工業(yè)設(shè)備噪聲幾乎是工業(yè)企業(yè)的噪聲源,有些設(shè)備噪聲比較高,比如發(fā)電機(jī)噪聲、高壓風(fēng)機(jī)噪聲、空壓機(jī)噪聲、粉碎機(jī)噪聲、除塵機(jī)噪聲、羅茨風(fēng)機(jī)噪聲、振動(dòng)盤噪聲等等,但凡超過國家規(guī)范的噪聲源都需要進(jìn)行合理的噪聲治理。 在工業(yè)設(shè)備噪聲治理的方法上,并沒有固定一成不變的降噪方式,因?yàn)樵肼曋卫硎且粋€(gè)系統(tǒng)工程,需要考慮到聲功率、散熱、管道風(fēng)速、距離受聲點(diǎn)遠(yuǎn)近、維修空間等等諸多因素,由聲學(xué)工程師針對(duì)實(shí)際情況制定一個(gè)合理的噪聲治理方案。所以,我們可以看出,即便是同一種設(shè)備,比如羅茨風(fēng)機(jī),安裝在不同的位置,使用在不同的場(chǎng)景,其噪聲治理的方法都有可能不同:比如某些場(chǎng)景只要采用安裝聲屏障的方式能達(dá)到設(shè)計(jì)降噪目標(biāo),有些場(chǎng)景可能采用安裝隔聲罩的方式降噪,有些場(chǎng)景可能需要隔聲罩、消聲器組合的方式進(jìn)行降噪。所以,有些客戶會(huì)容易陷入一個(gè)誤區(qū),即認(rèn)為噪聲治理的方案都是固定不變的,別人家是那樣降噪的,我們也得那樣降噪——這是一種不務(wù)實(shí)的想法。 工業(yè)設(shè)備的類型有千萬種,但是噪聲治理的思路和基本方法都是相同的,我們只要掌握了核心的理論知識(shí),結(jié)合豐富的實(shí)操經(jīng)驗(yàn),理論上都能解決任何工業(yè)設(shè)備的噪聲降低到設(shè)計(jì)數(shù)值。 以下針對(duì)工業(yè)設(shè)備的噪聲治理進(jìn)行通用性的闡述(一個(gè)符合實(shí)際的工業(yè)設(shè)備噪聲治理方案是需要聲學(xué)工程師現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地勘察、仔細(xì)計(jì)算、制定出合理的方案) |
噪聲源性質(zhì)分析
我們姑且不去討論某種單一類型的工業(yè)設(shè)備,機(jī)械設(shè)備的噪聲發(fā)生機(jī)理大部分是相同的,無論何種設(shè)備,只要正確認(rèn)識(shí)其共性,在降噪措施設(shè)計(jì)中有針對(duì)性即可。
噪聲產(chǎn)生的機(jī)理有機(jī)械噪聲、空氣動(dòng)力噪聲和電磁噪聲等幾大類。
機(jī)械噪聲:是設(shè)備在運(yùn)行時(shí)由機(jī)械部件產(chǎn)生的摩擦、振動(dòng)、撞擊產(chǎn)生的噪聲;
空氣動(dòng)力噪聲:是氣流產(chǎn)生的頻率混雜、毫無規(guī)則、振幅不均勻的噪聲;1952年,萊特希爾(Lighthill)在英國學(xué)會(huì)會(huì)刊上發(fā)表了一篇研究流體發(fā)聲機(jī)理的論文,標(biāo)志著氣動(dòng)聲學(xué)誕生。在氣動(dòng)噪聲中,主要有三個(gè)階次的噪聲源,即單極子,偶極子,四極子。
電磁噪聲:電磁噪聲源于電磁振動(dòng),而電磁振動(dòng)則由電機(jī)氣隙磁場(chǎng)作用域電機(jī)鐵芯產(chǎn)生的激振力所激發(fā),氣隙磁場(chǎng)中高次諧波相互作用產(chǎn)生周期性的電磁力,導(dǎo)致定子鐵心周期性徑向變化從而產(chǎn)生電磁噪聲。
以下針對(duì)工業(yè)設(shè)備的噪聲治理進(jìn)行通用性的闡述(一個(gè)符合實(shí)際的工業(yè)設(shè)備噪聲治理方案是需要聲學(xué)工程師現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地勘察、仔細(xì)計(jì)算、制定出合理的方案)
噪聲治理的方法
噪聲治理的方法有很多,但可以分為幾類:吸聲、隔聲、減振、阻尼、有源降噪等
降噪原理:噪聲聲波通過介質(zhì)或入射到介質(zhì)分界面上時(shí)聲能減少的過程。當(dāng)噪聲在空氣中傳播時(shí),由于空氣質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)產(chǎn)生的摩擦作用,將聲能轉(zhuǎn)化為熱能從而導(dǎo)致聲音逐漸衰減的現(xiàn)象,叫做空氣吸收。當(dāng)介質(zhì)表面為材料時(shí),材料的吸聲是由于粘滯性、熱傳導(dǎo)和分子吸收從而將聲能轉(zhuǎn)化為熱能消耗掉。
吸聲:通常用于解決噪聲的反射混響聲能,吸聲性能取決于材料的吸聲系數(shù)。吸聲材料大部分是多孔材料,但一些薄板材料比如薄木板、鐵板同樣能起到吸收低頻的作用,通常在劇場(chǎng)、錄音棚里會(huì)采用薄板共振的方式吸收低頻。
隔聲:通常用于噪聲的傳播路徑上降低噪聲聲能,隔聲性能取決于材料的質(zhì)量密度。但并不是簡單的材料堆砌就能起到好的降噪效果,比如厚度相同發(fā)兩塊鋼板并起來,隔聲量僅提高6分貝;因此聲學(xué)工程師的使命之一是研究使用不同組合的輕質(zhì)材料,使得隔聲量大幅提升。
減振:通常用于降低噪聲源由于振動(dòng)而引發(fā)的噪聲傳遞。通常金屬彈簧對(duì)中低頻有比較良好的減振效果,橡膠減振墊對(duì)高頻有比較好的減振效果。所以二者通常結(jié)合一起使用,從而有效降低全頻段的噪聲振動(dòng)。
阻尼:通常用于噪聲源表面振動(dòng)而激發(fā)的振動(dòng)輻射噪聲,安裝阻尼材料將有效抑制振動(dòng)的幅度,從而將降低噪聲聲能。
有源降噪:有源降噪的原理是采集噪聲源的聲頻信號(hào),通過處理器運(yùn)算激發(fā)信號(hào)發(fā)聲器產(chǎn)生一列振幅相同相位相反的聲波,與噪聲源的聲波相互抵消從而達(dá)到降噪的目的。這項(xiàng)技術(shù)有廣闊的應(yīng)用前景,但目前的技術(shù)只能在低頻部分有比較好的效果,在中高頻效果比較差,而且對(duì)空間環(huán)境的要求有一些局限性。有源降噪耳機(jī)有比較好的降噪效果,但在開放的空間復(fù)雜的噪聲源的場(chǎng)景,效果有限。
消聲器:通常用于風(fēng)機(jī)管道降噪,當(dāng)氣流通過消聲器時(shí),聲波與消聲器內(nèi)表面材質(zhì)接觸,引發(fā)多孔材料內(nèi)的空氣質(zhì)點(diǎn)振動(dòng),從而將聲能轉(zhuǎn)化為熱能消耗掉。消聲器分為阻性消聲器、抗性消聲器,阻抗復(fù)合式消聲器等。用途較廣的時(shí)阻性消聲器,其降噪性能與風(fēng)速、消聲器截面積、長度、填充吸聲棉的吸聲系數(shù)等因素有關(guān)。
聲屏障:城市高架橋或者高速公路、鐵路兩側(cè)經(jīng)常使用聲屏障用于降噪。但聲屏障僅在聲影區(qū)有降噪效果,一般不會(huì)超過20分貝。在廠界降噪中,也常用于冷卻塔、大面積、噪聲數(shù)值不是很高的噪聲源上降噪。需要注意的是,聲屏障的計(jì)算極其重要,稍不注意就會(huì)導(dǎo)致效果不達(dá)標(biāo)。