噪声控制的一般原则及噪声的主动控制技术

噪声控制的⼀般原则及噪声的主动控制技术
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。