噪声的控制主要有三个方面:声源处根治、传播路径上控制以及接受处采取防护措施。本文主要对噪声传播路径上的控制措施进行简单介绍,包括吸声、隔声和消声等内容。
一、吸声
人们在普通房间里听到的声音,除了由声源直接通过空气传达的直达声外,还有由房间的墙面、地面以及其他设备经多次反射而来的反射声,即混响声。混响声的叠加作用会使声音强度提高。
当在房间内装设吸声结构后,声波投射到其表面时,部分声能就会被吸收,从而使得反射声减少,总的声音强度降低。这种利用吸声材料和吸声结构来降低室内噪声的技术,称为吸声。
声波入射到材料表面时,被材料吸收的声能与入射声能的比值称为吸声系数,可用来表征材料的吸声性能。一般材料的吸声系数在0.01~1.0之间,数值越大表明材料的吸声效果越好,通常把吸声系数大于0.2的材料称为吸声材料。吸声系数的大小与材料的物理性质、声波频率及声波入射角度有关。
实践表明,多孔吸声材料对于高频声有较好的吸声能力,但对低频声的吸声能力较差。为此,人们利用共振原理制成了一些吸声结构,如薄板共振吸声结构、穿孔板共振吸声结构等。
需要说明的是,利用吸声材料来降低噪声是有一定条件的。吸声材料只吸收反射声,对声源直接发出的直达声不起作用。所以,通常其降低的噪声值不超过10dB,只适用于有限空间内的降噪处理。
二、隔声
利用木板、墙体、隔声罩等部件将噪声源与接收者分割开来,使噪声在传播途径中受到阻挡以减弱噪声传递的方法称为隔声。
噪声按传递方式可分为空气声和固体声,但通常任何接收位置上都包含了两种传声的结果。对于空气声,常用重而密实的构件隔离;对于固体声常用隔振的措施,如通过弹簧、橡胶或其他弹性垫层进行隔离。这里重点阐述空气声的隔声。
声波在传播路径中遇到一个边界很大的屏障时,其能量一部分被屏障反射,一部分被材料吸收,还有一部分会透过屏障传到另一侧。设入射到屏障的总声能为W,反射声能为Wr,被材料吸收的声能为Wa,透过的声能为Wt,则它们的关系为:
W=Wr+Wa+Wt
吸声是将吸声材料附在屏障上,当声波入射到其表面时,依靠材料的吸声作用减少声反射,从而降低噪声;隔声是用隔声结构将噪声隔挡,减弱噪声的传递,使吵闹的噪声环境与安静的环境隔开。隔声能力可用透声系数τ表示,定义如下式所示:
τ=Wt/W
τ值越小,表示透过材料的声能越小,说明材料的隔声能力越好。一般情况下,材料的τ值都很小。
隔声与吸声的主要区别包括以下几个方面:
1、降噪机理不同。隔声是利用隔声结构的隔挡作用减弱声透射,吸声是利用吸声材料的吸声作用减弱声反射;
2、降噪措施的关注点不同。吸声关注的是屏障反射回来的声能大小,反射声越小,则吸声效果越好;隔声关注的是透过屏障的声能大小,透过声越小,则隔声效果越好;
3、两者所用的材料不同。吸声多用轻而疏松的材料,隔声多用重而密实的材料。
三、消声
消声是指通过消除声音来源或者阻止声音传播的方式来减少噪音的方法,最主要的应用就是消声器。
消声器是一种阻止声音传播而允许气流通过的机构,是降低空气动力性噪声的常用装置。评价消声器性能的指标是消声量,主要有两种表达形式:插入损失和传递损失。
插入损失定义为系统中接入消声器前后,在系统外某点测得的声压级的差值;传递损失是消声器入口处和出口处声功率级的差值,其与反映构件隔声性能的透射损失的意义相同(消声器也可以看作一个隔声构件)。
消声器的型式有很多,包括阻性消声器、抗性消声器、阻抗复合型消声器等。
1、阻性消声器。也称吸收消声器,是利用吸声材料的吸声作用,使沿通道传播的噪声不断被吸收而衰减的装置。把吸声材料固定在气流通过的管道壁面,或按一定方式在通道中排列起来就构成了阻性消声器。其消声原理是:当声波进入消声器后,便引起其中多孔材料中的空气和纤维振动,由于摩擦阻力和粘滞阻力,使一部分声能转化为热能耗散掉,起到消声作用。
阻性消声器对中高频范围内的噪声具有较好的消声效果。
2、抗性消声器。也称反应消声器,是由声抗性元件组成的消声器。声抗性元件是对声压的变化、声振速度变化起反抗作用的元件,它们不消耗声能,但可储存和反射声能。抗性消声器的特点是:不使用吸声材料,而是在管道上连接截面突变的管段或旁接共振腔,利用声阻抗失配,使某些频率的声波在声阻抗突变的截面处发生反射、干涉等现象,从而达到消声的目的。
抗性消声器对低中频范围的噪声具有较好的消声效果。
3、阻抗复合型消声器。是将阻性消声部分与抗性消声部分串联组合而成的消声器,一般抗性在前、阻性在后,即先消低频声,再消高频声,总消声量可认为是两者之和,但并不是简单的叠加关系。
阻抗复合型消声器兼有阻性和抗性消声器的特点,可以在低、中、高的宽广频率范围获得较好的消声效果。
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