廠房噪聲預(yù)測(cè)的簡(jiǎn)易程序

關(guān)菲 李圣明 謝曉東

上海建科檢驗(yàn)有限公司 上海 201108

引言

治理噪聲的前提是對(duì)噪聲做出比較準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)與評(píng)估。由于噪聲預(yù)測(cè)評(píng)估方法和噪聲治理技術(shù)選用的復(fù)雜性高，噪聲控制專業(yè)技術(shù)人員少，噪聲的綜合防治形勢(shì)依然嚴(yán)峻[1-2]。目前市面上專業(yè)門檻相對(duì)較低的噪聲預(yù)測(cè)軟件如Odeon﹑Cadna/A等，仍需要使用者具備一定的聲學(xué)專業(yè)知識(shí)或CAD建模技能。這使得企業(yè)管理人員或非專業(yè)技術(shù)人員在遇到噪聲問題時(shí)常常無所適從。

針對(duì)上述問題，我們?cè)O(shè)計(jì)了一套適用于非專業(yè)人員使用的廠房噪聲預(yù)測(cè)程序。經(jīng)實(shí)測(cè)對(duì)比，軟件的結(jié)果較為準(zhǔn)確，可以為工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)性噪聲控制提供依據(jù)。

1 理論基礎(chǔ)

1.1 聲波基本原理

無限大空間中球面波的聲功率級(jí)與聲壓級(jí)之間的關(guān)系為：

不同聲源的疊加，聲壓級(jí)按以下公式計(jì)算：

由式（1）和（2）可以得到噪聲控制的一般方法：將噪聲源遠(yuǎn)離，降低聲源源強(qiáng)，對(duì)高噪聲設(shè)備進(jìn)行控制。

1.2 聲源源強(qiáng)獲取

對(duì)空間噪聲分布進(jìn)行仿真，首先要確定聲源源強(qiáng)。簡(jiǎn)易預(yù)測(cè)程序提供了兩種獲取源強(qiáng)的方法：一是機(jī)器銘牌法，二是簡(jiǎn)易實(shí)測(cè)法。

1.2.1 機(jī)器銘牌法。機(jī)器銘牌法是獲得源強(qiáng)最簡(jiǎn)單快捷的方法。一般在設(shè)備說明書或銘牌上，會(huì)標(biāo)有聲功率級(jí)。如果能查到相關(guān)信息，可直接寫入程序進(jìn)行計(jì)算。

1.2.2 簡(jiǎn)易實(shí)測(cè)法。按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測(cè)并獲取噪聲源的聲功率級(jí)，是一個(gè)復(fù)雜的過程，對(duì)于非專業(yè)人士不友好，如GB/T 3768-2017或GB/T 3767-2016等方法。本簡(jiǎn)易計(jì)算程序中，將噪聲源簡(jiǎn)化為點(diǎn)聲源，在其附近選擇1個(gè)測(cè)點(diǎn)讀取噪聲值，再根據(jù)測(cè)試距離，利用式（3）推算源強(qiáng)。雖然經(jīng)過了許多簡(jiǎn)化，仍能在一定程度上反應(yīng)該設(shè)備的源強(qiáng)。

2 程序框架及計(jì)算流程

獲得噪聲源源強(qiáng)后，可以通過噪聲預(yù)測(cè)程序獲得房間內(nèi)的聲場(chǎng)分布，計(jì)算流程如圖1所示。

圖1 噪聲預(yù)測(cè)程序流程圖

輸入源強(qiáng)后，需判斷是否有隔聲罩，如果有，則將輻射到外界的強(qiáng)度做以下處理：

此時(shí)原聲源源強(qiáng)被衰減后的源強(qiáng)替代，然后對(duì)聲源和接收點(diǎn)編號(hào)。

接著計(jì)算n號(hào)測(cè)點(diǎn)對(duì)m號(hào)接收點(diǎn)的聲壓級(jí)。聲壓級(jí)分為直達(dá)聲壓級(jí)與混響聲壓級(jí)，分別為：

當(dāng)聲波被聲屏障阻擋時(shí)，計(jì)算聲屏障的插入損失，將直達(dá)聲減去，再與混響聲能疊加，形成經(jīng)聲屏障衰減過的接收點(diǎn)。

當(dāng)聲波不受其他表面阻擋，接收點(diǎn)的聲壓級(jí)即為式（5）與式（6）的疊加。

混響聲能的計(jì)算涉及廠房的平均吸聲系數(shù)，按表1進(jìn)行估算。

表1 不同房間特征下的平均吸聲系數(shù)[3]

程序自此開始迭代，最終在每個(gè)接收點(diǎn)都獲得n個(gè)噪聲值。再將這些噪聲值按式（2）進(jìn)行疊加，得到每個(gè)接收點(diǎn)的聲壓級(jí)，進(jìn)而輸出噪聲分布圖。

3 預(yù)測(cè)與實(shí)測(cè)結(jié)果比對(duì)

為驗(yàn)證程序預(yù)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確度，對(duì)某鼓風(fēng)機(jī)車間內(nèi)的噪聲進(jìn)行實(shí)測(cè)，利用實(shí)測(cè)結(jié)果繪制的噪聲圖與預(yù)測(cè)程序獲得的噪聲圖進(jìn)行比較。

車間尺寸為20m×54m×6m。對(duì)車間進(jìn)行網(wǎng)格劃分，分別在網(wǎng)格中央位置，距地面1.5m高度進(jìn)行噪聲測(cè)量并繪制噪聲圖，如圖2（a）所示。再利用廠房噪聲預(yù)測(cè)程序?qū)娘L(fēng)機(jī)車間噪聲進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果如圖2（b）所示。

圖2 車間噪聲圖

可以看出，大部分區(qū)域噪聲級(jí)的誤差在3dB以內(nèi)，僅在遠(yuǎn)端右下角處，噪聲偏差達(dá)到6dB。原因是該車間為半開放車間，在此位置為敞開式結(jié)構(gòu)，聲音向外傳出而無反射。軟件目前尚不能很好地對(duì)部分敞開區(qū)域做更好的處理，與實(shí)際造成偏差，但總體結(jié)果尚能接受。

除了原始聲場(chǎng)模擬，還利用軟件進(jìn)行了加裝聲屏障時(shí)的模擬，如圖3所示?？梢钥闯觯诳拷曉刺幪砑勇暺琳虾?，聲屏障背面噪聲級(jí)降低了3~6dB，符合該降噪措施的一般降噪規(guī)律。

圖3 有聲屏障時(shí)的預(yù)測(cè)結(jié)果

4 結(jié)束語

簡(jiǎn)易廠房噪聲預(yù)測(cè)程序提供了一套簡(jiǎn)易的計(jì)算和仿真方法，為需要進(jìn)行廠房噪聲評(píng)估及噪聲控制的非專業(yè)人員提供了一種成本低﹑易上手﹑精度好的評(píng)價(jià)手段。隨著軟件的推廣應(yīng)用，將為更多的廠房噪聲治理問題提供服務(wù)，保障廣大職工的勞動(dòng)衛(wèi)生安全。