空调噪声原理分析与控制.ppt

小型商用中央空调噪声原理分析控制 声源 传播途径 接收者 声现象的三个方面 声源 传播途径 接收者 4 声音传播的主要途径A 风机排气噪音通过送风管道在空气中传播 经过散流器一个扩压管进入房间B 风机排气噪音通过送风管壁传播到房间 屋顶结构 C 风机的运转声通过回风系统传播DE 风机运转声和压缩机声音是通过机组壳体辐射 通过隔墙进入房间最后 是声接收者 建筑物声学的声接收者是人耳 人对声的反应取决于人耳如何感觉声的 5 弹性媒质中分子振动导致的可听的辐射 在建筑物声学中 媒质可以是空气或建筑物本身 然而 建筑物传播的声变为可听时 首先必须变为空气传播 声的一个实用定义 声的传播空气传播的声通过分子之间的能量传递从振动物体传播 振动物体以空气压力为手段 交替压缩和膨胀分子 声实质上是一个压力现象 简单声源产生交替的压缩和膨胀 导致压力波动 能量的传播需要时间 因此 在观察远点的压缩和膨胀相对于原点发生时滞 时滞的时间是传播媒质声速的函数 声音的传播需要时间 68F 水平面上空气的声速为每秒1127英尺 由于建筑物声学中所碰到的温度范围相对较小 每秒1127英尺的值可以认为是一个常数 声波声压力波由振动体交替压缩和膨胀空气分子所产生 空气中引起的压力变化能直接测量 而声功率不能 它必须在知道声源特征和环境特征和环境的影响的情况下 由声压计算得到 声压用来研究对人耳的生理影响 另一方面 声功率则用来描述设备运行所产生的声 声压是一个在大气中可听的扰动 其强度受到环境和离开声源的距离的影响 声波 压力波段的组合产生常见的谐波或正谐波 波的幅值描述了压力 幅值与活塞从中循环位置开始的线性运动直接成正比 频率 频率 HZ 1 循环周期 秒 完成一个循环所需要的时间是循环周期 周期运动的频率是每秒钟循环的次数 10 例如 一个完整的循环要1 200秒 周期 计算频率得 F 1 1 200 200循环 秒 赫兹 波长 振幅 l 波长 m c 空气中声速 m s 1127英尺 秒f 频率 Hz 12 例如 在上例中风机的频率是200HZ 则波长是多少 计算波长得 1127 200 5 6英尺 波长 人耳 声音引起振动 声波通过耳道撞击耳膜 振动最终转换为脉冲 沿着听神经传到大脑 在那里被接收为声音 大脑象计算机一样分析和估计信号 14 多数人的听力范围大约为 20Hz 20000Hz例 人耳能听到声音敲锣鼓声 是由于有声源振动体 但是用手按螺旋弹簧 手一离开 虽仍然产生强烈的振动 但为何多数不发出可听的声音呢 人的听力范围 15 敲打物体会发出各种独特的声音 例如使劲敲大鼓 立即用手接触鼓皮 就台感到鼓皮在很快地振动 由此得知 发出声音时 通常存在有声腮振动体 声音就由此而起 相反有振动体未必一定能发出可闻声 比如 按螺旋弹簧 手一离开 虽仍然产生强烈的振动 而多数不发出可闻声 要发出可闻声是有一定条件的 比如振动次数必须在每秒20次到20000次的范围时 才能成为可闻声 发音时 通常在其声源有振动机构存在 但也有振动本体存在的时候 如压力气体喷射时的声音和爆炸时的声音 并非有振动物体的存在 发生噪声时 必须首先作声源调查 认真研究声源控制方式使声源发生的躁声控制到最小程度 而后采取确切的控制措施 人的听力范围 16 纯音所描述的正弦波是一个纯音 纯音有单个频率而不是一组频率 例如 音符中C的频率是256赫兹 是一个纯音 音调声波频率建立起自己的音调 音调这词有时与频率相互交换使用 然而音调是声的一个主观质量 而频率是一个可以客观测量的数据 纯音和音调 纯音 定调 图示显示了一些声音和乐器的范围 说明了音调和敲击钢琴键时所产生的频率关系 18 倍频带多数人的听力范围大约从20Hz到16000Hz 为便于声的研究 可听频谱分为八度或倍频带 根据定义 一个倍频带是任意一个频段 其高频 f2 为低频 f1 的两倍 选择用来研究建筑物声学的频率点是63 125 250 500 1000 2000 4000 8000Hz 相邻点的频率跨度叫做一个八度 倍频程带 19 倍频程带中心频率 一个倍频带的中心频率 fc 定义为 如第二倍频带 将f1 88 5HZ代入公式得 fc 125Hz 八倍频程 OctaveBand倍频 CenterFrequency中央频率 BandEdgeFrequencies频率分界 1 63 44 6 88 5 2 125 88 5 177 3 250 177 354 4 500 354 707 5 1000 707 1414 6 2000 1414 2830 7 4000 2830 5650 8 8000 5650 11300 倍频带频率 21 宽带噪声 前面描述的纯正弦波形在建筑物声学中很少遇到 通常遇到的噪声具有宽带性质 宽带噪声由许多同时产生的 具有不同频率 幅度和相位的成分组成 这叫做宽带噪声 22 声功率是声能量 用瓦特度量 由声源辐射得到 它用来描述设备运行所产生的声 声压是环境和距离的函数 而声功率不是 它是声源声能的度量 声压用来研究对人耳的生理影响 声压是一个在大气中可听的扰动 其强度受到环境和离开声源的距离影响 声压是环境和距离的函数 声功率与声压 类比 瓦数 功率 类似于照明灯泡 声源辐射的声功率不受环境影响 而产生声源能量的声压则受到环境和离开声源的距离的影响 距离 墙壁表面处理 反射性 24 建筑物声学的研究中 使用到三个性质 声强声功率声压 声学三个性质 25 声级 人耳不受到损伤时 能听到的最大声压为最小声压的千万倍 在这个范围内 测量声压的算术比例相当麻烦 由于这个原因 提出了基于对数比的系统 它是一个无因子参数 用分贝 dB 描述声级的测量 由于它是无因子参数 必须指定一个参考值为防止使用测量单位时产生混淆 分贝定义为以10为底 2为指数的比率的对数的10倍 10的对数是1 100的对数是2 1000 000的对数是6 等等 对数是底的指数 这种情况下 底是10 26 一旦确定一个参考值 并放在比率的分母上 对于任意输入的分子 可以算出以分贝为单位的级 dB 10log10 N Nref N 要考察的功率Nref 参考功率这表明分贝仅仅是一个基于功率比的计算值 声级 1000794631501398316251200159126100 分贝 dB 刻度 IntensityUnits I U 强度单位 Decibels dB I U dB 1000000000000100000000000100000000001000000000100000000100000001000000100000100001000100101 1201101009080706050403020100 3029282726252423222120 显示了分贝标度与强度单位的比较 强度单位是分贝方程中所论功率与参考值的比值 28 例如 设定所论功率与参考功率的比是N Nref 1000代入方程 dB 10log101000 30dB这表明分贝仅仅是一个基于功率比的计算值 分贝计算 29 声压与大气压 媒质的质点受到声波作用时 不断地产生压力强弱变化 如果这时媒质的静压为P时 声波作用的压力变化量为dP 则这个dP就称为声压 例加大气中受到声波的作用时 使大气压产生压力微弱变化 这个变化量就是声压 大气压静压力大约为1巴 而声压为dP 0 0002 200微巴因为1微巴 10 6巴 所以声压与大气压的关系 如同海面上的微波与大洋的关系 30 声强 在单位时间里 通过单位面积 与声波前进方向相垂直 的声能平均时间率 称为声能通量或声强 因声波的传播速度是c 所以声强还可称为单位截面积长度为c的容积内能 媒质的一部分承受压缩功而储存位能 若处在运动中还储有动能 随同声波的传播 媒质中伤有这两种能量 以声速向前传递 31 声强级 LI I 声强 单位面积特定方向通过的声能 Iref 10 12W m2或10 12W cm2 32 声功率级 LW W 声功率 由声源产生的功率 Wref 10 12W 33 声压级 LP P 声压的有效值Pref 20微Pa Decibel dB Scale IntensityUnits I U orN Nref强度单位 Decibels分贝 dB 1000000000000100000000000100000000001000000000100000000100000001000000100000100001000100101 1201101009080706050403020100 SoundPressure声压Pa 2 10132 10122 10112 10102 1092 1082 1072 1062 1052 104200020020 SoundPower声功率W 110 110 210 310 410 510 610 710 810 910 1010 1110 12 35 人耳象一个麦克风 声波通过耳道撞击耳膜 引起振动 振动最终转换为脉冲 沿着听觉神经传到大脑 在那里接收为声音 大脑象计算机一样分析和估计信号 大小感觉主要是声压的函数 但还取决于频率 音调主要是频率的函数 但还取决于声压 听力不是完全线性现象 其中大小和音调是声压和 或 频率的函数 人耳 人耳的反应 注意到人耳对高频比低频更敏感 例如 对声压为60分贝 频率为100赫兹的大小与40分贝 1000赫兹的大小感觉一样 同时可注意到高于100分贝时 可听范围内所有频率的大小感觉近似一样 感觉 大小级别 频率 37 典型噪声级 评定方法 NC级 噪声标准 A B C加权网络A B C加权网络法 39 人耳 大小 音调仪器 压力 频率人耳在同一声压级下 对高频比低频更敏感 当声压级增加时 人耳反应平化 声测量仪通过一电子加权网来尝试模拟人耳对不同压力和频率的声音的反应 A B C加权网络 相关反应分贝 41 上图显示了画成频率函数的加权网 声测量仪的 C 标度提供了50赫兹以上所有频率的等同反应 因为它给出了人耳对于感觉平化时的高声压级的反应的读数 A 标度加权网模拟对低声压级声的人耳反应 它从实测声压中的第一倍频带内电子地减去大约27分贝 第二减去16分贝 第三减去8分贝 第四减去4分贝 这个标度严格地近似地表达了前图汇总低频段40分贝 1000赫兹等大小的转换线 B 标度加权网模拟人耳对中等声压级声的反应 它将实测声压在第一倍频带内电子地减去大约10分贝 第二减去5分贝 第三减去2分贝 B标度模拟了70分贝 1000赫兹等大小线的转换图形 因此 A标度加权网用来近似人耳对低声压级声的反应 B标度加权网用来近似人耳对中等声压级声的反应 单值A B C加权值 用分贝表示 在声测量中 通过倍频带记录用对数加权法计算得到 A B C加权网络 42 A加权网络 简单仪器的简单标度 常使用特定距离处的A加权声级 用来测量户外环境 自由场 相对无方向的声 A加权网模拟对低声压级的人耳反应 通过倍频带调节原始或平滑的数据 以尝试模拟人耳的感觉 B和C加权标度则使用较小的权重 用来标度高分贝 B标度为55到85分贝 C标度超过85分贝 的声 这时人耳感觉平化 43 GB T18836 2002风管送风式空调 热泵 机组噪音标准 44 GB T18430 2 2001户用和类似用途的冷水 热泵 机组 45 GB J118 88民用建筑隔声设计规范 46 NC曲线尝试表明对于宽带噪声 什么样直接的或未加权的声压级在每一个倍频带内相等 换句话说 落在每一个倍频带内相同NC曲线上的每一个声压级被认为具有相等的大小 通过使用NC声级 就可以表达不同类型建筑物或环境的可接受声级 NC曲线 NC曲线 音乐厅NC22医院NC30学校NC35办公室NC40餐馆NC45工厂NC65 354 7071414 2830 49 上中NC曲线上画出了一个前弯风机和一往复式压缩机的声压级 声压级通过使用描述一硬设备房间的 房间效果 值得到 风机声音集中在低频段 风机声分布图是风机类型 转速和叶片数目的函数 在这个例子中 叶片频率落在第四倍频带 图中还显示了八缸全封闭压缩机的倍频带声压级 压缩机声分布图明显与风机不同 这个特定压缩机的主要频率在第六个倍频带 在八个倍频带的任意一个中 落在最高NC轮廓上或其上面的声压决定了大小或噪声因子 在这种情况下 第四倍频带中的风机声级落在NC60轮廓线的上面 在NC61处 因此 认为风机具有NC61的标度 另一方面压缩机在第六倍频带内超过NC65曲线 在NC68处 则压缩机的NC标度为68 噪声标准NC曲线 50 评定方法的比较 评定方法 风机4 压缩机6 C级B级A级NC级 79 572 566 461 0 71 070 569 968 0 表示较低的声音级 51 当声音不受欢迎时 就变为噪声 干扰谈话干扰思考或集中思想防碍休息紊乱断续或统计上随机的声振荡 不需要的声音 可引申为在一定额段中任何不需要的干扰 如电波干扰 声何时变为噪声 52 平均背景声级 53 落在NC45曲线上50 1000 2000赫兹处的声级平均值为46分贝 NC45500HZ 1000HZ 2000HZ平均值为46dB男子 46dB 在12英尺内听到女子 46dB 在8英尺内听到 自助食堂的声音情况 分贝相加 0 0 5 1 1 5 2 2 5 3 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 DifferenceindBbetweentwolevelsbeingadded不同水平的分贝相加 dBtobeaddedtohigherlevel 55 例 一个设备房间 包括一个压缩机 并已知在距离10英尺的地方测到一个倍频带声压级 Lp 如果在10英尺处增加一个风机 则倍频带声压级将增加多少 风机的数据在声学相似的房间内也是10英尺的地方测得 注意 通常情况下 低于初始噪声情况时 超过10分贝级的相加不加入总的联合声级 例如 一个60分贝和一个50分贝的两个声音在同一个地方总和为60分贝 高的掩盖了低的声音 分贝相加 56 衰减 声在管道或环路中传播时的声能量的减少插入损失 如天花板一侧和接收者一侧的声功率的差别传声损失 通过墙壁 地板 或隔墙的传声损失 当材料相同时 传声损失主要是质量或重量的函数 质量越大隔声的效果越好 衰减 57 管道中的扰动产生的噪音称为再生噪音 噪音通常发生在弯管 支管 挡板或类似的地方 扰动由空气流动方向的急转弯或速度的相应静压损失引起 再生噪音 58 空气传播的声功率在声从一个受限区域进入大区域而产生 例如从管道进入房间 末端反射是指一定数量的低频声能量返回管道或空气处理设备的回风口 末端反射 59 用单一材料作成隔声墙时 在某频率以上 声能依然能原原本本地通过隔墙而失去隔声效果 这种现象称为吻合效应 这是因为壁面受到策动力作用要引起强制振动 在某频率以上 墙壁振动与声波频率相一致时 就形成一种共振现象 吻合效应 60 房间效应 房间效应 将声源 扩压器 处的声功率转换为房间里接收者位置的声压值 LP LW 房间效应 房间修正值 5logV 3logf 10logr 12dBV 房间容积 m3 f 8倍频程中心频率 Hz r 声源到接收者的平均距离 m 61 房间效果是一个计算值 表达了房间的声吸收特征 房间效果计算考虑了接收者到声源的距离 房间大小 结构材料和设备的声学特性 房间效果是进入房间的声能量 声功率 和房间内给定点的声压之间的关系 分贝的降低可以归于距离 设备 房间结构或几何的结合 在一个完全硬性的房间内 房间效果很少 房间效应 62 声吸收率 声吸收率是材料和目标吸收声能量的能力 这种能量以热能形式散掉 63 通过使用不同空气通道设计和大量声吸收材料 在空间限制不允许很长的声学处理管路时 吸声器或消声器被证明十分有用 在低频段吸声器有效性受到削弱 消音器 64 阻性消声器是利用吸声材料或吸声结构的吸声作用制成的消声设备 它对中高频噪声具有较好的消声效果 这种消声器是在管道内壁固定着多孔吸声材料 使入射在消声器上的声能部分地被吸收掉 以达到降低噪声的效果 声能之所以能被吸收 是由于吸声材料的多孔性和松散性 当声波进入孔隙时 引起孔隙中的空气和材料产生短小振动 由于摩擦和粘带阻力 使相当一部分声能化为热能而被吸收掉 阻性消声器 65 阻性消声器 沿着管道传播的噪声 由于吸声材料微孔内空气的粘滞作用 部分声能转化成热能而消耗掉 从而达到消声的目的 吸声材料直接铺贴在管道内壁上的 称管式消声器 吸声材料按一定方式排列的消声器有片式 折板式和声流式等结构 阻性消声器对中 高频噪声有显著的消声效果 对低频的消声作用较差 66 吸声结构 吸声结构 1 多孔型是用甘蔗渣压制板 石棉 玻璃纤维 泡沫塑料 泡沫混凝上等多孔型材解制风一碰到声波就使其孔中的空气振动 由空气和材料之间的摩擦及材料的振动损失而吸收能量 吸声系数一般低频时小高频时大 如果厚度大又与壁之间留有空气层 则低频特性就好 2 松软型由表面是膜状而内部是柔软多孔材料制成 受声波作用使材料本身产生振动 由材料的振动损失和与空气的摩擦而吸收能量 吸声系数最大值要比多孔型小但对低频部分吸声较好 3 板振动型是在坚硬壁前留有空隙地安装胶合板之类的振动轻型板构成的 也有在内部填充石棉等吸声材料的 受到声波作用产生板振动 由板内部损失和装设板的摩擦损失等而吸声 内部吸声材料能起到增大板损失作用 一般低频时吸声大 4 穿孔板型把钻有许多小孔的胶合板 板类 金属板等装设在壁前 留有间隙 孔部分与内部空气产生共振 在共振频率附近具有大的吸声 低频共振频率附近有良好吸声 如果填充吸声材料 那末对高频声也有吸声 5 单个共振腔型在共振频率附近非常狭窄范围内具有特别大的吸声 因此适用于特定频率成份的吸声 68 抗性消声器对低频的消声效果较好 主要是利用截面的突变 当声波通过突然变化的截面时 由于截面膨胀或缩小 部分声波发生反射 以至衰减 这样它的消声性能主要决定于膨胀比 m s1 s2 式中s1 原通道截面积s2 膨胀室的截面积 抗性消声器 69 抗性消声器 利用管道截面改变或旁接共振腔的办法制成的消声设备 主要有扩张室式和共振式两种 扩张室式消声器是管和室的组合 小室用管子连接起来 每一个带管的小室是声学滤波器的一个网孔 在管子中空气质量相当于电感 小室中的空气体积相当于电容 不同的管和室组合可以滤掉某些频率的噪声 共振式消声器由一个开有一定量小孔的金属板 或薄木板 和一个空腔组成 当声波传道该共振结构时 小孔孔颈中气体在声压作用下 象活塞一样地往复运动 由于颈壁的摩擦和阻尼 使一部分声能转变为热能而消耗掉 达到消声作用 每一个共振消声器有一个由孔颈 孔径壁厚和空腔所决定的固有频率 当声波频率与此固有频率相同时 发生共振 声能消耗最大 获得最大消声效果 抗性消声器对低频噪声有显著的消声效果 对高频噪声的作用较差 70 共振消声结构形式有以下几种 1 薄形板吸声共振结构 在板材的后面没有一定厚度的空气层 由板材和空气层组成一共振系统 即当声波入射到薄板上时 激起薄板的振动 振动的能量又转化为热能而消耗掉 2 单个空腔共振吸声结构 当声波传到该结构时 小孔孔颈个的气体在声波压力的作用下 像活塞 弹簧 一样地往复运动 这就组成了一个弹性系统 声波进入开孔孔颈时由于颈壁的摩擦和阻尼 使一部分声能变为热能而消耗掉 3 穿孔板共振吸声结构 实际就是单孔共振器并联组合起来的 它的消声原理与单腔共振结构相同 共振性消声器 71 宽频带复合式消声器 又名阻抗复合式消声器 它综合了阻性消声部分和抗性消声部分而组成的 宽频带复合式消声器 72 玻璃棉 玻璃棉具有容重小 超细 吸声 抗震性能好 富有弹性 并具有不燃 不霉 不蛀 不腐蚀等优点 用它作为消声器填充材料 不会因振动而产收缩 沉积 矿渣棉 矿渣棉是以矿渣或岩石为主要原料制成的一种棉状短纤维 矿渣棉与岩棉均具有较强的耐碱性 而不耐强酸 pH值为7 9 矿棉具有质轻 不燃 不腐 吸声性能优良等优点 其缺点是整体性差 易沉积 并对人体皮肤有刺激性 玻璃纤维板 玻璃纤维板的吸声性能比超细玻璃棉差一些 但防潮性能好 因施工操作时有刺手感 固一般不常采用 聚氨酯泡沫塑科 硬质聚氨酯泡沫塑料是开孔结构 富有弹性 是较理想的过滤 防振 吸音材料 在通风空调工程中应用 应具备自熄性 吸声材料 73 放在屋顶房间或中间层机械房间内的设备增加了结构产生的振动 这不仅导致振动的扰动 而且会引起在建筑物内远距离处能听到的再生噪音 正确振动隔离来防止潜在的噪音问题 建筑物结构足够坚固 否则不能正确的隔离 需要足够的质量作为设备的基础 轻质量结构和过度的地面曲率会导致噪音问题 采用重而厚的材料来隔绝声源 墙壁的材料密度越大 或厚度越厚或入射声波频率越高 则透射损失值就越大 所以选择隔声时尽可能选用重而厚的培才有效果 机械振动 74 机械噪声主要有基础 机座 管道等发出来的机械振动声 固体一般具有各种形变弹性 所以易传递各种形式波动而且弹性系数大 声速也大 因此具有有效传递被动的性质 在固体内传递的能量有时会在想不到之处 经发声机构转化为声能 要防止这类固体声有以下几种方法 1 隔绝固体内波动能的传递 2 途中吸收固体内的波动能 3 增大固体本身质量 4 避免与固体的固有振动频率相一致 5 缩小声辐射面面积 6 合理设计 正确安装 减少振动传递 固体声的声源控制措施 75 1 隔绝固体内波动能的传递 波动传送性质 媒质阻抗 在绝然不同材料的交界面上具有反射性质 如果固体面的反射系数较大 那么冲击固体的能量被反射回去 归还动能能量 而不易传入固体内部 因此用弹性不同的材料制成不连续结构能有效隔绝波动传递 76 2 途中吸收固体内的波动能 可有效利用缓冲材料 例如 在较厚的缓冲材料自由面上行走队会听不见脚步声 这说明应用弹性接头和扭曲阻尼等方法能有效地减少噪声 弹性接头有用橡胶和弹簧的 使用橡胶材料时能获得较小的扭曲弹性系