冶金企业环保：控制噪声传播途径！

噪声在传播过程中，其强度是随距离的增加而逐渐减弱的，因此，在城市、工厂的设计时进行合理布局，做到闹静分开，把高噪声的设备同低噪声的设备分开，利用噪声在传播途径上的自然衰减，可以减少噪声的污染。

5.2.2.1　噪声的吸收

由于室内声源发出的声波将被墙面、顶棚、地面及其他物体表面多次反射，因此室内声源的噪声级比同样声源在露天的噪声级高。如果用吸声材料装饰在房间的内表面，或在室内悬挂空间吸声体，房间内的反射声就会被吸掉，房间内的噪声级就会降低。这种控制噪声的方法就称为吸声。

吸声材料用的是一些多孔、透气的材料，如玻璃棉、矿渣棉、泡沫塑料、毛毡、吸声砖、木丝板、甘蔗板等。吸声材料之所以能吸声，是由于声波进入多孔材料后，引起材料的细孔和狭缝中的空气振动，使一部分声能由于小孔中的摩擦和黏滞阻力转化为热能被吸收掉。吸声材料对于高频噪声有很好的效果，对于低频噪声，吸声材料不是很有效。为了增加低频噪声的吸收，就得大大增加材料厚度，这在经济上是不合适的。因此，对于低频噪声，往往采用共振吸声的方法加以控制。

最常见的共振吸声结构是穿孔板共振吸声结构。在金属板、薄木板上穿一些孔，并在它后面设置空腔，这就是最简单的吸声结构。穿孔板吸声结构既省钱又简便，但有一个缺点，就是它有较强的频率选择性，吸声频带比较窄。为了克服这个缺点，近年来研究出一种微穿孔板吸声结构，它能在较宽的频率范围内有较好的吸声效果。

吸声结构多用在室内墙壁、天花板是光滑坚硬材料、室内混响声较强的场合，一般可以降低噪声5～10dB。

5.2.2.2　噪声的消声

通常将高速气流、不稳定气流，以及由于气流与物体相互作用产生的噪声称为空气动力性噪声。消声是消除空气动力性噪声的方法。消声器则是一种既能让气流通过，又能消除空气动力性噪声的设备。一般安装在进气口、排气口或气流管道上，消声量可达10～40dB。由于工业噪声中有相当部分是空气动力性噪声，因此，消声器在噪声控制中得到广泛的应用。好的消声器应当是消声量大，空气动力性能好（即阻力损失小），结构性能好（坚固耐用、体积小），这三者是缺一不可的。

消声器结构形式很多，按消声原理可分为阻性消声器、抗性消声器和阻抗复合式消声器，以及我国近年研制成功的微穿孔板消声器、小孔消声器和多孔扩散消声器。

A　阻性消声器

阻性消声器是利用吸声材料消声的。把吸声材料固定在气流流动的管道内壁，或者把它按一定方式在管道内排列组合，就构成阻性消声器。当声波进入阻性消声器，一部分声能被吸声材料吸收，就起到消声作用。

图5-1所示为直管式阻性消声器示意图，其结构简单，阻损小，对小流量的空气动力设备消声特别适用。大流量的空气动力设备，管道截面很大，如果还用管式消声器，波长很短的高频声波以窄声束传播，很少或根本不与吸声材料接触，消声效果就会大大下降。为了解决这一矛盾，常常把消声器做成蜂窝式、片式、折板式和声流式。图5-2所示为折板式消声器示意图。

图5-1　直管式阻性消声器示意图

图5-2　折板式消声器示意图

阻性消声器的优点是能在较宽的中高频范围内消声，特别是对刺耳的高频噪声有显著的消声作用；缺点是在高温、水蒸气，以及对吸声材料有侵蚀作用的气体中使用寿命短，对低频噪声消声效果较差。

B　抗性消声器

抗性消声器是根据声学滤波原理设计出来的。抗性消声器是依靠气流通道截面的改变和在气流通道旁边加支管等引起声能的消耗，从而取得消声效果的。常用抗性消声器的类型有膨胀室式、插入管式、共振腔式与干涉式等。这类消声器的阻力与其结构有很大关系，其中，插入管式与共振腔式阻力相对较小。抗性消声器主要用来消除低、中频噪声。汽车、摩托车、内燃机的消声器就是抗性消声器。图5-3所示为用于汽车消声的抗性汽车消声器的示意图。

抗性消声器的优点是结构简单、耐高温、耐气体侵蚀；缺点是消声频带窄，对高频消声效果差。

图5-3　抗性汽车消声器示意图

C　阻抗复合式消声器

阻性消声器对中、高频噪声的消声效果较好，而抗性消声器对低频噪声的消声效果较好，因此，在很多需要宽频带消声的情况下，可将这两种消声器组合起来使用，这种组合的消声器称为阻抗复合式消声器。这类消声器的消声效果并不是阻性消声器和抗性消声器这两种消声器消声量的简单总和。它是既有吸声材料又有共振腔、扩张室一类滤波元件的消声器，这种消声器消声量大，消声频率范围宽，因此得到广泛应用。

D　微穿孔板消声器

阻抗复合消声器也有不耐高温、怕水蒸气的缺点。为了在一个较宽的频率范围内消除空气动力性噪声，同时又使消声器具有耐高温、耐潮湿和防止气体侵蚀的性能，近年来，出现了微穿孔板消声器。微穿孔板消声器可以在一个较宽的频率范围内具有良好的消声效果，同时，它的阻损小，耐高温和气流冲击，不怕油雾和水蒸气，施工、维修都很方便。

将金属微穿孔板以适当方式布置在气流管道中便制成了微穿孔板消声器。这种消声器消声频带宽，可用于消除高、中、低频不同的噪声，并且阻力小，能耐高温与气流冲击，只是不宜用于粉尘多的地方。

E　小孔消声器和多孔扩散消声器

将一根直径与排气管直径相等的管子末端封闭，四壁钻上许多小孔（孔径一般为1～3mm），便构成了一个小孔消声器。将不同直径的小孔消声器套合使用，便可达到30～40dB的消声量。因此，它适用于各种排气、放空的高强噪声（又称为喷注噪声）源，如火电厂的锅炉排气、炼铁厂的高炉放风、化工厂各种工艺气体的排放以及各种风动工具的排气等。小孔消声器与多孔扩散消声器均有结构简单、体积小、质量轻、造价低、消声量大的特点。这两种消声器和微穿孔板消声器都是我国研制的新型消声器。

5.2.2.3　噪声的阻隔

控制噪声的另一个办法是隔声。在许多情况下，可以把发声的物体或需要安静的场所封闭在一个小的空间中，使它与周围环境隔绝，这种方法称为隔声。典型的隔声措施是使用隔声罩、隔声间、隔声屏。(www.xing528.com)

隔声罩由隔声材料、阻尼涂料和吸声层构成。隔声材料可以用1～3mm的钢板，也可以用较硬的木板。钢板上要涂一定厚度的阻尼层，防止钢板产生共振。吸声层可用玻璃棉或泡沫塑料。

北京耐火材料厂球磨机在工作过程中产生强烈的机械噪声，单机运转时噪声为112dB，噪声尖锐刺耳。当采用了隔声罩后，车间噪声由112dB降低到86dB（每降低10dB，人感觉响度降为原来的1/2），大大改善了工作环境。

在高噪声车间（如空压机站、柴油机试车间鼓风机旁），需要一个比较安静的环境供职工谈话、打电话或休息，常采用建立隔声室的办法。

隔声室要采取隔声结构，并强调密封。此外，室内还要做吸声处理，为了换气还有必要加设通风设备，并在通风的进出管道上加装消声器。对于土木结构的隔声室，隔声效果主要取决于门和窗的处理。在设计门窗结构时，要特别注意门与门框、窗与窗框的结合要密封。一般隔声窗多采用3mm或5mm厚双层玻璃固定窗，门多采用双层木门。

隔声屏主要用在大车间或露天场合下隔离声源与人集中的地方。如在居民稠密的公路、铁路两侧设置隔声堤、隔声墙等。在大型车间设置活动隔声屏可以有效地降低机器的高、中频噪声。

5.2.2.4　其他控制噪声的方法

A　隔振与阻尼

a　隔振

机械设备运转时，机体会产生振动。这种振动能够通过机座传递到基础，由基础再传递到与其接触的地面或楼板，再由地面或楼板传递到墙壁及相邻或更远的房间，引起那里的地面或楼板及墙壁的振动，从而发出声音。这种通过固体传播的声音称为固体声。

一般情况下，固体声比空气声（在空气中传播的声音）危害范围大且严重。例如，一重物突然掉在楼板上的声音，房间里的人听着不怎么响，楼下人却感到很响。造成这种现象的主要原因是固体声的传输损失很小，而空气声传输损失则较大。特别是在连续结构中，如钢筋混凝土、金属等密实材料，振动的能量可以几乎不减弱地传到很远的地方，结果使得噪声影响的范围广，危害严重。

阻断或减弱固体声传播的措施称为隔振或减振。隔振的具体办法通常是在设备与基础之间安置由弹簧或弹性衬垫材料（如橡胶、软木等）组成的弹性支座，减弱设备对基础的冲击力，从而减弱设备传递给基础的振动，使辐射的噪声减低。这种弹性支座就称为隔振器或减振器。常用的隔振器有钢弹簧减振器和橡胶、软木、毡板类减振垫层等。安装隔振器后，固体声的降低是明显的。

此外，还可以用在机器底座上附加质量块、在机器周围挖一定深度的沟（称为隔振沟）来进行隔振。质量块又称为惰性块，常用型钢或混凝土构成。在风机、泵与管道之间，可采用金属或橡胶软管等弹性联结的办法来减弱风机、泵沿管道传递的振动，从而减小固体声。

为了减少机器振动通过基础传给其他建筑物，通常的办法就是防止机械基础与其他结构的刚性连接，这种方法就称为基础隔振。主要措施有3种：

（1）在机器基础与其他结构之间铺设具有一定弹性的软材料，如橡胶板、软木、毛毡、纤维板等。当振动由基础传至隔振垫层时，这些柔韧材料中的分子或纤维之间产生摩擦，从而将部分振动能量转换成热能耗散掉，因而降低了振动的传递，起到隔振的作用。选用隔振材料时，应注意材料的耐压性能，以免材料过分密实或被压碎而失效；也要考虑使用环境的不同而选择相适应的隔振垫层，如耐高温、防火、防潮、防腐蚀的材料等。

（2）在机器上安装设计合理的减振器。它不仅安装方便、经济，隔振效果也好。减振器主要分3类：橡胶减振器、弹簧减振器和空气减振器。这三种可以组合使用。弹簧减振器必须根据机器的振动性质及所需的减振量具体设计才可使用，否则一旦发生共振，可导致机器损坏。

（3）在机器周围挖一定深度的沟也能起到隔振作用。这种沟称为隔振沟。隔振沟越深，效果越好。一般挖1～2m为宜。沟的宽度对隔振效果影响不大，可在10cm以上。中间以不填材料为最好，也可以填些松散的锯末、膨胀珍珠岩（可耐火）或浇灌沥青。

为了提高隔振效果，可将三种措施综合利用。

b　阻尼减振

输气管道、机器的防护壁、车体等，一般均由薄金属板制成，容易受激发而产生振动，从而辐射噪声。若在薄的金属板壳上紧贴或喷涂一层内摩擦力大的材料，则可有效地抑制振动，降低噪声的辐射。这种降低噪声的措施习惯上称为阻尼减振，简称阻尼。内摩擦力大的材料通常称为高阻尼材料，如橡胶、沥青、石棉漆、软木纸等。

阻尼减振的原理是当金属板壳被涂上高阻尼材料后受激产生振动时，阻尼层也随着振动，一弯一折使得阻尼层时而被压缩、时而被拉伸，阻尼材料内部的分子不断发生相对位移，由于内摩擦阻力，便使振动能量大大损耗，不断转化为热能，从而降低了噪声的辐射。

对于一定厚度的金属板，阻尼层的减振性能与涂层的厚度有关。涂层越厚，减振性能越好。但过厚时，既不能显著增加降低噪声效果，又加重了板的质量。实际上一般采用的是阻尼涂层为金属板厚的2～3倍。

常用的阻尼材料有沥青、软橡胶及用多种高分子材料配合制成的高阻尼材料，如软木防热隔振阻尼浆、石棉漆、硅石阻尼浆、丁腈胶系列阻尼浆等。

B　有源减噪技术

利用电子线路和扩声设备产生与噪声的相位相反的声音——反声，来抵消原有的噪声而达到减噪目的的技术。早期，相应的仪器设备称为电子吸声器，与利用吸声材料将声能转变为热能的减噪技术相比，其原理截然不同。

有源减噪的仪器系统主要包括传声器、放大器、反相装置、功率放大器和扬声器。它是一种能够减少传声器邻区声压的电声反馈系统。传声器将所接收到的声压转变为相应的电压，通过放大器把电压放大到反相装置所要求的输入电压，经反相装置将这个电压的相位改变180°，送给功率放大器，功率放大后推动扬声器使其产生与原来的声压大小相等而相位相反的声压，这两个声压彼此相互抵消，达到降低噪声的目的。为了有效地实现反声作用，使用的设备应分别满足以下各项要求。

（1）传声器：在使用频率范围内，作用声压和输出电压的相位改变应很小；有恒定的比例关系，即有平直的频响特性，灵敏度要高。

（2）扬声器：放大器的输出变压器和扬声器耦合时，电压常产生相当大的相位变化，为避免这种现象，反声技术所用的扬声器最好采用阻抗较高且用无变压器的直接耦合式的联结；为保证反声系统所用的扬声器为简单辐射器，应将其安装在内壁有高效率吸声处理的扬声匣内；为使扬声器在规定的频率范围内基本上保持平直的频响特性，可在其磁场结构的后部加一层绸缎类的多孔性声阻。

（3）放大线路：要求频率响应平直，各级的相位变化不大；各级间不出现再生和正反馈。为了避免高频啸叫，可用使输出信号随频率增加而下降的办法。

因环境中的噪声频率的成分很复杂且强度随时间起伏，反声系统难以达到理想的减噪效果。

有源减噪技术自1947年H.F.奥尔逊首次提出后，引起很多人的兴趣。但到目前为止，除在较小范围内用于降低低频噪声（如机床旁工人耳边、飞机座舱驾驶员头部附近等），或在较大范围内用于降低简单声源（如大变压器站、大加压站等）噪声以外，并未普遍应用。把反声技术应用到较大范围内的问题尚在探讨。例如，有人利用惠更斯原理，在噪声源的近场区产生惠更斯子波，以期在远场区达到减噪的目的。