基于煩惱程度優(yōu)選的變壓器噪聲聲屏控制分析?

（國網(wǎng)安徽省電力有限公司馬鞍山供電公司 馬鞍山 243000）

1 引言

人對聲音產(chǎn)生的主觀感受可以通過聲品質(zhì)進(jìn)行評價(jià)，具體包括煩惱度、干擾度、舒適度、可接受度等多項(xiàng)量化分析指標(biāo)［1～7］。其中，煩惱度屬于環(huán)境噪聲領(lǐng)域使用最多的評價(jià)指標(biāo)。許多聲學(xué)參數(shù)都會對噪聲煩惱造成明顯影響，除A計(jì)權(quán)聲壓級（A聲級）以外，還包含尖銳度、音調(diào)度、粗糙度、抖晃度與響度等參量［8］。采用傳統(tǒng)方式進(jìn)行噪聲控制時(shí)，需按照A聲級要達(dá)到的降低量來設(shè)計(jì)控制方案。但是，在保證A聲級達(dá)標(biāo)的情況下，公眾也比較關(guān)注實(shí)施控制方案后對噪聲煩惱能夠發(fā)揮的實(shí)際改善效果。采用不同噪聲控制方案來獲得同樣的A聲級降低量時(shí)對應(yīng)的噪聲煩惱改善情況也具有明顯區(qū)別［9～13］。

相關(guān)方面的研究吸引了眾多的研究學(xué)者，取得了很好的研究成果。吳曉佳等采用統(tǒng)計(jì)能量方法來研究郵輪艙室內(nèi)部的噪聲變化規(guī)律，同時(shí)以VA One軟件構(gòu)建得到郵輪SEA仿真模型，同時(shí)對生活娛樂艙室與動力設(shè)備艙室實(shí)施了噪聲預(yù)報(bào)，對浮動地板含有不同厚度礦棉條件下的聲學(xué)特性進(jìn)行了分析并獲得最佳厚度［14］。孫亞軒等選擇跨座式單軌列車作為測試對象，通過VA One統(tǒng)計(jì)能量分析軟件構(gòu)建得到預(yù)測單軌列車SEA噪聲的模型，同時(shí)利用等效隔聲的方法對對中空鋁型材進(jìn)行處理獲得噪聲的主要來源，同時(shí)重點(diǎn)研究了降噪效果［15］。張宇等研究了某車型處于3WOT工況條件下時(shí)產(chǎn)生的車內(nèi)前排與加速過程的轟鳴噪聲控制方式，同時(shí)引入聲振耦合的仿真技術(shù)得到車內(nèi)前排噪聲出現(xiàn)異常峰值的頻率，根據(jù)實(shí)車測試結(jié)果可知，采用優(yōu)化阻尼層的方法能夠有效改善前排轟鳴噪聲產(chǎn)生的影響［16］。

根據(jù)以上分析，本文設(shè)計(jì)得到了一種根據(jù)煩惱程度進(jìn)行噪聲控制方案選擇的新方法，同時(shí)根據(jù)變電站聲屏噪聲控制方法以及仿真方法，除了可以預(yù)測得到各方案的A聲級降低量，還可以預(yù)測得到噪聲煩惱改善情況，從而優(yōu)選得到最佳的噪聲控制方案。

2 根據(jù)煩惱程度進(jìn)行噪聲控制方案優(yōu)選的方法

如圖1所示，是按照不同的煩惱程度來完成噪聲控制方案優(yōu)選過程的實(shí)施路線。包括如下步驟：先從聲源噪聲的影響范圍中選出觀測點(diǎn)，并對觀測點(diǎn)噪聲進(jìn)行采集獲得噪聲控制前聲樣本；之后通過專業(yè)仿真軟件構(gòu)建聲學(xué)仿真模型，對控制方案實(shí)施之前與之后的觀測點(diǎn)噪聲進(jìn)行預(yù)測，之后計(jì)算出各噪聲控制方案處理觀測點(diǎn)噪聲得到的1/n頻A聲級降低量；對于未經(jīng)過噪聲控制的聲樣本采用A聲級降低量完成濾波過程獲得經(jīng)過噪聲控制的聲樣本；通過煩惱度預(yù)測模型對噪聲控制前后的聲樣本煩惱度進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)兩次結(jié)果的差值判斷各噪聲控制方案改善觀測點(diǎn)噪聲煩惱的效果；結(jié)合煩惱的實(shí)際改善情況獲得最優(yōu)的噪聲控制方案［14～17］。

通過調(diào)查得到聲源的強(qiáng)度、尺寸、位置等參數(shù)以及聲源和觀測點(diǎn)之間的聲傳播參數(shù)，通過LMS Virtual.lab軟件構(gòu)建聲學(xué)仿真模型，并根據(jù)實(shí)際情況把噪聲源等效成相應(yīng)的線聲源、點(diǎn)聲源與面聲源，為不同的構(gòu)筑物設(shè)定合理的隔聲量與表面吸聲系數(shù)，并對非封閉構(gòu)筑物邊緣進(jìn)行衍射邊界處理。選擇聲線追蹤法對觀測點(diǎn)噪聲A聲級進(jìn)行預(yù)測，同時(shí)計(jì)算出各噪聲控制方案處理得到的觀測點(diǎn)噪聲A聲級降低量。

對未經(jīng)過噪聲控制的聲樣本實(shí)施濾波，確保濾波處理前后的A聲級差等于仿真后的A聲降低量，由此獲得經(jīng)過噪聲控制的聲樣本。選擇Zwicker心理聲學(xué)模型［8］或其它合適的煩惱度預(yù)測模型分析樣本煩惱度，根據(jù)噪聲控制前后的預(yù)測結(jié)果差值便可以得到觀測點(diǎn)噪聲煩惱改善情況。

具體算法如下：

式中：PA為改進(jìn)后Zwicker心理聲學(xué)煩惱度，N5為噪聲的累計(jì)百分響度，S、F、R、T分別代表樣本參數(shù)尖銳度、抖晃度、粗糙度和音調(diào)度，其值在LMS Vir?tual.lab軟件中設(shè)置。

3 算例分析

選擇一個變電站的主變壓器噪聲聲屏控制方案作為研究對象，確定聲屏高度、位置與長度后，針對材料結(jié)構(gòu)、與各聲學(xué)性能的成品聲屏，根據(jù)觀測點(diǎn)噪聲煩惱仿真測試結(jié)果，選擇最優(yōu)的聲屏方案。

3.1 變壓器噪聲聲屏控制方案

本研究選擇的變電站包含二組同樣規(guī)格噪聲源的主變壓器，同時(shí)把各組主變壓器都分成A、B、C共三相，每一相的尺寸都是6m×4.2m×4.8m。并且為不同相之間設(shè)置了防火墻，其尺寸是12.6m×0.36m×8.2m。為提升降噪效果，為主變壓器設(shè)置專門的聲屏，其高度和防火墻一致?？梢杂糜谶x擇的4種成品聲屏包括微孔隔聲板聲屏、微孔吸聲板聲屏、GYB型聲屏、FZP型聲屏，從圖2中可以看到上述各個聲屏構(gòu)件的1/5倍頻帶隔聲量及其吸聲系數(shù)，通過分析可以發(fā)現(xiàn)，這些聲屏的中、低頻段達(dá)到了良好的吸隔聲性能［18～20］。

圖2 成品聲屏1/5倍頻帶的隔聲量和吸聲系數(shù)

3.2 A聲級降低量計(jì)算

表1 A計(jì)權(quán)聲功率級

選擇LMS Virtual軟件構(gòu)建得到本文的聲學(xué)仿真模型。以主變壓器的各相側(cè)面與頂面作為面聲源，通過聲強(qiáng)測試方法獲得單相主變壓器各面1/5倍頻帶聲功率大小，具體數(shù)據(jù)如表1所示。將防火墻隔聲量設(shè)定為50dB，取其表面吸聲系數(shù)等于0.05。根據(jù)圖3設(shè)置聲屏隔聲量與表面吸聲系數(shù)。同時(shí)對主變壓器、聲屏、防火墻未封閉邊緣區(qū)域進(jìn)行衍射處理。各項(xiàng)氣象參數(shù)包括：室溫25℃，氣壓1000hPa，濕度55%，根據(jù)以上模型通過聲線追蹤方法預(yù)測得到聲設(shè)置屏障前、后的觀測點(diǎn)噪聲，之后計(jì)算出聲屏的1/5倍頻帶A聲級降低量，如圖3所示。對圖3進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，4種聲屏在所有觀測點(diǎn)的高頻段噪聲段實(shí)現(xiàn)的降噪量都很高，并且，微孔隔聲板聲屏處于中高頻段時(shí)可以達(dá)到最優(yōu)的降噪效果，F(xiàn)ZP型聲屏則是對低頻段可以獲得較好的降噪效果，通過綜合比較可知，F(xiàn)ZP型聲屏可以獲得比微孔隔聲板聲屏更優(yōu)的降噪效果［21］。

圖3 1/5倍頻帶A聲級結(jié)果

不同聲屏對觀測點(diǎn)噪聲產(chǎn)生的煩惱改善狀態(tài)，如表2所示。對表2進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，各類聲屏都可以改善觀測點(diǎn)處主變壓器噪聲煩惱，并且相同聲屏對各觀測點(diǎn)噪聲煩惱達(dá)到了不同的改善程度，隨著觀測點(diǎn)和主變壓器的距離增加后，各類聲屏對觀測點(diǎn)噪聲煩惱改善效果發(fā)生了逐漸下降的現(xiàn)象，通過對比還可以發(fā)現(xiàn)各類聲屏對不同觀測點(diǎn)處噪聲煩惱改善效果的排序也存在較大差異。

表2 各聲屏煩惱程度

從表2中可以看到，F(xiàn)ZP型聲屏使1號觀測點(diǎn)噪聲達(dá)到最優(yōu)的煩惱改善程度，但是對2號與3號觀測點(diǎn)噪聲進(jìn)行煩惱程度改善達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)的是微孔隔聲板聲屏［22～23］。此外，F(xiàn)ZP 型聲屏對各觀測點(diǎn)A聲級降低量都達(dá)到了最大程度。由此可見，具有最大A聲級降低量的聲屏不一定能夠達(dá)到最優(yōu)的噪聲煩惱改善程度，這是由于除了受到A聲級影響以外，噪聲煩惱度還與噪聲頻譜特性之間存在緊密關(guān)聯(lián)。

4 結(jié)語

1）通過分析4種成品聲屏包括微孔隔聲板聲屏、微孔吸聲板聲屏、GYB型聲屏、FZP型聲屏的1/5倍頻帶隔聲量及其吸聲系數(shù)，得到這些聲屏的中、低頻段達(dá)到了良好的吸隔聲性能。

2）計(jì)算出聲屏的1/5倍頻帶A聲級降低量發(fā)現(xiàn)，4種聲屏在所有觀測點(diǎn)的高頻段噪聲段實(shí)現(xiàn)的降噪量都很高，微孔隔聲板聲屏處于中高頻段時(shí)可以達(dá)到最優(yōu)的降噪效果，F(xiàn)ZP型聲屏則是對低頻段可以獲得較好的降噪效果。

3）分析不同聲屏對觀測點(diǎn)噪聲產(chǎn)生的煩惱改善狀態(tài)發(fā)現(xiàn)，各類聲屏都可以改善觀測點(diǎn)處主變壓器噪聲煩惱，隨著觀測點(diǎn)和主變壓器的距離增加后，各類聲屏對觀測點(diǎn)噪聲煩惱改善效果發(fā)生了逐漸下降的現(xiàn)象。