常规噪声治理技术 (general noice administer technology)

噪声治理中，通常采取的工程技术措施，包括吸声、隔声、消声、隔振与减振阻尼。主要应用于阻断噪声的传播。

吸声

利用可以吸收声能的材料或物体的特殊结构，吸收入射的部分声能，转化为其他能量，达到降低噪声目的的技术措施。

吸声主要应用于降低封闭或半封闭空间中的混响声，以及室外如隔声屏的设计等。前者如普通厂房，操作室等，其内表面一般都是由平整坚硬的材料(混凝土、砖等)构成。当室内声源发声时，人们除了听到由声源传来的直达声外，还会听到由室内表面一次和多次反射声叠加而形成的混响声，使室内接收者受到较室外同样声源更大的干扰。若在室内壁面布置或在空中悬吊吸声材料制成的吸声结构，便可减弱混响声，达到降噪的目的。吸声可使一般室内的噪声降低3～8dB(A)。

降噪量计算在靠近声源处，直达声占优势，吸声处理不起作用；在距声源一定距离之外，混响声占优势，吸声处理的各频带降噪量可按下式计算：

式中△L_P为某频带的吸声降噪量，dB；分别为室内吸声处理后与吸声处理前的该频带的平均吸声系数，无量纲。

式中S_i为室内第i种壁面材料所占的面积，㎡；i=1、2、3、…、n；α_1i为吸声处理前第i种壁面材料的吸声系数；α₂为吸声处理后第i种壁面材料的吸声系数。T₁、T₂分别为吸声处理前、后的同一频带的混响时间，S。混响时间是指当室内声场达到稳态后，声源突然停止发声，声压级衰减60dB所需要的时间。可实际测定或按下式计算：

式中S为室内各壁面的总表面积，㎡；V为房间的体积，m³。式(1)说明吸声处理前厂房内的平均吸声系数越小，吸声处理效果越好。一般小于0.2的厂房，吸声处理会有较好的效果。

吸声系数用来表示吸声材料吸声能力的大小，是材料吸收声能的百分率。α=E_t/E₀=(E₀-E_r)/E₀。E₀为入射声能，E_t为吸收声能，E_r为反射声能。工程上，一种材料的吸声能力常用125、250、500、1k、2k、4kHz6个倍频程的吸声系数来表示。用驻波管法(声波垂直入射)测得的吸声系数常记作α₀，称垂直入射吸声系数，测法简单；用混响室法(无规入射)测得的吸声系数称无规入射吸声系数，记作α_T，测定复杂，但较符合实际。两者可以互相换算，实际中应用α_T。

吸声材料与结构常用的类型有(见表1)：

(1)多孔吸声材料。如玻璃棉、合成化纤棉、矿渣棉、岩棉、聚氨酯泡沫塑料、膨胀珍珠岩等，以及上述各种材料的成型制品，如毡、板、砖或可供悬挂的空间吸声体等。主要适用于降低中、高频噪声。

表1 吸声材料类型及其吸声特性

(2)共振吸声结构。主要有薄板共振吸声结构和穿孔板共振吸声结构等。前者是将硬质纤维板、胶合板、石棉蛭石板等板材用龙骨固定在刚性壁(墙壁、天花板等)上，板材与壁面之间留有一定深度的空腔，多用于吸收低频噪声；穿孔板共振吸声结构的构造与薄板共振吸声结构相同，只是板材上钻有一定数量的小孔，穿孔率一般为0.5%～5%，孔径约有3～6mm，宜用于吸收中、低频噪声。共振吸声结构的吸声频带较窄，可采用在空腔中填放多孔吸声材料或使用多层穿孔板结构等方法展宽吸声频带。

(3)微穿孔板吸声结构、薄塑盒式吸声体等。前者为中国科学家马大猷等研制。结构与穿孔板共振吸声结构类似，只是板材为铝等金属薄板，板厚与小孔孔径皆在1mm以下，穿孔率约为0.5%～3%。吸声频带宽，吸声系数高，可用于吸收低、中、高频噪声。薄塑盒式吸声体系采用特制塑料薄片制成，有若干排塑料小盒固定于塑料基板上，每个小盒均为封闭腔体，为展宽吸声频带，每个小盒通常有两个体积不等的空腔。使用时，将塑料基板固定于刚性壁上即可。若在基板与壁面间留一定空腔更好。这种结构吸声系数也高，吸声频带也宽，可用于吸收宽带噪声。

隔声

利用构件将声源与接收者分开，阻隔空气传声，以减弱噪声对环境影响的技术措施。常用的隔声构件有砖和混凝土墙体，钢、玻璃、木板等制的隔声门、窗等。常用的隔声措施有利用上述隔声构件建造隔声间、隔声罩、隔声屏等。

隔声构件本身的隔声能力通常用透声系数τ和隔声量TL来表示。τ是透过隔声构件的声能与入射的声能之比。τ愈小，隔声能力愈高。TL定义为：TL=10lg(1/τ)。工程应用中经常以125、250、500、1K、2k、4kHz六个倍频程的隔声量，或六个倍频程隔声量的算术均值等来表示一个隔声构件的隔声能力。对于由不同隔声材料组成的组合墙(如有门、窗的墙)，它的隔声量由不同隔声材料的隔声量按下式计算求得，称做组合墙的平均隔声量，记做：

式(6)、(7)中为组合墙的平均透声系数，S_i为组合墙第i种隔声材料的面积，㎡；i=1、2、…、n。

隔声间在强噪声场合，用隔声构件隔出一个较为安静的工作环境，或者将大型噪声源设备，或者将多台噪声源设备密闭起来的房间状的隔声结构。墙壁一般为砖或混凝土或其他坚实材料建成，室内壁面进行吸声处理或悬挂空间吸声体，门、窗为隔声门、窗。门缝、窗缝及管线进出处均需注意密封，避免漏声。一般隔声问的降噪量为20～40dB(A)。适用于噪声源难治理或无必要一定治理的强声源车间，或为操作者提供良好的监控环境，或将强声源密闭起来。隔声间通风采用低噪声排风扇，并设置消声通道。

工厂中最常用的隔声间是将厂房的一端用隔墙与其他安装噪声源设备的部分分开(图1)，设为操作控制室。隔墙两边各频带的噪声降低量可用下式计算：

图1 发声室与接收室

式中NR为自发声室到接收室的噪声降低量，dB；L_p1、L_p2分别为发声室与接收室的声压级，dB；隔墙(一般为组合墙)的平均隔声量，dB；S_w为隔墙的面积，㎡；R₂为接收室的房间常数，㎡。房间常数R是表示该房间吸声状况的一个物理参数，，s是房间的总内表面积，㎡；是房间的平均吸声系数。

隔声罩 将强噪声源全部或局部封闭起的罩形隔声结构(图2)。隔声罩有活动型与固定型之分。罩壁一般用薄钢板制造，内涂阻尼材料，罩内壁面饰吸声层，吸声材料应有较好的护面层，并根据设备基座振动程度，考虑在罩壁与地板固定处是否需加橡胶垫、玻璃棉毡等隔振材料。罩体所有焊缝、拼缝及管线孔洞，应注意密封，避免漏声。隔声罩的主要优点是隔声效果好，降噪量一般可达10～30dB(A)，结构简单。主要缺点是设备通风散热与维修不便。适用于不需要经常维修的单台强噪声源设备，如电动机、柴油机、球磨机等。

图2 隔声罩

a-隔声罩安装示意；b-隔声罩壁构造示意

1-隔声罩壁壳；2-阻尼材料；3-吸声材料

4-玻璃布；5-穿孔护面板；6-隔振器

隔声罩各频带的插入损失可按下式近似计算：

式中IL为插入损失，dB。插入损失是指接收点在有无治理措施前后的声压级差值；为隔声罩壳的平均隔声量，dB；为隔声罩内壁面的平均吸声系数。

隔声屏在声源和接收者之间插入的屏状隔声结构。主要用来阻挡直达声的传播。它可使声波传播有一个显著的附加衰减，因而降低接收者所在的一定区域内的噪声影响。如果隔声屏本身的隔声量使透射声远小于衍射声，且长度足以避免声波的侧向衍射，在半自由声场中，点声源接收点和隔声屏的位置关系如图3所示时，若能满足d》r、r》h、d》h，隔声屏不同频带的降噪量可按下式计算：

△L=10lgN+13                                (10)

式中△L为隔声屏的减噪量，dB；N是菲涅尔数，无量

图3 隔声屏示意图

S-声源；B-屏障；R-接收点

纲，N=±(2δ/λ)，λ为声波的波长，m；δ为从声源到接收点之间最短衍射路径与直达路径之差，δ=[a+b-(r+d)]，m。N为负值时表示接收者可以看到声源的情况。一般隔声屏的降噪量约在5～20dB之间，实测最大降噪量为24dB。

隔声屏运用于降噪量要求不高，而声源设备散热要求高，又需人经常在近前监控等情况。在屏障的两面或朝向声源一侧加装吸声材料层，效果可更好。隔声屏的布置形式有图4所示等形式。

图4 隔声屏的几种布置形式

消声

消除空气动力性噪声的技术措施。消声使用的装置是消声器，它既能让气流通过又能够诮除空气动力性噪声，类型多样，主要有阻性消声器、抗性消声器、阻抗复合式消声器、微穿孔板消声器、节流降压消声器、小孔消声器、多孔扩散消声器。

阻性消声器将多孔吸声材料固定在气流通道内壁，或按一定排列方式固定在管道中，以降低气流噪声的装置。适用于降低中高频的宽带噪声。主要类型有直管式、片式、蜂窝式、折板式、弯头式、声流式和迷路式等消声器(图5)。消声器使用的吸声材料与护面层材料应根据气流管道中的使用条件(风速、温度、水分含量、腐蚀性等)进行选择。阻性消声器具有设计简单、易于制做、压力降小、性能比较可靠等优点。一般多用在风机的进排风通道上。消声量约为10～20dB/m。

图5 阻性消声器主要型式及其消声频谱特性

直管式消声器的声衰减量可由下式计算：

△L=Φ(α₀)(P/S)i                             (11)

式中△L为声衰减量，dB；Φ(α₀)为消声系数，是多孔吸声材料的垂直入射吸声系数α₀的函数，换算关系见表2。P为气流通道上吸声材料的饰面周长，m；S为气流通道的横截面积，㎡；i为消声器的有效长度(有吸声材料饰面部分)，m。

表2 消声系数Φ(α₀)和吸声系数α₀的函数关系(经验值)

若消声器通道截面相对较大，高频声波呈束状直接通过，与吸声材料很少或不完全接触，消声量就会明显下降，称作高频失效。消声量开始明显下降的频率称作上限失效频率，可按下面的经验式计算：

f_上=1.85（c/D）                              (12)

式中f_上为上限失效频率，Hz；c为管道中的声速，m/s；D为通道直径(圆管)或管道截面边长平均值(矩形)。

抗性消声器利用改变气流通道的截面积或旁接共振腔、支管，使声波产生反射、共振或干涉，达到消声目的装置。适用于降低中低频噪声。主要类型有扩张室式、共振式与干涉式消声器(图6)。有耐高温与耐腐蚀，不怕气流冲击和振动，不怕油污、灰尘的优点；但压降较大。一般多用在空压机的进排气口与内燃机的排气口上。消声量一般可达10～20dB。

图6 抗性消声器主要类型及其消声频谱特性

阻抗复合式消声器阻式与抗性消声器的复合式结构(图7)。特点是消声量高，消声频带宽，但消声量计算较复杂，一般靠实验测得。

图7 几种阻抗复合式消声器构造示意

a-共振-阻性；b-扩张-阻性；c扩张-阻性；d-阻性-共振

微穿孔板消声器用金属微穿孔板固定在气流管道中制成的消声器(图8)。20世纪60年代，由中国科学家马大猷等研制。主要优点有消声量高，消声频带宽，压力损失很小，耐高温及短暂火焰喷射，耐气流冲击，不怕潮湿。主要缺点是不耐灰尘。消声量一般可达15～30dB。适用于消除空调风机、鼓风机、燃(气)轮机、内燃机等进、排气口噪声。

节流降压消声器利用节流降压原理制成的消声

 

图8 微穿孔板消声器

器。一般用于喷气噪声的治理。根据喷气量的大小，设计通流面积，使高压气体通过节流孔板时，压力降低。因喷气噪声的声功率级与气体压力降的高次方成正比(见工业噪声)，若用多级节流孔板串联，使原来的一次降压变为逐步降压，便可使辐射的噪声大大降低。节流降压消声器的消声量约为15～25dB(A)。具有结构简单、降噪效果好的优点，但耗用钢材较多。

小孔消声器利用喷气口直径变小、喷气噪声峰值频率移向超声频(见表3)的原理制成的消声器。适用于降低各种空气动力设备或高压容器的排气噪声。结构为一根直径与排气管直径相等、管壁上钻有很多小孔而末端封闭的管子(图9，a)。小孔直径应不大于5mm，且愈小，消声效果愈好，宜用1～3mm。开孔总面积需比原排气管口总面积大1.5～2倍，孔间距B宜为B=d+6(d^1/2)(d为小孔直径)。小孔消声器具有设计理论严谨，设计消声值与实测值基本符合，消声器结构简单，消声量高，耗钢材少、重量轻等优点。实际使用中，往往采用节流降压与小孔喷注相结合的节流降压小孔复合消声器，可获得约30～45dB(A)的消声量(图9，b)。

图9 小孔消声器及其复合式消声器

a-小孔消声器；b-节流和小孔喷注复合式消声器结构例

表3 喷口直径与喷注噪声的峰值频率

多孔扩散消声器根据气流通过多孔装置扩散后，速度或驻点压力降低的原理制成的消声器(图10)(见工业噪声)。制做多孔装置的材料一般为粉末冶金材料、多孔陶瓷或多孔塑料、多层金属丝网等。消声量高，约达30～50dB(A)。适用于降低高压设备、风动工具等排放气体的喷气噪声控制。具有制做简易、消声量高、性能可靠的突出优点，但微孔易堵塞，使用中要定期清洗。

图10 多孔扩散消声器

1-气流通道；2-粉末冶金(或其他多孔材料)管壁；3-堵板

小孔消声器与多孔扩散消声器均为中国科学家马大猷等所研制。

隔振

阻断或减弱固体传播振动的技术措施。

隔振可以有效地减弱振动的传递与固体声的传播。主要声源设备的振动通过与其直接接触的刚性固体(如基础、楼板、墙壁等)进行传播，尔后通过空气辐射出的声音是固体声(图11)。振动在固体中传输的能量损失很小，因而危害程度高、影响范围大。尤其是装在楼上厂房里的运转设备，其噪声与振动不仅干扰

图11 车间固体噪声的干扰

本车间，特别会影响到楼下及相邻房间。在运转设备基座与基础之间加装弹性支座(钢弹簧、橡胶垫等)，将原来设备与基础间的刚性联接变为弹性联接(图12)，依靠其对冲击力的缓冲作用与支座本身的阻尼，可以减弱振动能量的传递，达到隔振的目的。隔振适用于产生较强振动或冲击的设备，如锻锤、振捣台、冲床、球磨机、风机、空压机、水泵等。

图12 隔振类型

a-积极隔振；b-消极隔振

隔振的类型有三种。(1)积极隔振。是直接减弱从振源传递到基础的振动(图12，a)。(2)消极隔振。减弱从基础传递到怕振的人、机器、仪表等的振动(图12，b)。

隔振设计隔振设计一般按下述步骤进行：

(1)确定所需的振动传递比(传动系数)或隔振效率。振动传递比与隔振效率的定义分别是：

式中T与η分别为隔振系统的振动传递比与隔振效率。隔振器为安装在机器设备与基础之间的弹性支座。

振动传递比或隔振效率根据环境振动与噪声标准的要求，估算或实测得到的需隔振设备(地点)的振动水平，机器设备的型号、规格等具体情况确定。

(2)确定隔振系统的固有频率、静态压缩量和频率比。根据设备的扰动频率、已确定的振动传递比，可由式(15)计算隔振系统所需的固有频率：

式中f为机器设备的扰动频率，Hz，一般取设备的最低扰动频率(如风机类为轴的每秒转数)；f₀为隔振系统的固有频率，Hz。f/f₀为频率比，其值宜在2.5～5的范围，绝不能接近于1，否则将会形成共振，对环境造成更大影响，并损坏设备。式(15)由简单隔振系统(无阻尼、单向自由振动系统)导出，可适用于一般工程设计的近似计算。

在建立机器设备的隔振系统时，通常先在设备的原机座下附加一质量块，在质量块下方再安装隔振器(图13)。特别是当设备与驱动电机不能组成一个单元时，可用质量块作为公共机座。质量块一般用钢筋混凝土制成。作用是增加系统的质量，降低固有频率，提高隔振效果。并可以使系统的重心降低，增加稳定性。通常质量块是设备重量的3～5倍。

图13 隔振系统装置例

隔振元件在设备总重量(包括机组、机座、附加质量块)下的静态压缩量与隔振系统的固有频率有如下关系：

f₀=5(d/δ)^1/2                              (16)

式中d为动态系数(隔振元件的动、静刚度之比)，钢弹簧类理想弹性材料取1.0；非理想弹性材料如橡胶类可取2.0～2.8。δ为隔振元件在设备总重量下的静态压缩量，cm。确定δ时，还须考虑设备的稳定性及操作的方便等要求。

(3)确定隔振元件的荷载、型号、规格与数量。隔振元件承受的荷载应根据设备的总重量、动态力影响及安装时的过载等具体情况确定。设计时，根据隔振系统的固有频率、频率比及静态压缩量、恰当的支点数目(一般为4～6个)、隔振元件的荷载、设备的具体工作条件(如温度、湿度、油污等状况)等选购或设计合适的隔振元件及数量。

在隔振系统确定之后，还需对上述隔振参数进行验算，并对隔振降噪的效果进行估算。对于楼板上的隔振系统，其楼下车间内的隔振降噪量可用下式估算：

△L_P≈△L_V≈-20lgT              (17)

式中△L_P为隔振前后楼下房间内声压级的改变量，dB；△L_V，为隔振前后楼板振动速度级(见振动测量)的改变量，dB。

对于多向隔振或隔振效率需非常高或冲击与周期性振动联合产生强迫运动的隔振均需进行周密的计算。

隔振器为阻断或削弱设备与基础间等的振动的传递而采用的弹性支撑(或连接)元件(图14)。

图14 常用隔振器类型

a-弹簧隔振器；b-弹簧与橡胶组合；

c-橡胶隔振器；d-肋形橡胶垫；e-平扳橡胶垫

设计或选用的隔振器需具有下述功能：

(1)产生弹性变形，提供所需的隔振能力，具有满足使用条件的隔声特性(如固有频率、静态压缩量、动静刚度的关系、阻尼等)；

(2)承受规定的荷载；

(3)适应一定的工作环境(温度、湿度、腐蚀性流体等)，满足对隔振器重量与体积的要求。

按照制做材料，隔振器基本可以分为五类：

(1)钢弹簧隔振器。主要优点是静态压缩量大。固有频率低，低频隔振效果好；承载能力大；耐温、耐水、耐油等的侵蚀，不会老化或蠕变，隔振性能可靠；应用范围很广。主要缺点是金属本身阻尼小，设计或使用不当易发生共振，易沿钢丝传递高频振动与发生摇摆运动。为克服上述缺点，采取附加阻尼措施。如使用弹簧一橡胶复合减振器，或将弹簧浸没在油罐里，或在底部与顶部垫入高阻尼橡胶及毛毡等材料。

(2)橡胶类隔振器及隔振垫(图14)。主要优点是隔振(在高频时)效果良好，阻尼大，即使在共振时也不致造成过大振动；稳定性好，不易晃动，厚度小且安装方便；价格低廉；可制作各种形状与不同刚度、剪切成不同尺寸的隔振器与垫，隔振垫还可重叠使用，以增大荷载量。与钢弹簧相比较其主要缺点是固有频率较高，荷载能力较小，温度适用范围较小(为-5～50℃)，在重载下会有较大蠕变(在高温下)，不耐油污、臭氧等侵蚀，易老化。橡胶类隔振器及隔振垫适用于中小型及室内机器设备与仪器的隔振。

(3)玻璃纤维板。主要优点是隔振效果良好、施工安装方便、价廉易得、防火耐腐蚀等。但受潮时，隔振效果会受影响。主要用于负载不大的设备减振。

(4)软连接管。有橡胶软接头、帆布软接管、金属软管等，用于阻断或削弱沿管路传递的振动(图13)。

(5)隔振沟。在振动传播的路径上挖沟，以隔断振动的传播。为兼顾隔振需要与施工方便，沟深可取波长的1/4～3/4，沟宽取波长的1/20，一般取10cm。沟内以不填材料为佳，必要时填些松散的锯末，膨胀珍珠岩等。其他还有可做为隔振器的材料有矿渣棉毡、工业毛毡、软木等。

阻尼减振

在金属部件(主要是薄的金属板壳)表面紧贴或喷涂一层高阻尼材料，以抑制金属部件的振动强度，并将振动的能量转化为热能的技术措施。

阻尼减振被广泛应用于机器防护壁、输气管道、隔声罩、飞机壳体等的减振降噪。

金属板壳振动时，所贴(涂)阻尼材料内部分子也不断发生相对位移，因其内摩擦阻力很大，使振动能大为损耗，转化为热能，同时阻尼层的刚劲抑制了金属板的弯曲振动，因而起到减振降噪的作用(图15)。

图15 阻尼减振涂层示意图

a-自由阻尼层；b-约束阻尼层

阻尼层与金属板的结合常用两种方法：

(1)自由阻尼层。将阻尼层粘涂在金属板的一面或两面(图15)，这种方法工艺简单、费用较低。

(2)约束阻尼层。在上述自由阻尼层的外面覆盖一层金属薄片，以增加抑制振动的能力。此法减振效果好，但成本较高。

常用阻尼材料有沥青、软橡胶及用多种高分子材料配合组成的阻尼浆。阻尼浆主要由基料、填料、溶剂三部分组成。基料是其中起阻尼作用的主要材料。如沥青、橡胶、树脂等；填料是帮助增加阻尼、减少基料用量以降低成本的材料。如膨胀珍珠岩、软石粉、石棉纤维等；溶剂是溶解基料、防止干裂的辅助材料。如矿物油、植物油等。一般认为损耗因数至少在10^-2数量级，并可与金属紧密粘附的材料方可作为减振阻尼材料使用。为了使用方便，亦有制成阻尼片者，可直接粘贴于金属板壳上。