垂直人射 到场面上( 很难形成无规入射声场) 。测试传声器可选用压力响应平直型的，并 且使传声器的轴线与场面平行( 即与声波入射方向垂直) 地测量；这样可省却 频响校正。传声器靠近墙面( 距离小于四分之一波长，不要接触壁面) ，这几个 测点测出总声级和倍频程声压级，求这几个点的平均值，成去6 d b 即分别近似 为入射声压级。( 若在混响声场中，壁面上的声压级比室中心平均声压级高3 d b ； 若为平面声波入射到刚性壁上，则壁面上的反射声波与入射声波同位相叠加， 总声压级比入射声压级高6 d b 。) 然后在消声室内再测量总声级和倍频程声压 级，这个内外的声级差数就近似作为消声室围护结构的隔声评价。这样的测量 方法，声源直接激发的墙面只占整个围护结构的很小一部分，因此与实际环境 噪声的激发条件不同。但要有控制地进行现场隔声测试，也只能这样近似地进 行 6 1 。 3 4 自由声场的鉴定 对消声室必须鉴定它在什么频率、多大空间范围内与自由声场偏差有多 大。鉴定的常用方法有： 1 验证球面声源辐射的声压与距离成反比规律的符合程度。 2 脉冲声法。对场声器馈以一定频率的脉冲波列，使传声器的接收讯号 输给示波器，观察反射脉冲的幅度和时延，就可以寻找和确定消声室内的反射 体。 3 将扬声器和测试传声器以一定距离( 如l m ) 固定在一根杆上。在消声 室内不同位置和不同方向上测出扬声器的频率响应曲线，观察在多大范围内所 得的曲线是一致的，或有多大偏差【6 】。 3 5 声压衰减 对于声压衰减测试，其测试仪器应使用有扬声系统的电声系统，声辐射应 无指向性，其偏差应小于l d b ，并使用1 2 m m 传声器。测试声源的位置应该 靠近反射地面上，测试声源的辐射面和反射平面之间的最大距离应足够小，使 在平面上方的半球空间产生的辐射是无指向性的。对于声压衰减，其差值不应 超过表3 1 给出的数值。 表3 1 测量声级和理论声级之间的最大允许差值 消声室类型1 3 倍频带中心频率h z允许差值d b 6 3 01 5 消声室8 0 0 5 0 0 01 o 6 3 0 01 5 6 3 02 5 半消声室 8 0 0 5 0 0 02 0 6 3 0 03 0 表3 1 中的差值确定了允许的测量半径和围绕声源的最大空间，在这空间 中可选择允许的测量表面。如果测量表面位在实际被测声源的近场以外，则这 种测量表面按g b 6 8 8 2 和i s 0 3 7 4 5 标准进行测量是合适的；如果这些要求不能 满足，测量就不能按照上述标准进行，则消声室的鉴定是不合格的。 3 6 本章小结 这一章的目的是在于叙述消声室最终的鉴定依据，分别从消声室的的体积、 吸声材料、本底噪声、自由声场、声压衰减这几个方面详细介绍鉴定的方法和 标准。 第四章强通风状态下消声室内噪声源分析 4 1 管流噪声 4 1 1 管流噪声的产生 强通风时，管流噪声对背景噪声的影响是最大的，它的产生是由于它的不 稳定，及在流动中产生大量旋涡、湍流发出声音所致 1 们。例如，由局部的流动 扰动所引起的随机波动的内部壁压场，这些流动扰动由一些管子附件所产生， 比如阀门，在管道中由于阀门缩小面积使流过的流体形成喷注而发出噪声，再 如弯头，由于流体经过弯头时，由于产生涡旋可能使局部流速达到极高值，引 起低压部分的分离和空化噪声 3 0 1 ，还有与充分形成的湍流管流有关的随机波动 之内部壁压场、由湍流管流产生的内部声压场、由流动扰动产生的内部声压场、 管子附件传播的机械振动有关。以上这些都可能产生管流噪声，影响消声室内 实验结果【3 。 传统的控制管流噪声的方法是在进气或排气管道中增设根据吸声或降压原 理而设计的消声器【32 1 ，更有效的办法是了解管流噪声的规律和特性，根据它本 身的规律和特性使它降低。图4 1 表示的是管内流动噪声的广义宽带谱【lz 1 ，图 4 2 表示的是气体管路内部气动声和外部结构声的图解模型。 对数标尺) 图4 1管内流动噪声的广义宽带谱 直 阀 动 管路下游直段流体扰动一结构 声向外的噪声辐射 t气流 图4 - 2气体管路内部气动声和外部结构声图解模型 在管路中噪声和振动的产生包括一系列的情况：流动的扰动；由扰动的流 动产生的内部水力动压波动或声压波动或它们两者；由波动的内部壁压场对管 壁振动的激励，最终由振动的管壁产生外部的噪声辐射。所以，当管路内的湍 流气流受到流动不连续性( 如弯管、阀门、接头、孔板、或一些其它形式的内 部陈碍) 扰动时，统计上均匀的、波动的内部壁压场( 这是所预料的在管子直 流中未扰动流动的特性) 及有关的噪声和振动响应要显著地变化【1 9 】【2 0 1 。所发生 的一系列情况可描述如下： 1 在紧挨着扰动的区域产生一个强烈的波动的非传播压力场。这些波动频 谱与未扰动流动频谱不同。 2 此波动的压力场随着与扰动的距离呈指数衰减，在大约十倍于管径的距 离内衰减至基本上为常量的渐近状态。与这个渐近状态有关的波动的压力级仍 高于未扰动流动的，并在扰动的下游持续相当远的距离。 3 在波动压力场衰减的同时，管子横截面上平均流速的分布恢复到其未扰 动的状态，表明流动中的湍流也恢复到未扰动流动的状态特征。 4 在此“恢复的 状态下流动的波动压力级与原始未扰动流动的波动压力 级之间的差异是由于叠加声场的出现，该叠加声场由扰动产生并在管内辐射开 来。 5 这个叠加声场由平面波和高阶声模态组成。原则上平面波能以所有的频 率传播，而高阶声模态仅能以高于它们截止频率的频率传播。这些截止频率与 等于或小于管内径的波长有关。与这类第一高阶声模态有关的截止频率由下式 近似地给出： 厂。0 2 9 c , ( 4 1 ) a f 式中：f - 频率； c e - 外部流体( 空气) 中的声速； a i 管子内半径。 该方程仅当管内温度与大气温度相近时成立，并且忽略了流动的影响。 这样，管内声场在频率高于此频率时就由平面波以及高阶声模态组成，而在较 低的频率下只有平面波。 6 和管子附件所引起的流动扰动有关的增强的壁压波动导致增强的管壁 振动响应。这种情况发生：( a ) 在紧挨着管子有关附件的区域内，是由于在局部 的非传播压力场内增强的压力波动级，以及由于传播的声波( 平面波和高阶声 模态) ；( b ) 在管路的长距离上，由于传播的平面波和高阶声模态所致。伴随着 管壁振动响应的增强是对于管路周围外部介质( 空气) 中声辐射的相应增强2 5 】 【2 6 1 。 4 1 2 管流噪声的预测 1 直管道的气流噪声声功率级可由下式计算： l 矿= 三孵+ 5 0 1 9 v + 1 0 1 9 s 式中：l w c 比声功率级，一般直管道取1 0 d b ； v - 管道内气流速度( m s ) ； s 管道断面积( m 2 ) 。 对各频带的修正值如表4 1 所示： 表4 1 直管道的气流噪声各倍频带声功率级修正值 ( 4 2 ) 倍频带中心频率 6 31 2 52 5 0 5 0 01 0 0 02 0 0 04 0 0 08 0 0 0 ( h z ) 修正值( d b ) 567891 0 - l3 - 2 0 2 弯头的气流噪声声功率级可由下式计算【l5 】： l 矽- - - 三耽+ 1 0l ga f + 3 0l gd 。+ 5 0l g v ( 4 3 ) 式中：xf 一低限频率，a f = 厶2 ( 勉) ； f m - 倍频带中心频率( h z ) ； d e 一当量直径( m ) ，即非圆截面折算成相当圆截面的直径； s 一截面积( m 2 ) 。 3 出风口 ( 1 ) 式中： ( 2 ) 算： ( 4 4 ) 露 黑 爨 褥 罄 怒 蛙 h 、 q 、瓢 、 - 、 、 k 、 - 。1 了冬 、 蕊 露 、 、 x 飞力 、 x 卜挎 1l o 1 0 0 斯脱潞哈毒数 一一“ 葛 、 6 4 霆2 辫0 - 2 图4 4 圆形弯头或分叉管的n s t r 数和进出口风速比率 与l w c 的函数关系 、 醒 、警然 爱芝 、。!r 、1 0 _ 、h 、 缈 l 一、 、 宴畏2 、 、 h 、 、 一 吣警运豪 l1、咚憋 奄 广彬 、 0 o0 。0 5 o 1 0o 1 5良2 0 r|氐x 图4 5 圆形弯头和三通的比声功率级按不同的r d e 值的修正 5 变径管气流噪声声功率级可由下式计算： l w = a - t - b l g v f 一3 k 式中：a 、b 系数，由表4 2 查得； v i 进入变径管的流速( m s ) ； k 系数，根据变径管的角度从图4 - 6 查得。 表4 2 系数a 、b ( 4 6 ) f m ( h z )6 31 2 52 5 05 0 0 1 0 0 02 0 0 0 a ( d b )4 7 24 8 65 2 85 2 8 5 4 25 7 2 b ( d b ) 2 7 3 2 2 91 5 21 3 09 85 3 1 8 9 0 0 - 图4 - 6 以变径管角度为函数的修正值k 4 2 风机噪声 从上一节的论述中可以看出，气流噪声与气流流速有着很大关系，要有效 得控制气流噪声，就必须严格控制气流流速。因此在通风管道设计中，原则上 应尽可能使气流均匀流动，逐步减速，避免急剧转弯和速度回升。同时增大风 口的截面积大小也是减小气流流速的有效办法，但是在强通风的时候，风机也 会产生风机噪声，过大的截面积会造成风机噪声进入消声室。因此这一节就重 点讲述风机噪声的情况【l 4 | 。 4 2 1 风机噪声的频谱特性 频谱、频率和声压合成风机噪声三要素。所谓频谱就是声压级和声功率级 随着频率变化的图形。不同的风机参数，有着不