微穿孔板消声器的检测与实验

  ２０１０年９月噪声与振动控制第Ｓｌ期文章编号：１００６．１３５５（２０１０）Ｓ１．０２２８．０５微穿孔板消声器的检测与实验孙凯１，林来豫２（１冲国人民９６５５０部队，河南洛阳４７１０３１；２．中国人民９６５３１部队，河南洛阳４７１０３１）摘要：指出了当前通风空调工程中使用的微穿孔板消声器由于缺乏质量监管而存在严重问题，讲述了消声器的检测的新方法，通过实测证实了单层微穿孔板消声器的消声量太小，必须不再使用。双层微穿孔板消声器的实测消声量也小于手册给出的数值，工程设计中应适当增加其有效长度才能满足消声量要求。关键词：声学；微穿孔板；消声器；消声量；检测中图分类号：ＴＵｌｌ２．５文献标识码：ＡＤＯＩ编码：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６－１３５５．２０１０．Ｓ１．０６９ＴｈｅＴｅｓｔｉｎｇａｎｄＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆＭｉｃｒｏ—ｐｅｒｆｏｒａｔｅｄＳｉｌｅｎｃｅｒｓＳＵＮｋａｉ＇，ｔＩＮＬａｉ－ｙｄ（１．Ｂｒａｎｃｈ９６５５００ｆｔｈｅＰＬＡ，ＬｕｏｙａｎｇＨｅｎａｎ４７１０３１Ｃｈｉｎａ：２．Ｂｒａｎｃｈ９６５３１ｏｆｔｈｅＰＬＡ，ＬｕｏｙａｎｇＨｅｎａｎ４７１０３１Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｐｏｉｎｔｓｏｕｔｃｅｒｔａｉｎｓｅｒｉｏｕｓｐｒｏｂｌｅｍｓｃｏｎｃｅｒｎｉｎｇｔｈｅｕｓａｇｅｏｆｔｈｅｍｉｃｒｏ－ｐｅｒｆｏｒａｔｅｄｓｉｌｅｎｃｅｒｉｎｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｖｅｎｔｉｌａｔｅｄａｉｒｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇｐｒｏｊｅｃｔｓ，ｒｅｓｕｌｔｉｎｇｆｒｏｍｔｈｅｉｎａｄｅｑｕａｃｙｏｆｑｕａｌ蚵ｓｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎａｎｄｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅｅｘｐｌａｉｎｓａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｔｅｓｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄｏｆｓｉｌｅｎｃｅｒｓ．ＢａｓｅｄＯｌｌａｃｔｕａｌｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｔｈｅｍｏｎｏｌａｙｅｒｍｉｃｒｏ－ｐｅｒｆｏｒａｔｅｄｓｉｌｅｎｃｅｒｉｓｐｒｏｖｅｄｔｏｈａｖｅｔｏｏｍｕｃｈｌｉｍｉｔｅｄｓｏｕｎｄｄｅａｄｅｎｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙａｎｄｔｈｅｒｅｆｏｒｅｉｔｓｕｓａｇｅｓｈｏｕｌｄｂｅｔｅｒｍｉｎａｔｅｄ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ｔｈｅｓｏｕｎｄｄｅａｄｅｎｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｏｆｔｈｅｄｏｕｂｌｅ－－ｌａｙｅｒｍｉｃｒｏ・－ｐｅｒｆｏｒａｔｅｄｓｉｌｅｎｃｅｒｉｓｔｅｓｔｅｄｔｏｂｅｌｏｗｅｒｔｈａｎｔｈａｔｓｔｉｐｕｌａｔｅｄｉｎｔｈｅｈａｎｄｂｏｏｋ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅｉｔｓｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｅｎｇｔｈｓｈａｌｌｂｅａｄｅｑｕａｔｅｌｙｅｘｔｅｎｄｅｄｔｏｍｅｅｔｔｈｅｄｅｍａｎｄｅｄｃａｐａｃｉｔｙｆｏｒｓｏｕｎｄｄｅａｄｅｎｉｎｇ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｃｏｕｓｔｉｃｓ；ｍｉｃｒｏ－ｐｅｒｆｏｒａｔｅｄｐａｎｅｌ；ｓｉｌｅｎｃｅｒ；ｓｏｕｎｄｄｅａｄｅｎｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙ；ｔｅｓｔｉｎｇ由于许多工程的通风空调系统有洁净要求，消声器内的吸声体一定要采用防沾染的不积尘、不产尘、不吸湿的材料。用纤维性材料作吸声体的阻性或阻抗复合消声器不能够达到这些要求，而只有微穿孔板消声器能够达到这些要求，所以近年来，微穿孔板消声器大量用于各类工程的通风空调系统中。但是从使用单位反馈的情况看，微穿孔板消声器的消声效果并不好。随着工程建设规模的逐步扩大，通风噪声问题不仅未能得到遏制，反而愈演愈烈，日渐严重。使用单位抱怨不断，一再敦促解决。设计和安装单位都感到压力很大，虽然多次返工，并收稿日期：２０１０－０６－２８作者简介：孙凯（１９６５．），男。河南省方城县人，学士，目前从事暖通安装及设备检验测试工作。Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｕｎｋａｉｌｕｏｙａｎｇ＠１６３．ｔｏｍ尝试各种改进，但收效不大，无法从根本上扭转局面。经过对大量工程实例的分析，作者觉得通风噪声大的原因既不是设计问题，也不是安装问题，工程中采用的微穿孔板消声器存在严重的质量上的问题才是根本原因。为了完全解决这一棘手问题，我们专门建立了消声器检测实验室，对通风空调工程用消声器进行了大量的检测和实验研究．１消声器检测实验室的建设笔者在实验室中参照文献［１］提出的检测原理，设计并建造了消声器检测台架系统（见图１）。１．１消声器的声学性能测量文献［１］规定噪声接收室的形式有半消声室法和混响室法两种形式，笔者采用混响室法。建成后的混响室声场扩散均匀，各频带混响时间符合标准，

  微穿孔板消声器∞检测与尘验日Ｉ嫡≯＃榆Ⅻ台架幕‰目＆Ⅲ女月动态背景噪声＜３２ｄＢ，各项声学指标完全满足测试要求。消声量的ａ４量采用插入损失测定法。测试时保持标准噪声ｉ蝾声压级币变，先测量经过窀臂的噪声声压级。再将空管换成被测样品后测量通过被测样品的噪声声压级，取两次捌ｊ值２差为被测样品的消声量。声学检验测试仪器采用丹麦Ｂ／Ｋ公司产的２２５０型精鬻声级计，可进行各讣权网络（包括Ａ、Ｃ声级）倍频程和１月倍额程测量。该仪器配有计算机，井带有遥测电缆和３９２３传声器自动旋转支架，能在个测试周期（１ｍｍ旋转取样）内完成预设的所有卢学指标删试，井能分析结果和存储、输出数据。测量上限为１４０ｄＢ。测量准确度可选到１级。标准噪声源由白噪声发生器、功率放大器和带背压均衡管的扬声器箱组成。测试时噪声源发出的噪声声压级＿．２９０ｄＢ．被测消声器后瑞有足够商的声压级，可使气流噪声和背景噪声的影响忽略小计。１．２消声器的各档测试风速和阻力测量风源由用变额器控制的离心式风机和数字风室式风量检测装置组成，能根据测试指定的各档风速自动调节风量。可提供的风量范围为ｌ４００ｍ’ｍ～３５０００ｍⅦ。通过风室的风量采用文献［２３中规定的方法计算，并换算为标准状态下的风量。单个喷嘴过风量为：ｒ，￥瓯＝３６００ＣａＡｄ』！半（１）ｖＰ式中Ｑ。为单个喷嘴过风量，ｍ’／ｈ：ｏ为喷嘴流量系数；＾。为喷嘴喉部截面积，ｉ１１２；Ｐ为空气的密度．ｋｇ／ｍ’；△Ｐ为喷嘴前后压差，Ｐａ。系统的总风量为各喷嘴过风量之和‰＝∑乱（２）式中０ａ为总风量，ｍ３／ｈ。测试前．先根据被测消声器的截面积算山其在待测的某档风速下的风量＋再用式（２）和式（１）算出谚风最所对应的风室喷嘴前后廿ｉ差值ＡＰ，将ＡＰ作为醴定值输入调仃器。测试时．调节器得到精神ｆ压差变送器剥出的风室喷嘴前后压差值后，经与设定值比较，笈出指令．咀ＰＩＤ方式调节变频器控制风机转速．使风事喷嘴前后压茬稳定在设定值．从而得到测试指定的某档风速。阻力损失的测量采用静压羞法。在被测消声器的台架管路两端设静雎均压环对管内静ｊ＿｜三取样．用数字式微压计读取各档风速下的静压差值．此值即为被测消声器在菩档风速下的阻力损失（过度管扩张角（７。，空管阻力损失测值报小时，过度管阻力损失可忽略不计）。台架系统宴际全长４０ｍ．…Ｌ’形布置。测试段 管路规格Ｄ￥００．管壁厚２．５ⅢⅢ外裹厚５０一玻璃 棉的隔声层。与测试读值相关的风室喷嘴、压差测 量和接收室等部位设有视频监控，保证在同一采样 时刻内的所有捌值均线计量认证和实验室认可 寅验室于２０１０年初通过了中国合格评定国家 认可委员会（ＣＮＡＳ）的评定．认可号为 Ｎ０ ＣＮＡＳＬ４３７３。 ２常用单层微穿孔板消声器的检测结 果与分析 ２１外购的单层微穿孔板消声器桂测 ２１１检测结果 从Ｔ程常用的由某空调设备厂生产的Ｄ６３０圆 形单层微穿扎板消声器中抽出Ｉ台进行丁检测，该 消声器的有效Ｋ度为１ ９ｍ，结构如图２所不．检测 结果见表ｌ。

  ２０１０年９月 噪声与振动控制 第Ｓｌ期 表１外购Ｄ６３０单层微穿孔板消声器声压级插入损失ｄＢ Ｍ图２外购单层微穿孔板消声器结构图 ２．１．２检验测试的数据分析 检验测试的数据表明该消声器的消声量只有５．５ ｄＢ （Ａ），与产品标示的消声量２０ ｄＢ（Ａ）相差甚远。虽然 检测前已想到消声量可能不够，但谁也没想到竟 然会差这么多。由此能够认定，这种微穿孔板消声 器的质量太差就是工程内通风噪声大的根本原因， 这个结论己不容质疑。 作者觉得微穿孔板消声器质量差的原因有以下 几点： （１）生产厂商片面追求利益，为了节省本金一味 采用简易的单层单腔结构，并擅自简化工艺，使用的 微穿孔板的孔径过大，达１．２ ｍｍ（标准孔径应为Ｏ．８ ｍｍ）。这样的消声器与马大猷先生提出的微穿孔板 消声理论是严重不符的，充其量只能算是一个简陋 的穿孔板共振腔消声器。 （２）生产厂商没有消声器检测台，不具备检测能 力，根本没办法证实所供消声器的消声量能否达到标 准。厂家给的所谓合格证可能仅仅是一纸空文。消声 器的消声量能达到多少谁也不知道，包括厂家自己 也不知道。用户在工程现场用普通声级计做的简易 测试由于受到条件限制其测值可信度很差，不能作 为仲裁依据。厂家不用担心因为消声量不够而遭到 退货。产品质量缺乏监管手段，必然导致粗制滥造。 （３）国内只有少数声学研究单位拥有供科学实 验用的小型消声器检测台架，消声器厂家既便真的 送检消声器，也只能是小型样品。检验测试单位通常都 会声明检验测试的数据仅适用于生产厂商送检的小型样 品。而厂家真正生产的消声器的结构及形式虽然跟小 型样品有千差万别，但提供给用户的检测资料却都 是跟小型样品一样的。工程常用的大型消声器的消 声量其实根本没有人检测过，质量没办法保证。 （４）我国目前消声器标准图集匮乏，消声器实测 消声量和性能数据更是严重不足，仅有的几本施工 图集上关于消声器的消声量和性能的数据都是由理 论推算而来，尽管错漏难免，但仍被互相引用，以致 以讹传讹谬种流传，而且往往是一个种类的消声器 只有一种规格的数据，根本不能作为生产依据。 文献Ｅ３］中的经验公式指出消声器的上限失效 频率为： Ａ＝１．８５参 （３） 式中厂｝为上限失效频率，Ｈｚ：ｆ为声速，ｍ／ｓ： Ｄ为通道截面积的当量直径，ｍ。 式（３）指出当消声器通道截面当量直径等于或 大于Ｄ时，高于厂。频率的声波将呈柬状直接通过 消声器。很少或者完全不与吸收声音的材料接触，使消声性 能显著下降。这就是说，消声器的消声量与其结构 尺寸紧密关联，筒体直径、内片的多少和大小决定了 声波通道当量直径Ｄ，也就能决定消声量的大小。 由式（３）引出的推论是：同样结构的消声器只要 规格尺寸不同，消声量就不会一样。特别是圆形消 声器，简体能容纳的内片数量有限，因而规格越大Ｄ 就可能越大，消声量就越差。所以把小规格的消声 器检验测试的数据用到同类大规格消声器上是十分荒谬 的。可是我们查阅到的消声器性能数据都是仅限于 某种特定尺寸的，如果生产厂商模仿其结构并简单 放大几何尺寸去生产大规格消声器，无疑会被误导， 这样的消声器是根本不会合格的。 表２自制Ｄ６３０单层微穿孔板消声器声压级插入损失 ｄＢ

  微穿孔板消声器的检测与实验 ２３１ ２．２自制的单层微穿孑Ｌ板消声器检测 为了搞清楚微穿孔板的孔径究竟对消声量有多 大影响，又制作了一个Ｄ６３０圆形单层微穿孔板消声 器样品，其结构和尺寸与图２一样，只是换用了孔径 为０．８ ｍｍ的标准微穿孔板，穿孔率Ｉ．５％。 ２．２．１检测结果 检测结果见表２。 ２．２．２检验测试的数据分析 从表２看，消声量只有７．６ ｄＢ（Ａ），虽然稍有提 高，但仍与设计选用时需求的２０ ｄＢ（Ａ）差距很大。 看来单纯改良孔径并不能处理问题。这一结果证实 了微穿孔板消声器采用简易的单层单腔结构是完全 错误的。今后必须不再使用单层微穿孔板消声器。 这也正应了某著名学者在一次学术大会上提出 的观点：“除非是对洁净度和流速有特殊考虑，否则 应慎重选择普通微穿孔板消声器，随意对这类消声 器的外壳和内片进行减薄处理就更不可取。” ３双层微穿孑Ｌ板消声器的检测结果与 分析 为了寻求微穿孔板消声器的最佳结构及形式，以 满足工程建设的实际的需求，我们依据相关消声理论 和资料，研制了多种不一样的规格、不同长度的矩形和圆 形截面的双层微穿孔板消声器样品，并对其进行了 检测。为便于与前述样品的测值对比，这里仍以 有效长度为１．９ １１１的Ｄ６３０圆形双层微穿孔板消声器 为典型讲述检验测试情况。 ３．１双层微穿孔板消声器的结构 圆形双层微穿孔板消声器样品的结构如图３所 示。该样品采用双层微穿孔板、双消声腔结构，微穿 孔板板厚ｏ．８ ｍｍ，孔径０．８ ｍｍ。内层采用穿孔率 １．３％的微穿孔板，外层采用穿孔率２．３％的微穿孔 板。前后腔深的比值为４：６。内片的两面也均为双 层结构。为减少阻力损失，特意把内片端头由三 角形改成了更为有利的半圆形。 图３双层微穿孔板消声器结构图 ３．２检测结果 检测结果见表３，消声频谱特性曲线检验测试的数据分析和验证 表３ Ｄ６３０双层微穿孔板消声器声压级插入损失ｄＢ ３．３．１检验测试的数据分析 图４是用１／３倍频程测值绘制的消声频谱特性曲 从表３看，Ｄ６３０双层微穿孔板消声器的消声量是线（峰值高于倍频程测值，但Ａ声级消声量仍与倍频 １３．４ ｄＢ（Ａ），虽然已经将近是单层微穿孔板消声器的程测值相同），从中可看到手册中介绍的微穿孔板消 ２倍，但仍然没有达到２０ ｄＢ（Ａ）的期望值，倍频程各频声器应具有的宽频消声特性也未得到充分展现，只能 带消声量还是明显比手册提供的数值小。 说是表现平平。在测试中，我们曾多次改变样品简体 曼蠡 载釜ｌ Ｏ昌昌昌墨墨墨蕊蟊鲁莩量量量量嚣量量量曼善量曼量 一一一“Ｎ ｎ呻∞ｏ∞ １／３倍频程中心频率／Ｈｚ ＋风ｉｌｌ０－／ｓ－Ｉｂ－ｌ酗ｔ４ａ／ｓ＋风速８ａ／ｓ 图４ Ｄ６３０Ｘ２层微穿孔板消声器消声频谱特性曲线 和内片的穿孔率及前后腔深的比值，经过多次优化改 进，才得到这个结果。虽说这是个不能令人满意的结 果，但事实上这已经是Ｄ６３０双层微穿孔板消声器所 能达到的最好效果了。 微穿孔板消声器的真实、有效消声量问题目前在 工程中已受到怀疑，该双层微穿孔板消声器样品的总 体综合性能与实际工程的经验数据基本吻合，消声量 实测值（包括各倍频程）虽比手册提供的数值偏小，但 仍是可信的。 ３．３．３消声器的内片对消声量和阻力的影晌

  ２０１０年９月 噪声与振动控制 第Ｓｌ期 从图３可看到，双层双腔消声器的内片厚度高 达２００蛐。由于要保持一定的流通面积，消声器筒 体能容纳的内片数量有限，Ｄ８００以下的消声器只能 容下ｌ组内片，Ｄ１０００的消声器才能容下２组内片。 测试中，具有多组内片的消声器由于声波通道当量 直径较小，所以消声量会高一些，这与塞宾公式指出 的Ｐ与Ｓ的比值越大消声量会越高也是一致的。 比如有效长度为１．９ ｍ的Ｄ１２５０的消声器装入３组 内片，消声量可达到１７．６ ｄＢ（Ａ），比只有ｌ组内片的 Ｄ６３０消声器的消声量显著提升，但其阻力损失也高 了很多。而在Ｄ１４００消声器中也装入３组内片，消 声量则只能达到１４．９ ｄＢ（Ａ），当然阻力损失也会低 一些。这就证明了同类消声器只要规格尺寸不同， 消声量就不会一样，阻力损失也不会一样。不论是 圆形截面还是矩形截面的消声器，这一点都是相同 的。 ４结语和建议 （１）实测证明单层微穿孔板消声器消声量太 小，这是工程内通风噪声大的根本原因，今后工程中 只能采用双层微穿孔板消声器。 （２）实测证明双层微穿孔板消声器的消声量小 于手册给出的数值，为满足消声量要求，工程设计 中应该适当增加所选用的微穿孔板消声器的有效长 度，建议考虑增加５０％以上。 （３）双层微孔板消声器共振腔比较厚，外形尺 寸大，设计时应最大限度地考虑安装空间。 “）系统有洁净要求或有防沾染要求时可选择 使用微穿孔板消声器，对于一般风速不高的通风空 调系统，建议尽量采用由纤维性材料作吸声体的阻 性或阻抗复合消声器。实测证明后者的单位长度消 声量远高于前者。 （５）同类消声器只要规格尺寸不同，消声量就 不会一样，阻力损失也不会一样。应继续对所有规 格的微穿孔板消声器来测试研究，列出所有规格 的微穿孔板消声器的消声量、阻力实测值，绘制微穿 孔板消声器的系列标准图集，为生产和设计选用微 穿孔板消声器提供新的切实依据。 参考文献： ［１］ＧＢ／Ｔ４７６０．１９９５，声学消声器测量方法【ｓ】．国家技术监 督局，北京：中国标准出版社，２００２． ［２］ ［３］ ［４］ ［５］ ［６］ ＧＢ５０２４３．２００２，通风与空调工程项目施工质量验收规范【Ｓ】． 国家技术监督检验检疫总局．北京：中国计划出版社， ２００２． 电子工业部第十设计研究院．空气调节设计手册口田．北 京：中国建筑工业出版社，１９９５． 马大猷．噪声与振动控制工程手册【Ｍ】．北京：机械工业出 版社。２０００． 项端祈．空调系统消声与隔振设计嗍．北京：机械工业 出版社，２００５． 方丹群，王文奇，等．噪声控制［１ｖｑ．北京：北京出版社， １９８６