噪声治理基础知识：消声器

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　　消声器概述

　　1、房间的通风量
　　在既需要通风换气又需要隔声的场合常常使用消声器。密闭等房间虽然具有良好的隔声性能，但不适于人长期在里面工作。衡量房间通风换气的指标常使用换气次数，即每小时房间与外界交换空气的体积与房间体积的比。如500m3的房间使用2000mm3/小时风机换气，换气次数为4次/小时。满足人呼吸需要的换气次数为2次/每小时，使人感觉空气质量舒适的换气次数为4次/小时。如果房间中人员较多，废气(如烟雾、工业废气等)较多时需要8-10次/小时的换气量。

　　存在换气的房间必然与外界相通，为了保证隔声和消除管道气流产生的噪声，需要在换气通路上使用消声器。对于需要通风的机器设备降噪也需要使用消声器。

　　2、消声器的分类

　　常用的消声器分为：

　　    · 阻性消声器，属吸收型，在管道内设置吸声材料，消耗和衰减通过管道气流的噪声，主要用于消高频气流噪声。

　　    · 抗性消声器，属共振型，利用几何形状，使声音在管道中反复反射、共振、干涉、叠加而消耗声能，主要用于消特定频率的声音。


　　    · 阻抗复合式消声器，利用上述两种原理复合制成的消声器，同时具有阻性和抗性两种消声器的优点，消声频带比较宽。

　　3、消声器的特性指标

　　    · 插入损失IL，是在敏感点处，安装消声器前与安装消声器后声压机级的差，单位是dB。


　　    · 传声损失TL，是入射到消声器的声功率级与消声器出口端声功率级的差，单位为是dB。


　　    · 消声量NR，是消声器入口端和出口端的声压级差。单位是dB。


　　    · 衰减A，是消声器所系统中任意两点之间声功率级的降低，单位是dB/m。

　　消声器的消声特性受到消声器入口和出口的安装条件(声阻抗发生变化)的影响，不同的接连形式会引起不同的反射和能量损失。因此，消声性能与使用环境和条件有关。在噪声控制中，最常用的评价量是插入损失。传声损失最难测得，但对分析有用。衰减通常用来描述声学系统中声波延管道的传播。

　　以下是某消声器的消声性能数据表：

　　4、消声器的安装

　　消声器的安装应注意以下问题：

　　    · 消声器的接口要牢靠。消声器往往安装在设备或管道上，消声器与设备或管道的连接一定要牢靠，重量大的消声器应支撑在专门的承重架上，若管道为支撑架，必须注意支撑的强度和刚度。


　　    · 在消声器前后加接变径管。对于风机消声器，为减小机械振动对消声器的影响，消声器不应与风机接口直接连接，而应加设中间管道。一般情况下，该中间管道长度应为风机接口直径的3-4倍。当选用的消声器的接口尺寸与风机接口不同时，可以在消声器前后加接变径管。消声器接口尺寸应大于风机接口尺寸。


　　    · 应防止其它噪声传入消声器的后端。消声器的机壳或管道辐射的噪声可能传入消声器后端，致使消声效果下降，必要时，可在消声器外壳或部分管道上做隔声处理。消声器法兰和风机法兰连接处应加弹性垫并注意密封，以免漏声、漏气，同时也能减少刚性连接的振动传声。在通风空调系统中，消声器应尽量安装于靠近使用房间的地方。


　　    · 消声器片间流速应适当。风机消声器片间平均流速可认为与风机管道流速相等。用于民用建筑，消声器片间流速通常取3-12m/s;工业方面，消声器片间流速通常取12-25m/s，最大不得超过30m/s。流速不同，消声器护面结构应不同。平均流速小于10m/s时，多孔吸声材料的护面可用防火布或金属丝网罩起来;平均流速为10-23m/s时，可选用金属穿孔板护面;当平均流速为23-45m/s时，可选用玻璃丝布和金属穿孔板护面;当平均流速为45-120m/s时，可采用双层金属穿孔板和钢丝棉护面，穿孔率应大于20%。

　　消声器的特性

　　1、阻性消声器
　　阻性消声器具有良好的中高频消声性能。按气流通道几何形状不同，可分为直管式、片式、折板式、迷宫式、声流式、弯头式、蜂窝式、障板式等。

　　    · 直管式消声器：是在气流管道壁上衬一定厚度的吸声材料，管道可以是圆型、方管或矩型，一般管径较小，适用于风量小的场合。管径过大，消声性能显著下降。


　　    · 片式消声器：是在大尺寸的管道内设置一定数量的吸声片，构成多个扁型并联的直管消声器，可用于风量很大的管道 (5000-80000m3/h)，气流阻力小，中高频消声性能优良。增大片厚，可增加低频消声性能，但会带来阻力增大和体积增大的问题。片式消声器消声量与长度成正比，实践证明，分段设置片式消声器比同样长度的连续消声器消声效果好。


　　    · 折扳消声器：是将气流通道改成折扳形状，由于声波在消声器内多次弯折，加大了声波对吸声材料的入射角，提高了吸声效率，消声效果提高。但气流阻力明显加大。


　　    · 迷宫式消声器：又叫小室式消声器，消声器内分割成若干回型的小室，低频消声性能好，消声频带也较宽。仅有一个小室的消声器称为消声箱，多个小室称为多室消声器，适用于流量大、流速低，要求消声量高的场合。


　　    · 声流式消声器：是折板式消声器的一种改进，它使用正弦波形、弧形或菱形等弯曲吸声通道，通道吸声层的厚度也连续变化达到改善消声性能的目的，消声性能较高，频带宽，气流阻力小。但结构复杂，制作工艺要求高。


　　    · 弯头式消声器：是在管道弯头处衬附吸声材料。常规直角消声弯头消声量一般为10dB，因结构简单，体积小，在通风空调系统中经常用到。直角消声弯头容易产生再生噪声，而且风阻较大，有时采用圆弯头降低再生噪声，减少风阻，但消声效果变差。

　　2、抗性消声器
　　抗性消声器适用于消除中低频噪声或窄带噪声。按其作用原理不同，可分为扩张式、共振腔式和干涉式等多种型式。

　　    · 扩张式消声器：也叫膨胀式消声器，是依据管道中声波在截面突变处发生反射原理消声的。扩张式消声器在中低频段有较好的消声性能，但对高频消声性能变差。


　　    · 共振式消声器：是由一段开有一定数量小孔的管道，同管外一个密闭的空腔连通而构成一个共振系统。在共振频率附近，声波沿管道传播到小孔连接处时，大部分声波沿声源反方向回去，还有一部分声能由于共振系统的摩擦阻尼作用转成热能被吸收，形成消声。共振式消声器的频率选择性比较强，既仅在低频或中频的某一较窄的频率范围内具有较好的消声效果，而其他频段作用较差。


　　     · 干涉式消声器：是使两个相位相反的声波在消声器中相遇而互相抵消，达到消声目的。干涉式消声器具有很强的频率选择性，仅在很窄的频段内有消声效果。

　　3、阻抗复合式消声器
　　将阻性和抗性等不同削声原理组合设计，即成为阻抗复合式消声器。它综合了阻性消声器良好的中高频消声特性和阻抗性消声器较好的低频消声特性，因此其消声频带宽，是最常用的消声器类型。

　　4、静压箱
　　静压箱是送风系统减少动压、增加静压、稳定气流和减少气流振动的一种结构，它可使送风效果安静和均匀。

　　直管消声器消声量的计算

　　直管式消声器消声量主要与通道形式、长度和吸声材料的性能有关。消声量的计算公式为：

　　其中，Φ是消声系数，即每米消声量(dB/m);P是消声器通道截面周长(m);S是消声器通道截面积(m2)。

　　消声管道内吸声系数越大，消声系数Φ越大，消声量越高。增加长度，或增加通道周长与截面积的比P/S，消声量越大。同样周长，圆形截面的周长与截面积的比，要比扁状的矩形小很多，因此，圆形截面的直管式消声器消声性能小。

　　当直管消声器截面较大时，如径尺寸大于30cm的圆管或矩形管，高频声波成上束状，将直接穿过管道，而与管壁的吸声材料不发生作用，消声性能变差，这种高频性能下降的现象被称为“高频失效”。并将高频消声量明显下降的频率称为“上限失效频率”。

　　来源：《噪声治理》讲义
　　作者：燕翔 清华大学建筑学院