关于通风消声器评价指标的讨论
摘要:介绍了通风消声器的评价指标，对检测数据和检测方法进行了分析，讨论了评价插入损失、阻力系数和再生噪声过程中存在的问题，提出了改进建议，以提高各实验室检测数据的实用性和可比性。
关键词:通风消声器,插入损失,阻力系数,再生噪声,评价
通风消声器（以下简称“消声器”）是允许气流通过并降低所传输的噪声的设备，大量使用在通风空调系统中。工程中评价消声器的性能时，通常是根据具体设计参数，分析消声量是否在各频率范围都能满足设计要求，压力损失是否在允许范围内，气流再生噪声是否足够低等，这就要求实验室提供准确的检测数据。目前采用的测量方法是《声学消声器测量方法》（GB/T4760-1995），在环保产品认证和一些工程监理活动中还以《通风消声器》（HJ/T16-1996）的标准限值作为合格判定指标。但由于检测方法和评价指标存在问题，在某些情况下，各实验室出具的检测数据缺乏可比性。本文对插入损失、阻力系数和再生噪声的检测和评价过程中存在的问题进行了讨论，并提出了有关建议。
1 插入损失
插入损失反映了消声器的消声性能。GB/T4760-1995规定了倍频带和1/3倍频带插入损失的测量方法，HJ/T16—1996给出了A计权插入损失标准值。但A计权插入损失会随着信号源频谱的变化而发生显著变化，加之各实验室的声源频谱不可能完全一样，工程中声源的频谱也各不相同，因此将A计权插入损失作为消声性能的单值评价量是不合适的。
工程中根据消声器的倍频带插入损失和应用环境的噪声数据来判断消声器的声学性能是否达到设计要求。但环保产品认证并不针对特定的工程，需要使用单值评价量来考核企业设计加工消声器的基本能力。因为消声器各频带的插入损失是确定的，所以消声器倍频带插入损失算术平均值也就是确定的，不会随声源频谱变化而变化，推荐作为各实验室共同采用的单值评价量。
另外还要考虑长度带来的影响。符合特定条件的情况下，消声器的插入损失与有效长度成正比，插入损失可以按dB/m折算。但由于消声器和替换管道都存在管壁透声现象，以及试验装置能检测的最大插入损失的限制，将消声器有效长度加倍时，实际测量的插入损失并不会成倍增加。因此，如果需要按dB/m判断消声器性能，就应将消声器有效长度限制在较窄的范围内，以减少按长度折算产生的影响，推荐范围0.9～1.1m。
图1是一组有效长度在0.9～1m之间的阻性片式消声器的实验室检测数据，信号源为白噪声。
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图1中，消声器倍频带插入损失算术平均值低于A计权插入损失，在一定程度上改善了单值评价量数值虚高的问题；而且两种评价量对应关系呈线性趋势，有利于评价体系平稳转换。
2 阻力系数
阻力系数反映的是消声器的空气动力性能，每台消声器的阻力系数理论上为常数。GB/T4760-1995中式（13）给出的阻力系数计算公式如下：
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“通道”指试验管道。当在不同的实验室检测同一台消声器时，如果各实验室的试验管道截面积不同，则相同的试验管道流速将对应不同的消声器片间流速，压力损失就会不同，而通道内气流平均动压相同，导致各实验室的阻力系数检测数据缺少可比性。
工程设计中常需要消声器法兰口流速或消声器最窄横截面处流速（片间流速）对应的压力损失和阻力系数。这两种流速不能测量，只能通过换算得到，其中片间流速在某些情况下不能得到准确数值。在片间流速不超过12m/s时，绝大多数消声器的压力损失小于100Pa，相对于101.325kPa的标准大气压，其影响不到千分之一，因此可将试验中气体的体积流量看作常数，再根据GB/T4760-1995中的式（8）进行流速的换算。部分消声器的三种流速阻力系数检测数据对比见图2，每条曲线均由54个点组成，每台消声器对应每列的5个点。
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图2中，当消声器气流通道截面积与上游法兰口完全相同（上游法兰口/片间截面积比等于1）时，按上游法兰口流速和按片间流速测量的阻力系数相同；当上游法兰口截面积与试验管道截面积相同时，按上游法兰口流速和按试验管道流速测量的阻力系数相同；若上游法兰口截面积小于试验管道截面积，按试验管道流速测量的阻力系数最大，反之按上游法兰口流速测量的阻力系数最大。
三种阻力系数中，按试件上游法兰口处平均流速计算的阻力系数能够近似反映该试件在工程中应用的情况；而且在不同的实验室检测同一台消声器时，如果法兰口流速相同，消声器片间流速就会相同，得到的阻力系数就会相同或相近，适宜作为各实验室共同采用的评价量。由于局部压力损失与消声器长度无关，阻力系数不能按有效长度折算，因此当需要按标准值判定阻力系数时，有必要将消声器的有效长度限制在一个比较小的范围内。推荐范围：0.9～1.1m。
按GB/T4760-1995所测得的全压损失包含了由于变径管和试验管道而附加的压力损失，消声器本身所产生的压力损失小于该测量值。ISO7235∶2003标准提出了用消声器全压损失系数平均值减去替换管道全压损失系数平均值求“平均全压损失系数”的方法，可消除变径管和试验管道附加的压力损失对计算全压损失系数的影响，能更真实地反映试件本身的空气动力性能。
3 再生噪声
再生噪声被认为是消声器在特殊应用条件下的特性，以声功率级表示，反映气流通过消声器时产生的噪声，大小与气流速度及消声器结构相关。
消声器下游的噪声由再生噪声、下游环境噪声、经过消声器衰减后的上游噪声三部分组成。对于特定的噪声源、消声器、气体流速条件、使用环境，如果上游噪声经过消声器衰减后与下游环境噪声能量的叠加值比再生噪声高不到10dB，则再生噪声将影响消声器下游这一频率的噪声水平。因此即使是低流速系统，可能仍然有必要对再生噪声进行评价。《声学消声器噪声控制指南》（GB/T20431-2006）中的式（13）给出了估算公式，GB/T4760-1995中第6章规定了再生噪声的实验室测量方法。
按照GB/T4760-1995的规定，在关闭噪声源、来流为低噪声气流的条件下，对于每种给定的气流速度，消声器的平均声压级应比替换管道平均背景噪声级高至少4dB，才能够获得背景噪声修正值K，并计算再生噪声声功率级。根据我们的经验，由于来流中含有噪声的成分，很多消声器在片间流速低于12m/s时，部分频率无法满足这一要求，也就是测量的再生噪声数据中包含消声器上游来流中噪声的影响，不能获得气流通过消声器时产生的再生噪声的准确数据。ISO7235∶2003提出了“测试频率范围内混响室内试件在各个频率气流再生噪声比风机产生的再生噪声至少要高10dB”的严格要求，目前国内的实验室在低流速条件下可能无法满足。因此，在片间流速低于12m/s的条件下测量再生噪声时，得到的数据可能只有参考意义。
由于实验室检测环境与消声器实际使用环境存在差异，在实验室条件下检测的再生噪声数据不宜直接应用于工程设计中。
4 结论
（1）当需要插入损失的单值评价量时，推荐采用倍频带插入损失算术平均值；
（2）如果按dB/m判断消声器性能，应限制消声器的有效长度，推荐范围：0.9～1.1m；
（3）按试件上游法兰口处平均流速计算阻力系数，可使实验室间的检测结果具有可比性；
（4）如果按ISO7235∶2003的思路改进阻力系数的测量方法，可以获得更准确的检测数据；
（5）在片间流速低于12m/s的条件下测量再生噪声时，得到的数据可能仅有参考意义，这些数据也不宜直接应用于工程设计中。
参考文献：
[1] GB/T4760-1995声学消声器测量方法[S].北京：中国标准出版社，1995.
[2] HJ/T16-1996通风消声器[S].北京：中国环境科学出版社，1996.
[3] GB/T20431-2006 声学 消声器噪声控制指南[S].北京：中国标准出版社， 2006.
[4] ISO7235:2002 Acoustics-Laboratory measurement procedures for ducted silencers and air-terminal units - Insertion loss, flow noise and total pressure loss[S].
[5] GB 50019-2003 采暖通风与空气调节设计规范[S].北京：中国计划出版社， 2003
[6] 马大猷.噪声与振动控制工程手册[M].北京：机械工业出版社，2002.
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