07第七章第 5节 噪声的控制与治理方法

人感受到的噪声 什么是噪声 人们不愿意听到的任何声音 空气声 经空气和围护结构传播 固体声 振动噪声 噪声的危害 1 对人体健康的影响 1 噪声会引起听觉器官的损害 2 噪声干扰睡眠 3 噪声诱发各种疾病 4 噪声影响儿童智力和胎儿发育 5 噪声引起烦恼 6 噪声影响安全生产和降低劳动生产率 2 对动物的影响3 对建筑物的损害4 对仪器设备的损害 噪声对人们活动的影响 噪声对睡眠的干扰百分数 噪声对工作的干扰百分数 噪声对欣赏音乐 休息 交谈的干扰百分数 等效声级LA dB 第五节 噪声的控制与治理方法 主要内容 噪声控制的原则与方法吸声降噪隔声减振和隔振隔声罩消声器 气流噪声控制掩蔽效应在噪声控制中的应用 噪声控制的原则与方法 噪声控制原则声源的噪声控制在传播途径中的控制在接收点的噪声控制城市噪声控制室内设备噪声控制 声源的噪声控制 最根本和最有效的措施通过改进结构设计 改进加工工艺 提高加工精度等措施来降低噪声的辐射 采取吸声 隔声 减振等技术措施 及安装消声器等控制声源的噪声辐射 在传播途径中的控制 1 利用噪声自然衰减作用 使噪声源远离安静的地方 2 声源的辐射一般有指向性 控制噪声的传播方向来降低高频噪声 3 建立隔声屏障或利用隔声材料和隔声结构来阻挡噪声的传播 4 应用吸声材料和吸声结构 将传播中的声能吸声消耗 5 对固体振动产生的噪声采取隔振措施 以减弱噪声的传播 1 在总图设计时应按照 僻静分开 的原则对强噪声源的位置合理地布置 将高噪声车间与办公室 宿舍分开 在车间内部 把高噪声的机器与其他机器设备隔离开来 尽可能集中布置 便于采取局部隔离措施 利用噪声在传播中的自然衰减作用 减少噪声的污染面 2 改变噪声传播的方向或途径 对于辐射中高频噪声的大口径管道 将它的出口朝向上空或朝向野外 以降低噪声对生活区的污染 对车间内产生强烈噪声的小口径高速排气管道 则将其出口引至室外 使高速空气向上排放 这样不仅可以改善室内声环境 也不致严重影响室外声环境 其它沿管道传播的噪声 可以通过烟囱排入高空或排入地沟 以减轻地面上的噪声污染 充分利用天然地形如山岗 土坡或已有的建筑物的声屏障作用和绿化带的吸声降噪作用 可收到可观的降噪效果 3 利用障壁降噪 屏障降噪应用举例 4 直接采取声学措施 在接收点的噪声控制 在声源和传播途径上采取的噪声控制措施不能有效实现 或只有少数人在吵闹的环境中工作时 个人防护是一种经济有效的方法 佩戴护耳器 耳塞 耳罩 防噪头盔等 耳塞要与外耳道相匹配 长期佩带 会有耳道中出水 汗 或其他生理反应 耳罩不易和头部紧贴而影响到它的隔声效果 且受到佩戴者的头发及眼睛的影响 头盔因为比较笨重 只在特殊情况下采用减少在噪声中的暴露时间根据听力检测结果 适当调整在噪声环境中工作的人员 人与室内环境FIG2 11 耳塞 耳套对声音的衰减能力 护耳器 图中两条曲线是不同实验所得 城市噪声的来源 交通噪声工业噪声建筑施工噪声社会生活噪声 常见的几种交通噪声源噪声级 城市噪声的控制 避免交通噪声和工厂噪声干扰居住区利用临街的建筑物作为后面建筑的防噪屏障严格施工噪声管理对居住区 锅炉房 水泵房 变电站等应采取消声建造措施 并布置边缘角落处 室内设备噪声控制 1 改革工艺和操作方法来降低噪声 2 降低噪声源的激振力 3 降低噪声辐射部件对激振力的响应 需要说明的是 设备噪声的降低 意味着性能提高和寿命延长 机械产品本身的噪声级 可以做为评价其本身综合性能的一项重要指标 1 改革工艺和操作方法来降低噪声 低噪声工艺代替高噪声工艺采用噪声小的工艺流程 设备和材料用低噪声的焊接替代高噪声的铆接 用无声的液压替代高噪声的锤打 可收到20 40dB A 的降噪效果 操作方法的革新 工厂中的高压蒸汽排气放空噪声很大将蒸汽收回 送入降温减压容器 再流入蒸汽管网中 消除了噪声 而且将蒸汽收回 节省能耗 2 降低噪声源的激振力 提高设备精度减少撞击和摩擦缓冲振动表面适用阻尼性能强的材料 阻尼减振垫降低流体噪声减少障碍物 增加导流片 改变流体的喷嘴 3 降低噪声辐射部件对激振力的响应 发声系统的固有频率与激振力频率相同或接近时 系统将最有效地传递振动和辐射噪声 在实际中应将系统的固有频率远离激振力频率 使辐射部件对激振力的响应减弱 确定噪声控制方案 调查噪声现状 以确定噪声的声压级 同时了解噪声产生的原因以及周围环境的情况 根据噪声现状和有关的噪声允许标准 确定所需降低的噪声声压级数值 根据需要和可能 采取综合的降噪措施 包括城市规划 总图布置 单体建筑设计 直到建筑围护部件隔声 吸声降噪 消声 减振等各种措施 吸声减噪 吸声减噪原理吸声减噪量的确定吸声减噪法使用原则 房间内 声音为直达声和反射声的叠加室内声压级比室外高10 15dB如果在室内布置吸声材料 使反射声减弱 则主要听到的是直达声 被噪声包围的感觉明显减弱 这种通过吸声处理以达到降噪目的的方法称吸声减噪法 吸声减噪原理 装饰面板可采用铝穿孔 铝板网 FC穿孔板等多种 中间填充的吸声材料 直达声 反射声 145 无吸声材料 1 有吸声材料 0 55 直达声 反射声 200 吸声减噪是降低声源侧环境噪声 吸声能消除直达声的强度吗 消声室 半消声室 是进行各种噪声测试和声学研究的不可缺少的试验环境 吸声尖劈用于半消声室 全消声室 尺寸可根据用户要求定制 吸声减噪量的计算 噪声的声压级大小与分布 取决于房间的形状 各界面材料和家具设备的吸声特性 以及噪声源的性质和位置等因素 如果吸声减噪处理前 后室内的声压级为Lp1和Lp2 房间的平均吸声系数为和 房间常数R1和R2 混响时间T1和T2当以直达声为主时 即 Lp 0 当以混响声为主时 有dB 7 56 当 时 dB 7 57 吸声减噪法使用原则 1 只能取得4 12dB的降噪效果 因仅能减少反射声 混响声 不可能通过吸声处理得到更大的减噪效果2 在靠近声源 直达声占支配地位的场所 采用吸收减噪法将不会得到理想的降噪效果 3 室内平均吸声系数较小时 吸声减噪法收效最大 例题 某地下发电机室的房间尺寸为13 0 10 0 3 0m 室中央放置一台柴油发电机 室内为混凝土地面 墙面与天棚均为砖墙抹灰 光面 要求距发电机5m处的控制台上 噪声降至NR75以下 试计算室内吸声材料在各频带所需的平均吸声系数 若仅在天棚处做吸声处理 试确定符合降噪要求的吸声材料 在控制台接收的发电机噪声频谱如下表 1 根据降噪要求和室内吸声情况确定吸声处理后各频带所需达到的吸声系数 具体内容见下表 平均吸声系数2 根据房间尺寸和平均吸声系数的定义 求天棚铺设的吸声材料所需吸声系数 x 房间总吸声面积S 13 0 10 10 0 3 5 13 0 3 5 2m2 天棚吸声处理面积Sx 13 0 10m2 3 由 x在各中心频率的吸声系数 利用声学设计手册确定出符合要求的吸声材料为10cm厚树脂玻璃棉板 容重100kg m3 隔声 隔声原理组合墙的隔声量缝和小孔对隔声的影响房间的噪声降低值撞击声的隔绝 隔声原理 用构件将噪声源与接受者分开 隔离空气对噪声的传播 从而降低噪声污染的程度 能降噪20 50dB包括采用隔声的墙或楼板等构件 隔声罩 隔声屏障等 高噪声车间与办公室及住宅区等隔开 将高噪声设备放于隔声性能良好的控制室或操作室内 隔声屏障 隔声构件的综合隔声量 当一个隔声构件是由多种隔层或分构件形成的组合构件时 其隔声量应按照综合隔声量计算 组合构件的综合隔声量为 若组合墙仅由两种不同隔声性能的隔声构件组成 则 2 1 4 1 组合隔声构件的设计通常采用 等透射量 原理 即使每个分构件的透射量Si i大致相等 以防止薄弱环节可能降低综合隔声量 缝和小孔对隔声的影响 R 50dB的墙1 洞 R 30dB1 洞 R 20dB小孔对低频的声透射系数比较低高频 高缝隙性质与小孔类似 小孔对低频隔声的影响 即隔层厚度d和孔的半径r均比波长小得多的情况 小孔的透射系数 le d 1 6r 是隔层的有效厚度 m为与声场特性有关的常数 声波无规入射时m 16 平面声波垂直入射时 m 8 n是与孔的位置有关的常数 孔在隔层中间时 n 2 在两面交界的棱线时 n 1 在三面的交角上时n 0 5 如孔在隔墙上不靠边缘 n 2 孔的半径为1cm 一般隔墙处于混响声场区 属无规入射 若在管道中 则低频声很可能是平面波垂直入射 即m 16 设隔墙厚10cm 可求得 0 03 R 15dB 若隔层有效厚度为声波半波长的整数倍 小孔内声波传播产生纵向共振 隔声量有较大降低右图为在15cm厚的墙上 穿有不同直径的孔时 隔声量降低的情况 因共振而使隔声量有较大损失的频率大约在1000Hz和2000Hz处 大体上对应于有效厚度为半波长的频率 0 17m 0 085m 小孔对高频隔声的影响 孔和缝隙会大幅度降低组合墙的隔声量 门窗的缝隙 各种管道的孔洞 隔声罩焊缝不严密的地方 都是透声较多之处 应堵严各种缝隙和孔洞 传声损失 即隔声量R 相当于隔层为无限大面积时 取一单位面积来考虑入射声压级与透射声压级的差值 实际发声室的声压级Lp1与接收室声压级Lp2差值 Lp Lp1 Lp2 R 101g A S 同一种隔墙当墙面积与接受室房间的总吸声量不同时 噪声降低值是不同的 因此 除了提高隔墙的隔声量之外 增加接收房间的吸声量与缩小隔墙面积 也是降低房间噪声的有效措施 房间的噪声降低值 撞击声的隔绝 撞击声的产生是由于振动源撞击楼板 使之振动 并通过房屋结构的刚性连接而传播 最后振动结构向接收空间辐射声能形成空气声传给接受者 减弱振动源撞击楼板引起的振动 振动源治理 隔振或铺设弹性面层地毯 橡胶板 地漆布 塑料或软木地面等阻隔振动在建筑结构中的传播 设弹性垫层于楼板面层和承重结构之间 浮筑楼面 岩棉板 玻璃棉板 橡胶板等阻隔振动结构向接收空间辐射的空气声 封闭的隔声吊顶 弹性连接好于刚性连接 中高频 减振和隔振 振动对人的影响隔振阻尼减振 振动对人的影响 振动的干扰对人体 建筑物和设备都会带来危害 振动对人体的影响 全身振动 人体直接位于振动物体上时所受到的振动 局部振动 手持振动物体时引起的人体局部振动 人体感知的振动 低频 30Hz 中频 高频 100Hz对于人体最有害的振动频率是与人体某些器官固有频率相吻合的频率 人体在6Hz附近 内脏器官8Hz 头部25Hz 神经中枢250Hz 物体的振动传播声波 周围空气基础或相连的固体结构机车通过路基向周围传播工人可直接感受机床振动 减弱振动强度 隔振 采取隔离措施 阻尼减振 用阻尼材料消耗振动的能量从而减弱振动向空间的辐射 振动的控制方法 隔振 振动传播的影响 对人体和设备造成影响 导致精密仪器工作精密度下降 在仪器设备与基础之间插入弹性元件 以减弱振动的传递 积极隔振 隔离振动源 机器 的振动向基础的传递 消极隔振 隔离基础的振动向仪器设备 甚至是房屋 如消声室 的传递 隔振的措施 安装隔振器或隔振材料 刚性连接 弹性连接隔振器主要包括金属弹簧 橡胶隔振器 空气弹簧等 隔振垫主要有橡胶隔振垫 软木 酚醛树脂玻璃纤维板和毛毡 风机 水泵的出口加软管连接 也是隔振的一种方式 橡胶隔振垫 精密磨床隔振基础 隔振器 振动传递 如某个产生振动的设备与一构件 固有频率f0 相连 则通过这个构件传导出去的振动动力占振源输入动力的百分比称作振动传递比T 隔振结构固有频率f0比振源频率f越低 振动传递比就越小 隔振效果越好 阻尼减振原理 固体振动辐射声波的强度 与振动的幅度 辐射体的面积 声波频率有关 金属薄板本身阻尼很小 而声辐射效率很高各类输气管道 机器外罩 车船和飞机的壳体在金属薄板结构上喷涂或粘贴一层高内阻的粘弹性材料 如沥青 软橡胶或高分子材料 让薄板振动的能量尽可能多地耗散在阻尼层中这种由于阻尼作用 一部分振动能量转变为热能 而使振动和噪声降低的方法称阻尼减振 阻尼材料和阻尼减振措施 阻尼材料 必须是具有很高的损耗因子的材料 如沥青 天然橡胶 合成橡胶 油漆和很多高分子材料 在振动板件上附加阻尼的常用方法有自由阻尼层结构和约束阻尼层结构两种 阻尼层厚度为金属板厚度的2 5倍 自由层结构 将一定厚度的阻尼材料粘贴或喷涂在金属板的一面或两面形成自由层结构 阻尼层随金属板的弯曲产生周期性的压缩与拉伸 损耗能量 阻尼层厚度为金属板厚度的2 5倍 阻尼层除减振作用外 还增加了单位面积质量 因而增大了传声损失 约束阻尼层结构 是在基板和阻尼材料上再附加一层弹性模量较高的起约束作用的金属板 当金属板弯曲变形时 原金属层与附加的约束层的弹性模量比阻尼层大得多 这上下两层的相应弯曲基本保持并行 从而使中间的阻尼层产生剪切形变 以消耗振动能量 提高阻尼减振效果 隔声罩 将噪声源封闭在一个相对小的空间内 以减少向周围辐射噪声的罩状结构 通常称为隔声罩 噪声源 风机 压缩机 发电机 电动机等降噪10 40dB隔声罩通常是兼有隔声 吸声 阻尼 隔振 通风和消声等功能的综合体 隔声罩分类 密闭型 局部开敞型固定型 活动型 隔声罩降噪效果的表示 通常用插入损失来表示 它的定义为隔声罩在设置前后 同一接受点的声压级之差 记作IL 影响因素 材料隔声量 罩内平均吸声系数 罩内必须增加吸声量 一般将吸声材料贴在罩内壁罩外某点的插入损失 即实际噪声降低值IL为 平均透射系数R 隔声罩材料或结构的隔声量 罩内各面 包括地面 的平均吸声系数 0 则IL 0 隔声罩内必须作吸声处理 隔声量和吸声系数都是频率的函数 设计步骤 知道噪声源的频率特性了解降噪目标确定隔声罩所需的插入损失选择合适的材料和结构 做出经济合理的方案 隔声罩的主要结构及效果 封闭的外壳硬质板材 钢板 胶合板 纸质石膏板等 通风管道采取消声外壳加阻尼层 壳内侧敷设吸声材料阻尼层 特制的阻尼漆 沥青加纤维等吸声材料 玻璃棉或泡沫塑料罩与基础间加隔振器 隔声罩内必须作吸声处理 不同隔声罩的噪声降低值 不同隔声罩的噪声降低值2 隔声罩注意事项 罩内做吸声处理考虑罩壳的振动向周围辐射声波 罩壳表面经常采取阻尼处理 尤其是钢 铝板之类的轻型材料作罩壁时 缝隙处理不可忽略 减振 密封措施 通风系统处理 增加消声器等综合控制措施 有开口时隔声量的估算 须按开口面积与全罩面积之比来估计隔声量 曲面形体隔声好 某车间内有一台风机 已测得距机器两米处的噪声频谱 要求设计一内表面积为43m2的隔声罩 使风机加罩后噪声不高于75dBA 由40方等响曲线或A计权曲线求出75dBA在每个倍频程的声压级 气流噪声的产生与消声器 气流噪声主要由于气体被风机高速剪切 在管道中流动形成湍流 在管道出口处高速喷射 以及气流流动使管道产生振动而形成的空调处理设备的气流噪声 送风口电站排气 高频 130 140dB 消声器是可使气流通过而降低噪声的装置 性能良好的消声器的要求 1 有较好的消声频率特性2 较小的空气阻力损失3 结构简单 使用寿命长 体积小且造价低 4 互相影响 互相制约 缩小面积 提高消声量 缩小体积 阻力大 产生再生噪声空调通风主风道风速6 8m s 出口处应为2m s消声器的密闭性 吸声材料的密度 厚度与护面层的加工等都影响消声效果消声量是评价消声器性能优劣的重要指标消声量的表示方法 插入损失 传递损失 消声量的表示方法 插入损失 插入损失是指在声源与测点之间插入消声器前后 在某一固定点所测得的声压级之差 优点 比较直观实用 易于测量 适合在现场测量中用来评价安装消声器前后的综合消声效果 其值不仅决定于消声器本身的性能 而且与声源种类 末端负载以及系统总体装置的情况密切相关 消声量的表示方法 传递损失 传递损失是指消声器进口端入射声的声功率级与消声器出口端透射声的声功率级之差 声功率级不能直接测得 一般通过测量声压级值来计算声功率级和传递损失 传递损失只决定于消声器自身的特性 与声源种类 末端负载等因素无关 适用于理论分析计算和在实验室中检验消声器自身的消声性能 消声器原理及种类 按消声原理 可分为 阻性消声器抗性消声器阻抗复合式消声器 以上两类消声器结合起来扩大控制噪声的范围 阻性消声器 设有一均匀 无限长的管道 如果管壁为刚性 即不吸收声能 则平面声波沿管道传播时就不会有衰减 当管壁有一定吸声性能时 声波沿管壁传播的同时就会伴随着衰减 原理 利用布置在管内壁上的吸声材料或吸声结构的吸声作用 使沿管道传播的噪声迅速随距离衰减 从而达到消声的目的 对中 高频噪声的消声效果较好按气流通道的几何形状可分为直管式 片式 折板式 迷宫式 蜂窝式 声流式和弯头式等 直管式和片式消声器 即 在直管 方管或圆管 内壁装贴吸声材料 吸声材料的表面积和吸收系数越大 气流通道的有效面积越小 消声量就越大 为了增加直管式阻性消声器的消声量 一般常将整个通道分成若干小通道 做成蜂窝式或片式阻性消声器 抗性消声器 不使用吸声材料 主要是利用声阻抗的不连续性来产生传输损失 原理 共振 反射 叠加 干涉等 适用于中 低频噪声的控制分类 扩张室消声器 借助于管道截面的突然扩张和收缩 达到消声目的 反射 叠加 干涉共振消声器 借助共振腔 利用声阻抗失配 使沿管道传播的噪声在突变处发生反射 干涉等现象 以达到消声目的常用的形式有干涉式 膨胀式和共振式等 阻抗复合式消声器 将阻性与抗性两种不同的消声原理 结合具体的噪声源特点 通过不同的结构复合方式恰当地进行组合 形成了不同形式的复合消声器 各种类型的消声器1 各种类型的消声器2 微穿孔板消声器 百叶消声器 盘式消声器 掩蔽噪声 利用某种设备产生背景噪声来掩蔽不受欢迎的噪声 这种人工噪声通常被比喻为 声学香水 或 声学除臭剂 可有效地抑制突然干扰人们宁静气氛的声音 适合的掩蔽背景声具有这样的特点 无表达含义 响度不大 连续 无方位感 大型敞开式办公室减少相互干扰的 声音