基于聲強測量的卷接機組噪聲源識別

謝榮基，萬宇鵬，姚小兵

（中國測試技術研究院聲學所，四川 成都 610021）

基于聲強測量的卷接機組噪聲源識別

謝榮基，萬宇鵬，姚小兵

（中國測試技術研究院聲學所，四川 成都 610021）

卷接機組噪聲源多，噪聲源特性、位置分布復雜，傳統的噪聲測量方法難以識別出各噪聲源。采用聲強測量技術對卷接機組噪聲進行測量，利用聲強的矢量特性，測量出垂直方向上的聲功率和頻率特性，并根據測量結果繪制出聲功率圖，可以有效識別出各個測量單元區域的噪聲輻射聲功率與頻率特性，為卷接機組噪聲控制提供數據基礎。

卷接機組噪聲；聲強測量；聲功率圖

0 引 言

卷包車間作為卷煙生產的最重要環節，由大量卷接機、條包機、各類氣動設備和傳送設備組成，各類設備噪聲排放共同作用導致車間內噪聲污染嚴重。卷包車間內最主要的噪聲為卷接機組噪聲，卷接機組噪聲又由旋轉機械噪聲、氣動噪聲等共同組成[1]。卷接機組車間本身存在眾多噪聲源，且由于墻面反射等多種因素的存在，車間內的聲場混雜，采用常用的噪聲測量方法，無法區分出噪聲來源以及各噪聲源的貢獻量，不能為設備的噪聲控制提供有效的信息。

針對卷包車間的聲場特征，本文提出采用聲強測量的方法進行卷接機組噪聲的特性測量與分析。利用聲強測量的矢量特性，在卷接機組單個面上進行了垂直方向上聲強分布的測量，并利用測量結果繪制出聲功率分布圖。利用聲功率分布圖對卷接機組的噪聲輻射進行分析，獲得被測面上最大的噪聲輻射區域。在此基礎上，對機組噪聲輻射較大的區域進行頻率特性分析。

1 測量方法與原理

1.1 被測樣品

如圖1所示，卷包車間內的卷接機組噪聲主要由大量復雜的旋轉機械噪聲、氣動噪聲等組成，機組噪聲源復雜。

圖1 噪聲源機組

由于生產運行的需要，無法讓機組各部分單獨運行，不能采用分別運轉法來進行噪聲測試分析。同時，車間內其他機組也無法停運，周圍環境噪聲情況復雜。采用測量聲壓級的方法無法有效測量出每個機組噪聲源對環境噪聲的貢獻。通過聲強法對機組噪聲各個包絡面進行測量，并繪制出各個部位的噪聲聲功率排放圖，從而對單臺機組各類噪聲排放進行分析，為車間噪聲控制提供準確的數據。

1.2 聲強測量原理

聲強是指通過垂直于聲傳播方向單位面積上的平均聲能量流，又稱為平均聲能量流密度[2-3]。即：

同時，根據聲強的定義，它也可以通過單位面積上的聲波在單位時間內向前進方向毗鄰介質所做的功來表示[4-5]，即：

式中：P（t）——瞬時聲壓，Pa；

T——平均時間，s。

聲強是描述聲能流動的具有大小和方向的聲學量，其變化范圍很大，因此采用對數標度來度量聲強，即聲強級。聲強級為待測聲強I與基準聲強Iref的比值，取常用對數再乘以10[6-8]。在空氣中基準聲強Iref取10-12W/m2，即：

聲強的特點決定了采用聲強測量噪聲時，只要包絡面內沒有其他聲源，測量結果理論上不受其他聲源或背景噪聲的影響。因此，采用聲強測量聲功率能夠很好地對被測對象進行噪聲源的識別。

1.3 測量裝置與方法

針對圖1中的車間內卷接機組噪聲源特性進行聲強測量，聲強測量系統采用B&K公司4206聲強探頭、B&K公司3560B聲學分析儀以及聲強測試軟件。該測量系統由兩個傳聲器組成聲強探頭，兩個傳聲器分別測量的聲壓級為PA和PB，兩個傳聲器之間的距離為Δr[9-10]。則聲強I為

測量時，距離機組正面平面20cm處用鋼絲網架設置測量網格包絡面，將整個包絡面分為了10cm×10cm的單元格，通過從左到右從下到上順序掃面測量包絡面。測量過程中，包括被測機組在內所有機組均正常工作。在對機組噪聲測量過程中整個機組側面背面均做了隔聲罩，而機組正面由于需要人工進行檢修、加料等操作，未做隔聲罩。背面側面的噪聲排放較小，機組正面噪聲排放是整個機組噪聲治理的關鍵，因此只對機組正面進行包絡面掃描測量。

2 噪聲源識別及特征分析

通過聲強測量，得到被測卷接機組各個包絡面的聲功率測量結果，并繪制出聲功率圖，如圖2所示。

圖2 聲功率分布圖

從聲功率分布圖可以看出，被測包絡面上網格區域內噪聲聲功率較大的主要有3個區域。其中區域1附近聲功率值最大，為87dB；其次為被測包絡面上測點區域2聲功率值，為84 dB；區域3噪聲聲功率值為83dB。通過分析聲功率值最大測點的位置與頻譜特性，分析對應位置發聲部件的運行。其余區域聲功率值低于上述區域聲功率6dB以上，對整個機組噪聲排放的貢獻較小。因此，只分析區域1、2、3的噪聲頻率特性。

區域1的聲功率頻率特性如圖3所示，該位置對應機組的卷紙功能旋轉部件，應對該部件進行工藝降噪改進。區域1聲功率頻率特性表明，該區域噪聲在400Hz下聲功率值最高。對應聲強測量包絡面的機組位置為濾嘴卷紙旋轉部件，該噪聲由濾嘴卷紙旋轉部件發出。

圖3 區域1噪聲頻率特性

區域2的聲功率頻率特性如圖4所示，該區域噪聲在500Hz下最為突出。對應聲強測量包絡面的機組位置為過濾嘴下料旋轉齒輪，因此該區域噪聲由機組過濾嘴下料旋轉齒輪產生。

圖4 區域2聲功率頻率特性

圖5 區域3聲功率頻率特性

區域3噪聲頻率特性在5000Hz處最高，如圖5所示。通過被測包絡面與機組對應位置的工作狀態與工作部件分析發現，該位置有一高速氣流噴嘴，同時該位置其他部件無法產生該頻率下噪聲。分析該噪聲由高速氣流噴嘴發出。

測量得到的噪聲源分布，以及各噪聲源輻射分析結果，與卷接機組的部件構成以及本文中關于卷接機噪聲特性分析結果基本一致，試驗分析結果很好地印證了機械噪聲輻射原理性分析結果。表明聲強法可以很好地應用于類似卷接機這種復雜聲源的噪聲識別，為噪聲控制提供了有效支持。

3 結束語

采用聲強測量卷接機噪聲輻射并繪制為聲功率分布圖。該聲功率分布圖各個單元區域清晰明確地反映出了卷接機組各個部件噪聲輻射情況，并直接有效地找到噪聲排放最大的單元區域，最終確定卷接機組相應的發聲工作部件。

通過單元區域聲功率的頻率特性，結合機組該單元區域對應的運行部件進行分析，準確地進行了噪聲源識別與分析，這些信息可以為下步開展各噪聲源降噪以及機組噪聲控制提供有效的數據基礎。

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Noise identification of cigarette assembling machine based on sound intensity measurement

XIE Rong-ji，WAN Yu-peng，YAO Xiao-bing
（Acoustics Department，National Institution of Measurement and Testing Technology，Chengdu 610021，China）

As traditional noise measurement method is not an efficient way in identifying individual noise emission sources for cigarette assembling machine because of the complexity of source properties and locations along the machine，sound intensity measurement technology was adopted to identify noise sourcesin cigarette assembling machine in sound powerleveland frequency character.A sound power distribution map was thereafter constructed based on the measured data，and all the noise parts can be effectively identified from the map，including sound power level and frequency character.This result provides an efficient way for noise source identification for complex sound source such as cigarette assembling machine，and supplies basic data for noise control engineering.

noise from cigarette assembling machine；sound intensity；sound power distribution map

TB535；TB52+.4；TH6；TP274

：A

：1674-5124（2014）05-0029-03

10.11857/j.issn.1674-5124.2014.05.007

2013-12-03；

：2014-01-15

謝榮基（1984-），男，重慶市人，工程師，主要從事聲學測量與噪聲控制工作。