低频特性范文10篇

低频特性范文篇1

由变频器构成的交流调速系统普遍存在的问题是，系统运行在低频区域时,其性能不够理想,主要表现在低频启动时启动转矩小,造成系统启动困难甚至无法启动。由于变频器的非线性产生的高次谐波，引起电动机的转距脉动及电动机发热，并且电动机运行噪声也加大。低频稳态运行时，受电网电压波动或系统负载的变化及变频器输出电压波形的奇变，将造成电动机的抖动。当变频器距电动机距离较大时及高次谐波对控制电路的干扰，极易引起电动机的爬行。由于上述各种现象，严重降低由变频器构成的调速系统的调速特性和动态品质指标，本文对系统的低频机械特性和变频器的低频特性进行分析，提出采取相应的措施，以使系统的低频运行特性能得以改善。

2变频器低频机械特性

2.1低频启动特性

异步电动机改变定子频率F1,即可平滑地调节电动机的同步转速,但是随着F1的变化,电动机的机械特性也将发生改变,尤其是在低频区域,根据异步电动机的最大转距公式:

Temax=3/2{np(U1/W1)2}/{R1/W1+/(R2/W1)2+(LL1+LL2)2}式中np—电动机极对数;

R1—定子每相电阻;

R2—折合到定子侧的转子每相电阻;

LL1—定子每相漏感;

LL2—折合到定子侧的转子每漏感;

U1—电动机定子每相电压;

W1—电源角频率

可见Temax是随着W1的降低而减小，在低频时，R1已不可忽略。Temax将随着W1的减小而减小，启动转距也将减小，甚至不能带动负载。

2.2低频稳态特性

电动机稳态运行时的转距公式如下:

TL=3np(U1/W1)2SW1R2/{(SR1+R2)2+S2W2(LL1+LL2)2}

在角频率W1为额定时,R1可以忽略。而在低频时,R1已不能忽略,故在低频区时由于R1上的压降所占的比重增加,将无法维持M的恒定,特别是在电网电压变化和负载变化时,系统将出现抖动和爬行。

3变频器调速系统低频特性

3.1谐波分析

由变频器构成的调速系统,由于变频器的非线性,电动机定子中除了基波电流外,还有各次谐波电流,由于高次谐波的存在,使电动机损耗和感抗增大,减少了cosφ,从而影响输出转距,并将产生6倍于基波频率的脉动转距。

以电流波形中的5次、7次谐波来分析，在三相电动机定子电流中的5次谐波频率为F5=5F1(F1为基波电流频率)，它在电动机气隙中产生空间负序的磁势和磁场，这个磁场的转速n51为基波电流所产生磁场的转速n11的5倍，并且沿着与基波磁场反的方向旋转，由于电动机转速一定，并假设接近n11，这样由5次谐波磁势在转子内感应出6倍于基波频率的转子电流，此电流与气隙基波磁势的合成作用产生6倍于基波频率的脉动转距。

7次谐波所产生的磁场与基波同相序，但它所产生的旋转磁场转速7倍于基波旋转磁场的转速，故相应转子电流谐波与气隙主磁场的相对转速也是6倍于基波频率，也产生一个6倍于基波频率的脉动转距。

以上两个6倍于基波频率的脉动转距一齐使电动机的电磁转距发生脉动，虽然其平均值为零，但脉动转距使电动机转速不均匀，在低频运行时影响最大。

3.2准方波方式下脉动转距的产生

分别设ψ1、ψ2为定子磁链及转子磁链的空间矢量，在稳态准方波(QSW)运行方式时(桥中晶闸管用1800电角脉冲触发)ψ1在输出周期内沿着正六边形的周边运动。ψ2沿着与六边形同心的圆周运动，在准方波运行方式下ψ1和ψ2运动是连续的，但它们且有重大的区别，当矢量ψ2以恒定定子电压角速度W1旋转时，矢量ψ1以恒定的线速度沿正六边形周边运行，矢量ψ1线速度恒定导致其角速度的变化，进而引起ψ1和ψ2的夹角δ变化，除此，当ψ1沿着六角形轨迹移动时其幅值在一定程度上也有变化。当电动机空载时，由于处于稳态ψ1与ψ2的夹角与转距T在W1t=0、π/6、π/3时为零，而当W1T≠0、π/6、π/3时，δ不为零，它与上面提到的ψ1幅值变化一起引起低频转距脉动，其频率为定子电压基波的6倍，当电动机带负载时对应于一个恒定的δ均值，低频转距脉动将叠加于恒定转距均值之上。

4系统低频特性改善措施

4.1启动转距的提升

由于系统在低频时R1上的压降影响,使系统的启动转距随W1下降而减小,为此变频器设有转距提升功能,该功能可以调整低频区域电动机的力矩,使之与负荷配合,增大启动转距。可选择自动转距提升和手动转距提升模式，其原理是提升定子电压也就相应提高了启动转距，但提升电压设置过高，将导致电流过大引起电动机饱和、过热或过电流跳闸。如1336PLUS系列变频器的转距提升功能，可自动调整提升电压，以产生所需的电压，可根据预定转距所需的电流来选择提升电压，转距提升在控制电流的同时使电动机处于最佳运行状态，在选择手动转距提升时，要结合实际情况来设定转距提升值。

4.2改善低频转距脉动

变频器构成的交流调速系统的低频转距脉动直接影响系统动态特性,不论是变频器的生产厂和系统集成的工程技术人员,都在尽力于改善低频区脉动这一技术问题.如采用磁通控制方式、正弦波PWM控制方式，它不是按照调制正弦波和载波的交点来控制GTR的导通和关断，而是始终使异步电动机的磁通接近正弦波，旋转磁场的轨迹是圆形来决定GTR的导通规律。在很低的频率下，保证异步电动机在低速时旋转均匀，从而扩大了变频调速范围，抑制异步电动机的振动和噪声。其圆形旋转磁场的实现，是通过检测磁通使控制环节随时判断实际磁通超过误差范围与否，来改变GTR的工作模式，从而保证旋转磁场的轨迹呈圆形，以减少转距脉动。

4.3圆周PWM方法降低转距脉动

“圆周”的含义是指定子磁链ψ1空间矢量在高斯平面中沿着一个非常接近于圆周的多边形，其以降低电动机脉动转距为目的来确定电压脉冲的宽度和位置。三相逆变器为全波桥式结构，如其运行在这样一种方式下，当交流输出端(a、b、c)之一在任何时候接通直流母线(应同时接到另一个直流母线上),这一原理从图1(a)中可以明显表示清楚。显然交流输出端接到直流母线方式有六种，这就导致定子电压U1的空间矢量有六个位置，这六个位置如图1(b)所示，图1(b)中六种开/关状态对应着U1的六种位置，图中粗线位置表示开关1、3、6处于开的位置，投影所产生的瞬时相电压如下：

Va=Vb=1/3VdcVc=-2/3Vdc

其余类推，符号Va、Vb、Vc代表三相输出电压的瞬时相电压值，假如Ia+Ib+Ic=0由空间矢量在A、B、C轴上的垂直投影就可得到Va、Vb、Vc，除以上六种开/关状态外，还有使开关1、3、5或2、4、6同时关断两种状态，在这种情况下，交流输出端a、b、c接到同一电位上，U1及Ua、Ub、Uc顺次变为零，将这种运行方式应用到一个三电平PWM逆变器上可获得与两电平PWM相比而言较低的谐波成分。

PWM形式是一种斩波准方波调制，负载上的相电压由矩形段和零电压段(U1=0时)组成，在每个电压脉冲时刻，矢量ψ1以恒定线速度移动，而在零电压段保持静止，然而由于矢量ψ2以恒定角速度W1转动，ψ1和ψ2间的夹角δ就出现了，因此电压斩波是引起高频转距脉动的主要原因，频率与输出电压矩脉冲频率相同。这是由于PWM自身固有的，实际上高频转矩脉动是很难消除的，并叠加于低频转矩脉动之上。为消除系统的低频转矩脉动可从以下两种方式开展工作。

(1)在电压脉冲中间点的时刻,矢量ψ1、ψ2间的夹角δ在稳态运行时对于所有脉冲应保持恒定，消除由δ变化而产生的对低频转矩(频率为6F1)的影响，在空载情况下δ=0尽管ψ1的幅值变化，低频转矩脉动仍然将被完全消除。

(2)在恒定的负载时(δ-cost≠0)仅仅ψ1幅值的变化引起低频转矩脉动,而负载引起ψ2幅值的变化可以忽略,因此必须获得一个比较接近于圆周的ψ1矢量轨迹。

圆周PWM是利用空载矢量ψ1的空间位置来确定电压脉冲的中间点,即晶闸管导通段及零电压段的合理组合,可以产生幅值变化可以忽略不计的ψ1,此原理如图1所示,ψ1停止时刻(即零电压段)用圆点标出,确定电压脉冲位置使它们对称,如图中各横坐标的中间点,脉冲宽度(即持续时间)与横坐标长度相对应,所要求的输出电压来确定.自然电压波形周期由ψ1矢量沿多边形转一周所需的时间确定。采用此方法在保持输出电压由零到最大值可变的同时，可有效的消除低频转矩脉动。

低频特性范文篇2

关键词:低频特性系统分析改善措施

Abstract:Inthispaperanalysevariablespeedsysteminlowfrequecyregional

characteristics,someproblemsinsystemlowfrequencyreionalisdescribed,corresponding

improvingmeasureswereoffered.

Keywords:lowfrequencycharacteristicssystemanalyscimprovemeasures

1概述

由变频器构成的交流调速系统普遍存在的问题是，系统运行在低频区域时,其性能不够理想,主要表现在低频启动时启动转矩小,造成系统启动困难甚至无法启动。由于变频器的非线性产生的高次谐波，引起电动机的转距脉动及电动机发热，并且电动机运行噪声也加大。低频稳态运行时，受电网电压波动或系统负载的变化及变频器输出电压波形的奇变，将造成电动机的抖动。当变频器距电动机距离较大时及高次谐波对控制电路的干扰，极易引起电动机的爬行。由于上述各种现象，严重降低由变频器构成的调速系统的调速特性和动态品质指标，本文对系统的低频机械特性和变频器的低频特性进行分析，提出采取相应的措施，以使系统的低频运行特性能得以改善。

2变频器低频机械特性

2.1低频启动特性

异步电动机改变定子频率F1,即可平滑地调节电动机的同步转速,但是随着F1的变化,电动机的机械特性也将发生改变,尤其是在低频区域,根据异步电动机的最大转距公式:

Temax=3/2{np(U1/W1)2}/{R1/W1+/(R2/W1)2+(LL1+LL2)2}式中np—电动机极对数;

R1—定子每相电阻;

R2—折合到定子侧的转子每相电阻;

LL1—定子每相漏感;

LL2—折合到定子侧的转子每漏感;

U1—电动机定子每相电压;

W1—电源角频率

可见Temax是随着W1的降低而减小，在低频时，R1已不可忽略。Temax将随着W1的减小而减小，启动转距也将减小，甚至不能带动负载。

2.2低频稳态特性

电动机稳态运行时的转距公式如下:

TL=3np(U1/W1)2SW1R2/{(SR1+R2)2+S2W2(LL1+LL2)2}

在角频率W1为额定时,R1可以忽略。而在低频时,R1已不能忽略,故在低频区时由于R1上的压降所占的比重增加,将无法维持M的恒定,特别是在电网电压变化和负载变化时,系统将出现抖动和爬行。

3变频器调速系统低频特性

3.1谐波分析

由变频器构成的调速系统,由于变频器的非线性,电动机定子中除了基波电流外,还有各次谐波电流,由于高次谐波的存在,使电动机损耗和感抗增大,减少了cosφ,从而影响输出转距,并将产生6倍于基波频率的脉动转距。

以电流波形中的5次、7次谐波来分析，在三相电动机定子电流中的5次谐波频率为F5=5F1(F1为基波电流频率)，它在电动机气隙中产生空间负序的磁势和磁场，这个磁场的转速n51为基波电流所产生磁场的转速n11的5倍，并且沿着与基波磁场反的方向旋转，由于电动机转速一定，并假设接近n11，这样由5次谐波磁势在转子内感应出6倍于基波频率的转子电流，此电流与气隙基波磁势的合成作用产生6倍于基波频率的脉动转距。

7次谐波所产生的磁场与基波同相序，但它所产生的旋转磁场转速7倍于基波旋转磁场的转速，故相应转子电流谐波与气隙主磁场的相对转速也是6倍于基波频率，也产生一个6倍于基波频率的脉动转距。

以上两个6倍于基波频率的脉动转距一齐使电动机的电磁转距发生脉动，虽然其平均值为零，但脉动转距使电动机转速不均匀，在低频运行时影响最大。

3.2准方波方式下脉动转距的产生

分别设ψ1、ψ2为定子磁链及转子磁链的空间矢量，在稳态准方波(QSW)运行方式时(桥中晶闸管用1800电角脉冲触发)ψ1在输出周期内沿着正六边形的周边运动。ψ2沿着与六边形同心的圆周运动，在准方波运行方式下ψ1和ψ2运动是连续的，但它们且有重大的区别，当矢量ψ2以恒定定子电压角速度W1旋转时，矢量ψ1以恒定的线速度沿正六边形周边运行，矢量ψ1线速度恒定导致其角速度的变化，进而引起ψ1和ψ2的夹角δ变化，除此，当ψ1沿着六角形轨迹移动时其幅值在一定程度上也有变化。当电动机空载时，由于处于稳态ψ1与ψ2的夹角与转距T在W1t=0、π/6、π/3时为零，而当W1T≠0、π/6、π/3时，δ不为零，它与上面提到的ψ1幅值变化一起引起低频转距脉动，其频率为定子电压基波的6倍，当电动机带负载时对应于一个恒定的δ均值，低频转距脉动将叠加于恒定转距均值之上。

4系统低频特性改善措施

4.1启动转距的提升

由于系统在低频时R1上的压降影响,使系统的启动转距随W1下降而减小,为此变频器设有转距提升功能,该功能可以调整低频区域电动机的力矩,使之与负荷配合,增大启动转距。可选择自动转距提升和手动转距提升模式，其原理是提升定子电压也就相应提高了启动转距，但提升电压设置过高，将导致电流过大引起电动机饱和、过热或过电流跳闸。如1336PLUS系列变频器的转距提升功能，可自动调整提升电压，以产生所需的电压，可根据预定转距所需的电流来选择提升电压，转距提升在控制电流的同时使电动机处于最佳运行状态，在选择手动转距提升时，要结合实际情况来设定转距提升值。

4.2改善低频转距脉动

变频器构成的交流调速系统的低频转距脉动直接影响系统动态特性,不论是变频器的生产厂和系统集成的工程技术人员,都在尽力于改善低频区脉动这一技术问题.如采用磁通控制方式、正弦波PWM控制方式，它不是按照调制正弦波和载波的交点来控制GTR的导通和关断，而是始终使异步电动机的磁通接近正弦波，旋转磁场的轨迹是圆形来决定GTR的导通规律。在很低的频率下，保证异步电动机在低速时旋转均匀，从而扩大了变频调速范围，抑制异步电动机的振动和噪声。其圆形旋转磁场的实现，是通过检测磁通使控制环节随时判断实际磁通超过误差范围与否，来改变GTR的工作模式，从而保证旋转磁场的轨迹呈圆形，以减少转距脉动。

4.3圆周PWM方法降低转距脉动

“圆周”的含义是指定子磁链ψ1空间矢量在高斯平面中沿着一个非常接近于圆周的多边形，其以降低电动机脉动转距为目的来确定电压脉冲的宽度和位置。三相逆变器为全波桥式结构，如其运行在这样一种方式下，当交流输出端(a、b、c)之一在任何时候接通直流母线(应同时接到另一个直流母线上),这一原理从图1(a)中可以明显表示清楚。显然交流输出端接到直流母线方式有六种，这就导致定子电压U1的空间矢量有六个位置，这六个位置如图1(b)所示，图1(b)中六种开/关状态对应着U1的六种位置，图中粗线位置表示开关1、3、6处于开的位置，投影所产生的瞬时相电压如下：

Va=Vb=1/3VdcVc=-2/3Vdc

其余类推，符号Va、Vb、Vc代表三相输出电压的瞬时相电压值，假如Ia+Ib+Ic=0由空间矢量在A、B、C轴上的垂直投影就可得到Va、Vb、Vc，除以上六种开/关状态外，还有使开关1、3、5或2、4、6同时关断两种状态，在这种情况下，交流输出端a、b、c接到同一电位上，U1及Ua、Ub、Uc顺次变为零，将这种运行方式应用到一个三电平PWM逆变器上可获得与两电平PWM相比而言较低的谐波成分。

PWM形式是一种斩波准方波调制，负载上的相电压由矩形段和零电压段(U1=0时)组成，在每个电压脉冲时刻，矢量ψ1以恒定线速度移动，而在零电压段保持静止，然而由于矢量ψ2以恒定角速度W1转动，ψ1和ψ2间的夹角δ就出现了，因此电压斩波是引起高频转距脉动的主要原因，频率与输出电压矩脉冲频率相同。这是由于PWM自身固有的，实际上高频转矩脉动是很难消除的，并叠加于低频转矩脉动之上。为消除系统的低频转矩脉动可从以下两种方式开展工作。

(1)在电压脉冲中间点的时刻,矢量ψ1、ψ2间的夹角δ在稳态运行时对于所有脉冲应保持恒定，消除由δ变化而产生的对低频转矩(频率为6F1)的影响，在空载情况下δ=0尽管ψ1的幅值变化，低频转矩脉动仍然将被完全消除。

低频特性范文篇3

关键词:低频特性系统分析改善措施

一、概述

由变频器构成的交流调速系统普遍存在的问题是，系统运行在低频区域时，其性能不够理想，主要表现在低频启动时启动转矩小，造成系统启动困难甚至无法启动。由于变频器的非线性产生的高次谐波，引起电动机的转距脉动及电动机发热，并且电动机运行噪声也加大。低频稳态运行时，受电网电压波动或系统负载的变化及变频器输出电压波形的奇变，将造成电动机的抖动。当变频器距电动机距离较大时及高次谐波对控制电路的干扰，极易引起电动机的爬行。由于上述各种现象，严重降低由变频器构成的调速系统的调速特性和动态品质指标，本文对系统的低频机械特性和变频器的低频特性进行分析，提出采取相应的措施，以使系统的低频运行特性能得以改善。

二、变频器低频机械特性

2.1低频启动特性

异步电动机改变定子频率F1，即可平滑地调节电动机的同步转速，但是随着F1的变化，电动机的机械特性也将发生改变，尤其是在低频区域，根据异步电动机的最大转距公式:

Temax=3/2{np(U1/W1)2}/{R1/W1+/(R2/W1)2+(LL1+LL2)2}式中np—电动机极对数；

R1—定子每相电阻；

R2—折合到定子侧的转子每相电阻；

LL1—定子每相漏感；

LL2—折合到定子侧的转子每漏感；

U1—电动机定子每相电压；

W1—电源角频率

可见Temax是随着W1的降低而减小，在低频时，R1已不可忽略。Temax将随着W1的减小而减小，启动转距也将减小，甚至不能带动负载。

2.2低频稳态特性

电动机稳态运行时的转距公式如下:

TL=3np(U1/W1)2SW1R2/{(SR1+R2)2+S2W2(LL1+LL2)2}

在角频率W1为额定时，R1可以忽略。而在低频时，R1已不能忽略，故在低频区时由于R1上的压降所占的比重增加，将无法维持M的恒定，特别是在电网电压变化和负载变化时，系统将出现抖动和爬行。

三、变频器调速系统低频特性

3.1谐波分析

由变频器构成的调速系统，由于变频器的非线性，电动机定子中除了基波电流外，还有各次谐波电流，由于高次谐波的存在，使电动机损耗和感抗增大，减少了cosφ，从而影响输出转距，并将产生6倍于基波频率的脉动转距。

以电流波形中的5次、7次谐波来分析，在三相电动机定子电流中的5次谐波频率为F5=5F1(F1为基波电流频率)，它在电动机气隙中产生空间负序的磁势和磁场，这个磁场的转速n51为基波电流所产生磁场的转速n11的5倍，并且沿着与基波磁场反的方向旋转，由于电动机转速一定，并假设接近n11，这样由5次谐波磁势在转子内感应出6倍于基波频率的转子电流，此电流与气隙基波磁势的合成作用产生6倍于基波频率的脉动转距。

7次谐波所产生的磁场与基波同相序，但它所产生的旋转磁场转速7倍于基波旋转磁场的转速，故相应转子电流谐波与气隙主磁场的相对转速也是6倍于基波频率，也产生一个6倍于基波频率的脉动转距。

以上两个6倍于基波频率的脉动转距一齐使电动机的电磁转距发生脉动，虽然其平均值为零，但脉动转距使电动机转速不均匀，在低频运行时影响最大。

3.2准方波方式下脉动转距的产生

分别设ψ1、ψ2为定子磁链及转子磁链的空间矢量，在稳态准方波(QSW)运行方式时(桥中晶闸管用1800电角脉冲触发)ψ1在输出周期内沿着正六边形的周边运动。ψ2沿着与六边形同心的圆周运动，在准方波运行方式下ψ1和ψ2运动是连续的，但它们且有重大的区别，当矢量ψ2以恒定定子电压角速度W1旋转时，矢量ψ1以恒定的线速度沿正六边形周边运行，矢量ψ1线速度恒定导致其角速度的变化，进而引起ψ1和ψ2的夹角δ变化，除此，当ψ1沿着六角形轨迹移动时其幅值在一定程度上也有变化。当电动机空载时，由于处于稳态ψ1与ψ2的夹角与转距T在W1t=0、π/6、π/3时为零，而当W1T≠0、π/6、π/3时，δ不为零，它与上面提到的ψ1幅值变化一起引起低频转距脉动，其频率为定子电压基波的6倍，当电动机带负载时对应于一个恒定的δ均值，低频转距脉动将叠加于恒定转距均值之上。

四、系统低频特性改善措施

4.1启动转距的提升

由于系统在低频时R1上的压降影响，使系统的启动转距随W1下降而减小，为此变频器设有转距提升功能，该功能可以调整低频区域电动机的力矩，使之与负荷配合，增大启动转距。可选择自动转距提升和手动转距提升模式，其原理是提升定子电压也就相应提高了启动转距，但提升电压设置过高，将导致电流过大引起电动机饱和、过热或过电流跳闸。如1336PLUS系列变频器的转距提升功能，可自动调整提升电压，以产生所需的电压，可根据预定转距所需的电流来选择提升电压，转距提升在控制电流的同时使电动机处于最佳运行状态，在选择手动转距提升时，要结合实际情况来设定转距提升值。

4.2改善低频转距脉动

变频器构成的交流调速系统的低频转距脉动直接影响系统动态特性，不论是变频器的生产厂和系统集成的工程技术人员，都在尽力于改善低频区脉动这一技术问题.如采用磁通控制方式、正弦波PWM控制方式，它不是按照调制正弦波和载波的交点来控制GTR的导通和关断，而是始终使异步电动机的磁通接近正弦波，旋转磁场的轨迹是圆形来决定GTR的导通规律。在很低的频率下，保证异步电动机在低速时旋转均匀，从而扩大了变频调速范围，抑制异步电动机的振动和噪声。其圆形旋转磁场的实现，是通过检测磁通使控制环节随时判断实际磁通超过误差范围与否，来改变GTR的工作模式，从而保证旋转磁场的轨迹呈圆形，以减少转距脉动。

4.3圆周PWM方法降低转距脉动

“圆周”的含义是指定子磁链ψ1空间矢量在高斯平面中沿着一个非常接近于圆周的多边形，其以降低电动机脉动转距为目的来确定电压脉冲的宽度和位置。三相逆变器为全波桥式结构，如其运行在这样一种方式下，当交流输出端(a、b、c)之一在任何时候接通直流母线(应同时接到另一个直流母线上)，这一原理从图1(a)中可以明显表示清楚。显然交流输出端接到直流母线方式有六种，这就导致定子电压U1的空间矢量有六个位置，这六个位置如图1(b)所示，图1(b)中六种开/关状态对应着U1的六种位置，图中粗线位置表示开关1、3、6处于开的位置，投影所产生的瞬时相电压如下：

Va=Vb=1/3VdcVc=-2/3Vdc

其余类推，符号Va、Vb、Vc代表三相输出电压的瞬时相电压值，假如Ia+Ib+Ic=0由空间矢量在A、B、C轴上的垂直投影就可得到Va、Vb、Vc，除以上六种开/关状态外，还有使开关1、3、5或2、4、6同时关断两种状态，在这种情况下，交流输出端a、b、c接到同一电位上，U1及Ua、Ub、Uc顺次变为零，将这种运行方式应用到一个三电平PWM逆变器上可获得与两电平PWM相比而言较低的谐波成分。

PWM形式是一种斩波准方波调制，负载上的相电压由矩形段和零电压段(U1=0时)组成，在每个电压脉冲时刻，矢量ψ1以恒定线速度移动，而在零电压段保持静止，然而由于矢量ψ2以恒定角速度W1转动，ψ1和ψ2间的夹角δ就出现了，因此电压斩波是引起高频转距脉动的主要原因，频率与输出电压矩脉冲频率相同。这是由于PWM自身固有的，实际上高频转矩脉动是很难消除的，并叠加于低频转矩脉动之上。为消除系统的低频转矩脉动可从以下两种方式开展工作。公务员之家

(1)在电压脉冲中间点的时刻，矢量ψ1、ψ2间的夹角δ在稳态运行时对于所有脉冲应保持恒定，消除由δ变化而产生的对低频转矩(频率为6F1)的影响，在空载情况下δ=0尽管ψ1的幅值变化，低频转矩脉动仍然将被完全消除。

低频特性范文篇4

1.1吸声系数与降噪系数

吸声是声波撞击到材料表面后能量损失的现象，吸声可以降低室内声压级。描述吸声的指标是吸声系数a，代表被材料吸收的声能与入射声能的比值。理论上，如果某种材料完全反射声音，那么它的a=0；如果某种材料将入射声能全部吸收，那么它的a=1。事实上，所有材料的a介于0和1之间，也就是不可能全部反射，也不可能全部吸收。

不同频率上会有不同的吸声系数。人们使用吸声系数频率特性曲线描述材料在不同频率上的吸声性能。按照iso标准和国家标准，吸声测试报告中吸声系数的频率范围是100-5khz。将100-5khz的吸声系数取平均得到的数值是平均吸声系数，平均吸声系数反映了材料总体的吸声性能。在工程中常使用降噪系数nrc粗略地评价在语言频率范围内的吸声性能，这一数值是材料在250、500、1k、2k四个频率的吸声系数的算术平均值，四舍五入取整到0.05。一般认为nrc小于0.2的材料是反射材料，nrc大于等0.2的材料才被认为是吸声材料。当需要吸收大量声能降低室内混响及噪声时，常常需要使用高吸声系数的材料。如离心玻璃棉、岩棉等属于高nrc吸声材料，5cm厚的24kg/m?的离心玻璃棉的nrc可达到0.95。

测量材料吸声系数的方法有两种，一种是混响室法，一种是驻波管法。混响室法测量声音无规入射时的吸声系数，即声音由四面八方射入材料时能量损失的比例，而驻波管法测量声音正入射时的吸声系数，声音入射角度仅为90度。两种方法测量的吸声系数是不同的，工程上最常使用的是混响室法测量的吸声系数，因为建筑实际应用中声音入射都是无规的。在某些测量报告中会出现吸声系数大于1的情况，这是由于测量的实验室条件等造成的，理论上任何材料吸收的声能不可能大于入射声能，吸声系数永远小于1。任何大于1的测量吸声系数值在实际声学工程计算中都不能按大于1使用，最多按1进行计算。

在房间中，声音会很快充满各个角落，因此，将吸声材料放置在房间任何表面都有吸声效果。吸声材料吸声系数越大，吸声面积越多，吸声效果越明显。可以利用吸声天花、吸声墙板、空间吸声体等进行吸声降噪。

1.2吸声原理

纤维多孔吸声材料，如离心玻璃棉、岩棉、矿棉、植物纤维喷涂等，吸声机理是材料内部有大量微小的连通的孔隙，声波沿着这些孔隙可以深入材料内部，与材料发生摩擦作用将声能转化为热能。多孔吸声材料的吸声特性是随着频率的增高吸声系数逐渐增大，这意味着低频吸收没有高频吸收好。多孔材料吸声的必要条件是：材料有大量空隙，空隙之间互相连通，孔隙深入材料内部。错误认识之一是认为表面粗糙的材料具有吸声性能，其实不然，例如拉毛水泥、表面凸凹的石才基本不具有吸声能力。错误认识之二是认为材料内部具有大量孔洞的材料，如聚苯、聚乙烯、闭孔聚氨脂等，具有良好的吸声性能，事实上，这些材料由于内部孔洞没有连通性，声波不能深入材料内部振动摩擦，因此吸声系数很小。

与墙面或天花存在空气层的穿孔板，即使材料本身吸声性能很差，这种结构也具有吸声性能，如穿孔的石膏板、木板、金属板、甚至是狭缝吸声砖等。这类吸声被称为亥姆霍兹共振吸声，吸声原理类似于暖水瓶的声共振，材料外部空间与内部腔体通过窄的瓶颈连接，声波入射时，在共振频率上，颈部的空气和内部空间之间产生剧烈的共振作用损耗了声能。亥姆霍兹共振吸收的特点是只有在共振频率上具有较大的吸声系数。

薄膜或薄板与墙体或顶棚存在空腔时也能吸声，如木板、金属板做成的天花板或墙板等，这种结构的吸声机理是薄板共振吸声。在共振频率上，由于薄板剧烈振动而大量吸收声能。薄板共振吸收大多在低频具有较好的吸声性能。

二、吸声材料及吸声结构

2.1离心玻璃棉

离心玻璃棉内部纤维蓬松交错，存在大量微小的孔隙，是典型的多孔性吸声材料，具有良好的吸声特性。离心玻璃棉可以制成墙板、天花板、空间吸声体等，可以大量吸收房间内的声能，降低混响时间，减少室内噪声。

离心玻璃棉的吸声特性不但与厚度和容重有关，也与罩面材料、结构构造等因素有关。在建筑应用中还需同时兼顾造价、美观、防火、防潮、粉尘、耐老化等多方面问题。

离心玻璃棉属于多孔吸声材料，具有良好的吸声性能。离心玻璃棉能够吸声的原因不是由于表面粗糙，而是因为具有大量的内外连通的微小孔隙和孔洞。当声波入射到离心玻璃棉上时，声波能顺着孔隙进入材料内部，引起空隙中空气分子的振动。由于空气的粘滞阻力和空气分子与孔隙壁的摩擦，声能转化为热能而损耗。

离心玻璃棉对声音中高频有较好的吸声性能。影响离心玻璃棉吸声性能的主要因素是厚度、密度和空气流阻等。密度是每立方米材料的重量。空气流阻是单位厚度时材料两侧空气气压和空气流速之比。空气流阻是影响离心玻璃棉吸声性能最重要的因素。流阻太小，说明材料稀疏，空气振动容易穿过，吸声性能下降；流阻太大，说明材料密实，空气振动难于传入，吸声性能亦下降。对于离心玻璃棉来讲，吸声性能存在最佳流阻。在实际工程中，测定空气流阻比较困难，但可以通过厚度和容重粗略估计和控制。1、随着厚度增加，中低频吸声系数显著地增加，但高频变化不大（高频吸收总是较大的）。2、厚度不变，容重增加，中低频吸声系数亦增加；但当容重增加到一定程度时，材料变得密实，流阻大于最佳流阻，吸声系数反而下降。对于厚度超过5cm的容重为16kg/m3的离心玻璃棉，低频125hz约为0.2，中高频（>500hz）的吸声系数已经接近于1了。当厚度由5cm继续增大时，低频的吸声系数逐渐提高，当厚度大于1m以上时，低频125hz的吸声系数也将接近于1。当厚度不变，容重增大时，离心玻璃棉的低频吸声系数也将不断提高，当容重接近110kg/m3时吸声性能达到最大值，50mm厚、频率125hz处接近0.6-0.7。容重超过120kg/m3时，吸声性能反而下降，是因为材料变得致密，中高频吸声性能受到很大影响，当容重超过300kg/m3时，吸声性能减小很多。建筑声学中常用的吸声玻璃棉的厚度有2.5cm、5cm、10cm，容重有16、24、32、48、80、96、112kg/m3。通常使用5cm厚，12-48kg/m3的离心玻璃棉。

离心玻璃棉的吸声性能还与安装条件有着密切的关系。当玻璃棉板背后有空气层时，与相同厚度无空气层的玻璃棉板吸声效果类似。尤其是中低频吸声性能比材料实贴在硬底面上会有较大提高，吸声系数将随空气层的厚度增加而增加，但增加到一定值后效果就不明显了。

使用不同容重的玻璃棉叠和在一起，形成容重逐渐增大的形式，可以获得更大的吸声效果。例如将一层2.5cm厚24kg/m3的棉板与一层2.5cm厚32kg/m3的棉板叠和在一起的吸声效果要好于一层5cm厚32kg/m3的棉板。将24kg/m3的玻璃棉板制成1m长的断面为三角型的尖劈，材料面密度逐渐增大，平均吸声系数可接近于1。

离心玻璃棉在建筑使用中，表面往往要附加有一定透声作用的饰面，如小于0.5mm的塑料薄膜、金属网、窗纱、防火布、玻璃丝布等，基本可以保持原来的吸声特性。离心玻璃棉具有防火、保温、易于切割等优良特性，是建筑吸声最常用的材料之一。但是由于离心玻璃棉表面无装饰性，而且会有纤维洒落，因此必须制成各种吸声构件隐蔽使用。最常使用也是造价最低廉的构造是穿孔纸面石膏板的吊顶或做成内填离心玻璃棉的穿孔板墙面，穿孔率大于20%时，基本能够完全发挥出离心玻璃棉的吸声性能。为了防止玻璃棉纤维洒出，需要在穿孔板背后附一层无纺布、桑皮纸等透声织物，或使用玻璃布、塑料薄膜等包裹玻璃棉。与穿孔纸面石膏板类似的面板还有穿孔金属板（如铝板）、穿孔木板、穿孔纤维水泥板、穿孔矿棉板等。

玻璃棉板经过处理后可以制成吸声吊顶板或吸声墙板。一般常见将80-120kg/m3的玻璃棉板周边经胶水固化处理后外包防火透声织物形成既美观又方便安装的吸声墙板，常见尺寸为1.2m×1.2m、1.2m×0.6m、0.6m×0.6m，厚度2.5cm或5cm。也有在110kg/m3的玻璃棉的表面上直接喷刷透声装饰材料形成的吸声吊顶板。无论是玻璃棉吸声墙板还是吸声吊顶板，都需要使用高容重的玻璃棉，并经过一定的强化处理，以防止板材变形或过于松软。这一类的建筑材料既有良好的装饰性又保留了离心玻璃棉良好的吸声特性，降噪系数nrc一般可以达到0.85以上。

在体育馆、车间等大空间内，为了吸声降噪，常常使用以离心玻璃棉为主要吸声材料的吸声体。吸声体可以根据要求制成板状、柱状、锥体或其他异型体。吸声体内部填充离心玻璃棉，表面使用透声面层包裹。由于吸声体有多个表面吸声，吸声效率很高。

在道路隔声屏障中，为了防止噪声反射，需要在面向车辆一侧采取吸声措施，往往也使用离心玻璃棉作为填充材料、面层为穿孔金属板的屏障板。为了防止玻璃棉在室外吸水受潮，有时会使用pvc或塑料薄膜包裹。.2纸面穿孔石膏板

纸面穿孔石膏板常用于建筑装饰吸声。纸面石膏板本身并不具有良好的吸声性能，但穿孔后并安装成带有一定后空腔的吊顶或贴面墙则可形成“亥姆霍兹共振”吸声结构，因而获得较大的吸声能力。这种纸面穿孔吸声结构广泛地应用于厅堂音质及吸声降噪等声学工程中。

石膏板穿孔后，石膏板上的小孔与石膏板自身及原建筑结构的面层形成了共振腔体，声音与穿孔石膏板发生作用后，圆孔处的空气柱产生强烈的共振，空气分子与石膏板孔壁剧烈摩擦，从而大量地消耗声音能量，进行吸声。这是穿孔纸面石膏板“亥姆霍兹共振”吸声的基本原理。穿孔纸面石膏板吸声对声音频率具有一定选择性，吸声频率特性曲线呈山峰形，当声音频率与共振频率接近时，吸声系数大；当声音频率远离共振频率时，吸声系数小。如果在纸面穿孔石膏板背覆一层桑皮纸或薄吸声毡时，空气分子在共振时的摩擦阻力增大，各个频率的吸声性能都将有明显提高，这就是人们常常在穿孔纸面石膏板后覆一层桑皮纸或薄吸声毡增加吸声的原因。

影响纸面穿孔石膏板吸声性能的主要因素是穿孔率和后空腔大小，穿孔孔径、石膏板的厚度等对吸声性能影响较小。穿孔率从2%到15%之间逐渐增大时，孔占的表面积增大，空气分子进入共振腔体参与共振的几率增加，吸声能力增大，若后空腔内放入吸声材料，吸声更强烈。穿孔率会影响共振频率，穿孔率增大，共振频率将向高频偏移，偏移量与穿孔率的开根号成正比。穿孔率增大，吸声频率特性曲线的“山峰”将向右侧（高频）移动，且“山峰”形态整体趋于抬高，平均吸声系数增加。增大穿孔率可以提高吸声性能，但因石膏板强度的限制，一般穿孔率在2%-15%的范围。

当后空腔增大时，共振腔内的空气分子数量增多，共振时参与消耗声能的空气分子数增多，吸声性能增加。改变后空腔大小是常用的调节穿孔石膏板吸声系数的方法。后空腔大小会影响共振频率，空腔增大，共振频率将向低频偏移，偏移量与空腔深度的开根号成反比，吸声频率特性曲线的“山峰”将向左（低频）移动，“山峰”形态整体趋于抬高，平均吸声系数变大。但当空腔深度过大时，空腔内“空气弹簧”效果减弱，吸声性能下降，一般情况空腔深度在5-50cm以内为宜。

在通常范围内，穿孔孔径大小一般是3-10mm，石膏板厚度一般是9.5mm、12mm或15mm，这些因素较多地影响共振频率的高低，对穿孔纸面石膏板平均吸声性能的影响很小。孔径增大或厚度增加，共振频率将向低频偏移，偏移量与孔径或厚度的开根号成反比，吸声频率特性曲线的“山峰”将向左（低频）移动，“山峰”形态基本保持不变，因此平均吸声系数基本不变。根据实验，孔径大小或石膏板厚度的改变，平均吸声系数基本无大的变化，一般在10%以内，共振频率的改变也只在一到两个1/3倍频程的范围内。在降噪实际工程中孔径和板厚的选取主要根据应用场合所需的强度确定，孔径选3-10mm，板厚选9-15mm均可，不同的板厚或孔径基本可以忽略对吸声性能的影响。

2.3其他常用吸声材料

与离心玻璃棉类似的多孔纤维吸声材料还有岩棉、矿棉板、开孔聚阻燃氨脂、纤维素喷涂、吸声帘幕等。岩棉是玄武岩熔化后甩拉而成，纤维直径一般在10μ左右，离心玻璃棉是玻璃熔化后甩拉形成，纤维直径更细，一般在6μ以下，因此岩棉容重往往比离心玻璃棉大。岩棉的吸声性能和离心玻璃棉接近，5cm厚的容重80kg/m3的岩棉与24kg/m3的离心玻璃棉吸声性能相当，nrc大约0.95左右。矿棉板是高炉矿渣经熔化喷吹形成纤维，再烘干成型成为板材，厚度一般在12-18mm，nrc在0.3-0.4，常作为吊顶天花使用。阻燃聚氨脂是一种软性泡沫材料，分为开孔和闭孔两种，开孔型泡孔之间相互连通，弹性好，吸声性能好，常用于剧场吸声座椅内胆或隔声罩内衬，50cm厚容重40kg/m3时nrc约0.5-0.6；闭孔型泡孔封闭，不吸声，常用于保温或防水密封材料。纤维素喷涂材料是将纤维吸声材料与水、胶混合后在天花或墙壁上喷涂而成，施工简便，常适用于改造或面层复杂工程的施工，代表性材料有k13，在硬壁上喷涂2.5cm厚的k13，nrc可达到0.75。厚重多皱的经防火处理的帘幕也常用于建筑吸声，因帘幕便于拉开和闭合，常用于可变吸声。将岩棉或玻璃棉做成1m长左右的尖劈状可以形成强吸声结构，各频率的吸声系数可达0.99，是吸声性能最强的结构，常用于消声实验室或车间强吸声降噪。

与穿孔纸面石膏板类似的穿孔共振吸声结构还有水泥穿孔板、木穿孔板、金属穿孔板等。水泥和木穿孔板的吸声性能接近于穿孔纸面石膏板，水泥穿孔板造价低，但装饰性差，常用于机房、地下室等吸声；木穿孔板美观，装饰性好，但防火、防水性能差，价格高，常用于厅堂吸声装修。金属穿孔板常用做吸声吊顶，或吸声墙面，穿孔率可高达35%，后空20cm以上，内填玻璃棉、岩棉，nrc可达到0.99。在穿孔板后贴一层吸声纸或吸声毡能提高孔的共振摩擦效率，大大提高吸声性能。在板厚小于1mm的薄金属板上穿直径小于1.0mm的微孔，形成微穿孔吸声板。微穿孔板比普通穿孔板吸声系数高，吸声频带宽，一般穿孔率在1%-2%，后部无须衬多孔吸声材料。

三、吸声降噪效果的计算

3.1吸声降噪的计算

吸声降噪降低反射声的声能，若忽略直达声的影响，吸声量增加1倍，噪声降低3db。计算公式为：

，其中δl为降噪量，a1、t1和a2、t2分别为加入吸声材料前后的房间吸声量、混响时间,v为房间体积。

如果房间未做吸声处理，反射较严重，吸声量少，混响时间长，那么吸声降噪的效果比较好。如果原房间已经有大量的吸声，混响时间短，那么吸声效果比较差。

例：一房间体积v=400m3,混响时间为6s，加入100m2的吸声系数0.9吸声吊顶，请问降噪量为多少？根据降噪公式，δl=10lg[8×90÷(0.161×400)]=9.2db。

3.2室内声源情况对吸声降噪效果的影响

如果室内分布多个声源，室内各处的直达声都很强，吸声效果就比较差，往往只能降低3-4db。尽管降低量有限，但减少了混响声，室内工作人员的主观上消除了噪声来自四面八方的混乱感，反映较好。吸声处理对于声源距离近的位置效果差，对于声源距离远的位置效果好，对传到室外的噪声降低效果也很明显。

3.3吸声降噪效果与房间形状、尺寸、吸声位置有关

如果房间容积很大，人们的活动区域靠近声源，直达声占主导地位，此时吸声效果差。容积较小的房间，声音在天花和墙壁上反射多次后与直达声混合，反射声多，此时吸声处理效果就明显。经验表明，3000m3以下的房间吸声降噪效果好，更大的房间，吸声效果不理想。不过，若房间体型瘦长，顶棚低，房间长度大于高宽的5倍以上，由于声音的反射类似与在管道中爬行，吸声处理的降噪效果也较好。

3.4吸声材料的频谱特性应与噪声源的频谱特性相适应

应针对声源的频谱特性选择吸声材料，吸声材料的频谱应与噪声源的频谱特性匹配。高频噪声大用高频吸声多的材料，低频噪声大用低频吸声多的材料。如使用穿孔共振吸声材料，最好使吸声频率峰值与噪声频率最大值相对应，若噪声在中高频存在峰值，这样处理的降噪效果就非常显著。

低频特性范文篇5

电力系统安全稳定控制是保障系统可靠运行的重要手段，一直受到广泛重视。现代电力系统规模迅速发展的同时也带来了更多更复杂的安全隐患和稳定问题。研究和应用计算机、通信、电子以及现代控制理论等最新技术和方法，开发和生产各种稳定控制系统及安全自动装置，是电力系统安全运行的迫切要求。

本文立足于系统的稳定控制问题，结合新一代智能型低频低压减载装置的科研项目，研究了相关领域并提出了新的思想，为更深入的研究奠定了基础。

本文首先综述了电力系统安全稳定控制的研究现状，从控制理论及控制措施(装置)两方面概述了国内外的主要研究成果。最后简要介绍了安全稳定控制技术的发展趋势。

电力系统暂态能量函数直接法经过多年的研究，近来已取得重大进展，成为时域分析的重要辅助方法。本文第二章对暂态能量函数的基本理论和方法作了介绍，重点探讨了EEAC法及其在稳定切机控制中的应用。进一步的实用化还需要大量的工作。

多机系统频率动态过程是低频减载方案设计的重要依据，本文在原有线性化扰动模型基础之上，增加了发电机和负荷频率调节效应的影响，并进行了系统仿真研究。同时根据多机模型特点及仿真结果提出了一种基于多机系统的低频减载设计和整定新方案，与传统方案相比，该方案提高了低频减载性能及系统运行方式的适应性。

作为方案的一种实现，本文作者作为主要研制者之一研制开发了新一代微机智能型低频低压减载装置。第四章详细介绍了装置改进的软件测频算法，按功率定值减载的实现方法，软、硬件结构等关键技术措施。最后给出了装置的动模实验结果。

关键词：安全稳定控制低频低压减载暂态能量函数切机控制

EEAC频率动态过程频率仿真按功率减载测频算法

Abstract

Powersystemstabilitycontrol,onwhichextensiveattentionhasbeenpaid,isanimportantmeasuretosafeguardareliablepowersystem.Withthequickdevelopmentofpowersystem,lotsofmorecomplicatedsecurityandstabilityproblemsareemerged.Thesaferunningofpowersystemrequireseagerlytheresearchanduseofthelatesttechnologyofcomputer,communication,electronicsandmoderncontroltheorytodevelopandmanufacturestabilitycontrolsystemandautomaticallysafetycontrolequipment.

Inthispaper,stabilitycontrolofpowersystemisfocused.Newideaswhich

arethebasisofdeeperresearcharedevelopedonthebasisofextensiveresourceonrelatedfieldintheprocessofresearchinganewintelligentstyleunderfrequencyandundervoltageloadsheddingequipment.

Thelatestresearchofpowersystemstabilitycontrolisreviewedfirstlyinthispaper.Then,themainachievementsatcontroltheoryandcontrolequipmentareintroduced.Attheend,thetendencyofsafetyandstabilitycontroltechnologyisintroduced.

Afteryearsofresearch,directmethodusingtransientenergyfunctionofpowersystemhasgottenimportantdevelopment,andhasbecomethemainmethodoftime-fiendanalysis.Inchapter2,basictheoriesofTEFmethodareintroduced,andtheEEACmethodanditsapplicationinstabilitygeneratortrippingcontrolarediscussedcarefully.Alotofworkstillneedtobedoneinordertomakepracticalachievement.

Thefrequencytransientprocessofmulti-generatorsystemistheimportantbasisofunderfrequencyloadsheddingschemedesign.Inthispaper,theeffectsoffrequencyregulationofgeneratorandloadareincludedonthebasisoflineardisturbancemodel,andsystemdigitalsimulationresearchisincludedtoo.Accordingtothecharacteristicsofmulti-generatormodelandresultsofsystemdigitalsimulationresearch,anewdesignandsetschemeofunder獲frequencyloadsheddingequipmentonthebasisofmulti-pared withconventionalscheme,thisschemeadvancedthecharacteristicsofunderfrequencyloadsheddingequipmentanditsadaptivelytopowersystemrunningstyle.

Asawaytoactualizethisscheme,anewintelligentstyleunderfrequencyand

Undervoltageloadsheddingequipmentonthebasisofmicrocomputerisdevelopedinthispaper.Inchapter4,theimprovedalgorithmoffrequencymeasurement,themethodofloadsheddingaccordingtopower,andthekeytechnologyofsoftwareandhardwarestructureareintroducedindetail.Attheend,thephysicalsimulationresultsofthisequipmentarelisted.

KEYWORDS:

powersystemstabilitycontrolunder-frequencyandunder-voltageloadshedding

transientenergyfunctionextendedequalareacriterion

generatortrippingfrequencydynamicalprocess

loadsheddingaccordingtopowerfrequencysimulationAlgorithm

目录

摘要

ABSTRACT

第一章绪论(1)

§1-1引言(1)

§1-2安全稳定控制研究现状(2)

§1-3论文的主要工作和章节安排(7)

第二章暂态能量函数与切机稳定控制(8)

§2-1多机系统的经典模型和暂态能量函数(8)

§2-2直接法的假设和扩展等面积定则(9)

§2-3切机模型及其实用判据(12)

第三章多机系统频率动态特性及低频减载的整定(15)

§3-1传统的单机模型及整定(15)

§3-2多机系统频率动态过程的数学模型(16)

§3-3多机系统频率动态过程的仿真计算(20)

§3-4低频减载设计方案新探讨(24)

第四章智能式微机低频低压减载装置的研究(26)

§4-1大电网频率电压紧急控制的新特点及新要求(26)

§4-2基于富氏滤波测频算法的改进研究(27)

§4-3智能式低频低压减载装置的设计原理(31)

§4-4装置动模试验报告(39)

第五章全文总结

参考文献(44)

低频特性范文篇6

电力系统安全稳定控制是保障系统可靠运行的重要手段，一直受到广泛重视。现代电力系统规模迅速发展的同时也带来了更多更复杂的安全隐患和稳定问题。研究和应用计算机、通信、电子以及现代控制理论等最新技术和方法，开发和生产各种稳定控制系统及安全自动装置，是电力系统安全运行的迫切要求。

本文立足于系统的稳定控制问题，结合新一代智能型低频低压减载装置的科研项目，研究了相关领域并提出了新的思想，为更深入的研究奠定了基础。

本文首先综述了电力系统安全稳定控制的研究现状，从控制理论及控制措施(装置)两方面概述了国内外的主要研究成果。最后简要介绍了安全稳定控制技术的发展趋势。

电力系统暂态能量函数直接法经过多年的研究，近来已取得重大进展，成为时域分析的重要辅助方法。本文第二章对暂态能量函数的基本理论和方法作了介绍，重点探讨了EEAC法及其在稳定切机控制中的应用。进一步的实用化还需要大量的工作。

多机系统频率动态过程是低频减载方案设计的重要依据，本文在原有线性化扰动模型基础之上，增加了发电机和负荷频率调节效应的影响，并进行了系统仿真研究。同时根据多机模型特点及仿真结果提出了一种基于多机系统的低频减载设计和整定新方案，与传统方案相比，该方案提高了低频减载性能及系统运行方式的适应性。

作为方案的一种实现，本文作者作为主要研制者之一研制开发了新一代微机智能型低频低压减载装置。第四章详细介绍了装置改进的软件测频算法，按功率定值减载的实现方法，软、硬件结构等关键技术措施。最后给出了装置的动模实验结果。

关键词：安全稳定控制低频低压减载暂态能量函数切机控制

EEAC频率动态过程频率仿真按功率减载测频算法

Abstract

Powersystemstabilitycontrol,onwhichextensiveattentionhasbeenpaid,isan

importantmeasuretosafeguardareliablepowersystem.Withthequickdevelopment

ofpowersystem,lotsofmorecomplicatedsecurityandstabilityproblemsareemerged.

Thesaferunningofpowersystemrequireseagerlytheresearchanduseofthelatest

technologyofcomputer,communication,electronicsandmoderncontroltheorytodevelop

andmanufacturestabilitycontrolsystemandautomaticallysafetycontrolequipment.

Inthispaper,stabilitycontrolofpowersystemisfocused.Newideaswhich

arethebasisofdeeperresearcharedevelopedonthebasisofextensiveresourceon

relatedfieldintheprocessofresearchinganewintelligentstyleunderfrequencyand

undervoltageloadsheddingequipment.

Thelatestresearchofpowersystemstabilitycontrolisreviewedfirstlyinthispaper.

Then,themainachievementsatcontroltheoryandcontrolequipmentareintroduced.At

theend,thetendencyofsafetyandstabilitycontroltechnologyisintroduced.

Afteryearsofresearch,directmethodusingtransientenergyfunctionofpowersystem

hasgottenimportantdevelopment,andhasbecomethemainmethodoftime-fiendanalysis.Inchapter2,basictheoriesofTEFmethodareintroduced,andtheEEAC

methodanditsapplicationinstabilitygeneratortrippingcontrolarediscussedcarefully.

Alotofworkstillneedtobedoneinordertomakepracticalachievement.

Thefrequencytransientprocessofmulti-generatorsystemistheimportantbasisofunderfrequencyloadsheddingschemedesign.

Inthispaper,theeffectsoffrequencyregulationofgeneratorandloadareincludedon

thebasisoflineardisturbancemodel,andsystemdigitalsimulationresearchisincluded

too.Accordingtothecharacteristicsofmulti-generatormodelandresultsofsystemdigitalsimulationresearch,anewdesignandset

schemeofunderfrequencyloadsheddingequipmentonthebasisofmulti-pared withconventionalscheme,

thisschemeadvancedthecharacteristicsofunderfrequencyloadsheddingequipment

anditsadaptivelytopowersystemrunningstyle.

Asawaytoactualizethisscheme,anewintelligentstyleunderfrequencyand

Undervoltageloadsheddingequipmentonthebasisofmicrocomputerisdevelopedin

thispaper.Inchapter4,theimprovedalgorithmoffrequencymeasurement,themethod

ofloadsheddingaccordingtopower,andthekeytechnologyofsoftwareandhardware

structureareintroducedindetail.Attheend,thephysicalsimulationresultsofthis

equipmentarelisted.

KEYWORDS:

powersystemstabilitycontrolunder-frequencyandunder-voltageloadshedding

transientenergyfunctionextendedequalareacriterion

generatortrippingfrequencydynamicalprocess

loadsheddingaccordingtopowerfrequencysimulationAlgorithm

目录

摘要

ABSTRACT

第一章绪论(1)

§1-1引言(1)

§1-2安全稳定控制研究现状(2)

§1-3论文的主要工作和章节安排(7)

第二章暂态能量函数与切机稳定控制(8)

§2-1多机系统的经典模型和暂态能量函数(8)

§2-2直接法的假设和扩展等面积定则(9)

§2-3切机模型及其实用判据(12)

第三章多机系统频率动态特性及低频减载的整定(15)

§3-1传统的单机模型及整定(15)

§3-2多机系统频率动态过程的数学模型(16)

§3-3多机系统频率动态过程的仿真计算(20)

§3-4低频减载设计方案新探讨(24)

第四章智能式微机低频低压减载装置的研究(26)

§4-1大电网频率电压紧急控制的新特点及新要求(26)

§4-2基于富氏滤波测频算法的改进研究(27)

§4-3智能式低频低压减载装置的设计原理(31)

§4-4装置动模试验报告(39)

第五章全文总结(43)

参考文献(44)

低频特性范文篇7

【关键词】车削低频振动；高频振动；消除措施

在车削过程中产生的振动，不仅干扰了正常的切削过程，严重影响了加工件的表面质量，还会缩短机床及刀具使用寿命。由此产生的噪音甚至可能影响到操作者工作情绪，对正常工作的开展带来一定负面影响；而为了减少振动，往往不得不减少加工时的进刀量，从而降低了生产率。本人通过在工作中对这一现象不断观察、分析、实践、总结，取得了一些效果，现提出一些看法供大家探讨。

一、振动的分类

一般来讲，在机械加工中产生的振动都具有受迫振动和自激振动，与机床、夹具、刀具和工件组成的工艺系统的动态特性有关。在消除机床回转组件(如电机、工件、旋转轴等)和传动系统(如皮带轮、滚动轴承、液压传动系统的压力脉冲等)的振动后，车削加工中的振动主要是不随车削速度变化的自激振动，主要是车削过程中工件系统的弯曲振动(其频率接近工件的固有频率的低频振动)和车刀的变形产生的弯曲振动(其振动频率接近车刀的固有频率的高频振动)。

二、振动原因

分析低频振动的振动频率较低，通常发出的噪音比较低沉，振动较为剧烈，在加工表面留下的振动痕迹深而宽。在低频振动时通常工件系统和刀架系统都在振动，它们时而趋远，时而趋近，产生大小相等方向相反的作用和反作用力。在振动过程中，当工件与刀具趋远时，切削力F趋远与工件位移方向相同，所做之功为正值，系统获得输入能量E(+)，当工件趋近刀具时，切削力F趋近与工件位移方向相反，所做之功为负值，系统消耗能量E(-)，在车削过程中，由于各种因素的影响都可能引起切削力周期性的变化，并使F趋远>F趋近，E(+)>E(-)，即在每一振动周期中，切削力对工件(或刀具)所做之正功总是大于它对工件(或刀具)所做之负功，从而使工件(或刀具)获得能量补充产生自激振动。

在车削过程中，影响切削力周期性地变化，并使F退出>F切人的情况有以下几个因素：

2.1切削与刀具相对运动产生的摩擦力。在加工韧性钢材时径向切削分力F开始随切削速度的增加而增大，自某一速度开始，随切削速度的增加而下降。据切削原理可知，径向切削分力Fv主要取决于切削与刀具相对运动产生的摩擦力，即切削与刀具前刀面的摩擦力。摩擦力具有随摩擦速度的增加而下降的特性，即负摩擦特性。在机械系统中，具有负摩擦特性的系统容易激发切削振动。

2.2再生切削时因工件在前一转时振动留下的痕迹引起切削厚度周期性的变化，从而影响切削力的周期变化。一般说，后转(后次)切削的振纹相对于前转(前次)切削的振纹总不同步，它们在相位上总有一个差值φ，在一个振动周期中，对振纹曲线Yn=Ycosωt，Yn(t)在相位上滞后于前次的Yn-1(t)即0<φ<π的情况，可以看出，在振出的半周期中的平均切削厚度大于振人的半周期中的平均切削厚度，于是振出时的切削力所做的功大于振人时切削力所做的负功，系统就会有能量输人，振动就有可能得以维持。于是Yn比Yn-1超前φ的情况，则正好和滞后时的情况相反。

2.3振动时，刀尖相对运动的轨迹是一个形状和位置都不十分稳定的，封闭的近似椭圆。这种情况在车削螺纹或用宽刃刀(刃宽小于螺距)车削方牙螺纹的外圆时易产生，这时后一转的切削与前一转切削表面完全没有重叠。因椭圆轨迹随相位差变化而变化，从而引起切削面周期性变化，最终引起切削力周期性的变化。

2.4刀具在切人和退出工件时所遇到的金属硬化程度不同，从而使切削力在变化。除此以外，振动过程中刀具实际几何角度周期性改变也会引起切削力的周期性变化。

三、消振措施

由上面的分析可知，系统是否发生切削颤振，既与切削过程有关，又与工艺系统的结构刚度有关，针对振动的特点，特提出相应的消振措施。

3.1在低频振动时，主要是由于Y方向的振动引起了切削力的变化，便得F趋远>F趋近，而产生了振动。因此，除了增加系统沿Y方向的刚度及阻尼外，设法减少切削分力Fy及任何阻止工件与刀具沿Y方向的相对位移的因素，通常都能减弱或消除振动。主要可采取下面几种措施：

(1)车削时，一般当v=30～70m／min速度范围内，容易产生振动，因此选择车削速度时应避开出现切削力随速度下降的中速区，在高速或低速范围进行切削，自振极不易产生。

(2)应尽量避免宽而薄的切屑的切削，否则极易产生振动。在许可的情况下(如机床有足够的刚度，足够的电机功率，工件表面粗糙度参考值要求较低时等)，适当增大进给量和减小切削深度也有助于抑制振动。

(3)适当增大刀具前角γ可减小Fy力，从而减弱振动。但在切削速度较高的范围内，前角对振动的影响将减弱，所以高速下采用负前角切削，不致产生强烈的振动。通常采用双前角消振刀，利用图1前面的宽度f来控制刀具和切削的接触长度，可显著减小切削力，从而抑制振动。低速时γ1>0，高速时γ0<0，γ1与γ2之间相差15°

(4)当切削深度和进给量不变时，随着主偏角Kγ增大，切削分力Fy减少。因此，适当增大刀具主偏角，可以消除或减小振动。(5)刀具后角太大或刀刃过分锋利，刀具切人工件时，容易产生振动。当后角减小到2°～3°时，振动有明显的减弱。在刀具后面磨出一段负倒棱，如图2所示，约0．1-0．3mm负倒棱，可以减小径向切削力和抑制振动。

(6)刀架系统如果有负刚度是时，容易“啃人”工件产生振动。因此，尽可能避免刀架系统的负刚度对车削产生的振动。

3.2工件系统和刀架系统的刚度不是产生低频振动的主要原因，可采取下面的措施来消除或减小振动：

(1)用三爪或四爪夹紧工件时尽可能使工件回转中心和主轴回转中心的同轴度误差最小，避免工件倾斜而断续切削或不均匀切削造成切削力的周期性变化所产生的振动。

(2)加工细长轴时用跟刀架、中心架可以增加切削过程稳定性。

(3)在车削时采用弹性顶尖而不采用死顶尖，避免顶力过大造成工件弯曲或顶力大小起不到支承作用使工件摆动，并注意尾座套筒悬伸不能过长。

(4)定期检查中拖板和大拖板、小刀架与中拖板之间燕尾导轨的接触情况，调整好斜镶条间隙，避免刀架移动时出现爬行。另外，可以用刮研联结表面，增强联结刚度等方法来提高结构系统的抗振性。

(5)合理安排主切削力的方向，比如在切断和工件反转切削时，由于切削力的方向与系统最大刚度方向趋于一致会提高系统的稳定性。

3.3高频振动振动频率很高，产生的噪音尖锐刺耳，在加工件表面留下的痕迹细而密，振动时只是刀具本身在振动，而工件及机床部件却很稳定。其产生的主要原因是由于后刀面磨损较大，刀具后面与工件之间摩擦的下降性能引起的，消除或减小高频振动的措施主要有：

(1)减小车刀悬伸长度。

(2)加强车刀及刀杆的抗弯刚度。

(3)及时更换后刀面磨损较大的刀具。

(4)装刀具时，应保证刀杆与工件旋转中心垂直，紧固时要施力均匀，避免刀杆受力不平衡而弯曲产生振动。

(5)使用减振装置。

四、结束语

通过这一系列针对车削过程中产生的不同振动，在分析产生振动的原因后采取响应的措施，可明显减小车削过程中的振动，提高了工件表面质量和劳动生产率，延长了刀具的使用寿命。

参考文献：

低频特性范文篇8

离心玻璃棉的声学特性不但与厚度和容重有关，也与罩面材料、结构构造等因素有关。在建筑应用中还需同时兼顾造价、美观、防火、防潮、粉尘、耐老化等多方面问题。本文将就离心玻璃棉相关的建筑声学基本概念、建筑吸声应用、建筑隔声应用、建筑消声应用、国内外不同声学产品对比，以及相关的国家规范标准等方面近可能详细地讨论离心玻璃棉的建筑声学特性及应用。

一、建筑声学的基本概念

1）声音?

物体的振动产生“声”，振动的传播形成“音”。人们通过听觉器官感受声音，声音是物理现象，不同的声音人们有不同的感受，相同声音的感受也会因人而异。美妙的音乐令人陶醉，清晰激昂的演讲令人鼓舞，但有时侯，邻居传来的音乐声使人难以入睡，他人之间的甜言蜜语也许令人烦恼。建筑声学不同于其他物理声学，主要研究目的在于如何使人们在建筑中获得良好的声音环境，涉及的问题不局限于声音本身，还包括心理感受、建筑学、结构学、材料学甚至群体行为学等多方面问题。

人耳的听觉下限是0db，低于15db的环境是极为安静的环境，安静的会使人不知所措。乡村的夜晚大多是25-30db，除了细心才能够体会到的流水、风、小动物等自然声音以外，其他感觉一片宁静，这也是生活在喧嚣之中的城市人所追求的净土。城市的夜晚会因区域不同而有所不同。较为安静区域的室内一般在30-35db，如果你住在繁华的闹市区或是交通干线附近，将不得不忍受40-50db（甚至更高）的噪声，如果碰巧邻居是一位不通情达理的人，夜深人静时蹦蹦跳跳、高声喧哗，也许更要饱受煎熬了。人们正常讲话的声音大约是60-70db，大声呼喊可达100db。在中式餐馆中，往往由于缺乏吸声处理，人声鼎沸，声音将达到70-80db，有国外研究报道噪声中进餐会影响健康。人耳的听觉上限一般是120db，超过120db的声音会造成听觉器官的损伤，140db的声音会使人失去听觉。高分贝喇叭、重型机械、喷气飞机引擎等都能够产生超过120db的声音。

人耳听觉非常敏感，正常人能够察觉1db的声音变化，3db的差异将感到明显不同。人耳存在掩蔽效应，当一个声音高于另一个声音10db时，较小的声音因掩蔽而难于被听到和理解，由于掩蔽效应，在90-100db的环境中，即使近距离讲话也会听不清。人耳有感知声音频率的能力，频率高的声音人们会有“高音”的感觉，频率低的声音人们会有“低音”的感觉，人耳正常的听觉频率范围是20-20khz。人耳耳道类似一个2-3cm的小管，由于频率共振的原因，在2000-3000hz的范围内声音被增强，这一频率在语言中的辅音中占主导地位，有利于听清语言和交流，但人耳最先老化的频率也在这个范围内。一般认为，500hz以下为低频，500hz-2000hz为中频，2000hz以上为高频。语言的频率范围主要集中在中频。人耳听觉敏感性由于频率的不同有所不同，频率越低或越高时敏感度变差，也就是说，同样大小的声音，中频听起来要比低频和高频的声音响。

2）频率特性

声音可以分解为若干（甚至无限多）频率分量的合成。为了测量和描述声音频率特性，人们使用频谱。频率的表示方法常用倍频程和1/3倍频程。倍频程的中心频率是31.5、63、125、250、500、1k、2k、4k、8k、16khz十个频率，后一个频率均为前一个频率的两倍，因此被称为倍频程，而且后一个频率的频率带宽也是前一个频率的两倍。在有些更为精细的要求下，将频率更细地划分，形成1/3倍频程，也就是把每个倍频程再划分成三个频带，中心频率是20、31.5、40、50、63、80、100、125、160、200、250、315、400、500、630、800、1k、1.25k、1.6k、2k、2.5k、3.15k、4k、5k、6.3k、8k、10k、12.5k、16k、20khz等三十个频率，后一个频率均为前一个频率的21/3倍。在实际工程中更关心人耳敏感的部分，因此，除进行必要的科学研究以外，大多数情况下考虑的频率范围在100hz到5khz。如果将声音的频率分量绘制成曲线就形成了频谱。

对于各种建筑声学材料来讲，不同频率条件下声学性能是不同的。有的材料具有良好的高频吸声性能，有的材料具有良好的低频吸声性能，有的材料对某些频率具有良好的吸声性能，不一而同。隔声等其他声学性能也是如此。

3）分贝和a声级

分贝对于非专业人员来讲是最难理解的，然而对于专业人士来讲分贝又是再熟悉不过了。分贝(db)是以美国电话发明家贝尔命名的，因为贝的单位太大，因此采用分贝，代表1/10贝。

分贝的概念比较特别，它的运算不是线性比例的，而是对数比例的，例如两个音箱分别发出60db的声音，合在一起并不是120db，而是63db。如果某种吸声材料吸收了80%的声能，声音降低了不是0.8db也不是80db而是?10lg(1-0.8)=7db。如果某种隔墙隔声量为50db，那么透过去的声音为0.00001。分贝的计算较为复杂，需要具备专业知识才能完成。

使用分贝描述声音时需要同时给出频率。任何一个声音，不同频率的分贝数可能是不同的。我们可以说在某频率时，声压级是多少，或吸声系数是多少，或隔声量是多少等等。

a声级的概念会使普通人感到迷惑。声级是将各个频率的声音计权相加（不是简单的算术相加）得到的声音大小，a声级是各个频率的声音通过a计权网络后再相加得到的大小，a声级反映了人耳对低频和高频不敏感的听觉特性。例如，如果100hz的声压级为80db，在计算a声级时，将按计权减去50.5db，即按29.5db来计算；而1khz的声压级为80db，计权值为0db，即仍按80db计算。a声级的目的在于，a声级越大，则表明声音听起来越响。a声级分贝通常计为dba。许多与噪声有关的国家规范都是按a声级作为指标的。

4）吸声

吸声是声波撞击到材料表面后能量损失的现象，吸声可以降低室内声压级。描述吸声的指标是吸声系数a，代表被吸收的声能与入射声能的比值。理论上，如果某种材料完全反射声音，那么它的a=0；如果某种材料将入射声能全部吸收，那么它的a=1。事实上，所有材料的a介于0和1之间，也就是不可能全部反射，也不可能全部吸收。

不同频率上会有不同的吸声系数。人们使用吸声系数频率特性曲线描述材料在不同频率上的吸声性能。按照iso标准和国家标准，吸声测试报告中吸声系数的频率范围是100-5khz。将?100-5khz的吸声系数取平均得到的数值是平均吸声系数，平均吸声系数反映了材料总体的吸声性能。在工程中常使用降噪系数nrc粗略地评价在语言频率范围内的吸声性能，这一数值是材料在250、500、1k、2k四个频率的吸声系数的算术平均值，四舍五入取整到0.05。一般认为nrc小于0.2的材料是反射材料，nrc大于0.4的材料才被认为是吸声材料。当需要吸收大量声能降低室内混响及噪声时，常常推荐使用高吸声系数的材料。离心玻璃棉属于高nrc吸声材料，5cm厚的24kg/m?的离心玻璃棉的nrc可达到0.90。

多孔吸声材料，如离心玻璃棉、岩棉、矿棉、植物纤维喷涂等，吸声机理是材料内部有大量微小的孔隙，声波沿着这些孔隙可以深入材料内部，与材料发生摩擦作用将声能转化为热能。多孔吸声材料的吸声特性是随着频率的增高吸声系数逐渐增大，这意味着低频吸收没有高频吸收好。与墙面或天花存在空气层的穿孔板，即使材料本身吸声性能很差，这种结构也具有吸声性能，如穿孔的石膏板、木板、金属板、甚至是狭缝砖等，它的吸声机理是亥姆霍兹共振，类似于暖水瓶，外部空间与内部空间通过窄的瓶颈连接，声波入射时，在共振频率上与颈部的空气及内部空间之间产生剧烈的共振作用而损失声能。亥姆霍兹共振吸收的特点是只有在某些频率上具有较大的吸声系数。薄膜或薄板与其他结构体形成空腔时也能吸声，如木板、金属板等，这种结构的吸声机理是薄板共振，在共振频率上，由于薄板剧烈振动而大量吸收声能。薄板共振吸收大多在低频具有较好的吸声性能。

5）混响和混响时间

混响是房间中声音被界面不断反射而积累的结果，混响可以使室内的声音增加15db，同时会降低语言清晰度。对于音乐演奏的空间，如音乐厅、剧场等，需要混响效果使乐曲更加舒缓而愉悦。对于语言使用的空间，如电影院、教室、礼堂、录音室等需要减少混响使讲话更加清晰。因此，不同使用要求的房间需要不同的混响效果。

描述混响效果的指标是混响时间，它是室内声源停止发声后，声压级衰减60db所经历的时间，单位是秒。混响时间与室内吸声存在数学关系，也就是建筑声学中著名的塞宾公式：t=0.161v/(s×a)?，其中t是混响时间，v是房间体积，s是房间墙面的总表面积，a是房间表面的平均吸声系数。由塞宾公式可以看出，房间体积越大混响时间越长；平均吸声系数越大，混响时间越短。如体育馆等体积巨大的空间，如果不进行吸声处理的话，混响时间会很长，将严重影响语言清晰度。由于室内吸声与频率有关，不同频率的混响时间也有所不同，房间音质指标常指的是中频混响时间。据研究，就较理想的混响时间而言（中频），音乐厅为1.8-2.2秒，剧院为1.3-1.5秒，多功能礼堂为1.0-1.4秒，电影院为0.6-1.0秒，教室为0.4-0.8秒，录音室为0.2-0.4秒，体育馆为低于2.0秒。在建筑设计中正确地应用吸声材料可以控制混响时间，保证音质效果满足使用要求。

6）隔声

为了保证室内环境的私密性，降低外界声音的影响，房间之间需要隔声。隔声与吸声是完全不同的概念，好的吸声材料不一定是好的隔声材料。声音进入建筑维护结构有三种形式。1）通过孔洞直接进入。2）声波撞击到墙面引起墙体振动而辐射声音。3）物体撞击地面或墙体产生结构振动而辐射声音。前两种方式为空气声传声，第三种方式是撞击声传声。

描述空气声传声隔声性能的指标是隔声量，隔声量的定义是r=10lg（1/τ），其中τ是透射声能与入射声能的比，隔声量的单位是db。隔声量可以粗略地理解为墙体两边声音分贝数的差值，但绝对不是差值这样简单。孔洞的隔声量r=0db，隔掉99%声能的隔墙的隔声量是20db，隔掉99.999%声能的隔墙的隔声量是50db。

墙体在不同频率下的隔声量一般并不相同，一般规律是高频隔声量好于低频。不同材料的隔声量频率特性曲线很不相同，为了使用单一指标比较不同材料及构造的隔声性能，人们使用计权隔声量rw。rw是使用标准评价曲线与墙体隔声量频率特性曲线进行比较得到的，标准评价曲线符合人耳低频不敏感的听觉特性。具体评价方法可参见国标gbj121-88“建筑隔声评价标准”。

隔墙隔声存在质量定律，即单层墙越重隔声性能越好，单位面积的质量提高一倍，隔声量提高6db。120砖墙的面密度为260kg/m2，隔声量为46-48db；240砖墙的面密度为520kg/m2，隔声量为52-54db。砖墙墙体过重，结构荷载负担较大，使用黏土砖也不利于耕地保护，因此，轻墙得以广泛使用。为了使轻墙达到良好的隔声性能，需要使用多层墙板内填吸声材料的方法。75龙骨内填玻璃棉的双面双层纸面石膏板墙的面密度只有60kg/m2左右，隔声量可以达到50db。同样面密度的90厚加气混凝土板墙的隔声量只有36db。对于住宅隔声，rw应至少大于45db，最好大于50db。

描述撞击声传声隔声性能的指标是撞击声压级，它不同于空气声隔声量所表达的“隔掉声音的分贝数”，而是表示在使用标准打击器（一种能够产生标准撞击能量的设备）撞击楼板时，楼下声音的大小。撞击声压级越大表示楼板撞击声传声隔声能力越差，反之越好。撞击声压级反映了人在楼上活动时对楼下房间产生声音的大小。楼板撞击声压级随频率不同而变化，为了使用单一指标比较不同楼板的隔绝撞击声的性能，人们使用计权撞击声压级lpn，w。lpn，w同样使用标准评价曲线与撞击声隔声频率特性曲线进行比较得到的，具体评价方法可参见国标gbj121-88“建筑隔声评价标准”。

比较理想的住宅楼板计权撞击声压级应小于65db。然而，大量使用的普通10cm厚混凝土楼板计权撞击声压级为80-82db，楼板隔声问题比较严重，住户多有抱怨，谁没有听到楼上的脚步声以及孩子的跑跳声的经历呢？采用浮筑地板的方法可以提高楼板隔声性能，如在结构楼板上铺一层高容重的玻璃棉减振垫层再做40mm厚的混凝土地面，计权撞击声压级可以小于60db。

二、离心玻璃棉在建筑吸声中的应用

1）离心玻璃棉的吸声机理

离心玻璃棉属于多孔吸声材料，具有良好的吸声性能。离心玻璃棉能够吸声的原因不是由于表面粗糙，而是因为具有大量的内外连通的微小孔隙和孔洞。当声波入射到离心玻璃棉上时，声波能顺着孔隙进入材料内部，引起空隙中空气分子的振动。由于空气的粘滞阻力和空气分子与孔隙壁的摩擦，声能转化为热能而损耗。多孔材料吸声的必要条件是?：材料有大量空隙，空隙之间互相连通，孔隙深入材料内部。错误认识之一是认为表面粗糙的材料具有吸声性能，其实不然，例如拉毛水泥、表面凸凹的石才基本不具有吸声能力。错误认识之二是认为材料内部具有大量孔洞的材料，如聚苯、聚乙烯、闭孔聚氨脂等，具有良好的吸声性能，事实上，这些材料由于内部孔洞没有连通性，声波不能深入材料内部振动摩擦，因此吸声系数很小。

测量材料吸声系数的方法有两种，一种是混响室法，一种是驻波管法。混响室法测量声音无规入射时的吸声系数，即声音由四面八方射入材料时能量损失的比例，而驻波管法测量声音正入射时的吸声系数，声音入射角度仅为90度。两种方法测量的吸声系数是不同的，工程上最常使用的是混响室法测量的吸声系数，因为建筑实际应用中声音入射都是无规的。在某些测量报告中会出现吸声系数大于1的情况，这是由于测量的实验室条件等造成的，理论上任何材料吸收的声能不可能大于入射声能，吸声系数永远小于1。任何大于1的测量吸声系数值在实际声学工程计算中都不能按大于1使用，最多按1进行计算。

在房间中，声音会很快充满各个角落，因此，将离心玻璃棉等吸声材料放置在房间任何表面都有吸声效果。吸声材料吸声系数越大，吸声面积越多，吸声效果越明显。离心玻璃棉可以被制成吸声天花、吸声墙板、空间吸声体等各种建筑吸声构件。

2）影响离心玻璃棉吸声系数的因素

离心玻璃棉对声音中高频有较好的吸声性能。影响离心玻璃棉吸声性能的主要因素是厚度、密度、孔隙率、结构因子和空气流阻等。密度是每立方米材料的重量。孔隙率是材料中孔隙体积和材料总体积之比。结构因子反映离心玻璃棉内部纤维或颗粒排列的情况，是衡量材料微孔或狭缝分布情况的物理量。空气流阻是单位厚度时材料两侧空气气压和空气流速之比。

空气流阻是影响离心玻璃棉吸声性能最重要的因素。流阻太小，说明材料稀疏，空气振动容易穿过，吸声性能下降；流阻太大，说明材料密实，空气振动难于传入，吸声性能亦下降。

对于离心玻璃棉来讲，吸声性能存在最佳流阻。在实际工程中，测定空气流阻比较困难，但可以通过厚度和容重粗略估计和控制。1）随着厚度增加，中低频吸声系数显著地增加，但高频变化不大（高频吸收总是较大的）。2）厚度不变，容重增加，中低频吸声系数亦增加；但当容重增加到一定程度时，材料变得密实，流阻大于最佳流阻，吸声系数反而下降。对于厚度超过5cm的容重为16kg/m3的离心玻璃棉，低频125hz约为0.2，中高频（>500hz）的吸声系数已经接近于1了。当厚度由5cm继续增大时，低频的吸声系数逐渐提高，当厚度大于1m以上时，低频125hz的吸声系数也将接近于1。当5cm厚度不变，容重增大时，离心玻璃棉的低频吸声系数也将不断提高，当容重接近110kg/m3时吸声性能达到最大值，频率125hz处接近0.6-0.7。容重超过120kg/m3时，吸声性能反而下降，是因为材料变得致密，中高频吸声性能受到很大影响，当容重超过300kg/m3时，吸声性能已经很小了。建筑声学中常用的吸声玻璃棉的厚度有2.5cm、5cm、10cm，容重有16、24、32、48、80、96、112kg/m3。

离心玻璃棉的吸声性能还与安装条件有着密切的关系。当玻璃棉板背后有空气层时，与相同厚度无空气层的玻璃棉板吸声效果类似。尤其是中低频吸声性能比材料实贴在硬底面上会有较大提高，吸声系数将随空气层的厚度增加而增加，但增加到一定值后效果就不明显了。

使用不同容重的玻璃棉叠和在一起，形成容重逐渐增大的形式，可以获得更大的吸声效果。例如将一层2.5cm厚24kg/m3的棉板与一层2.5cm厚32kg/m3的棉板叠和在一起的吸声效果要好于一层5cm厚32kg/m3的棉板。将24kg/m3的玻璃棉板制成1m长的断面为三角型的尖劈，材料面密度逐渐增大，平均吸声系数可接近于1。

离心玻璃棉在建筑使用中，表面往往要附加有一定透声作用的饰面，如小于0.5mm的塑料薄膜、金属网、窗纱、防火布、玻璃丝布等，基本可以保持原来的吸声特性，若饰面的透气性差时，如塑料薄膜，高频吸声特性会下降。）常见的离心玻璃棉吸声建筑构件

离心玻璃棉具有防火、保温、易于切割等优良特性，是建筑吸声最常用的材料之一。但是由于离心玻璃棉表面无装饰性，而且会有纤维洒落，因此必须制成各种吸声构件隐蔽使用。

最常使用也是造价最低廉的构造是纸面穿孔石膏板吊顶或墙面内填离心玻璃棉。纸面穿孔石膏板与墙或顶棚之间存在空气层时可以形成亥姆霍兹共振吸收，一般空气层为5cm、10cm、20cm、40cm，吊顶的空气层可能更大。在空腔内填入离心玻璃棉时，由于玻璃棉本身吸声，共振吸声的效率也提高很多，吸声系数将大大提高，吸声曲线的共振峰的频率范围变宽，中高频吸声性能提高。空腔厚度最大20cm，空腔内填入的玻璃棉只需要5cm厚，容重16-24kg/m3即可达到很好的吸声效果。当然，吸声性能还与穿孔率、孔径、板厚等因素有关。与穿孔纸面石膏板类似的还有穿孔金属板（如铝板）、穿孔木板、穿孔纤维水泥板、穿孔矿棉板等，这些材料的后空腔内填入离心玻璃棉后都能够较大地提高吸声性能。为了防止玻璃棉纤维洒出，需要在穿孔板背后附一层无纺布、桑皮纸等透声织物，或使用玻璃布、塑料薄膜等包裹玻璃棉。

玻璃棉板经过处理后可以制成吸声吊顶板或吸声墙板。一般常见将80-120kg/m3的玻璃棉板周边经胶水固化处理后外包防火透声织物形成既美观又方便安装的吸声墙板，常见尺寸为1.2m×1.2m、1.2m×0.6m、0.6m×0.6m，厚度2.5cm或5cm。也有在110kg/m3的玻璃棉的表面上直接喷刷透声装饰材料形成的吸声吊顶板。无论是玻璃棉吸声墙板还是吸声吊顶板，都需要使用高容重的玻璃棉，并经过一定的强化处理，以防止板材变形或过于松软。这一类的建筑材料既有良好的装饰性又保留了离心玻璃棉良好的吸声特性，降噪系数nrc一般可以达到0.85以上。

在体育馆、车间等大空间内，为了吸声降噪，常常使用以离心玻璃棉为主要吸声材料的吸声体。吸声体可以根据要求制成板状、柱状、锥体或其他异型体。吸声体内部填充离心玻璃棉，表面使用透声面层包裹。由于吸声体有多个表面吸声，吸声效率很高。

在道路隔声屏障中，为了防止噪声反射，需要在面向车辆一侧采取吸声措施，往往也使用离心玻璃棉作为填充材料、面层为穿孔金属板的屏障板。为了防止玻璃棉在室外吸水受潮，有时会使用pvc或塑料薄膜包裹。

4）应用离心玻璃棉吸声的一些建筑场所

在一般厅堂中，包括语言、音乐或综合表演用厅堂，如音乐厅、报告厅、剧场、影院、礼堂、体育馆、多功能厅、会议室、演播室、录音室、听音室、排练厅、博物馆、展览馆、ktv包房、办公室、营业厅、接待室、拍卖厅、候车（机）室、审判厅等等场所均需要吸声获得良好的音质；在需要噪声控制的房间，如餐厅、图书馆、画廊、健身中心、购物中心、酒店大堂、病房、车间等等场所也需要吸声降噪；还有特殊音质要求的民用住宅卧室、书房、家庭影院等等都需要吸声处理。这些场所都可以应用离心玻璃棉进行吸声，当然，同时必须考虑建筑构造、美观、防火、粉尘、清洁等综合因素。

在音乐厅、剧场的后墙面或二层正面的眺台栏杆上常用穿孔板或透声织物为面层的吸声构造，目的是防止出现回声等缺陷。在具有凹曲表面的房间中，为了防止声聚焦而影响音质，需要使用吸声处理。在礼堂、会堂、多功能厅、影院等等场所中，为了保证良好的语言清晰度，必须根据计算在墙面、天花等部位安装吸声材料，对于像体育馆、展览馆、营业厅等这些大体量的房间可能还需要使用空间吸声体。餐厅中，由于人员吵杂，进行吸声装修后可以得到良好的就餐环境，例如麦当劳、肯德基等国外快餐厅比较注重室内吸声处理，配合悦耳的轻音乐显得餐厅安静祥和。录音室、演播室、听音室等音质要求更为严格的场合，必须按照设计要求进行吸声处理。在工业厂房中，为了降低机器轰鸣的噪声，需要使用吸声降噪。在ktv包房中，恰当的吸声处理能够使音乐和歌声更加美妙动听，也能防止由于音箱与歌唱者的话筒距离较近造成的反馈啸叫。

最佳的离心玻璃棉吸声处理是将材料与建筑有机地融合在一起，而不是刻意地为了吸声而吸声，应在不知不觉中创造良好的声环境。吊顶、墙面、吸声体等都应成为建筑装修中天然的组成部分，良好的声学设计不能让人们感觉吸声材料有些突兀。在一些会堂和报告厅，设计师将玻璃棉软包材料和金属穿孔铝板后附玻璃棉巧妙地应用在装修效果中，再配以祥和的灯光，视觉和听觉都使人得到享受。建筑吸声处理常常被人们忽视，但当因为缺少吸声处理而产生诸多问题时，解决起来又会使人非常头疼。在某政府“一站式”办公改革中，工商、税务、行政等管理部门都集中在一个3000m2的开敞大厅内进行，大厅的吊顶是石膏板吊顶，墙面是光滑的大理石，部门之间是玻璃隔断，室内人声鼎沸，在这样糟糕的声环境中根本无法办理手续。政府要求限期整改，但由于经费、原设计效果的变更、施工对办公使用的影响等多种因素使整改变得比事前进行吸声设计要难的多。

三、离心玻璃棉在墙体隔声中的应用

1）离心璃棉在墙体中的隔声原理

单层墙体因受质量定律的限制，必须是重墙才能获得良好的隔声性能。对于住宅分户墙，为达到国家最低标准rw=40db的要求单层隔墙至少需要100kg/m2以上的面密度（面密度是每平方米墙体的重量）。如果将墙体分成两层或多层，隔声量会显著提高。这是因为，声音撞击到第一层墙板时，透射的部分将进入两层墙板之间空腔，在空腔中来回反射多次后，一部分透射到墙体对面，另一部分被损耗掉。同时，两层之间的腔体有类似弹簧的作用，使墙板系统具有有利于消耗声音的弹性，进一步隔声。如果在腔体中填入离心玻璃棉等吸声材料后，声音传播过程中在腔体中来回反射的声音将被大大衰减，隔声量大为提高。对于120厚的砖墙隔声量从45db左右提高到50db以上需要重量提高一倍，即需要240砖墙。而对于75轻钢龙骨双面双层12纸面石膏板隔墙而言，只需在腔体内添加一层50厚24kkg/m3的玻璃棉，计权隔声量就从44db提高到50db。可见，隔墙腔体中的吸声材料对隔声量的影响非常重要。根据测定，使用双层75龙骨的六层12纸面石膏板（三道墙板，每道两层石膏板，共两个龙骨空腔）的轻型墙体内添两层50厚24kkg/m3的玻璃棉，计权隔声量将达到rw=60db，这是半米厚混凝土隔墙的隔声量。

然而，轻型多层板隔墙即使使内填了离心玻璃棉等吸声材料，低频的隔声能力也不能完全和重型墙相比，计权隔声量同样是rw=50db的混凝土墙和轻墙相比，在125hz频率上，混凝土隔墙的隔声量r=40db，而轻墙的隔声量只有23、24db左右。一个有利的因素是，人耳对低频并不敏感，因此在大多语言环境下轻墙完全可以满足隔声要求，但在机械噪声、迪斯科舞厅等低频声音严重的场合必须考虑低频隔声量是否足够。轻墙低频隔声较差的主要原因是墙板比较轻柔，难于阻隔振动幅度较大、波长较长的低频声，同时，空腔中的吸声材料低频吸声性能也比较有限。

2）影响轻钢龙骨轻质板隔墙的隔声性能的因素

龙骨：龙骨弹性越好隔声性能越好，尤其低频隔声量有显著提高。轻钢龙骨的弹性好于木龙骨，故使用轻钢龙骨轻墙比木龙骨轻墙计权隔声量高1-3db。如果采用z型减振龙骨，计权隔声量可以提高1-2db。如果在龙骨上采用s型的减振条，计权隔声量可以提高2db。如果使用两层完全分离的龙骨（龙骨之间没有任何连接），隔声量能够提高5-7db。龙骨越宽，也就是空腔越大隔声性能越好，100厚龙骨比75厚龙骨计权隔声量提高1db左右。

安装墙板的螺丝钉钉距越稀疏，隔声性能越好，因为稀疏的钉距使墙板连接的刚性变差，据测定，300mm的钉距比250mm的钉距计权隔声量提高0.5db左右，但是钉距不能过于稀疏，因为必须保证墙体的强度。

墙板：在实验中发现，面密度越大同时越薄的墙板隔声性能越好。这是因为，密度越大隔声量越大，越薄则在中高频出现的吻合谷越往高的频率偏移，偏出感兴趣的频率范围之外。例如，同样厚度的75龙骨双面单层25mm厚内填棉的纸面石膏板墙的吻合谷在2500hz，计权隔声量仅为47db，而75龙骨双面双层12mm厚内填棉的纸面石膏板墙的吻合谷在3150hz，吻合效应影响变弱，计权隔声量为50db。对于grc板、硅酸钙板等墙板，由于密度比石膏板大，而厚度比石膏板薄，因此具有更好的隔声性能。另外，使用不同厚度的板材复合，或使用不同材料的板材复合可以将共振和吻合频率错开，有利于提高隔声量，例如使用10mm的grc板与12mm纸面石膏板复合的双面双层填棉轻墙的计权隔声量比两层石膏板的轻墙高2db，可达52db。

内填棉：内填离心玻璃棉的厚度和容重越大，吸声效果越好，由于声音在空腔来回反射多次而消耗，即使每次反射吸声较小，多次反射的积累效果也非常大，因此5cm厚24kg/m3的离心玻璃棉作为内填吸声材料已经足够了，更厚或更大的密度所带来的隔声增加量非常有限，一般不会提高1db以上的隔声量。但是，2.5cm以下、不足16kg/m3的离心玻璃棉由于过于稀松，吸声性能太差，会使隔声量下降2-3db。5cm厚容重大于40kg/?m3岩棉和玻璃棉的隔声效果是类似的，理论上讲，因为岩棉容重往往大于玻璃棉，隔声略有优势，但很难相差1db，那种认为轻墙中岩棉隔声好于玻璃棉的观点是不正确的。还有一点非常重要，就是空腔中的棉不能满填，这样会造成棉将两层墙板连接在一起，出现声桥，使隔声量下降。填棉时，应尽量保证棉体两边不同时接触板材，以防止声桥。如果使用50mm厚的c型龙骨，那么填棉厚度应小于50mm，如25mm或40mm的岩棉或玻璃棉。有些设计人员认为棉体需要满填、填实在空腔中，和板之间不留空气层，这是不对的。实验表明，满填棉隔声性能将下降1－3db。另外填棉厚度不均、回弹率过大等造成的棉板与两边板材局部或大面积接触都会引起隔声量下降，施工操作中应尽量避免。

板缝和孔洞：隔墙上如果出现缝隙和孔洞，会大大降低隔墙的隔声量。假如隔墙墙体本身的隔声量达到50db，而墙上有万分之一的缝隙和孔洞，则综合隔声量将下降到40db。为了防止石膏板墙和原结构之间的缝隙，通常在墙体四周安装龙骨时垫入塑料弹性胶条。另外，当每面两层石膏板时，应错缝安装，里层可以不勾缝，只对外层勾缝，这对隔墙隔声量影响不大。但是每面一层板时必须勾缝，否则隔声量将会下降12－17db。

施工及其他等因素：以下若干因素对隔声的影响并非墙板本身，而是设计、施工、整体结构等方面疏忽造成的，这些因素有时造成纸面石膏板隔墙隔声量下降非常严重。

①板－板之间空腔内填棉不饱满，或棉钉粘合不牢固，过一段时间后棉体下坠（玻璃棉常出现这种情况），造成出现填棉缝隙。严重时可能引起3－5db隔声量的下降。

③隔墙外框和房屋结构刚性连接，未按规定垫入弹性垫条，结构受荷变形或结构振动，造成板缝开列，形成缝隙漏声。

④管道穿墙，未按规定要求密封处理，造成孔隙；电器开关盒、插销盒在墙上暗装，未按规定要求做内嵌石膏板盒隔声处理，造成隔声薄弱环节；甚至隔墙两边电器盒对装而不做任何处理，都会大大降低隔声性能。

⑤在实际建筑物中，两个房间除了隔墙传声外，还有其他途径引起声音从一个房间进入另一个房间，这些途径的传声称为侧向传声，如地面结构传声、侧墙结构传声、门窗传声、管道风道传声等。有些有吊顶的大房间用石膏板隔墙分隔成一些小间，因为先做的吊顶，隔墙只做到吊顶下沿，而没有延伸到结构层楼板底，出现吊顶内的侧向传声，造成房间实际隔声量比隔墙隔声量低很多。

3）应用离心玻璃棉进行隔声处理的场合

离心玻璃棉除了作为轻型墙体的腔体填充材料进行隔声以外，还可以在石膏板、金属板等吊顶内满铺形成隔声吊顶。由于大量轻型屋盖逐渐地广泛使用，越来越多地使用离心玻璃棉作为保温、隔声顶棚或隔声吊顶。国家大剧院巨大的轻型屋盖结构为了隔绝环境噪声和雨噪声就在两层金属屋盖板之间加入了离心玻璃棉板，使隔声量达到42db的要求。

在防火隔声门中，常使用玻璃棉作为内填棉提高隔声性能。在双层隔声门或隔声窗的构造中，需要在两层门或窗四周边安装玻璃棉吸声材料（需要穿孔板或透声织物罩面）形成声闸，提高隔声量。

在道路隔声屏障中，也常常使用玻璃棉作为内添隔声材料。

密封的金属板箱内部贴满玻璃棉等吸声材料可以制成隔声罩为机器设备的降噪。与没有内部吸声材料的隔声罩相比，降噪效果可以提高20db，降噪量达70db。

另外，在一些住宅和公建中，穿过室内的雨水管冲雨噪声或水管由于水压变化形成的水锤振动噪声也使人们非常烦恼。可以使用玻璃棉（须经过防水防潮处理）对管道进行包裹，再使用石膏板或金属板做隔声外层，处理得当，能够获得20db以上降噪量。

四、离心玻璃棉在楼板撞击声隔声中的应用

1）楼板撞击声隔声原理

当楼板等建筑构件受到撞击时，振动将在构件及其连接结构内传播，最后通过墙体、顶棚、地面等向房间振动辐射声音。振动在固体中传播时的衰减很小，只要固体构件一直是连接在一起的，振动将会传播很远，将耳朵贴在铁轨上可以听到几公里以外火车行驶的声音就是这个原理。在建筑中振动还有一个特点，就是向四面八方传播，所有有固体连接的部分都会振动，在房间中，由于四周都会振动发声，往往很难辨别振动声源的位置。但是，如果固体构件是脱离的（哪怕只是非常小的缝隙）或构件之间存在弹性的减振垫层，振动的传播将在这些位置处受到极大的阻碍，当使用弹簧或与弹簧效果类似的玻璃棉减振垫层对楼板进行隔振处理后，将提高楼板撞击声隔声的能力。

隔振楼板和下面的支撑弹性垫层构成了一个弹性系统，一般的隔振规律是，楼板越重、垫层弹性越好、静态下沉度（楼板压上去以后的压缩量）越大，隔振效果就越好。8cm厚的混凝土楼板比4cm的楼板更重，减振效果更好；两层2.5cm厚的离心玻璃棉垫层的静态下沉度大于一层2.5cm厚的同样垫层，减振效果要好一些。压缩后的垫层必须处于弹性范围内，也就是说，将楼板移去后，垫层可以在弹性的作用下恢复原来的厚度，如果垫层被压实而失去回弹性，将失去减振效果。因此，使用离心玻璃棉做减振垫层时，需要使用容重较大的垫层，防止玻璃棉被压实，上层混凝土越厚重，玻璃棉就要越厚，容重也需要越大，一般容重应大于96kg/m3。

在用于隔绝机器振动的减振台或减振地面时需要更加专业的设计，如果设计不当，造成减振系统的固有频率与机器的振动频率接近时，不但不能起到减振作用，还会使振动加大，甚至损坏机器及楼板结构。

2）离心玻璃棉楼板隔声垫层?

楼板撞击声隔声是建筑中最难处理的隔声部分之一。使用玻璃棉减振垫层上面现浇混凝土的做法可以获得20-30db以上的撞击声隔声效果，这种隔振方法叫做浮筑地面。对于住宅，由于层高所限，一般的做法是使用2.5cm厚（压缩后为?2cm左右）96-150kg/m3的离心玻璃棉做垫层，上铺一层塑料布或1mm聚乙烯泡沫做防水层，再灌注4cm厚的混凝土形成浮筑地板。这种做法已经在北京格林小镇房地产开发中得以应用，效果非常良好，经实测，普通水泥地面的lpn，w=78db，这种浮筑地板的lpn，w=56db，隔声性能提高了22db。在有楼板隔声要求的公建中，如演播室、录音室或上部房间为球馆及迪斯科舞厅的地板做法是，使用5cm厚（压缩后为?4.5cm左右）150-200kg/m3的离心玻璃棉做垫层，上铺一层塑料布或1mm聚乙烯泡沫做防水层，再灌注8-10cm厚的混凝土。经实测，这种地面做法的lpn，w达到44db，隔声性能提高了34db。

使用离心玻璃棉做浮筑地板时需非常注意几个问题。一是玻璃棉容重不能过低，否则玻璃棉将被压实，失去回弹性，无法起到减振效果。二是混凝土必须配筋，防止地面断裂，可以采用φ6的钢筋间距20cm排列；配筋时，必须防止刺破防水层而造成混凝土浇灌时玻璃棉渗水。还有一点是，不能出现两层地面之间的硬连接，如水管、钢筋等，这样会导致声桥传声；浇灌地面与墙面连接处应使用玻璃棉、橡胶垫隔开，防止墙体将两层地面连接在一起。

五、离心玻璃棉在空调管道消声中的应用

通风管道中产生的振动噪声和气流噪声是空调系统中较大的问题，在音乐厅、会堂、酒店客房、办公室等空间中往往由于通风系统的问题造成噪声不能达标。使用铁皮风道的通风系统中，管道不能起到良好的消声作用，风机产生的噪声会沿着管道传播到室内。由于铁皮很薄，气流和风机的振动也会使铁皮共振，形成二次噪声。气流喷出风口时，若缺乏有效的消声，也会因摩擦产生风口再生噪声。

为了降低风机产生的噪声，需要使用消声器。常见的消声器是铁皮管道内表面使用玻璃棉加穿孔透声饰面（防止玻璃纤维被气流带走）吸声处理的阻性消声器，消声的原理是利用了吸声材料对气流产生的声阻。阻性消声器按气流通道的几何形状不同，可分为直管式、片式、迷道式、障板式、弯头式等形式。

一般说来，阻性消声器具有良好的中高频消声特性，对低频消声性能较差。为了提高阻性消声器的消声性能，可适当增加消声器中离心玻璃棉吸声材料的容重和厚度，并提高饰面材料的穿孔率。

可以将玻璃棉板直接制成消声管道，用于管道消声，因为这种产品消声性能好，易于安装，又具有保温隔热性能，被称为“超级风管”。超级风管的内表面需要胶化处理，以防水蒸气渗入，同时防止纤维脱落；外表面粘合一层强度加强的铝薄膜，作为外保护层兼热反射层。使用玻璃棉超级风管的通风系统，由于在管道全长上都有消声作用，因此消声作用非常明显。另外，消声风管在防止房间和房间之间因为管道相通形成的声音串扰方面也有很好效果。

六、离心玻璃棉与其他建筑声学材料的对比

1）离心玻璃棉与岩棉的对比

离心玻璃棉的建筑声学特性与岩棉比较类似，因为离心玻璃棉的纤维比岩棉的纤维更细，因此在相同容重的条件下，前者的声学性能要优于后者，或者说，低容重的离心玻璃棉与高容重的岩棉可能具有相同的声学性能。例如相同厚度的24kg/m3的玻璃棉板与80kg/m3的岩棉板的吸声、隔声、减振（实际使用中需更大的容重）的性能类似。

吸声、隔声、楼板减振应用中，离心玻璃棉可以与岩棉互换使用，施工方法基本一致，造价也基本相同。例如，作为吸声使用，常用24kg/m3的离心玻璃棉板，也可以使用80kg/m3的岩棉板；作为轻钢龙骨石膏板墙体的内填棉，既可以使用24kg/m3的离心玻璃棉板，也可以使用80kg/m3的岩棉板；对于住宅浮筑楼板的减振垫层，一般使用96kg/m3的离心玻璃棉板或150kg/m3以上的岩棉板，使用200kg/m3的离心玻璃棉板可以获得最大的减振效果，但超过200kg/m3的离心玻璃棉难于生产，由于过于密实，减振效果会出现降低。

2）离心玻璃棉与矿棉板的对比

吸声矿棉天花板的降噪系数一般在0.3-0.4，几乎比离心玻璃棉板低一倍。矿棉板本身具有较好的装饰性，而玻璃棉板需要覆以罩面材料才能在建筑中使用，相比之下造价显然要高出较多。矿棉板每平方米的价格一般在20～30元人民币左右，作为天花或墙面使用的离心玻璃棉板为了防止变形，需要80kg/m3以上的容重，再加上罩面透声防火材料，造价每平米达到200～300元人民币。不考虑价格因素，单从装饰效果和吸声效果两方面来讲，建筑师往往更倾向于离心玻璃棉的成型产品。许多进口离心玻璃棉软包墙板或天花吊顶板因其良好的装饰性、防火性、易于安装性等在市场上非常畅销。

3）离心玻璃棉与植物纤维素喷涂材料的对比

有一种植物纤维喷涂吸声材料除价格以外，在很多方面性能都要优于离心玻璃棉或岩棉，这种材料的代表性产品是美国生产的k13。k13的原料是木材粉碎后并经防火处理的木屑，使用时与特制胶水混合进行喷涂。k13可以喷涂在各种墙面、顶棚等处，干燥固化以后视觉效果类似于普通粉刷白墙。?k13的容重大约100kg/m2左右，5cm厚降噪系数nrc可达0.9。由于k13施工简便、装饰效果佳、吸声效果好，因此美国等发达国家的体育馆、餐馆、演讲大厅等广泛使用。k13在美国已经有50几年的历史了，刚刚进入我国。k13在轻体隔墙的隔声中也具有一定优势，轻钢龙骨纸面石膏板隔墙系统中，安装一面的墙板后，在龙骨空腔中喷涂5cm厚的k13，再安装另一面墙板，这样构造的75龙双面双层12mm纸面纸面石膏板的计权隔声量可达55db，比同样构造的内填玻璃绵的隔墙隔声量提高3-5db。k13之所以具有良好的隔声性能，一是由于喷涂对处理墙板之间的缝隙有密封作用，二是喷涂材料与墙板粘连在一起，增加了墙板的阻尼，使墙板隔声量提高。但是，k13喷涂以后，必须在完全干透以后才能安装外层石膏板，给施工带来一定不便。

低频特性范文篇9

关键词：瑞利面波地震勘探瞬态法频散曲线

1前言

面波勘探，也称弹性波频率测深，是国内外近几年发展起来的一种新的浅层地震勘探方法。面波分为瑞利波（R波）和拉夫波（L波），而R波在振动波组中能量最强、振幅最大、频率最低，容易识别也易于测量，所以面波勘探一般是指瑞利面波勘探。

人们根据激振震源的不同，又把面波勘探分为①稳态法、②瞬态法、③无源法。它们的测试原理是相同的，只是产生面波的震源不同罢了。

1938年德国土力学协会首次尝试用稳态振动来检测岩土的各种弹性力学参数。1960年美国密西西比陆军工程队水陆试验所开始开发类似的技术方法，但由于当时技术条件的限制，均未获得成功。70年代初美国F·K·Chang等人利用瞬态激振产生的瑞利波来研究浅部地质问题，并于1973年在第42届国际地球物理勘探年会上发表了“RayleighWaveDispersionTechniqueforRapidSubsurfaceExploration”（瞬态面波在浅层勘探中的应用）论文，报道了有关的研究成果。在稳态方面，直到80年代初，日本的VIC株式会社经过多年的研究试制，推出了GR－810佐藤式全自动地下勘探机，才使该项物探技术在浅层工程勘察工作中得以应用。通过几年的实践和初步研究，R波在岩土工程勘察中的应用大致分为以下几个方面：

⑴查明工程区地下介质速度结构并进行地层划分；

⑵对岩土体的物理力学参数进行原位测试；

⑶工业与民用建筑的地基基础勘察；

⑷地下管道及埋藏物的探测；

⑸地下空洞、岩溶、古墓及废弃矿井的埋深、范围等探测；

⑹软土地基加固处理效果评价及饱和砂土层的液化判别；

⑺公路、机场跑道质量的无损检测；

⑻江河、水库大坝（堤）中软弱夹层的探测和加固效果评价等；

⑼场地土类别划分及滑坡调查等；

⑽断层及其它构造带的测定与追踪等。

2勘探原理

面波是一种特殊的地震波，它与地震勘探中常用的纵波（P波）和横波（S波）不同，它是一种地滚波。弹性波理论分析表明，在层状介质中，拉夫波是由SH波与P波干涉而形成，而瑞利波是由SV波与P波干涉而形成，且R波的能量主要集中在介质自由表面附近，其能量的衰减与r-1/2成正比，因此比体波（P、S波∝r-1）的衰减要慢得多。在传播过程中，介质的质点运动轨迹呈现一椭圆极化，长轴垂直于地面，旋转方向为逆时针方向，传播时以波前面约为一个高度为λR（R波长）的圆柱体向外扩散。

在各向均匀半无限空间弹性介质表面上，当一个圆形基础上下运动时，由它产生的弹性波入射能量的分配率已由Miller（1955年）计算出来，即P波占7%、S波占26%、R波占67%，亦就是说，R波的能量占全部激振能量的2/3，因此利用R波作为勘探方法，其信噪比会大大提高。

综合分析表明R波具有如下特点：

⑴在地震波形记录中振幅和波组周期最大，频率最小，能量最强；

⑵在不均匀介质中R波相速度（VR）具有频散特性，此点是面波勘探的理论基础；

⑶由P波初至到R波初至之间的1/3处为S波组初至，且VR与VS具有很好的相关性，其相关式为：

VR=VS·（0.87+1.12μ）/（1+μ）；式中：μ为泊松比；

此关系奠定了R波在测定岩土体物理力学参数中的应用；

⑷R波在多道接受中具有很好的直线性，即一致的波震同相轴；

⑸质点运动轨迹为逆转椭圆，且在垂直平面内运动；

⑹R波是沿地表传播的，且其能量主要集中在距地表一个波长（λR）尺度范围内。

依据上述特性，通过测定不同频率的面波速度VR，即可了解地下地质构造的有关性质并计算相应地层的动力学特征参数，达到岩土工程勘察之目的。

3野外工作方法

应用瞬态法进行现场测试时一般采用多道检波器接收，以利于面波的对比和分析。当锤子或落重在地表产生一瞬态激振力时，就可以产生一个宽频带的R波，这些不同频率的R波相互迭加，以脉冲信号的形式向外传播。当多道低频检波器接收到脉冲形振动信号后，经数据采集，频谱分析后，把各个频率的R波分离出来，并求得相应的VR值，进而绘制面波频散曲线。

当选取两道检波数据进行反演处理时，应使两检波器接收到的信号具有足够的相位差，其间距△x应满足（λR/3）～λR，即在一个波长内采样点数要小于在间距△x内的采样点数的3倍，而大于在间距△x内的采样点数的1倍，该采集滤波原则对于不同的勘探深度及仪器分辨率和场地地层特性可作适当调整。

当采用多道检波数据进行反演处理时，虽然不受道间距公式的约束，但野外数据采集时也应考虑勘探深度和场地条件的影响。一般来说，当探测较浅部的地层介质特性时，易采用小的△x值并用小锤作震源以产生较强的高频信号，即可获得较好的结果；当探测较深部的地层介质特性时，易采用较大的△x值，并用重锤冲击地面，以产生较低频率的信号，使其能反映地下更深处的介质信息，达到岩土工程勘察之目的。

震源点的偏移距从理论上讲越大越好，且易采用两端对称激发，有利于R波的对比、分辨和识别，但偏移距增大就要求震源能量加大和仪器性能的改善。一般来说，偏移距应根据试验结果选取。就目前的仪器设备条件和反演技术水平，选用偏移距20～40m即可获得较好的测试结果。

由多道检波数据反演处理后可得一条频散曲线，一般把它作为接收段中点的解释结果。实际上该曲线所反映的地层特性为接收段内地层性质的平均结果，故当探测场地地下介质水平方向变化较大时，只要能满足勘探深度的要求，尽量使反演所用的接收段减小，以使解释结果更具客观实际。

4工程应用

西部大开发十大项目之一的黄河沙坡头水利枢纽位于黄河上游干流上，上距待建的大柳树坝址12.1km，下距青铜峡水电站122km，行政隶属宁夏回族自治区中卫县。主要建筑物由主坝和副坝两部分组成，其中主坝拟选坝型为混凝土闸坝，最大坝高39.93m，坝长358.5m；副坝布置在黄河左岸Ⅰ级阶地，拟建坝型为土石坝，坝高5m左右，坝长约1.5km。

测区地层岩性由上至下依次为：①覆盖层由全新统风积砂壤土、粉细纱和全新统冲洪积砂卵砾石组成；②下伏基岩由棕红色、紫红色砂质粘土岩组成，局部夹有砾岩。

为探测覆盖层厚度并进行地层划分，采用瞬态面波进行勘探。实测使用美国R24工程地震仪和4Hz低频检波器。室内数据处理使用SFKSWS软件，其流程为：输入面波记录文件→显示和检查实测曲线数据→圈定面波数据窗口→在F—K域搜索确定基阶面波频谱峰脊并拾取频散数据→按搜索确定的基阶面波频谱峰脊圈定出基阶面波频谱范围→生成面波频散曲线→地质分层（人工或自动）→绘制反演拟合曲线→打印输出结果。

R波在非均匀介质中传播具有频散特性，所以不同频率（波长）的R波具有不同的传播速度。模型试验和实测结果表明，当探测的岩土层介质较为均一时，R波的相速度随深度的加大而按线性增加，只有出现不同介质的分界面时，频散曲线会出现一个所谓“Z”字型变化，该变化特征是由于地表接收到的波从上一层漏能型波转入下一层漏能型面波，且此转折点与两介质间的界面埋深有密切的关系，由此可依据实测频散曲线的“Z”字型变化点来划分地下岩性变化的分界面。

图1面波频散曲线解释成果与钻探结果对比图

图2面波频散曲线解释成果与钻探结果对比图

图1、图2为实测面波反演解释结果，其中各图的右侧为随深度变化的面波频散曲线，左侧为钻探揭露的地层柱状图，其层位的划分具有良好的一致性，即表层风积粉细砂—中部砂卵砾石层—下部基岩。同时由图还可以得出：表层风积砂的瑞利波速度为150～250m/s，冲洪积砂卵砾石的瑞利波速度为300～400m/s，而下伏基岩（棕红色、紫红色砂质粘土岩、砾岩等）的瑞利波速度则为440～760m/s，说明瑞利波（剪切波）速度随深度的增加而升高。

5存在问题

虽然面波探测技术在工程中的应用已很广泛，但实际工作中还存在以下问题：

⑴关于实测面波频散曲线的“Z”字型现象，从理论模型的解析中还不能精确地解释此现象。因为理论的频散曲线，在介质分界面处只出现折点，对此还需深入研究和数值模拟计算；

⑵对于面波勘探深度的确定，目前国内外大多采用半波长作为R波的勘探深度，此关系是一经验公式，但在实际工作中，应根据场地地质条件、探测对象以及孔旁测试对比结果等作适当调整；

⑶测试深度相对较浅，一般情况下可靠的测量深度为20～30m，最深不过50～60m。当测试深度加大时，震源信号就必须具有足够的低频信号，目前尚难满足此要求。由于低频时的R波值很少，使得下部频散曲线的点相对稀少，所以对解释精度影响较大。就该问题笔者建议由原来的算术坐标系改为波长为对数的单对数坐标系，可使低频段频散点稀少问题得以改观。

⑷根据不同的勘测目的和要求，对产生R波的震源需作必要的改进和研究，以适应勘察的需要。如用锤子作震源时其低频值为10～20Hz左右，而用砂袋作震源时低频值为3～10Hz左右。

面波勘探作为一种新的浅层地球物理勘探方法，具有简便、快速、经济、分辨率高、适用场地小、应用范围广等优点，但对面波勘探理论的研究以及实际应用等有待进一步的深入和开拓，使之在生产实践中不断总结、完善和提高。

参考文献

⑴杨成林等《瑞雷波勘探》北京：地质出版社1993年

⑵胡钧等《岩土工程瑞利波勘探新进展》《上海地质》1996年No.2

⑶刘康和《面波探测技术综述》《电力勘测》1997年No.2

⑷BarbaraA.Luke,etal.《ApplicationofSASWMethodUnderwater》《JOURNALOFGEOTECHNICALandGEOENVIRONMENTALENGINEERING》1998No.6。

⑸VahidGanji,etal.《AutomatedInversionProcedureforSpectralAnalysisofSurfaceWaves》《JOURNALOFGEOTECHNICALandGEOENVIRONMENTALENGINEERING》1998No.8。

THEINSTANTANEOUSSURFACEWAVEEXPLORATIONANDITSAPPLICATION

低频特性范文篇10

在很多情况下，室内装修有一定的声学要求。不仅是各类剧院、体育场馆和歌舞厅以及与声学有关的录音室、演播室等专业用房本身有一定的声学技术指标，而且凡是公共场所，一般都需要传播语言或音乐，即使是家庭用房现在也需要有良好的音乐欣赏环境。所以室内装修工程必须重视声学要求。如果忽视这一点，极有可能造成不良后果。例如有一水上健身娱乐场所，地面基本上都是水面，上空是一大玻璃圆穹项，由于没有声学设计，致使厅内混响时间特别长，当有文娱表演时连报幕的话也听不清。再如有的走廓或门厅，做得富丽堂皇、金碧辉煌，但即使是普通的谈话声或背景音乐，也在空间内久传不衰，形成令人烦恼的干扰噪声。

造成音质差的主要原因是没有科学的声学设计。不少装饰工程公司本身没有合格的声学设计人员；有的一开始邀请声学专家做设计，以后自以为有了“经验”，便大胆地把设计也承包了；有的是东抄西袭，以为找到了人家的奥秘，你做软包，我也搞软包，你用穿孔板，我也做穿孔板，实际上没有掌握真正的声学要求；也不排除有的工程技术人员懂得一些声学知识，但并不精于室内声学的原理和实践，做出了并不合格的声学装修设计。

室内声学设计是一门系统学科，涉及面较广，本文只就与室内装饰有关的吸声和隔声的材料和结构方面的知识作简单介绍，希望装饰工程人员和业主对声学材料和结构有所了解，能够理解声学设计为什么作这样那样的处理，从而使装饰工程在美观和声学要求上达到完美的统一。

1.吸声与隔声的基本概念

首先要明确吸声与隔声是完全不同的两个声学概念。吸声是指声波传播到某一边界面时，一部分声能被边界面反射(或散射)，一部分声能被边界面吸收(这里不考虑在媒质中传播时被媒质的吸收)，这包括声波在边界材料内转化为热能被消耗掉或是转化为振动能沿边界构造传递转移，或是直接透射到边界另一面空间。对于入射声波来说，除了反射到原来空间的反射(散射)声能外，其余能量都被看作被边界面吸收。在一定面积上被吸收的声能与入射声能之比称为该边界面的吸声系数。例如室内声波从开着的窗户传到室外，则开窗面积可近似地认为百分之百地“吸收”了室内传来的声波，吸声系数为1。当然，我们所要考虑的吸声材料，主要不是靠开口面积的吸声，而要靠材料本身的声学特性来吸收声波。

对于两个空间中间的界面隔层来说，当声波从一室入射到界面上时，声波激发隔层的振动，以振动向另一面空间辐射声波，此为透射声波。通过一定面积的透射声波能量与入射声波能量之比称透射系数。对于开启的窗户，透射系数可近似为1(吸声系数也为1)，其隔声效果为0，即隔声量为0db。对于又重又厚的砖墙或厚钢板，单位面积质量大，声波入射时只能激发起此隔层的微小振动，使对另一空间辐射的声波能量(透射声能)很小，所以隔声量大，隔声效果好。但对于原来空间而言，绝大部分能量被反射，所以吸声系数很小。

对于单一材料(不是专门设计的复合材料)来说，吸声能力与隔声效果往往是不能兼顾的。如上述砖墙或钢板可以作为好的隔声材料，但吸声效果极差；反过来，如果拿吸声性能好的材料(如玻璃棉)做隔声材料，即使声波透过该材料时声能被吸收99％(这是很难达到的)，只有1％的声能传播到另一空间，则此材料的隔声量也只有20db，并非好的隔声材料。有人把吸声材料误称为“隔音材料”是不对的。如果有人介绍某种单一材料吸声好隔声也好，那他不是不懂就是在骗人了。

2.吸声材料

吸声材料是指吸声系数比较大的建筑装修材料。如果材料内部有很多互相连通的细微空隙，由空隙形成的空气通道，可模拟为由固体框架间形成许多细管或毛细管组成的管道构造。当声波传入时，因细管中靠近管壁与管中间的声波振动速度不同，由媒质间速度差引起的内摩擦，使声波振动能量转化为热能而被吸收。好的吸声材料多为纤维性材料，称多孔性吸声材料，如玻璃棉、岩棉、矿碴棉、棉麻和人造纤维棉、特制的金属纤维棉等等，也包括空隙连通的泡沫塑料之类。吸声性能与材料的纤维空隙结构有关，如纤维的粗细(微米至几十微米间为好)和材料密度(决定纤维之间“毛细管”的等效直径)、材料内空气容积与材料体积之比(称空隙率，玻璃棉的空隙率在90％以上)、材料内空隙的形状结构等。从使用的角度，可以不管吸声的机理，只要查阅材料吸声系数的实验结果即可。当然在选用时还要注意材料的防潮、防火以及可装饰性等其他要求。

多孔性吸声材料有一个基本吸声特性，即低频吸声差，高频吸声好。定性的吸声频率特性见图1。频率高到一定值附近，见图1中f0，吸声系数α达到最大值，频率继续增大时，吸声系数在高端有些波动。这个f0的位置，大体上是f0对应的波长为材料厚度t的4倍

当材料厚度增加时，可以改善低频的吸声特性。图1中t2大于t1，相同频率时t2的吸声系数大于t1的吸声系数。如果t2=2t1，则相同吸声系数对应的频率大约为f2=f1，即厚度增加一倍，低频吸声系数的频率特性向低频移一个倍频程。但并非可以一直增加厚度来提高低频吸声系数的，因为声波在材料的空隙中传播时有阻尼，使增加厚度来改善低频吸声受到限制。不同材料有不同的有效厚度。像玻璃棉一类好的吸声材料，一般用5cm左右的厚度，很少用到10cm以上。而像纤维板一类较微密的材料，其材料纤维间空隙非常小，声波传播的阻尼非常大，不仅吸声系数小，而且有效厚度也非常小。

一般平板状吸声材料的低频吸声性能差是普遍规律。一种改进的方法是将整块的吸声材料切割成尖劈形状，见图2，当声波传播到尖劈状材料时，从尖部到基部，空气与材料的比例逐渐变化，也即声阻抗逐渐变化，声波传播就超出平板状材料有效厚度的限制，达到材料的基部，从而可改善低频吸声性能。吸声频率特性仍与图1相似，最大吸声系数的频率f0对应的波长大约为尖劈吸声结构长度t的4倍。例如要使100hz以上频率都有很高的吸声系数，吸声尖劈的长度约为87cm左右。当然这样的吸声结构一般不宜用于室内装修，主要用于声学实验室或特殊的噪声控制工程。

3.共振吸声结构

利用不同的共振吸声机理，设计各种类型的共振吸声结构，使吸收峰值选择在所需频率位置，满足不同频率吸声量的要求，特别是解决低频吸声量不足的问题。

3.1薄层多孔性吸声材料的共振吸声

薄层多孔性吸声材料也包括各种透气的织物，如棉、麻、丝、绒、人造纤维等织物。如图3a，将材料挂在刚性面前距离d处，则当d=1/4(2n＋1)λ(1)时，λ是空气中声波波长，n为正整数，织物处于刚性面前驻波的声压波节位置，那里声波的质点振动速度最大，使在织物中消耗最大的声能，形成共振吸声。在(1)式中n分别等于0、1、2……时，对应的共振吸声频率fn为：fn=(2n+1)/4.co/d(2)式中co为空气中声波传播速度，一般以340m／s计算。例如，当织物与刚性壁距离为34cm时，n=0对应的最低共振频率f0=250hz，n=1对应的f1=750hz，n=2对应f2=1250hz……。其共振吸声的频率特性见图3b。吸声峰值与织物性能有关，一般都比较大，但共振吸声峰的宽度不大，在实际使用中往往将帘子增大折皱悬挂，即连续改变织物与刚性面的距离，并在不同距离处悬挂不止一层织物，以改善吸声频率特性。此外，将厚度为d的玻璃棉一类材料离刚性面d处安装，见图4，则(1)式中的d→变成为d→(d＋t)连续变化，即有许多共振吸声频率，而最低共振频率为f0=c0／4（d＋t）。

3.2薄膜共振吸声结构

如果刚性面前d处有一层不透气的膜，见图5，膜的单位面积质量为m，则膜与厚度为d的空气层构成质量——弹簧的共振系统，其共振频率为：

fr=co/2π√ρo/md（3）

式中ρo为空气密度。例如在“软包”外表面蒙上不透气的膜，则包在里面的多孔性吸声材料就不能发挥原有的吸声功能，而首先是膜的共振吸声并通过膜振动传入材料内的吸声作用，而此膜振动又受到材料的阻尼抑制，吸声效能受到限制。如果蒙皮用人造革一类质量较大的材料，如有的剧院中的座椅，那种吸声性能就更差了。

3.3薄板共振吸声结构

薄板是两维的振动系统，其共振频率除了与板的物理常数和几何尺寸有关外，还和它的边缘固定状况有关。如果一块边长为la、lb的矩形板，厚度为h，四边都被牢固地钳定，它的共振频率fm，n为：

fm,n=π/2[eh2/12ρ(1-σ2)]1/2.[m2/1n2+n2/1b2]1/2(4)

式中e、ρ、σ分别为板的杨氏模量、密度和泊松比，m、n为正整数。当n=0、m=1时，得到最低的共振频率(设la>lb)。如果板为玻璃，将玻璃的物理常数代入：

fm,n=2.5×10h3(m2/1n2+n2/1b2)1/2(5)

式中长度单位为米。例如长50cm、宽40cm、厚4mm的玻璃窗，四边固定，则(m，n)为(1，0)的最低共振频率为20hz，(m，n)为(0，1)的共振频率为25hz，(m，n)为(1，1)的共振频率为32hz。随着(m，n)渐次增大，共振频率越来越大(间隔也越来越密)，在这些频率上有较大的声吸收和声透射。

在室内装修中经常用到板材，它们都有一定的共振吸声效应，其共振频率大体上如(4)式所示，与板的几何尺寸和物理常数有关，同时与边缘固定状况有关，例如钉子钉多少，钉紧的程度，是否用胶固定等等。因此这类共振吸声往往不被主动采用在设计方案内，只有有经验的设计师才谨慎地使用。但有一点非常重要，即当用薄板作表面装饰处理时，为避免共振频率过多的一致，在设计和施工中注意将固定薄板的木筋之间给予不同的间距尺寸，使共振频率得以分散。对于不希望有薄板共振吸声作用的声学空间，表面处理就采用贴实的厚板。

3.4穿孔板共振吸声结构

经常利用穿孔板共振吸声结构来补足低频所需的吸声量。穿孔板吸声结构如图6a所示，板厚t，离刚性面距离d，如板上钻圆孔(也可开狭缝)，孔的半径为a，穿孔面积占板面积的比率(穿孔率)为p，则此穿孔共振结构的共振频率fr为

fr=co/2π√p/(t+16a)d(6)

式中表示共振频率有好几个参数可以调节，如板厚t，孔的半径a，穿孔率p以及板与刚性面的距离d。现在市场上有做好的不同穿孔率的穿孔板，可以选择不同的穿孔率和改变板与刚性面间距离d，来得到所需的共振频率。

需要注意的是穿孔板共振吸声峰的形状，它与共振结构系统的阻尼有关。见图6b，阻尼小时，共振峰较尖锐,阻尼大时共振峰较为平缓。一般宁可选择较为平缓的吸声特性，以避免过强的吸声频率选择性。板厚、孔径小，阻尼较大。微穿孔板的穿孔直径为08～1mm左右，所以阻尼大，吸收峰较为平缓，但因易积灰和不耐腐蚀，所以不少地方不宜采用。

一般穿孔板厚度不大于5mm，穿孔直径在6～10mm左右，这种情况下阻尼嫌小。要增加共振结构的阻尼，需要在穿孔附近增加吸声材料。参看图6c，当声波传播经过穿孔时，“声线”像流线那样在孔中和孔附近比较密集，那里的“流速”大，即声波的质点振动速度大，吸声材料产生最大的阻尼作用。我们很难将吸声材料填塞到一个个孔中，所以往往在板的前面或后面贴一层吸声材料(厚度为一个孔直径时效率最高)来增加共振吸声系统的阻尼，使吸收峰比较平缓。吸声材料在穿孔板后面时，只起到共振吸声的阻尼作用；若放在穿孔板前面，则同时兼有多孔性吸声材料的吸声功能。穿孔率p大于02时，一般不是共振吸声结构，仅仅作为多孔性吸声材料的“护面板”。

4.隔声材料

不透气的固体材料，对于空气中传播的声波都有隔声效果，隔声效果的好坏最根本的一点是取决于材料单位面积的质量。

参看图7，一个面积非常大的隔层，其单位面积质量为ms，当声波从左面垂直入射时，激发隔层作整体振动，此振动再向右面空间辐射声波。以单位面积考虑，透射到右面空间的声能与入射到隔层上的声能之比称透射系数τ。定义无限大隔层材料的传递损失(也称透射损失)tl：

tl=101g1/г(7)

上述简单情况下可计算得到传递损失近似为：

tl=20lgωms/2ρoco(db)(8)

式中ω=2πf为圆频率，ρ0、c0为空气的密度和声波传播速度。tl的大小表示材料的隔声能力。(8)式的一个重要特点，即材料单位面积质量增加一倍，则传递损失增加6db。这一隔声的基本规律称“质量定律”，也就是说隔声靠重量。所以像砖墙、水泥墙或厚钢板、铅板等单位面积质量大的材料，隔声效果都比较好。

(8)式也表明，单层隔声的高频隔声好，低频差。频率每提高一倍，传递损失就增加6db。

需要说明的是：传递损失tl是隔层面积为无限大时的理论“隔声量”，作为一垛墙或楼板，它都有边缘与其它建筑构件连接，这时的“隔声量”与(7)式所表示的传递损失有差别。既有因边缘接近于固定而增大隔声能力，也有作为边缘固定的板振动有一定的共振频率，使某些共振频率点上隔声效果降低的现象。而当作为两相邻房间之间的隔墙或楼板，因为两室之间有多条传声(或振动)通道，这两个房间之间的隔声量(只能称声级差)更不能以该隔层的传递损失来代表。

隔层材料在物理上有一定弹性，当声波入射时便激发振动在隔层内传播。当声波不是垂直入射，而是与隔层呈一角度θ入射时，声波波前依次到达隔层表面，而先到隔层的声波激发隔层内弯曲振动波沿隔层横向传播，若弯曲波传播速度与空气中声波渐次到达隔层表面的行进速度一致时，声波便加强弯曲波的振动，这一现象称吻合效应。这时弯曲波振动的辐度特别大，并向另一面空气中辐射声波的能量也特别大，从而降低隔声效果。产生吻合效应的频率fc为：

fc=co2/2πsin2θ[12ρ(1-σ2)/eh2]1/2(9)

式中ρ、σ、e分别为隔层材料的密度、泊松比和杨氏模量，h是隔层厚度。任意吻合频率fc与声波入射角θ有关。在大多数房间中的声场都接近于混响声场，到达隔层的入射角从0°到90°都有可能，因此吻合频率出现在从掠入射(θ=90°)的fc0开始的一个频率范围，也就是说吻合效应使某一频率范围的隔声效果变差。一般这一频率范围发生在中高频。从质量定律知道，中高频隔声量较大，除了内阻尼很小的金属板外，因吻合效应使中高频隔声量降低的现象，不会引起很大的麻烦。

5.双层隔声结构

根据质量定律，频率降低一半，传递损失要降6db；而要提高隔声效果时，质量增加一倍，传递损失增加6db。在这一定律支配下，若要显著地提高隔声能力，单靠增加隔层的质量，例如增加墙的厚度，显然不能行之有效，有时甚至是不可能的，如航空器上的隔声结构。这时解决的途径主要是采用双层以至多层隔声结构。

双层隔声结构模型见图8，单位面积质量分别为m1、m2，中间空气层厚度为l。双层结构的传递损失可以进行理论计算，结果比较复杂，在不同频率范围可以得到不同的简化表示，这里只作定性介绍。

两个隔层与中间空气层组成一个共振系统，共振频率为fr(m的单位为kg／m2，l的单位为m)：

fr=60/√m1m2l/(m1+m2)(10)

在此共振频率附近，隔声效果大为降低。不过对于重墙来说，此频率已低于可闻频率范围。例如m1为半砖墙250kg／m2，m2为一砖墙500kg／m2，空气层厚度05m，这时共振频率在7hz左右。

对于轻结构双层隔声，共振频率可能落在可闻频率范围内，例如两层铝板分别为52kg／m2和26kg／m2，中间空气层5cm，可计算出共振频率约为200hz。这时应在两板间填塞阻尼材料，以抑制板的振动。一般若用薄钢板做双层隔声结构时，钢板上都涂好阻尼层来抑制钢板的振动。

在共振频率fr以下，双层隔声的效果如同没有空气层的一层(m1＋m2)的隔声效果；在fr以上一段频率范围，双层隔声效果接近于两个单层隔声的传递损失之和；在更高的频率，当空气层厚度l为四分之一波长的奇数倍时，双层隔声效果相当于两个单层的传递损失之和再加6db，l为波长的偶数倍时，双层隔声效果相当于两个单层合在一起的传递损失再增加6db，在其它频率，传声损失在这两个值之间。所以在总体上，当频率大于fr时，双层隔声结构显著地提高了隔声效能。