半消声室计算机辅助设计与计算【含SW三维图】
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充 值 购 买 -下 载 设 计 文 档 后 , 加 Q-1459919609 免 费 领 取 图 纸I半消声室计算机辅助设计与计算摘 要随着社会的发展,噪声已成为现下的一大新污染源,控制噪声也就成为了必须要解决的问题,在这种情况下,半消声室产生了。半消声室可以提供自由声场来进行声学产品噪声及振动特性的测试,以便减免噪声。除了这方面的应用外,半消声室也在其它领域发挥了它的价值。半消声室的发展越来越先进,由原先的体积大和寿命低到现在的体积可控并且使用寿命也大幅大提高,并且半消声室的发展也越来越受到重视。本文采用了计算机辅助的方式来进行半消声室的零件参数计算。半消声室包括了墙体、吸声结构、隔震系统三部分。墙体结构部分本文采用了双层墙的结构,本文对双层墙的材料、厚度、墙壁之间的间隙、墙壁之间的填充物、墙壁的吸声处理方法以及墙壁的隔声量进行了详细的讨论以及确定合适方案;室内吸声结构本文采取的是尖劈结构,本文对选取尖劈吸声结构的原因、尖劈的材料、形状以及尺寸进行了比较详细的讨论与计算,并且确定下合适的方案;隔震部分本文采用的是通过弹簧来隔震,本文对隔震弹簧的刚度、尺寸、所用数量以及具体的安装方式进行了计算以及确定。在确定了具体尺寸之后,通过 solidworks 画出了半消声室的装配体,并且对此消声室进行了建造难度分析,最后得出结论,此半消声室比较符合要求,并且预期会有比较好的性能效果以及比较长的使用寿命。关键词:半消声室;尖劈;隔声门;隔震系统充 值 购 买 -下 载 设 计 文 档 后 , 加 Q-1459919609 免 费 领 取 图 纸IIABSTRACTWith the development of society, noise has become a major new pollution source, and noise control has become a problem that must be solved. In this case, the semi anechoic room has come into being. The semi anechoic chamber can provide free sound field to test the noise and vibration characteristics of acoustic products so as to reduce noise. In addition to this application, the semi anechoic chamber has also played its role in other fields. The development of semi anechoic chamber is becoming more and more advanced. The volume of the semi anechoic chamber is much lower than that of the now. It is controllable and the service life is greatly improved. And the development of the semi anechoic chamber is also paid more and more attention.In this paper, the computer aided method is used to calculate the part parameters of the semi anechoic chamber. The semi anechoic chamber includes three parts: the wall, the sound absorption structure and the isolation system. The wall structure with the structure of double wall, double wall material, the thickness, the gap between the walls, walls between the filler walls, sound processing method and sound insulation wall are discussed in detail and determine the appropriate scheme; indoor sound absorption structure of this paper is to wedge structure, the the reasons for selection, wedge absorbing structure of wedge material, shape and size are discussed and compared in detail, and determine the appropriate plan; isolation part is used by the spring to isolation, the isolation spring stiffness, size, the number and installation method of concrete is calculated and sure.After determining the specific size, the assembly of semi anechoic room by SolidWorks, and this was an anechoic chamber construction analysis, finally concluded that the semi anechoic chamber accords with the requirements, and is expected to have better performance and long service life.Key Words:Semi anechoic room;Wedge;Sound insulation door;Isolation system充 值 购 买 -下 载 设 计 文 档 后 , 加 Q-1459919609 免 费 领 取 图 纸- 1 -目录摘 要 .IABSTRACT.II第一章 绪论 .11.1 消声室的由来 .11.2 消声室的意义及价值 .11.3 消声室的目前研究概况以及发展趋势 .21.4 选题目的以及所要研究的内容 .2第二章 半消声室的隔声设计 .32.1 半消声室的墙体结构设计 .32.2 隔声门的设计与计算 .6第三章 隔震系统的设计与计算 .93.1 弹簧的设计 .93.2 弹簧的设计及强度验算 .103.3 弹簧的安装 .13第四章 吸声结构的设计与计算 .134.1 消声室设计对吸声结构的要求 .134.2 吸声材料 .144.3 尖劈的设计与计算 .164.4 利用 VB 编程进行零件调用以及装配。 .19第五章 总结 .21附录 1:外文翻译 .23-附录 2:外文原文 .29-附录 3 尖劈零件设计代码 .34-致 谢 .44-充 值 购 买 -下 载 设 计 文 档 后 , 加 Q-1459919609 免 费 领 取 图 纸- 2 -第一章 绪论1.1 消声室的由来随着经济的发展,人们的生活状况越来越好,质量越来越高,对衣食住行玩方面的要求也越来越高,因此各种家用电器、代步工具、娱乐设施应运而生,例如微波炉、音箱、轿车等等,这些产品在为我们带来便利和快乐的同时,也为我们带来了另外一项污染,那就是噪声污染。噪声污染已经被列为 21 世纪的一大污染,它已经严重的影响到了人们的日常生活,因此噪声控制成为了现下必须解决的一大难题。噪声的控制,主要可以有两方面下手,一方面是通过截断噪声的传播路径,同时对噪声进行吸收的方面进行噪声的控制,例如,现在我们可以在城市的居民小区附近的公路两边可以看到两排竖起的挡板,那就是声屏障,声屏障采取可以吸收声音的材料制成,安装在马路两边,可以有效的对汽车发出的噪声进行吸收,从而降低汽车发出的噪声对居民小区的影响;另一方面,就是从根源上入手。所谓的从根源上入手,就是在发声产品出厂之前,进行一次声音频率测试,在根据测试出的频率对产品进行改进,使发声产品产生的噪音降低,从而达到降低噪声,减少噪声对人们生活的影响。但是如何测试出产品的声音频率,这又是一大难题,这时候消声室就应运而生了。1.2 消声室的意义及价值所谓消声室,就是在一个闭合的空间中建立一个自由的声场,在这个密闭的空间里,传播声波的介质在各个方向上是无限制延伸的,由声源辐射而出的声能可以“自由”地传播,也就是没有障碍物的干扰反射,也没有周围环境的干扰。研究半消声室,一方面可以对消声室的结构进行优化,解决一些消声室的难点、缺点,提高消声室声场特性的准确性和可靠性,提高消声室的隔震、隔声能力以及吸声能力,减少建造消声室的成本和时间;另一方面,可以有效的为噪声的检测以及声学的实验提供理想的实验环境,也可以将半消声室的优点应用到声学的其他层面,设计出更好的声学产品.半消声室作为一种新型的测试工具,已经开始显示出了它所带来的价值,它的价值已经开始渗透进我们的日常生活当中,例如,在文化传媒、日常生活、汽车制造、休闲娱乐等领域中,声学音响类产品的应用越来越广泛,所以企业就需要对这些产品进行检测,以确保这些量大面广的音响类设备客观音质参数的准确性和可靠性;在汽车运用方面,消声室也立下了很大的功劳,随着汽车工业的发展,人们购车的标准之一就是整车的舒适性,然而汽车的噪声及振动水平又是评价整车的舒适性的一个重要指标,要降低汽车的零部件与整车的噪声,就要了解噪声及振动的特性,而消声室正好可以解决这个问题。现如今,消声室的应用已经和我们的日常生活息息相关,消声充 值 购 买 -下 载 设 计 文 档 后 , 加 Q-1459919609 免 费 领 取 图 纸- 3 -室的应用领域很广,包括应用研究、基础理论研究、环境噪声治理新产品开发研究、等方面。诸如噪声学、语言及音乐声学、电声学、建筑声学、心里及生理声学等均离不开作为声学测量基本配套设施的消声室。消声室的应用具有显著的社会效益和经济效益。1.3 消声室的目前研究概况以及发展趋势五十年代中后期,我国就开始建立消声室。在 1964 年,南京大学消声室正式建成。由于实际需要,自 70 年代起发展了一种称为半消声室的声学实验室。此半消声室除要求地面为硬质刚性反射面外,其余与消声室相同。半消声室的优点是由于地面是硬的,能承受较大的重量,适宜测量如车辆、大型机器、设备等的噪声功率且使用方便,造价比消声室低廉;缺点是当声源的等效声中心或接收器高出地面较多时,声反射的影响使声场严重偏离自由场,这种现象在频率高时更为显著,因此半消声室存在有高频限。随着经济的发展和环境保护工作的深入,尤其是八十年代以来,全国各地陆续建立了一些消声室,这些工作为今后建立消声室提供了一定的经验和教训。另一方面,有的已建消声室性能尚不够理想,有的成本较高。总的来说,消声室的建设虽已积累一定的经验,但缺少总结技术, 水平参差不齐。20 世纪 80 年代之后,随着时间的推进,消声室的体积愈来愈大,截止频率越来越低,形成一种后来居上的趋势。近年来,有关消声室的研究越来越成熟,解决的问题越来越多,比如消声室声场特性的准确性和可靠性就得到了解决。现如今,消声室的研究越来越成熟,但是还会有一些方面不足,例如:结构方面:体积越来越大,成本越来越大,建成耗费的时间越来越多;隔震方面:无法完全隔绝外界的振动;寿命方面:使用寿命和耗费的成本不成正比等等。这些问题都会是接下来的研究方向。未来的消声室结构更稳定,体积不会特别大,成本不会特别高,使用寿命会符合消声室的性价比,功能变得越来越稳定,隔震、隔声的技术会更加的趋于完善。1.4 选题目的以及所要研究的内容在我们的日常生活中,半消声室的作用已经越来越重要了,因此,半消声室的建设就成了很重要的一件事。选择半消声室建设这个题目,是经过我深思熟练做出的选择。现阶段的半消声室的建造成本与使用寿命不成正比,而且建造难度较大,本文旨在在不影响半消声室性能的情况下,减少半消声室的建造成本以及增加半消声室的使用寿命,降低半消声室的建造难度。接下来,本文会对半消声室的结构进行详细的设计与计算,其中包括了半消声室墙体结构的设计以及所选用的材料、隔声门结构的设计以及所选用的材料、尖劈结构的设计以及所选用的材料以及悬挂方式、隔震弹簧的选用等等。充 值 购 买 -下 载 设 计 文 档 后 , 加 Q-1459919609 免 费 领 取 图 纸- 4 -第二章 半消声室的隔声设计2.1 半消声室的墙体结构设计半消声室的目的是为了测量声学产品所发出声音的震动及频率特性,所以半消声室必须在测试中提供一个自由的声场,也就是没有障碍物反射和周围环境干扰的声场。在这里,先对如何消除周围环境对半消声室测试效果的影响进行讨论。要消除周围环境对半消声室内自由声场的影响,那就必须要有一个本底噪声。所谓本底噪声,也被称为背景噪声,是指电声系统中除了有用信号以外的总噪声。本底噪声过强,不仅会让人烦躁,还会影响到声音中较弱的细节部分,并且淹没掉,这样就会使声音的动态范围和信噪比减小,对半消声室内的自由声场造成影响,使测量结果的准确性下降。在半消声室内进行测试时,要获得比较准确、可靠的测试数据时,要求必须有15dB 以上的信噪比。所以在建造半消声室时,要根据消声室的用途不同,确定消声室的本地噪声允许值,因为不同用途的消声室对本底噪声有不同的要求。消声室的本地噪声的确定,主要是根据被试的声学产品的声压级水平来确定的,在一般的情况下,要求本地噪声与被试声学产品在需要进行研究的各个频段内的声压级水平差值要有 10dB 以上的差值,但是如果差值大于了 20dB,就不可以进行修正了。再者,本地噪声过低也是不允许的,从单独的土建方面考虑,简单的对单层匀质墙进行加厚,墙的厚度每增加 1 倍,隔声量也只是提高 6dB,这将对消声室的土建成本有很大的提高,因此在建设半消声室时,为了确保有较好的本地噪声,不建议无限的增加墙体的厚度,采用其他的手段确保达到消声室对本地噪声的要求。本底噪声的问题在低频的情况下尤为严重。要在低频的情况下做出满意的测量,只有一种办法,那就是将消声室用质量较大的墙给围住,这就是所谓的“房中房” 结构。本文未给出的具体的消声室的建造环境,但是给了本底噪声的值为 20dB,因此就根据这个要求,也就是本底噪声为 20dB,进行消声室的墙体结构设计。现阶段,消声室的墙体结构一般有两种,一种是单层墙,类似于图 2.1 所示,这种墙体的造价高,内部需要各种吸声材料、支撑重量的材料等等材料的存在才能达到吸声、隔声的效果,而且一般墙体较厚,施工难度比较大,不容易建造,如果在施工的过程中出现问题,那么久达不到预期的吸声效果;另一种是双层墙结构,如图 2.2所示,这种墙体采用混凝土和实心砖墙建造,结构比较容易建造,而且造价较低,只充 值 购 买 -下 载 设 计 文 档 后 , 加 Q-1459919609 免 费 领 取 图 纸- 5 -要在外墙内表面和内墙的外表面涂上吸声材料,同时在两层墙之间填满泡沫,就可以达到吸声、隔声的效果。图 2.1 墙体结构图 2.2 双层墙体结构本文建造消声室采取的是双层墙的结构,外墙为实心砖墙,厚度为 30cm,外表面抹灰,内表面先抹灰,在抹上一层吸声材料;内墙是现浇钢筋混凝土墙,厚度为 25cm,内墙的外表面抹上吸声材料,顶端为平顶。为了提高隔声、吸声性能并节省建造成本,必须合理的使用双层墙之间的间隙,我们取双层墙之间的间隙为 50cm。双层墙之间的间隙可以不填充东西,也可以填充一些东西,在这里,为了保证本底噪声 20dB,所以我们往双层墙之间的间隙中填充一些粉状泡沫,这样在不大量的提高土建成本的情况下,可以提高墙体的隔声性能。墙体的结构图如图 2.3 所示。充 值 购 买 -下 载 设 计 文 档 后 , 加 Q-1459919609 免 费 领 取 图 纸- 6 -图 2.3 墙体结构隔声设计是为了隔绝周围环境的噪声对消声室的本底噪声的影响。消声室主要靠墙体结构来保证隔声要求。墙体结构的隔声量可以通过式 2.1 来计算:(2.1)18lg2l5Rmf式中 ; ;R为 结 构 隔 声 量 2为 隔 声 构 件 密 度 ( kg/) f Hz为 入 射 声 波 频 率 ( 单 位 )。当是宽带噪声时,可以用平均隔声量 来了解构件的隔声性能:(2.2) 1niR式中 iR为 各 个 主 要 倍 频 带 构 件 的 隔 声 量 。经过计算可得,双侧墙的隔声量可以达到 65dB 以上,可以有效的做到隔声效果,可以保证消声室的本地噪声,符合设计要求。双层墙的隔声量如图 2.4 所示。充 值 购 买 -下 载 设 计 文 档 后 , 加 Q-1459919609 免 费 领 取 图 纸- 7 -图 2.4 双层墙的隔声量2.2 隔声门的设计与计算在前面,本文就消声室的墙体结构进行了讨论以及确定设计方案,墙体结构确定之后,那么久需要对门进行确定。消声室的门通常称作隔声门,是一种采用优质冷轧钢板,冷加工处理成型,门体内按隔声等级填充吸声棉、PU、蜂巢结构、隔声材料(隔声材料主要有阻尼橡胶板、矿棉隔音板),采用先进技术、独特设计及特殊密封制作工艺,单、双裁口做法,具有防火、隔声、逃生优质性能,使用性能稳定,精工制作而成的木、钢质门。隔声门是为了方便测试人员搬运声学产品进出,因此要根据根据声学产品的体积来设计,这也间接的确定了消声室为何种类型。本文中拟定该消声室用途为测量音箱等小型声学产品。隔声门分为木制和钢制两种,木质门一般用于居家之中,而消声室一般处于露天之中,如果使用木质门,一方面隔声效果不好,另一方面,由于天气的变化以及空气中的水分,会对木质门造成腐蚀,使木质门的使用寿命下降,降低消声室的隔声效果。因此在本文中我们选择钢质门。本文中的消声室为双层墙结构,因此也就需要设计两扇钢质门,所以为了考虑成本造价,就不能够采用如图 2.5 所示的双磁控隔声门,因为采用此种隔声门,造价比较高,增加了消声室的建造成本。充 值 购 买 -下 载 设 计 文 档 后 , 加 Q-1459919609 免 费 领 取 图 纸- 8 -图 2.5 双磁控隔声门在这里我们先讨论外墙的隔声门,由于外墙为实心砖墙,两面抹灰,厚度为 30cm,为了达到预期的隔声效果,以及人推门不是很费劲,所以采用 20cm 厚的钢质门,虽然为钢制门,但却不是实心,若是实心的话,人为的根本推不动,因此本文采用空心的钢质门,用钢筋焊接一个为长方体的门的框架,门的长为 120cm,宽为 20cm,高为 200cm,然后用钢筋把门框架前后两面的对角线通过焊接的方式连接上,然后外面覆盖上 1.2mm 厚冷轧钢板,在靠近空心的冷轧钢板两侧涂上吸声材料,并且在门的空心里填充满加成型吸声棉,这样既能减少建造成本,又能方便人为的能推动,并且还保持了比较好的隔声效果,外门的设计已确定。接下来进行内墙上的门的设计。首先为了保证比较好的隔声效果,本文决定采用把内外墙两扇门错开来的布置方法,内外墙之间的门错开 1m的距离,这样可以保证比较好的隔声效果。内门作为消声室的第二道门,并直接与室内相连,并且还要悬挂吸声尖劈,所以内门的结构应该比较牢固的,因此我们还是采用空心框架结构,用钢筋焊接一个为长方体的门的框架,门的长为 120cm,宽为 20cm,高为 200cm,然后在高 100cm 处横向焊接一根钢筋,这样长方体的门框架就被分为上下两个部分,然后在用钢筋把上下两个部分的对角线给焊接起来,这样就较为坚固了,然后外面覆盖上 1.2mm 厚冷轧钢板,在靠近空心的冷轧钢板两侧涂上吸声材料,由于外门已经处理的较为细致并填充的加成型吸声棉,因此内门空心填充满泡沫。在安装方面,门框会有 10cm 的厚度,这样当开门的时候门上的尖劈和墙壁上的尖劈就不会相撞,对门的打开形成阻碍,在安装隔声门的时候,门与门框之间用橡胶条密封,这样隔声门的设计就完成了。门的立体结构图如图 2.6 所示。充 值 购 买 -下 载 设 计 文 档 后 , 加 Q-1459919609 免 费 领 取 图 纸- 9 -图 2.6 门的立体结构图在消声室的隔声处理中,往往隔声门会是一个薄弱环节,相对于墙的隔声量来说,隔声门的隔声量往往达不到人们的预期要求,使用普通的门构造会是墙的隔声能力变差。因此,必须设计多层门来提升其隔声效果。为了达到比较好的隔声效果,在进行隔声设计应尽量避免墙体与门的隔声量相差太大,只有这样才能在保证较好的隔声效果的情况下,减少消声室的建造成本,达到比较经济合理的目的。最为合理的设计是“等透射量”方法 , 也就是要求透过墙体的声能与透过门窗的声能相同,可由式(2.3)表示为:(2.3) 11220lgSR式中 。12 1R、 分 别 为 墙 和 门 的 隔 声 量 , 、 分 别 为 墙 和 门 的 面 积充 值 购 买 -下 载 设 计 文 档 后 , 加 Q-1459919609 免 费 领 取 图 纸- 10 -隔声门的隔声效果好坏与否,主要与门的质量和构造以及门与门框接触处的密封程度有关。本文设计隔声门采用了双层门结构,按照声学计算,这样的隔声门结构可达到平均 55dB 的隔声量以上。双层门的隔声效果图如图 2.7 所示。图 2.7 双层门的隔声量第三章 隔震系统的设计与计算3.1 弹簧的设计前面本文讲述了半消声室的四周以及房顶的隔声措施,但是外界的环境噪声也会通过地底传到消声室内,这时候就需要对消声室进行隔震设计了。隔震设计,也就是采用弹簧的自振来有效的隔绝从地底传来的噪声震动。本消声室采用浮筑结构,即内墙建设在由隔震弹簧构成的隔震系统上,建成一个单自由度震动系统。为了保证测试的准确度,相对比测试频率和周围振源频率,系统的共振频率必须足够低,故选 。因为要使用弹簧进行隔震,所以必须根据2.0Hzrf充 值 购 买 -下 载 设 计 文 档 后 , 加 Q-1459919609 免 费 领 取 图 纸- 11 -来确定弹簧的刚度(式中 ;152rkfmmkg为 整 个 浮 筑 结 构 的 质 量 , 单 位; ),可以添加阻为 选 择 弹 簧 的 刚 度 , 单 位 N/ cm为 弹 簧 的 静 态 压 缩 量 , 单 位 为尼改变系统特性,来满足共振频率要求,进而使弹簧的选择更为合理。3.2弹簧的设计及强度验算半消声室的隔振系统共振频率小于 2Hz,计算出噪声室的总体质量,然后设计弹簧,并且确定弹簧的组数,并对其进行验算。3.2.1 承重(载荷)估算:墙体混凝土质量 :1(4750.270.25)8(3524.)801692()m kg尖劈质量 :2 869(). kg钢筋挂件质量: 30mkg动载荷等效质量: 45因此整个消声室的总质量为: 1769iiM3.2.2 计算目标总刚度 K 与变形量24().801/rKmfNm29.65*Ff3.2.3 初步确定弹簧的各项尺寸初选弹簧尺寸为:D=140mm d=25mm3.2.4 选取材料根据弹簧工作条件,属类载荷弹簧,选择热轧弹簧钢, 602SiMnA切变模量:G=80Gpa ;许用应力 ;弹簧极限载荷为:740SMPa5478SFN查表或者根据公式 可得, 一圈弹簧刚度为:38SKdFD13/dKm充 值 购 买 -下 载 设 计 文 档 后 , 加 Q-1459919609 免 费 领 取 图 纸- 12 -3.2.5 确定弹簧数量弹簧需要在隔震系统中长期工作,因此本文选择弹簧极限承载力的 60%作为其工作载荷,即 F=25478*0.6=15286.8N弹簧总数量为 17809.14()526n根考虑到弹簧的安装以及房间底部尺寸,因此我们选择弹簧数量为 116 根3.2.6 确定有效圈数及总圈数本文拟选取弹簧的总圈数为 8 圈,有效圈数为 6 圈,则,支撑圈数为 1,两端并紧并磨平。138=6256/KNm设3.2.7 计算设计截止频率与目标截止频率偏差8/Hz23.147659kgf设 .9设计截止频率小于截止目标频率,这一设计方案符合设计要求。3.2.8 自有高度、工作高度、试验高度、压并高度设计变形量: ,17659.8=4m2mgK设 设压并高度: ,10bHnd工作高度: ,自由高度: ,节距:p=56mm,36. 0381H螺旋角为 =7.263.2.9 稳定性校核高径比: ,因此满足稳定性要求。03812.75.34bD3.2.10 弹簧设计结构图充 值 购 买 -下 载 设 计 文 档 后 , 加 Q-1459919609 免 费 领 取 图 纸- 13 -图 3.1 弹簧设计结构图3.2.11 利用 VB 编程计算弹簧尺寸rivate Sub Command1_Click()Dim p!, g!, m!pi = 3.14g = 78000000m = 177659d1! = Val(Text1.Text)d2! = Val(Text2.Text)n! = Val(Text3.Text)x! = Val(Text4.Text)k! = g * (d2 4) / (8 * (d1 3) * n) 计算 kText5.Text = Format(1 / (2 * pi) * Sqr(x * k / m), 0.00) & Hz 频率p! = 0.4 * d1Text6.Text = p & mm p! = Val(Text6.Text) 节距Text7.Text = (p * n + 1.8 * d2) & mm 自由高度Text9.Text = Format(8 * m * 9.8 * n * d1 3) / (g * x * d2 4) * 1000, 0.00) & mm 形变量Text8.Text = Format(Val(Text7.Text) - Val(Text9.Text), 0.00) & mm 工作高度a! = p / (pi * d1) Text10.Text = Format(Atn(a) * 180 / pi, 0.00) & 螺旋角上述是利用 VB 编程计算弹簧参数的代码,通过输入弹簧丝直径、弹簧的中径、有效圈数、弹簧的根数就可以算出隔震频率等参数,具体界面如图 3.2 所示。充 值 购 买 -下 载 设 计 文 档 后 , 加 Q-1459919609 免 费 领 取 图 纸- 14 -图 3.2 VB 操作界面3.3 弹簧的安装根据上述依据,弹簧确定如下:外径为 140mm,簧丝直径 25mm,工作高度316mm。四周弹簧总个数为 116 根,采用均匀排列的方式。图如图 3.3 所示。图 3.3 弹簧的排列方式第四章 吸声结构的设计与计算半消声室是用来测量声学产品的噪声和震动特性的,在进行测试时,半消声室中不能有东西对声学产品发出的声波进行阻碍,也就是没有障碍物的反射,因此半消声室内部要形成一个自由声场,这样才可以测出准确的数据,方便人们的分析,那么就要采用吸声结构来使半消声室中的声场变成自由声场。下面,本文将对半消声室的吸声结构进行设计与计算。4.1 消声室设计对吸声结构的要求由于半消声室的内部是自由声场,因此,在进行半消声室的设计时,首要任务是要确定下来半消声室的用途。半消声室一定会有测试的频率范围大小和声学产品所需的测试空间大小,并且在测试的频率范围内,会允许有一定的自由声场的偏差值。设计半消声室的大小和吸声结构的吸声特性必须要在知道上述的几个方面之后。充 值 购 买 -下 载 设 计 文 档 后 , 加 Q-1459919609 免 费 领 取 图 纸- 15 -前人已经提出了,半消声室内自由声场与理想中的自由声场相比,其有可能的最大偏差值的估计公式,当测试信号为单频信号时,其偏差为(4.1) 20lg(16)PrLRL当测试信号为宽带信号时,其有可能的最大偏差值的估计公式为(4.2)2l()Pr由式(4.1)和式(4.2)可以看出,半消声室内的自由声场和理想自由声场之间的偏差,一方面与界面声压发射系数 R(吸声系数 ),另一21R方面还与半消声室的尺寸 L 和测试距离 r 有关。自由声场的偏差要根据不用的测试项目进行调整,因此也要在了解测试的声学产品对声场的要求基础上,参考式(4.1)和式(4.2),设计半消声室对吸声结构的吸声特性的要求。(4.1)与式(4.2)相比,就宽带信号来说,其本身就有无规律叠加的性质,所以在各种条件一致的情况下,宽带信号的自由声场偏差值比纯音信号的自由声场偏差值要小。换句话说,在测试宽带噪声时(许多机器设备的噪声都是宽带噪声),半消声室的各个界面不需要达到 99%的吸声系数,就可以准确的进行测试。所以无论从经济的角度来说,还是从技术的角度来说,半消声室的一大关键问题就是吸声结构的设计。4.2 吸声材料在正常情况下,不考虑其他的问题,当一束声波延伸到一个界面时,只会被吸收和反射。所谓的界面的吸声系数,就是被吸收的能量与入射声波的能量之比。声辐射示意图如图 4.1 所示。对于平面光滑、材质坚硬的界面来说,如大理石、油漆的木板、粉刷的墙面、石膏板、钢板等等,这些界面的吸声系数都非常小。充 值 购 买 -下 载 设 计 文 档 后 , 加 Q-1459919609 免 费 领 取 图 纸- 16 -图 4.1 刚性表面前声辐射示意图玻璃棉作为一种典型的吸声材料,玻璃纤维之间空隙,能使声波直接传导到材料的内部,纤维之间的空隙有点跟毛细管相似,在很细的管内,声波传播时,声能会直接转化为热能吸收,这是因为在声波储波时,管内声波振动速度从中心到管壁之间的速度梯度,进而造成比较大的内摩擦。这种具有很细的空隙而且空隙率比较大的材料叫做多孔性材料。多孔性材料吸声效果好坏与否和吸声频率特性与材料的纤维直径(包括纤维排列形状) 、密度 (容重) 、厚度有关。棉花、麻丝、合成纤维等材料也属于多孔性材料,也具备很高的吸声系数,但是这些材料之所以不被经常采用的原因是因为它们具有易燃、怕潮的缺点。空隙连通的泡沫塑料的吸声系数也比较不错。现下使用得较为常见的吸声材料为玻璃纤维棉板或毡。单纯的玻璃纤维棉,也会具备受潮的缺点,在受潮时,它会吸收大量的水分, 从而会塞住孔隙,使吸声效果大幅度降低。因此必须使玻璃棉作防潮,也就是要进行防潮处理,一般较为平常的是酚醛胶合玻璃纤维棉板(毡)。酚醛胶合玻璃棉板吸声特性具有以下 4 个特点: 第一,频率由低到高的过程中,吸声系数数值渐渐变大,当吸声系数到达最大值后,吸声系数在最大值附近具有比较小的起伏;第二,如果材料厚度增加一倍,那么在吸声系数从低点到达最高点的过程中,上升曲线会向低频移约一个倍频程,相对应的吸声系数的频率就会降低一半。但这不是绝对的,在一定条件下,厚度继续增加,吸声曲线却不会一直向低频移。因为有流动阻碍的原因,不同材料具有的有效厚度也是不同的,也就是在当持续增加厚度时,吸声曲线就不会向低频继续移动了。如酚醛胶合玻璃棉的有效厚度大约为 10cm,而像棉花、合成纤维等所谓的吸声材料,有效厚度只有 mm 的充 值 购 买 -下 载 设 计 文 档 后 , 加 Q-1459919609 免 费 领 取 图 纸- 17 -量级;第三,流阻也间接的决定了吸声系数的最大值,酚醛胶合玻璃棉的吸声最大值平均可以达到 90% 以上。在上升曲线达到第一个最高值时,其所对应的频率的波长1/4,大致与材料的厚度差不多;第四,将空气层设置在材料的后面时,就相当于变相的增加了材料的厚度。本文决定选用酚醛胶合玻璃纤维棉板(毡)来制作吸声结构。4.3 尖劈的设计与计算从上述可以得知,不能只靠着增加材料的厚度,使吸声曲线一直向低频方向延伸。这就需要比较好的结局方法,现下比较好的解决方法就是将吸声材料制成尖劈的形式,当声波从空气进入到吸声材料中时,会有一个比较不错的过渡区,让声阻抗率可以在声波传播的过程中逐渐降低,流阻的影响就会降低,吸声曲线就不会单纯的受到有效厚度的限制,可以向低频延伸。迄今为之,国内外采用的的高性能的吸声结构都为尖劈形状。其结构示意图如图 4.1 所示。图 4.1 尖劈示意图其中 L 为尖劈的总长度,L1 尖劈上端长度、L2 尖劈底部厚度,D 为尖劈底部与刚性界面之间的空气腔深度。前人已经对半消声室的截止平率与消声室的吸声尖劈的形状长度的关系进行了总结。在本文中,直接引用这种关系。根据现有的研究结论,充 值 购 买 -下 载 设 计 文 档 后 , 加 Q-1459919609 免 费 领 取 图 纸- 18 -(4.3) 4()cfLD式中, ; ; ; 。L为 尖 劈 长 度 为 后 腔 长 度 f为 尖 劈 截 止 频 率 c为 声 速文中,半消声室的自由声场截止频率为 80 ,也就是 为 80 ,声HzfHz,经过计算可得 ,也就是说尖劈的总长度加上尖速 c为 346m/s108m劈与墙壁之间的空气腔的深度小于 1080mm,在这里,本文选定尖劈长度为800mm,尖劈与墙壁之间的空气腔的深度一般控制在尖劈总长度的 5%到15%,故选定深度为 100mm,两项加到一起小于 1080mm,符合理论要求。在尖劈端部,是劈状空气层及吸声材料层的混合层,且以空气层为主体,因而该处的声学参数也就以空气为主。此时可将吸声材料的阻抗,在尖顶宽度不大(或截去的尖不长)的范围内,看做无穷大而声音无法进入,此即当尖头尖劈的尖顶被截去一小段成为平头尖劈之后,吸声特性几乎不变的原因。但同时也必须看到,尖劈被截去的长度不能太长,否则会是吸声性能变差。尖顶被截去的长度,应当是与尖头尖劈相比既不提高截止频率又不使所需频率范围内的吸声特性变坏。实验证明, 主要取决于被截后的平头尖劈的尖l顶 宽度(d),它以在 35 毫米以内为宜,最大不超过 40 毫米。在这里,我们选取尖劈头部宽度为 40mm。因此在设计完成后,尖劈的立体视图和三视图分别为图 4.2 和 4.3 所示。图 4.2 尖劈的立体结构图充 值 购 买 -下 载 设 计 文 档 后 , 加 Q-1459919609 免 费 领 取 图 纸- 19 -图 4.3 尖劈的零件图在安装方面,在建造墙体时,采用直径为 1cm 的钢筋做成支架,在建造内墙体时之间固定到内墙上,尖劈悬挂采用钢制挂件结构,具体结构如图 4.4 所示。图 4.4 尖劈的安装方式最后再用 VB 编程代码设计出了一个小计算器,方便计算尖劈的合适长度。代码为:Text2.Text = dc = 346000 声速充 值 购 买 -下 载 设 计 文 档 后 , 加 Q-1459919609 免 费 领 取 图 纸- 20 -f1! = c / (4 * (a + d) 频率f = Format(f1, 0.00)Text3.Text = fEnd Sub 界面图如图 4.5 所示图 4.5 截止频率计算界面图4.4 利用 VB编程进行零件调用以及装配。打开 Solidworks 并且调用尖劈代码:Private Sub Command1_Click()Dim swApp As ObjectDim part As ObjectDim fileName As StringDim CurCFG As ObjectDim ConfName As StringSet swApp = CreateObject(Sldworks.Application)swApp.Visible (True)充 值 购 买 -下 载 设 计 文 档 后 , 加 Q-1459919609 免 费 领 取 图 纸- 21 -Set part = swApp.NewDocument(C:UsersjianhuiDesktop鞠亮永尖劈.SLDPRT, 0, 0, 0)End Sub尖劈设计代码以及尖劈阵列代码可见附录充 值 购 买 -下 载 设 计 文 档 后 , 加 Q-1459919609 免 费 领 取 图 纸- 22 -第五章 总结在正式进行设计半消声室前,查阅了很多文献,了解了消声室的由来,作用以及构造。在了解了半消声室的构造之后,就开始着手进行半消声室的设计。半消声室由3 部分组成,分别为吸声结构,隔声结构、以及隔震系统。本文就由这三部分入手,开始设计并且计算,得出一系列的符合要求的参数,并且进行了详细的说明;通过使用visual basic 编出一个简易的软件,可以通过这个输入一些自选的数值,得出符合要求的参数;并且通过 VB 代码编程成功的可以调取零件。最后通过 CAD 画出了尖劈的零件图,并且通过 SolidWorks 画出个各个部分的立体结构和最后完成的消声室的总体装配图,并且可以通过 SW 的宏录制可以录制下尖劈的制图过程。半消声室的方案已经确定,虽然没有实物,但是我相信相比较于其他的半消声室,本文中的消声室具有建造成本低,使用寿命长,测试效果比较准确的优点。充 值 购 买 -下 载 设 计 文 档 后 , 加 Q-1459919609 免 费 领 取 图 纸- 23 -参 考 文 献1杨志华.消声室的声学设计J.噪声与振动控制,2009,05:156-159.2蒲志强,姚小兵,孙磊,鄂治群.消声室声学性能评价方法探讨J.中国测试 2012,05:25-28.3万宇鹏.半自由场消声室自动测试系统的设计与实现D.电子科技大学,2014.4胡秉奇,王以真.消声室的设计与建造锐丰公司消声室的设计J.电声技术,2011,09:4-8+15.5蔡阳生.消声室自由声场仿真分析J.广州大学学报(自然科学版),2007,01:41-45.6陈晓利.关于半消声室建设的若干问题探讨J.电声技术,2010,06:14-16.7孙广荣.消声室声学设计中的几点注意J.电声技术,2009,07:4-5.8孙广荣.消声室自由声场鉴定的几个问题J.电声技术,2008,08:4-5.9孙广荣.消声室用吸声结构J.电声技术,2013,05:1-4.10孙广荣.消声室的本底噪声J.电声技术,2016,03:15-32.11不详.南京大学消声室J.物理学报,1975,04:252-259.12顾熙棠,张宗茂,叶振弘.消声室的设计和性能检测J.宁波大学学报,1992,02:64-69.13Brey R H,Caustin E I,McPherson J H. Comparison of measurements of the characteristics of directional microphone hearing aids in an IAC test room and an anechoic chamber. Journal of the American Audiology Society, 1977, Vol.2 (5), pp.173-81.14Goss, Ken. New anechoic chamber makes room for larger vehicle tests. U.S. Department of Defense Information / FIND, 2015.15F. Phillip Van Eyl.Effect of acoustics on auditory and visual autokinesis. Psychonomic Science, 1972, Vol.29 (4), pp.205-206.充 值 购 买 -下 载 设 计 文 档 后 , 加 Q-1459919609 免 费 领 取 图 纸- 24 -附录 1:外文翻译微型消声室的设计讨论了小型便携式消声室的设计。 该房间由双层隔震板组成。 使用伦敦理论预测墙体传输损失。 室内悬挂系统设计有一个集中质量模型,用于隔离地板振动。 房间设计采用 9 英寸长的聚氨酯泡沫楔形。 通过使用阻抗管,进行了测量,其预测了所选择的楔的设计的 270Hz 的较低截止频率。 给出了完整的微型消声室的逆平方律测量和降噪测量。1、介绍公众对工作和家庭噪音滋扰的意识日益提高; 似乎与公众形象有着一切形式的污染。立法可能会继续反映这种日益提高的公众意识。 因此,在未来几年内,制造商可能会加大对消费品噪音的压力。产品噪声的实验室调查通常要求在无回波或混响室中进行噪声测量。 然而,这样的房间是相当昂贵的,并且在工业中很少能负担得起。 本文中描述的工作涉及便携式室的设计和构造,以提供适合于测量较小家用电器的噪声的声学环境。 建造的房间在eaeh 侧有一个 18 英寸的立方体工作空间,成本低廉。存在腔室可以被构造以创建测量所需的特定声学环境的各种方式。 考虑的两种类型是消声室和改进的阻抗管。 据推测,对于小产品,将它们放置在相对便宜的用于噪声测量的管中是可行的。 管将被构造成具有消音端接,使得不存在来自管末端的反射声波。 反射声波的存在将使测量问题复杂化,因为它们将导致管内的驻波图案。然后由麦克风测量的声音将取决于其沿着管轴的位置,并且可以预期结果可以变化几个数量级。另外,也可以以激发在径向方向站在这种管内的波。 为了消除这些,通常将要求管直径 d 小于测量声音的最大波长 2 的 0.6 倍。对于 Hz 表示的频率 f,d 为英寸,这相当于 806()(fHzdin因此,在这种管中可以方便地测量的上限频率是有限的。 如果管的直径约为 10英寸,则该上限频率约为 806 赫兹。 由于噪声控制问题中频率高于这一频率的人们常常感兴趣,噪声管的概念还没有进一步发展。充 值 购 买 -下 载 设 计 文 档 后 , 加 Q-1459919609 免 费 领 取 图 纸- 25 -建立一个小型便携式消声室的想法被认为是测量噪声的更好的总体选择。 因此,除了在低于楔形截止频率的非常低的频率下,可以避免驻波并发症。2、房间设计与这种类型的微型消声室相关的三个主要物理问题是:(i)为了防止外部噪声泄漏到房间中,设计出高声压传输损失的墙壁,(ii)设计房间衬里以使声音 波浪将被吸收而不被反射,(iii)设计房间悬挂系统以隔离房间与地板振动。 这三个问题的解决方案必须结合起来,以产生适当尺寸和重量的房间,以便安装在脚轮上并且容易地被推到实验室。图 1 中显示了用于便携式消声室的外盒和内箱的设计概念。内箱与外箱通过四个弹簧振动隔离。 外箱是立方体形,每边测量 41 英寸。 总重量约为 640 磅,如果将其安装在脚轮上,可以轻松推动消声室。 双隔离墙的声音传输损耗足够高,从而可以在平均实验室或制造环境中测量小型设备的低声级。 内箱的衬里由聚氨酯泡沫楔 9 组成,其长度可有效吸收以约 270Hz 以上的频率入射的声波。 低于该频率可能存在明显的驻波。充 值 购 买 -下 载 设 计 文 档 后 , 加 Q-1459919609 免 费 领 取 图 纸- 26 -设计目标之一是确保房间双层墙壁的高传输损耗。 这是因为它的目的是测量产品噪声在 20 至 40 dB 的范围内,便携式消声室位于工业环境中,其噪声水平为 60 至 70 dB。在轻质结构中,高传输损耗最好为 通过将隔板振动隔离的双层墙壁获得。 伦敦Ill 开发了这种面板的传输损耗(简称 TL)(发泡楔的传输损耗)的简单理论,并在此由 Be
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