半消聲室計算機輔助設計與計算【含SW三維圖】
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I半消聲室計算機輔助設計與計算摘 要隨著社會的發(fā)展，噪聲已成為現(xiàn)下的一大新污染源，控制噪聲也就成為了必須要解決的問題，在這種情況下，半消聲室產(chǎn)生了。半消聲室可以提供自由聲場來進行聲學產(chǎn)品噪聲及振動特性的測試，以便減免噪聲。除了這方面的應用外，半消聲室也在其它領(lǐng)域發(fā)揮了它的價值。半消聲室的發(fā)展越來越先進，由原先的體積大和壽命低到現(xiàn)在的體積可控并且使用壽命也大幅大提高，并且半消聲室的發(fā)展也越來越受到重視。本文采用了計算機輔助的方式來進行半消聲室的零件參數(shù)計算。半消聲室包括了墻體、吸聲結(jié)構(gòu)、隔震系統(tǒng)三部分。墻體結(jié)構(gòu)部分本文采用了雙層墻的結(jié)構(gòu)，本文對雙層墻的材料、厚度、墻壁之間的間隙、墻壁之間的填充物、墻壁的吸聲處理方法以及墻壁的隔聲量進行了詳細的討論以及確定合適方案；室內(nèi)吸聲結(jié)構(gòu)本文采取的是尖劈結(jié)構(gòu)，本文對選取尖劈吸聲結(jié)構(gòu)的原因、尖劈的材料、形狀以及尺寸進行了比較詳細的討論與計算，并且確定下合適的方案；隔震部分本文采用的是通過彈簧來隔震，本文對隔震彈簧的剛度、尺寸、所用數(shù)量以及具體的安裝方式進行了計算以及確定。在確定了具體尺寸之后，通過 solidworks 畫出了半消聲室的裝配體，并且對此消聲室進行了建造難度分析，最后得出結(jié)論，此半消聲室比較符合要求，并且預期會有比較好的性能效果以及比較長的使用壽命。關(guān)鍵詞：半消聲室；尖劈；隔聲門；隔震系統(tǒng)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半 消 聲 室 計 算 機 輔 助 設 計 與 計 算- 1 -目錄摘 要 ..........................................................IABSTRACT........................................................II第一章 緒論 .....................................................11.1 消聲室的由來 .........................................................................................11.2 消聲室的意義及價值 .............................................................................11.3 消聲室的目前研究概況以及發(fā)展趨勢 .................................................21.4 選題目的以及所要研究的內(nèi)容 .............................................................2第二章 半消聲室的隔聲設計 ........................................32.1 半消聲室的墻體結(jié)構(gòu)設計 .....................................................................32.2 隔聲門的設計與計算 .............................................................................6第三章 隔震系統(tǒng)的設計與計算 .....................................93.1 彈簧的設計 ...............................................................................................93.2 彈簧的設計及強度驗算 ..........................................................................103.3 彈簧的安裝 .............................................................................................13第四章 吸聲結(jié)構(gòu)的設計與計算 ....................................134.1 消聲室設計對吸聲結(jié)構(gòu)的要求 ...........................................................134.2 吸聲材料 ...............................................................................................144.3 尖劈的設計與計算 .................................................................................164.4 利用 VB 編程進行零件調(diào)用以及裝配。 .............................................19第五章 總結(jié) ....................................................21附錄 1：外文翻譯 ...............................................23-附錄 2：外文原文 ...............................................29-附錄 3 尖劈零件設計代碼 ........................................34-致 謝 .......................................................44-半 消 聲 室 計 算 機 輔 助 設 計 與 計 算- 2 -第一章 緒論1.1 消聲室的由來隨著經(jīng)濟的發(fā)展，人們的生活狀況越來越好，質(zhì)量越來越高，對衣食住行玩方面的要求也越來越高，因此各種家用電器、代步工具、娛樂設施應運而生，例如微波爐、音箱、轎車等等，這些產(chǎn)品在為我們帶來便利和快樂的同時，也為我們帶來了另外一項污染，那就是噪聲污染。噪聲污染已經(jīng)被列為 21 世紀的一大污染，它已經(jīng)嚴重的影響到了人們的日常生活，因此噪聲控制成為了現(xiàn)下必須解決的一大難題。噪聲的控制，主要可以有兩方面下手，一方面是通過截斷噪聲的傳播路徑，同時對噪聲進行吸收的方面進行噪聲的控制，例如，現(xiàn)在我們可以在城市的居民小區(qū)附近的公路兩邊可以看到兩排豎起的擋板，那就是聲屏障，聲屏障采取可以吸收聲音的材料制成，安裝在馬路兩邊，可以有效的對汽車發(fā)出的噪聲進行吸收，從而降低汽車發(fā)出的噪聲對居民小區(qū)的影響；另一方面，就是從根源上入手。所謂的從根源上入手，就是在發(fā)聲產(chǎn)品出廠之前，進行一次聲音頻率測試，在根據(jù)測試出的頻率對產(chǎn)品進行改進，使發(fā)聲產(chǎn)品產(chǎn)生的噪音降低，從而達到降低噪聲，減少噪聲對人們生活的影響。但是如何測試出產(chǎn)品的聲音頻率，這又是一大難題，這時候消聲室就應運而生了。1.2 消聲室的意義及價值所謂消聲室，就是在一個閉合的空間中建立一個自由的聲場，在這個密閉的空間里，傳播聲波的介質(zhì)在各個方向上是無限制延伸的，由聲源輻射而出的聲能可以“自由”地傳播，也就是沒有障礙物的干擾反射，也沒有周圍環(huán)境的干擾。研究半消聲室，一方面可以對消聲室的結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，解決一些消聲室的難點、缺點，提高消聲室聲場特性的準確性和可靠性，提高消聲室的隔震、隔聲能力以及吸聲能力，減少建造消聲室的成本和時間；另一方面，可以有效的為噪聲的檢測以及聲學的實驗提供理想的實驗環(huán)境，也可以將半消聲室的優(yōu)點應用到聲學的其他層面，設計出更好的聲學產(chǎn)品.半消聲室作為一種新型的測試工具，已經(jīng)開始顯示出了它所帶來的價值，它的價值已經(jīng)開始滲透進我們的日常生活當中，例如，在文化傳媒、日常生活、汽車制造、休閑娛樂等領(lǐng)域中，聲學音響類產(chǎn)品的應用越來越廣泛，所以企業(yè)就需要對這些產(chǎn)品進行檢測，以確保這些量大面廣的音響類設備客觀音質(zhì)參數(shù)的準確性和可靠性；在汽車運用方面，消聲室也立下了很大的功勞，隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，人們購車的標準之一就是整車的舒適性，然而汽車的噪聲及振動水平又是評價整車的舒適性的一個重要指標，要降低汽車的零部件與整車的噪聲，就要了解噪聲及振動的特性，而消聲室正好可以解決這個問題。現(xiàn)如今，消聲室的應用已經(jīng)和我們的日常生活息息相關(guān)，消聲半 消 聲 室 計 算 機 輔 助 設 計 與 計 算- 3 -室的應用領(lǐng)域很廣，包括應用研究、基礎(chǔ)理論研究、環(huán)境噪聲治理新產(chǎn)品開發(fā)研究、等方面。諸如噪聲學、語言及音樂聲學、電聲學、建筑聲學、心里及生理聲學等均離不開作為聲學測量基本配套設施的消聲室。消聲室的應用具有顯著的社會效益和經(jīng)濟效益。1.3 消聲室的目前研究概況以及發(fā)展趨勢五十年代中后期,我國就開始建立消聲室。在 1964 年，南京大學消聲室正式建成。由于實際需要，自 70 年代起發(fā)展了一種稱為半消聲室的聲學實驗室。此半消聲室除要求地面為硬質(zhì)剛性反射面外，其余與消聲室相同。半消聲室的優(yōu)點是由于地面是硬的，能承受較大的重量，適宜測量如車輛、大型機器、設備等的噪聲功率且使用方便，造價比消聲室低廉；缺點是當聲源的等效聲中心或接收器高出地面較多時，聲反射的影響使聲場嚴重偏離自由場，這種現(xiàn)象在頻率高時更為顯著，因此半消聲室存在有高頻限。隨著經(jīng)濟的發(fā)展和環(huán)境保護工作的深入，尤其是八十年代以來,全國各地陸續(xù)建立了一些消聲室，這些工作為今后建立消聲室提供了一定的經(jīng)驗和教訓。另一方面,有的已建消聲室性能尚不夠理想,有的成本較高?？偟膩碚f,消聲室的建設雖已積累一定的經(jīng)驗，但缺少總結(jié)技術(shù)， 水平參差不齊。20 世紀 80 年代之后，隨著時間的推進，消聲室的體積愈來愈大，截止頻率越來越低，形成一種后來居上的趨勢。近年來，有關(guān)消聲室的研究越來越成熟，解決的問題越來越多，比如消聲室聲場特性的準確性和可靠性就得到了解決。現(xiàn)如今，消聲室的研究越來越成熟，但是還會有一些方面不足，例如：結(jié)構(gòu)方面：體積越來越大，成本越來越大，建成耗費的時間越來越多；隔震方面：無法完全隔絕外界的振動；壽命方面：使用壽命和耗費的成本不成正比等等。這些問題都會是接下來的研究方向。未來的消聲室結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，體積不會特別大，成本不會特別高，使用壽命會符合消聲室的性價比，功能變得越來越穩(wěn)定，隔震、隔聲的技術(shù)會更加的趨于完善。1.4 選題目的以及所要研究的內(nèi)容在我們的日常生活中，半消聲室的作用已經(jīng)越來越重要了，因此，半消聲室的建設就成了很重要的一件事。選擇半消聲室建設這個題目，是經(jīng)過我深思熟練做出的選擇。現(xiàn)階段的半消聲室的建造成本與使用壽命不成正比，而且建造難度較大，本文旨在在不影響半消聲室性能的情況下，減少半消聲室的建造成本以及增加半消聲室的使用壽命，降低半消聲室的建造難度。接下來，本文會對半消聲室的結(jié)構(gòu)進行詳細的設計與計算，其中包括了半消聲室墻體結(jié)構(gòu)的設計以及所選用的材料、隔聲門結(jié)構(gòu)的設計以及所選用的材料、尖劈結(jié)構(gòu)的設計以及所選用的材料以及懸掛方式、隔震彈簧的選用等等。半 消 聲 室 計 算 機 輔 助 設 計 與 計 算- 4 -第二章 半消聲室的隔聲設計2.1 半消聲室的墻體結(jié)構(gòu)設計半消聲室的目的是為了測量聲學產(chǎn)品所發(fā)出聲音的震動及頻率特性，所以半消聲室必須在測試中提供一個自由的聲場，也就是沒有障礙物反射和周圍環(huán)境干擾的聲場。在這里，先對如何消除周圍環(huán)境對半消聲室測試效果的影響進行討論。要消除周圍環(huán)境對半消聲室內(nèi)自由聲場的影響，那就必須要有一個本底噪聲。所謂本底噪聲，也被稱為背景噪聲，是指電聲系統(tǒng)中除了有用信號以外的總噪聲。本底噪聲過強，不僅會讓人煩躁，還會影響到聲音中較弱的細節(jié)部分，并且淹沒掉，這樣就會使聲音的動態(tài)范圍和信噪比減小，對半消聲室內(nèi)的自由聲場造成影響，使測量結(jié)果的準確性下降。在半消聲室內(nèi)進行測試時，要獲得比較準確、可靠的測試數(shù)據(jù)時，要求必須有15dB 以上的信噪比。所以在建造半消聲室時，要根據(jù)消聲室的用途不同，確定消聲室的本地噪聲允許值，因為不同用途的消聲室對本底噪聲有不同的要求。消聲室的本地噪聲的確定，主要是根據(jù)被試的聲學產(chǎn)品的聲壓級水平來確定的，在一般的情況下，要求本地噪聲與被試聲學產(chǎn)品在需要進行研究的各個頻段內(nèi)的聲壓級水平差值要有 10dB 以上的差值，但是如果差值大于了 20dB，就不可以進行修正了。再者，本地噪聲過低也是不允許的，從單獨的土建方面考慮，簡單的對單層勻質(zhì)墻進行加厚，墻的厚度每增加 1 倍，隔聲量也只是提高 6dB，這將對消聲室的土建成本有很大的提高，因此在建設半消聲室時，為了確保有較好的本地噪聲，不建議無限的增加墻體的厚度，采用其他的手段確保達到消聲室對本地噪聲的要求。本底噪聲的問題在低頻的情況下尤為嚴重。要在低頻的情況下做出滿意的測量，只有一種辦法，那就是將消聲室用質(zhì)量較大的墻給圍住，這就是所謂的“房中房” 結(jié)構(gòu)。本文未給出的具體的消聲室的建造環(huán)境，但是給了本底噪聲的值為 20dB，因此就根據(jù)這個要求，也就是本底噪聲為 20dB，進行消聲室的墻體結(jié)構(gòu)設計?，F(xiàn)階段，消聲室的墻體結(jié)構(gòu)一般有兩種，一種是單層墻，類似于圖 2.1 所示，這種墻體的造價高，內(nèi)部需要各種吸聲材料、支撐重量的材料等等材料的存在才能達到吸聲、隔聲的效果，而且一般墻體較厚，施工難度比較大，不容易建造，如果在施工的過程中出現(xiàn)問題，那么久達不到預期的吸聲效果；另一種是雙層墻結(jié)構(gòu)，如圖 2.2所示，這種墻體采用混凝土和實心磚墻建造，結(jié)構(gòu)比較容易建造，而且造價較低，只半 消 聲 室 計 算 機 輔 助 設 計 與 計 算- 5 -要在外墻內(nèi)表面和內(nèi)墻的外表面涂上吸聲材料，同時在兩層墻之間填滿泡沫，就可以達到吸聲、隔聲的效果。圖 2.1 墻體結(jié)構(gòu)圖 2.2 雙層墻體結(jié)構(gòu)本文建造消聲室采取的是雙層墻的結(jié)構(gòu)，外墻為實心磚墻，厚度為 30cm,外表面抹灰，內(nèi)表面先抹灰，在抹上一層吸聲材料；內(nèi)墻是現(xiàn)澆鋼筋混凝土墻，厚度為 25cm，內(nèi)墻的外表面抹上吸聲材料，頂端為平頂。為了提高隔聲、吸聲性能并節(jié)省建造成本，必須合理的使用雙層墻之間的間隙，我們?nèi)‰p層墻之間的間隙為 50cm。雙層墻之間的間隙可以不填充東西，也可以填充一些東西，在這里，為了保證本底噪聲 20dB，所以我們往雙層墻之間的間隙中填充一些粉狀泡沫，這樣在不大量的提高土建成本的情況下，可以提高墻體的隔聲性能。墻體的結(jié)構(gòu)圖如圖 2.3 所示。半 消 聲 室 計 算 機 輔 助 設 計 與 計 算- 6 -圖 2.3 墻體結(jié)構(gòu)隔聲設計是為了隔絕周圍環(huán)境的噪聲對消聲室的本底噪聲的影響。消聲室主要靠墻體結(jié)構(gòu)來保證隔聲要求。墻體結(jié)構(gòu)的隔聲量可以通過式 2.1 來計算：（2.1）18lg2l5Rmf???式中 ； ；R為 結(jié) 構(gòu) 隔 聲 量 2為 隔 聲 構(gòu) 件 密 度 （ kg/） f Hz為 入 射 聲 波 頻 率 （ 單 位 ）。當是寬帶噪聲時，可以用平均隔聲量 來了解構(gòu)件的隔聲性能：（2.2） 1niR??式中 iR為 各 個 主 要 倍 頻 帶 構(gòu) 件 的 隔 聲 量 。經(jīng)過計算可得，雙側(cè)墻的隔聲量可以達到 65dB 以上，可以有效的做到隔聲效果，可以保證消聲室的本地噪聲，符合設計要求。雙層墻的隔聲量如圖 2.4 所示。半 消 聲 室 計 算 機 輔 助 設 計 與 計 算- 7 -圖 2.4 雙層墻的隔聲量2.2 隔聲門的設計與計算在前面，本文就消聲室的墻體結(jié)構(gòu)進行了討論以及確定設計方案，墻體結(jié)構(gòu)確定之后，那么久需要對門進行確定。消聲室的門通常稱作隔聲門，是一種采用優(yōu)質(zhì)冷軋鋼板，冷加工處理成型，門體內(nèi)按隔聲等級填充吸聲棉、PU、蜂巢結(jié)構(gòu)、隔聲材料（隔聲材料主要有阻尼橡膠板、礦棉隔音板），采用先進技術(shù)、獨特設計及特殊密封制作工藝，單、雙裁口做法，具有防火、隔聲、逃生優(yōu)質(zhì)性能，使用性能穩(wěn)定，精工制作而成的木、鋼質(zhì)門。隔聲門是為了方便測試人員搬運聲學產(chǎn)品進出，因此要根據(jù)根據(jù)聲學產(chǎn)品的體積來設計，這也間接的確定了消聲室為何種類型。本文中擬定該消聲室用途為測量音箱等小型聲學產(chǎn)品。隔聲門分為木制和鋼制兩種，木質(zhì)門一般用于居家之中，而消聲室一般處于露天之中，如果使用木質(zhì)門，一方面隔聲效果不好，另一方面，由于天氣的變化以及空氣中的水分，會對木質(zhì)門造成腐蝕，使木質(zhì)門的使用壽命下降，降低消聲室的隔聲效果。因此在本文中我們選擇鋼質(zhì)門。本文中的消聲室為雙層墻結(jié)構(gòu)，因此也就需要設計兩扇鋼質(zhì)門，所以為了考慮成本造價，就不能夠采用如圖 2.5 所示的雙磁控隔聲門，因為采用此種隔聲門，造價比較高，增加了消聲室的建造成本。半 消 聲 室 計 算 機 輔 助 設 計 與 計 算- 8 -圖 2.5 雙磁控隔聲門在這里我們先討論外墻的隔聲門，由于外墻為實心磚墻，兩面抹灰，厚度為 30cm，為了達到預期的隔聲效果，以及人推門不是很費勁，所以采用 20cm 厚的鋼質(zhì)門，雖然為鋼制門，但卻不是實心，若是實心的話，人為的根本推不動，因此本文采用空心的鋼質(zhì)門，用鋼筋焊接一個為長方體的門的框架，門的長為 120cm，寬為 20cm，高為 200cm，然后用鋼筋把門框架前后兩面的對角線通過焊接的方式連接上，然后外面覆蓋上 1.2mm 厚冷軋鋼板，在靠近空心的冷軋鋼板兩側(cè)涂上吸聲材料，并且在門的空心里填充滿加成型吸聲棉，這樣既能減少建造成本，又能方便人為的能推動，并且還保持了比較好的隔聲效果，外門的設計已確定。接下來進行內(nèi)墻上的門的設計。首先為了保證比較好的隔聲效果，本文決定采用把內(nèi)外墻兩扇門錯開來的布置方法，內(nèi)外墻之間的門錯開 1m的距離，這樣可以保證比較好的隔聲效果。內(nèi)門作為消聲室的第二道門，并直接與室內(nèi)相連，并且還要懸掛吸聲尖劈，所以內(nèi)門的結(jié)構(gòu)應該比較牢固的，因此我們還是采用空心框架結(jié)構(gòu)，用鋼筋焊接一個為長方體的門的框架，門的長為 120cm，寬為 20cm，高為 200cm，然后在高 100cm 處橫向焊接一根鋼筋，這樣長方體的門框架就被分為上下兩個部分，然后在用鋼筋把上下兩個部分的對角線給焊接起來，這樣就較為堅固了，然后外面覆蓋上 1.2mm 厚冷軋鋼板，在靠近空心的冷軋鋼板兩側(cè)涂上吸聲材料，由于外門已經(jīng)處理的較為細致并填充的加成型吸聲棉，因此內(nèi)門空心填充滿泡沫。在安裝方面，門框會有 10cm 的厚度，這樣當開門的時候門上的尖劈和墻壁上的尖劈就不會相撞，對門的打開形成阻礙，在安裝隔聲門的時候，門與門框之間用橡膠條密封，這樣隔聲門的設計就完成了。門的立體結(jié)構(gòu)圖如圖 2.6 所示。半 消 聲 室 計 算 機 輔 助 設 計 與 計 算- 9 -圖 2.6 門的立體結(jié)構(gòu)圖在消聲室的隔聲處理中，往往隔聲門會是一個薄弱環(huán)節(jié)，相對于墻的隔聲量來說，隔聲門的隔聲量往往達不到人們的預期要求，使用普通的門構(gòu)造會是墻的隔聲能力變差。因此，必須設計多層門來提升其隔聲效果。為了達到比較好的隔聲效果，在進行隔聲設計應盡量避免墻體與門的隔聲量相差太大，只有這樣才能在保證較好的隔聲效果的情況下，減少消聲室的建造成本，達到比較經(jīng)濟合理的目的。最為合理的設計是“等透射量”方法 , 也就是要求透過墻體的聲能與透過門窗的聲能相同，可由式（2.3）表示為：（2.3） 11220lgSR??式中 。12 1R、 分 別 為 墻 和 門 的 隔 聲 量 ， 、 分 別 為 墻 和 門 的 面 積半 消 聲 室 計 算 機 輔 助 設 計 與 計 算- 10 -隔聲門的隔聲效果好壞與否，主要與門的質(zhì)量和構(gòu)造以及門與門框接觸處的密封程度有關(guān)。本文設計隔聲門采用了雙層門結(jié)構(gòu)，按照聲學計算，這樣的隔聲門結(jié)構(gòu)可達到平均 55dB 的隔聲量以上。雙層門的隔聲效果圖如圖 2.7 所示。圖 2.7 雙層門的隔聲量第三章 隔震系統(tǒng)的設計與計算3.1 彈簧的設計前面本文講述了半消聲室的四周以及房頂?shù)母袈暣胧?，但是外界的環(huán)境噪聲也會通過地底傳到消聲室內(nèi)，這時候就需要對消聲室進行隔震設計了。隔震設計，也就是采用彈簧的自振來有效的隔絕從地底傳來的噪聲震動。本消聲室采用浮筑結(jié)構(gòu)，即內(nèi)墻建設在由隔震彈簧構(gòu)成的隔震系統(tǒng)上，建成一個單自由度震動系統(tǒng)。為了保證測試的準確度，相對比測試頻率和周圍振源頻率，系統(tǒng)的共振頻率必須足夠低，故選 。因為要使用彈簧進行隔震，所以必須根據(jù)2.0Hzrf?半 消 聲 室 計 算 機 輔 助 設 計 與 計 算- 11 -來確定彈簧的剛度（式中 ；152rkfm????mkg為 整 個 浮 筑 結(jié) 構(gòu) 的 質(zhì) 量 ， 單 位； ），可以添加阻為 選 擇 彈 簧 的 剛 度 ， 單 位 N/ cm?為 彈 簧 的 靜 態(tài) 壓 縮 量 ， 單 位 為尼改變系統(tǒng)特性，來滿足共振頻率要求，進而使彈簧的選擇更為合理。3.2彈簧的設計及強度驗算半消聲室的隔振系統(tǒng)共振頻率小于 2Hz，計算出噪聲室的總體質(zhì)量，然后設計彈簧，并且確定彈簧的組數(shù)，并對其進行驗算。3.2.1 承重（載荷）估算：墻體混凝土質(zhì)量 ：1(4750.270.25)8(3524.)801692()m kg????????尖劈質(zhì)量 ：2 869(). kg?鋼筋掛件質(zhì)量： 30mkg?動載荷等效質(zhì)量： 45因此整個消聲室的總質(zhì)量為： 1769iiM???3.2.2 計算目標總剛度 K 與變形量24().801/rKmfNm??????29.65*Ff??3.2.3 初步確定彈簧的各項尺寸初選彈簧尺寸為：D=140mm d=25mm3.2.4 選取材料根據(jù)彈簧工作條件，屬Ⅲ類載荷彈簧，選擇熱軋彈簧鋼， 602SiMnA切變模量：G=80Gpa ；許用應力 ；彈簧極限載荷為：740SMPa??5478SFN?查表或者根據(jù)公式 可得， 一圈彈簧剛度為：38SKdFD?13/dKm半 消 聲 室 計 算 機 輔 助 設 計 與 計 算- 12 -3.2.5 確定彈簧數(shù)量彈簧需要在隔震系統(tǒng)中長期工作，因此本文選擇彈簧極限承載力的 60%作為其工作載荷，即 F=25478*0.6=15286.8N彈簧總數(shù)量為 17809.14()526n???根考慮到彈簧的安裝以及房間底部尺寸，因此我們選擇彈簧數(shù)量為 116 根3.2.6 確定有效圈數(shù)及總?cè)?shù)本文擬選取彈簧的總?cè)?shù)為 8 圈，有效圈數(shù)為 6 圈，則，支撐圈數(shù)為 1，兩端并緊并磨平。138=6256/KNm?設3.2.7 計算設計截止頻率與目標截止頻率偏差8/Hz23.147659kgf???設 ＝ ＝ .9設計截止頻率小于截止目標頻率，這一設計方案符合設計要求。3.2.8 自有高度、工作高度、試驗高度、壓并高度設計變形量： ，17659.8=4m2mgK???設 設壓并高度： ，10bHnd工作高度： ，自由高度： ，節(jié)距：p=56mm，36. 0381H?螺旋角為 =7.26°3.2.9 穩(wěn)定性校核高徑比： ，因此滿足穩(wěn)定性要求。03812.75.34bD??3.2.10 彈簧設計結(jié)構(gòu)圖半 消 聲 室 計 算 機 輔 助 設 計 與 計 算- 13 -圖 3.1 彈簧設計結(jié)構(gòu)圖3.2.11 利用 VB 編程計算彈簧尺寸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) '計算 kText5.Text = Format(1 / (2 * pi) * Sqr(x * k / m), "0.00") & " Hz" '頻率p! = 0.4 * d1Text6.Text = p & " mm" 'p! = Val(Text6.Text) '節(jié)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" '形變量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 編程計算彈簧參數(shù)的代碼，通過輸入彈簧絲直徑、彈簧的中徑、有效圈數(shù)、彈簧的根數(shù)就可以算出隔震頻率等參數(shù)，具體界面如圖 3.2 所示。半 消 聲 室 計 算 機 輔 助 設 計 與 計 算- 14 -圖 3.2 VB 操作界面3.3 彈簧的安裝根據(jù)上述依據(jù)，彈簧確定如下：外徑為 140mm，簧絲直徑 25mm，工作高度316mm。四周彈簧總個數(shù)為 116 根，采用均勻排列的方式。圖如圖 3.3 所示。圖 3.3 彈簧的排列方式第四章 吸聲結(jié)構(gòu)的設計與計算半消聲室是用來測量聲學產(chǎn)品的噪聲和震動特性的，在進行測試時，半消聲室中不能有東西對聲學產(chǎn)品發(fā)出的聲波進行阻礙，也就是沒有障礙物的反射，因此半消聲室內(nèi)部要形成一個自由聲場，這樣才可以測出準確的數(shù)據(jù)，方便人們的分析，那么就要采用吸聲結(jié)構(gòu)來使半消聲室中的聲場變成自由聲場。下面，本文將對半消聲室的吸聲結(jié)構(gòu)進行設計與計算。4.1 消聲室設計對吸聲結(jié)構(gòu)的要求由于半消聲室的內(nèi)部是自由聲場，因此，在進行半消聲室的設計時，首要任務是要確定下來半消聲室的用途。半消聲室一定會有測試的頻率范圍大小和聲學產(chǎn)品所需的測試空間大小，并且在測試的頻率范圍內(nèi)，會允許有一定的自由聲場的偏差值。設計半消聲室的大小和吸聲結(jié)構(gòu)的吸聲特性必須要在知道上述的幾個方面之后。半 消 聲 室 計 算 機 輔 助 設 計 與 計 算- 15 -前人已經(jīng)提出了，半消聲室內(nèi)自由聲場與理想中的自由聲場相比，其有可能的最大偏差值的估計公式，當測試信號為單頻信號時，其偏差為（4.1） 20lg(16)PrLRL????當測試信號為寬帶信號時，其有可能的最大偏差值的估計公式為（4.2）2l()Pr由式（4.1）和式（4.2）可以看出，半消聲室內(nèi)的自由聲場和理想自由聲場之間的偏差，一方面與界面聲壓發(fā)射系數(shù) R（吸聲系數(shù) ），另一21R???方面還與半消聲室的尺寸 L 和測試距離 r 有關(guān)。自由聲場的偏差要根據(jù)不用的測試項目進行調(diào)整，因此也要在了解測試的聲學產(chǎn)品對聲場的要求基礎(chǔ)上，參考式（4.1）和式（4.2），設計半消聲室對吸聲結(jié)構(gòu)的吸聲特性的要求。（4.1）與式（4.2）相比，就寬帶信號來說，其本身就有無規(guī)律疊加的性質(zhì)，所以在各種條件一致的情況下，寬帶信號的自由聲場偏差值比純音信號的自由聲場偏差值要小。換句話說，在測試寬帶噪聲時（許多機器設備的噪聲都是寬帶噪聲），半消聲室的各個界面不需要達到 99%的吸聲系數(shù)，就可以準確的進行測試。所以無論從經(jīng)濟的角度來說，還是從技術(shù)的角度來說，半消聲室的一大關(guān)鍵問題就是吸聲結(jié)構(gòu)的設計。4.2 吸聲材料在正常情況下，不考慮其他的問題，當一束聲波延伸到一個界面時，只會被吸收和反射。所謂的界面的吸聲系數(shù)，就是被吸收的能量與入射聲波的能量之比。聲輻射示意圖如圖 4.1 所示。對于平面光滑、材質(zhì)堅硬的界面來說，如大理石、油漆的木板、粉刷的墻面、石膏板、鋼板等等，這些界面的吸聲系數(shù)都非常小。半 消 聲 室 計 算 機 輔 助 設 計 與 計 算- 16 -圖 4.1 剛性表面前聲輻射示意圖玻璃棉作為一種典型的吸聲材料，玻璃纖維之間空隙，能使聲波直接傳導到材料的內(nèi)部，纖維之間的空隙有點跟毛細管相似，在很細的管內(nèi)，聲波傳播時，聲能會直接轉(zhuǎn)化為熱能吸收，這是因為在聲波儲波時，管內(nèi)聲波振動速度從中心到管壁之間的速度梯度，進而造成比較大的內(nèi)摩擦。這種具有很細的空隙而且空隙率比較大的材料叫做多孔性材料。多孔性材料吸聲效果好壞與否和吸聲頻率特性與材料的纖維直徑(包括纖維排列形狀) 、密度 (容重) 、厚度有關(guān)。棉花、麻絲、合成纖維等材料也屬于多孔性材料，也具備很高的吸聲系數(shù)，但是這些材料之所以不被經(jīng)常采用的原因是因為它們具有易燃、怕潮的缺點?？障哆B通的泡沫塑料的吸聲系數(shù)也比較不錯?，F(xiàn)下使用得較為常見的吸聲材料為玻璃纖維棉板或氈。單純的玻璃纖維棉，也會具備受潮的缺點，在受潮時，它會吸收大量的水分， 從而會塞住孔隙，使吸聲效果大幅度降低。因此必須使玻璃棉作防潮，也就是要進行防潮處理，一般較為平常的是酚醛膠合玻璃纖維棉板(氈)。酚醛膠合玻璃棉板吸聲特性具有以下 4 個特點: 第一，頻率由低到高的過程中，吸聲系數(shù)數(shù)值漸漸變大，當吸聲系數(shù)到達最大值后，吸聲系數(shù)在最大值附近具有比較小的起伏；第二，如果材料厚度增加一倍，那么在吸聲系數(shù)從低點到達最高點的過程中，上升曲線會向低頻移約一個倍頻程，相對應的吸聲系數(shù)的頻率就會降低一半。但這不是絕對的，在一定條件下，厚度繼續(xù)增加，吸聲曲線卻不會一直向低頻移。因為有流動阻礙的原因，不同材料具有的有效厚度也是不同的，也就是在當持續(xù)增加厚度時，吸聲曲線就不會向低頻繼續(xù)移動了。如酚醛膠合玻璃棉的有效厚度大約為 10cm，而像棉花、合成纖維等所謂的吸聲材料，有效厚度只有 mm 的量級；第三，流阻也間接的決定了吸聲系數(shù)的最大值，酚醛膠合玻璃棉的吸聲最大值半 消 聲 室 計 算 機 輔 助 設 計 與 計 算- 17 -平均可以達到 90% 以上。在上升曲線達到第一個最高值時，其所對應的頻率的波長1/4，大致與材料的厚度差不多；第四，將空氣層設置在材料的后面時，就相當于變相的增加了材料的厚度。本文決定選用酚醛膠合玻璃纖維棉板(氈)來制作吸聲結(jié)構(gòu)。4.3 尖劈的設計與計算從上述可以得知，不能只靠著增加材料的厚度，使吸聲曲線一直向低頻方向延伸。這就需要比較好的結(jié)局方法，現(xiàn)下比較好的解決方法就是將吸聲材料制成尖劈的形式，當聲波從空氣進入到吸聲材料中時，會有一個比較不錯的過渡區(qū)，讓聲阻抗率可以在聲波傳播的過程中逐漸降低，流阻的影響就會降低，吸聲曲線就不會單純的受到有效厚度的限制，可以向低頻延伸。迄今為之，國內(nèi)外采用的的高性能的吸聲結(jié)構(gòu)都為尖劈形狀。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖 4.1 所示。圖 4.1 尖劈示意圖其中 L 為尖劈的總長度，L1 尖劈上端長度、L2 尖劈底部厚度，D 為尖劈底部與剛性界面之間的空氣腔深度。前人已經(jīng)對半消聲室的截止平率與消聲室的吸聲尖劈的形狀長度的關(guān)系進行了總結(jié)。在本文中，直接引用這種關(guān)系。根據(jù)現(xiàn)有的研究結(jié)論，(4.3) 4()cfLD??半 消 聲 室 計 算 機 輔 助 設 計 與 計 算- 18 -式中， ； ； ； 。L為 尖 劈 長 度 D為 后 腔 長 度 f為 尖 劈 截 止 頻 率 c為 聲 速文中，半消聲室的自由聲場截止頻率為 80 ，也就是 為 80 ，聲HzfHz，經(jīng)過計算可得 ，也就是說尖劈的總長度加上尖速 c為 346m/s108Lm??劈與墻壁之間的空氣腔的深度小于 1080mm，在這里，本文選定尖劈長度為800mm,尖劈與墻壁之間的空氣腔的深度一般控制在尖劈總長度的 5%到15%，故選定深度為 100mm，兩項加到一起小于 1080mm，符合理論要求。在尖劈端部，是劈狀空氣層及吸聲材料層的混合層，且以空氣層為主體，因而該處的聲學參數(shù)也就以空氣為主。此時可將吸聲材料的阻抗，在尖頂寬度不大（或截去的尖不長）的范圍內(nèi)，看做無窮大而聲音無法進入，此即當尖頭尖劈的尖頂被截去一小段成為平頭尖劈之后，吸聲特性幾乎不變的原因。但同時也必須看到，尖劈被截去的長度不能太長，否則會是吸聲性能變差。尖頂被截去的長度，應當是與尖頭尖劈相比既不提高截止頻率又不使所需頻率范圍內(nèi)的吸聲特性變壞。實驗證明, 主要取決于被截后的平頭尖劈的尖l?頂 寬度(d)，它以在 35 毫米以內(nèi)為宜，最大不超過 40 毫米。在這里，我們選取尖劈頭部寬度為 40mm。因此在設計完成后，尖劈的立體視圖和三視圖分別為圖 4.2 和 4.3 所示。圖 4.2 尖劈的立體結(jié)構(gòu)圖半 消 聲 室 計 算 機 輔 助 設 計 與 計 算- 19 -圖 4.3 尖劈的零件圖在安裝方面，在建造墻體時，采用直徑為 1cm 的鋼筋做成支架，在建造內(nèi)墻體時之間固定到內(nèi)墻上，尖劈懸掛采用鋼制掛件結(jié)構(gòu)，具體結(jié)構(gòu)如圖 4.4 所示。圖 4.4 尖劈的安裝方式最后再用 VB 編程代碼設計出了一個小計算器，方便計算尖劈的合適長度。代碼為：Text2.Text = dc = 346000 ' 聲速半 消 聲 室 計 算 機 輔 助 設 計 與 計 算- 20 -f1! = c / (4 * (a + d)) '頻率f = Format(f1, "0.00")Text3.Text = fEnd Sub 界面圖如圖 4.5 所示圖 4.5 截止頻率計算界面圖4.4 利用 VB編程進行零件調(diào)用以及裝配。打開 Solidworks 并且調(diào)用尖劈代碼：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)半 消 聲 室 計 算 機 輔 助 設 計 與 計 算- 21 -Set part = swApp.NewDocument("C:\Users\jianhui\Desktop\鞠亮永\尖劈.SLDPRT", 0, 0, 0)End Sub尖劈設計代碼以及尖劈陣列代碼可見附錄半 消 聲 室 計 算 機 輔 助 設 計 與 計 算- 22 -第五章 總結(jié)在正式進行設計半消聲室前，查閱了很多文獻，了解了消聲室的由來，作用以及構(gòu)造。在了解了半消聲室的構(gòu)造之后，就開始著手進行半消聲室的設計。半消聲室由3 部分組成，分別為吸聲結(jié)構(gòu)，隔聲結(jié)構(gòu)、以及隔震系統(tǒng)。本文就由這三部分入手，開始設計并且計算，得出一系列的符合要求的參數(shù)，并且進行了詳細的說明；通過使用visual basic 編出一個簡易的軟件，可以通過這個輸入一些自選的數(shù)值，得出符合要求的參數(shù)；并且通過 VB 代碼編程成功的可以調(diào)取零件。最后通過 CAD 畫出了尖劈的零件圖，并且通過 SolidWorks 畫出個各個部分的立體結(jié)構(gòu)和最后完成的消聲室的總體裝配圖，并且可以通過 SW 的宏錄制可以錄制下尖劈的制圖過程。半消聲室的方案已經(jīng)確定，雖然沒有實物，但是我相信相比較于其他的半消聲室，本文中的消聲室具有建造成本低，使用壽命長，測試效果比較準確的優(yōu)點。半 消 聲 室 計 算 機 輔 助 設 計 與 計 算- 23 -參 考 文 獻[1]楊志華.消聲室的聲學設計[J].噪聲與振動控制,2009,05:156-159.[2]蒲志強,姚小兵,孫磊,鄂治群.消聲室聲學性能評價方法探討[J].中國測試 2012,05:25-28.[3]萬宇鵬.半自由場消聲室自動測試系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[D].電子科技大學,2014.[4]胡秉奇,王以真.消聲室的設計與建造——銳豐公司消聲室的設計[J].電聲技術(shù)，2011,09：4-8+15.[5]蔡陽生.消聲室自由聲場仿真分析[J].廣州大學學報(自然科學版),2007,01:41-45.[6]陳曉利.關(guān)于半消聲室建設的若干問題探討[J].電聲技術(shù),2010,06:14-16.[7]孫廣榮.消聲室聲學設計中的幾點注意[J].電聲技術(shù),2009,07:4-5.[8]孫廣榮.消聲室自由聲場鑒定的幾個問題[J].電聲技術(shù),2008,08:4-5.[9]孫廣榮.消聲室用吸聲結(jié)構(gòu)[J].電聲技術(shù),2013,05:1-4.[10]孫廣榮.消聲室的本底噪聲[J].電聲技術(shù),2016,03:15-32.[11]不詳.南京大學消聲室[J].物理學報,1975,04:252-259.[12]顧熙棠,張宗茂,葉振弘.消聲室的設計和性能檢測[J].寧波大學學報,1992,02:64-69.[13]Brey R H,Caustin E I,McPherson J H. 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Psychonomic Science, 1972, Vol.29 (4), pp.205-206.半 消 聲 室 計 算 機 輔 助 設 計 與 計 算- 24 -附錄 1：外文翻譯微型消聲室的設計討論了小型便攜式消聲室的設計。 該房間由雙層隔震板組成。 使用倫敦理論預測墻體傳輸損失。 室內(nèi)懸掛系統(tǒng)設計有一個集中質(zhì)量模型，用于隔離地板振動。 房間設計采用 9 英寸長的聚氨酯泡沫楔形。 通過使用阻抗管，進行了測量，其預測了所選擇的楔的設計的 270Hz 的較低截止頻率。 給出了完整的微型消聲室的逆平方律測量和降噪測量。1、介紹公眾對工作和家庭噪音滋擾的意識日益提高; 似乎與公眾形象有著一切形式的污染。立法可能會繼續(xù)反映這種日益提高的公眾意識。 因此，在未來幾年內(nèi)，制造商可能會加大對消費品噪音的壓力。產(chǎn)品噪聲的實驗室調(diào)查通常要求在無回波或混響室中進行噪聲測量。 然而，這樣的房間是相當昂貴的，并且在工業(yè)中很少能負擔得起。 本文中描述的工作涉及便攜式室的設計和構(gòu)造，以提供適合于測量較小家用電器的噪聲的聲學環(huán)境。 建造的房間在eaeh 側(cè)有一個 18 英寸的立方體工作空間，成本低廉。存在腔室可以被構(gòu)造以創(chuàng)建測量所需的特定聲學環(huán)境的各種方式。 考慮的兩種類型是消聲室和改進的阻抗管。 據(jù)推測，對于小產(chǎn)品，將它們放置在相對便宜的用于噪聲測量的管中是可行的。 管將被構(gòu)造成具有消音端接，使得不存在來自管末端的反射聲波。 反射聲波的存在將使測量問題復雜化，因為它們將導致管內(nèi)的駐波圖案。然后由麥克風測量的聲音將取決于其沿著管軸的位置，并且可以預期結(jié)果可以變化幾個數(shù)量級。另外，也可以以激發(fā)在徑向方向站在這種管內(nèi)的波。 為了消除這些，通常將要求管直徑 d 小于測量聲音的最大波長 2 的 0.6 倍。對于 Hz 表示的頻率 f，d 為英寸，這相當于 806()(fHzdin?因此，在這種管中可以方便地測量的上限頻率是有限的。 如果管的直徑約為 10英寸，則該上限頻率約為 806 赫茲。 由于噪聲控制問題中頻率高于這一頻率的人們常常感興趣，噪聲管的概念還沒有進一步發(fā)展。半 消 聲 室 計 算 機 輔 助 設 計 與 計 算- 25 -建立一個小型便攜式消聲室的想法被認為是測量噪聲的更好的總體選擇。 因此，除了在低于楔形截止頻率的非常低的頻率下，可以避免駐波并發(fā)癥。2、房間設計與這種類型的微型消聲室相關(guān)的三個主要物理問題是：（i）為了防止外部噪聲泄漏到房間中，設計出高聲壓傳輸損失的墻壁，（ii）設計房間襯里以使聲音 波浪將被吸收而不被反射，（iii）設計房間懸掛系統(tǒng)以隔離房間與地板振動。 這三個問題的解決方案必須結(jié)合起來，以產(chǎn)生適當尺寸和重量的房間，以便安裝在腳輪上并且容易地被推到實驗室。圖 1 中顯示了用于便攜式消聲室的外盒和內(nèi)箱的設計概念。內(nèi)箱與外箱通過四個彈簧振動隔離。 外箱是立方體形，每邊測量 41 英寸。 總重量約為 640 磅，如果將其安裝在腳輪上，可以輕松推動消聲室。 雙隔離墻的聲音傳輸損耗足夠高，從而可以在平均實驗室或制造環(huán)境中測量小型設備的低聲級。 內(nèi)箱的襯里由聚氨酯泡沫楔 9 組成，其長度可有效吸收以約 270Hz 以上的頻率入射的聲波。 低于該頻率可能存在明顯的駐波。半 消 聲 室 計 算 機 輔 助 設 計 與 計 算- 26 -設計目標之一是確保房間雙層墻壁的高傳輸損耗。 這是因為它的目的是測量產(chǎn)品噪聲在 20 至 40 dB 的范圍內(nèi)，便攜式消聲室位于工業(yè)環(huán)境中，其噪聲水平為 60 至 70 dB。在輕質(zhì)結(jié)構(gòu)中，高傳輸損耗最好為 通過將隔板振動隔離的雙層墻壁獲得。 倫敦Ill 開發(fā)了這種面板的傳輸損耗（簡稱 TL）（發(fā)泡楔的傳輸損耗）的簡單理論，并在此由 Beranek 所討論。適用的理論方程式為 2 20 010log[()cos(cosin)]MMTL???????????其中 fl = 2（co / coo）（pe / cooM）eosc ?，并且 ω 為角頻率（rad / s），ω0 為基本質(zhì)量 - 空氣質(zhì)量共振頻率（rad / s），M 為每個面板的質(zhì)量（lug / ft2），pc = 2.61 Ibf-s / ft3，具體的聲阻抗，和 φ 為從正常到表面測量的聲波的入射角（ rad）。導出這個方程的假設是（i）面板在程度上是相同的和無限的，（ ii）面板在低于其臨界頻率的頻率下被激發(fā)，并且（iii）面板被質(zhì)量控制，使得面板共振不需要被考慮。正如 Beranek 所討論的那樣，撞擊的聲波將激發(fā)雙層面板的質(zhì)量 - 空氣質(zhì)量共振頻率 02.8cosPMd???其中 d 是面板的間距（ft），Po 是大氣壓力（lbf / ft2）。如果聲波與表面正交，cosφ=1，基本質(zhì)量 - 空氣質(zhì)量共振頻率為 002.8Pd?臨界頻率 fc 是發(fā)生“重合 ”的最低頻率。當面板振動的波長等于投影到面板上的聲音的波長時，發(fā)生一致。 對于盤子， 2()1.8cfHzhE??其中 h 是板的厚度（英寸），c 是聲速（ft / s），p 是面板的密度（lbm / ft3），E是楊氏模量（lbf / ft2）。對于鋼或鋁，上式變?yōu)榧s 50cfh?方程（I）用于預測消聲室設計的 TL。 首先，臨界頻率計算如下：半 消 聲 室 計 算 機 輔 助 設 計 與 計 算- 27 -50418.96cfHz?厚度 h = 0-1196 in 對應于美國標準 Gage 11 鋼板。 對于等式（I），該頻率足夠高，非常有用。 低頻將控制設計，因