噪声控制的一般原则及噪声的主动控制技术

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　　一、噪声控制的一般原则
　　噪声控制需从噪声声源的控制、传播途径的控制和接受者的防护三个方面考虑。


　　1. 噪声源的控制
　　在噪声源处降低噪声是噪声控制的最有效方法。通过研制和选择低噪声设备，改进生产加工工艺，提高机械零部件的加工精度和装配技术，合理选择材料等，都可达到从噪声源控制噪声的目的。

　　(1) 合理选择材料和改进机械设计降低噪声。

　　(2) 改进工艺和操作方法降低噪声。例如，用低噪声的焊接代替高噪声的铆接;用液压代替高噪声的锤打等。

　　(3) 减小激振力降低噪声。在机械设备上作业的过程中，尽量减小或避免运动的零部件的冲击和碰撞，尽量提高机械和运动部件的平衡精度。减小不平衡离心惯性力和往复惯性力，从而减小激振力，使机械运转平稳，噪声降低。

　　(4) 提高运动零部件间的接触性能。如尽量提高零部件的加工精度及表面精度，选择合适的配合，具有良好的润滑，减少摩擦和振动。

　　(5) 降低机械设备系统噪声辐射部件对欲振件的响应，尽量避免共振发生，适当提高机械结构的动刚度，提高机器零部件的加工和装配精度。

　　2. 嗓声传播途径的控制
　　由于目前的技术水平、经济等方面的原因，无法把噪声源的噪声降到令人满意的程度，就可考虑在噪声传播途径上控制噪声。在总体设计上采用闹静分开的原则控制噪声，例如，将机关、学校、科研院所与闹市区分开;闹市区与居民区分开;工厂与居民兀分开;高噪声车间与办公室、宿舍分开;高噪声的机器与低噪声的机器分开。这样利用噪声的自然衰减特性，减少噪声污染面，还可因地制宜，利用地形、地物，如山丘、土坡或已有的建筑设施降低噪声的作用。

　　另外，绿化不但能改善环境，而且具有降噪作用。种植不同的树木，使树疏密及高低合理配置，可达到良好的降噪效果。当利用上述方法仍达不到降噪要求时，就需要在噪声的传播途径上直接采取声学措施，包括吸声、隔声、消声、减振和隔振等常用噪声控制技术。

　　吸声：利用吸声材料或结构降低厂房、室内反射声，如悬挂吸声体等可减噪4~10dB。

　　隔声：利用隔声结构将噪声源和接受点隔开，常用的有隔声罩、隔声间和隔声屏。可减噪10~40 dB。

　　消声：利用阻性、抗性、小孔喷注和多孔扩散等原理，消减气流噪声，可减噪15~40 dB。

　　减振：利用内摩擦耗能大的阻尼材料涂在振动件表面以减少振动，可减噪5~15dB。

　　隔振：把具有振动的设备与基础的刚性接触改为弹性接触，隔绝固体声传播。如弹性基础或各种弹性元件，可减噪5~25dB。

　　3. 噪声接受点采取防护措施
　　在其他技术措施不能有效地控制噪声，或者只有少数人在噪声环境下工作时，控制噪声的最后一环是接受点的防护，即个人防护。个人防护是一种既经济又实用的有效方法，特别是从事铆焊、冷作、冲击、风动、试炮以及机器设备较多，自动化程度较高的车间，就必须采取个人防护措施。

　　(1) 对听觉和头部防护。对听觉的防护主要是耳塞、耳罩、防声头盔和防声棉。耳塞是插在人外耳道的护耳器。主要有预模式耳塞、泡沫塑料耳塞和人耳膜耳塞三种。它们的隔声量多在15~27dB。良好的耳塞应具有隔声性能好，佩截舒适方便，无毒性，不影响通话和经济耐用等特点。

　　耳罩是将整个耳廓封闭起来的护耳装置。它是根据隔声原理，阻挡外界噪声向人耳内传送而起到护耳作用。耳罩主要由硬塑料、硬橡胶、金属扳等制成，由左右两个壳体、泡沫塑料外包聚氯乙烯薄膜制成的密封垫圈、弓架以及吸声材料四部分组成。其平均隔声值在15~25dB，高频可达30dB。耳罩的缺点是体积大，在炎热夏季或高温环境中佩截较闷热。

　　强噪声对人的头部神经系统有严重危害。为了保护头部免受噪声危害，常采用戴防声帽的方法。防声帽有软式和硬式两种。软式防声帽由人造革帽和耳罩组成，耳罩可以根据需要放下和翻到头上，这种帽子戴上较舒适。硬式防声帽是由玻璃钢制作的外壳，壳内紧贴一层柔软的泡沫塑料，两边装有耳罩。防声帽隔声量一般在30~50 dB，其缺点是体积较大，夏天闷热。

　　防声棉是一种塞人耳道的护耳道专用材料。它是纤维直径为1~3μm的超细玻璃棉经化学处理制成，外形不定，使用时用手捏成锥形塞入耳道即可。防声棉的隔声量随频率增高而增加，隔声量为15~20dB。

　　(2) 人的胸部防护。当噪声超过140dB以上时，不但对听觉、头部有严重的危害，而且对胸部、腹部各器官也有极严重的危害，尤其对心脏。因此，在极强噪声的环境下，要考虑胸部防护。防护衣由玻璃钢或铝板内衬多孔吸声材料组成，可以防噪，防冲击声波，对胸、腹部起到保护作用。

　　二、噪声的主动控制
　　噪声主动控制又称有源噪声控制技术，是根据声波相消干涉的原理实施的。先探侧所不需要的一次声场，通过信号分析和一系列运算处理后，推动激励器(如喇叭)产生与一次声场幅值相等、相位相反的二次声场去抵消一次声场，达到消声的目的。

　　早在1936年德国人Paul Lueg在他申请的一次专利中描述了在管道中主动产生一声波去抵消不需要的噪声。控制原理如图1所示，这就是最早的噪声主动控制的概念。

　　图1 用于管道的前馈式噪声主动控制

　　从原理上说声场抵消技术是可行的，但因声场环境复杂，噪声源声场随时间起伏较大且频谱多变，加上控制技术的约束，在很长一段时间内噪声主动控制研究的进展不大。直到20世纪70年代，随着计算机技术和信号处理技术的发展，才促进了噪声主动控制技术的快速发展，在管道消声和局部空间消声方面取得了很大的进展。

　　到了20世纪80年代中期又提出了噪声主动控制新技术——改变声源特性技术，即加入一个与原声源极性相反、强度相等的新声源，使新声源与原声源组成一个复合声源，这个复合声源相当与偶极子，其幅射功率将小得多，尤其在低频段。用改变声源特性代替声场抵消，其优点是针对性强，低频效果好，在降噪的同时可以保证语言信号的传输，所需设备体积小，重量轻，有可能实现在大空间内的噪声控制，因此这一技术发展很快。

　　目前，噪声主动控制技术正向两个方面发展。一是理论研究，如有限空间声场的控制，薄板弯曲振动主动控制，流体力学过程中的非稳定性主动控制和分布声场的主动控制等;二是实际应用，如将比较成熟的管道主动消声器应用于空调系统的送排风管道和发动机的进出气口消声，研制能消除噪声但同时可以传输语言信号的护耳器，实施对简单的分离谱噪声源(如变压器噪声等)和一些重复性噪声的主动控制。

　　噪声主动控制方法的理论分析已日趋成熟，但在实际应用中存在许多困难，如需要大量的二次声源，特别在控制高频噪声时更明显。另一方面还会产生附加的其他噪声，造成控制溢出现象。

　　近年来，随着智能材料的出现，为机械结构噪声的主动控制带来了生机。用智能材料构成的智能结构系统可以自动感知环境及结构内部状态的变化，自主判断此变化对结构整体的飞影响程度，并主动调整结构自身状态参量去适应环境状态。在实际产生噪声的结构中嵌入智能材料做成的执行器及传感器，控制输入直接加于结构本身，则可以根据结构的振动情况予以抑制，从而达到主动降噪的目的。由于智能结构系统与传统的被动及主动降噪相比具有内部紧凑、重量轻和自适应等特点，发展前景远大，它将在噪声控制中得到广泛应用。

　　本文摘录自闻邦椿、刘树英、陈照波、李鹤编著的《机械振动理论及应用》一书