将手放在运转中的冲压机机架上，在你意识到声音之前，就能感受到嗡嗡声。这种振动会沿着地基、厂房地面和钢梁传播，有时只有在远离机器的办公室里才能再次听到。本文将解释为什么仅靠隔音罩往往效果不佳，以及如何追踪噪音的实际传播路径。

生产车间内，结构噪声和空气噪声分别通过哪些路径传播？

机器运转时的嗡嗡声是由两种传播途径造成的：结构噪声和空气噪声，这两种噪声在生产车间内的表现截然不同。空气噪声直接从机器传播到人耳。而结构噪声则需要通过钢材、混凝土和管道等结构才能传播，通常只有在数米之外才能听到。

任何降噪措施的关键都在于确定工作场所中主要的噪声传播路径。本文将解释结构噪声和空气噪声，并通过表格对二者进行比较，并说明可以采取哪些措施来阻断每条噪声传播路径。最后，您将学习如何在现场确定主要的噪声传播路径。

一个噪声问题，两条传输路径

每台运转中的机器都会同时以两种方式产生振动。一部分振动直接激发周围空气，以声压的形式传入人耳；另一部分振动则通过机器的支脚、地基和连接件传递到建筑结构中。哪种振动占主导地位取决于机器本身、其安装方式以及建筑物的类型，而且从外部通常难以分辨。然而，利用测量技术可以清晰地区分结构噪声和空气噪声。

Sta Group团队在生产车间进行测量时反复遇到同样的问题。即使安装了新的隔音设施，相邻工作站的噪声水平也几乎没有降低。原因通常在于规划阶段无人考虑的第二条传播路径。只有分别分析结构噪声和空气噪声，才能确定需要采取哪些纠正措施。

结构声：固体材料中的振动

结构性噪声是指通过固体材料传播的声音，例如钢梁、混凝土楼板、铸铁外壳或管道。在低频情况下，你会感觉到手脚的振动。这种声音只有当物体表面振动并将振动传递到空气中时才能被听到。例如，锤子敲击钢梁的声音通常会传到大厅的另一端。

在生产过程中，只要结构受到间歇性或周期性的力作用，几乎不可避免地会产生噪声。这包括冲压机的冲击、风扇叶轮的不平衡、液压管路中的压力脉动，或刚性安装在钢平台上的泵。能量并非通过空气散失，而是通过机器的支脚和连接件散失。因此，为了控制运行中的结构噪声和空气噪声，除了机器本身之外，还必须考虑与其相连的所有部件。

纵波、横波和弯曲波

在固体中，纵波以压力波的形式传播，横波以剪切波的形式传播。薄片、薄板和细梁会将纵波和横波耦合形成弯曲波，此时物体的偏转方向垂直于其表面。弯曲波携带了大部分能量，是物体向空气中辐射声的主要原因。

此时，结构噪声和空气噪声相互融合。此外，弯曲波的传播速度取决于频率，而空气中不存在这种效应。

结构噪声的频率范围

对于结构噪声系统的设计而言，频率范围和激励方式至关重要。从声学角度来看，可听频谱大致范围在20 Hz至20 kHz之间，而在机械噪声抑制中，100 Hz至1.000 Hz之间的频率通常是主要关注点。

低频通常被称为冲击和振动，而高于人耳听觉范围的频谱则延伸至超声波，超声波专门用于材料测试和轴承状态监测。频率越低，弹性轴承必须越软才能吸收它。

生产过程中空气噪声的来源是什么？

空气传播的声音是由空气中的压力波动引起的，在20摄氏度下，这种波动以大约每秒343米的速度从声源向各个方向呈球形传播。它可以直接到达耳朵，也可以通过墙壁、天花板和邻近设备的反射到达耳朵。每一个接缝、每一处电缆穿墙点和每一扇敞开的门都成为了空气传播的通道。由于住宅建筑的撞击声源于建筑结构内部，因此即使它以空气传播的方式到达楼下的房间，声学上也将其归类为结构传播声。

有效抑制此类声音的主要是隔振层的质量和密度，以及能够减弱反射的吸声表面。然而，工作场所的麦克风始终会捕捉到总声音。​​这包括结构噪声和空气噪声，因为附近的振动部件也会将声音辐射到室内空气中。因此，仅凭 dB(A) 测量无法确定哪种传播途径占主导地位。

机器上常见的空气噪声源

尽管几乎每台机器都会同时产生结构噪声和空气噪声，但以下几种噪声源主要直接将能量释放到空气中：

• 压缩空气 在排气喷嘴、阀门和泄压口处
• 风扇和排气系统 伴有流动和旋转噪音
• 分离过程 例如锯切、等离子切割或水刀切割
• 工具接触 在铣削、研磨和去毛刺过程中
• 进气口和排气口在流体与边缘相交的地方

可以通过封装、消音器和屏蔽来对抗这些声源，这些装置应尽可能靠近声源点放置。

结构噪声与空气噪声的直接比较

空气传播噪声和结构传播噪声究竟有哪些区别？最显著的区别在于传播介质、传播速度和阻尼特性。以下概述将比较结构传播噪声和空气传播噪声最重要的特征：

对比中最引人注目的是什么？是显示距离衰减的曲线。由于钢材的内部阻尼非常低，梁的振动在数米范围内几乎不会损失能量。而空气传播的声音则会在整个房间内扩散，并被吸音材料进一步衰减。

这意味着结构噪声和空气噪声在传播范围上也存在根本差异。你需要屏蔽空气噪声，而阻隔结构噪声。大厅的每一项设计都基于这种差异。

结构噪声在钢结构和地基中传播的距离有多远？

结构噪声的传播距离通常比从机器外观上看到的要远得多。钢梁、厂房支撑、平台、管道和通风管道等刚性连接处，会将振动传递到数米之外。因此，即使控制室内部没有机器运行，但如果它永久固定在工厂的钢平台上，也可能成为噪声源。

同样的情况也适用于直接位于振动平台上的办公空间和主管办公室。如果没有伸缩缝阻隔，基础也会将振动传递到大厅地面。因此，必须对整个钢结构进行分析。

当金属薄板表面变成扬声器

在大面积金属薄板上，结构噪声会产生空气传播噪声，其强度有时甚至超过声源的直达声。此时，由薄金属板制成的盖板、防护罩、管道壁和隔板就如同扬声器的振膜一样。

面板在高于其所谓截止频率时，对声音的辐射尤为有效；对于4毫米厚的钢板，该值约为3.000赫兹。因此，没有隔振或阻尼措施的覆层反而会放大噪音，而不是降低噪音。

反过来

反之，入射的空气传播噪声会激发薄壁建筑构件产生结构传播噪声。舱室或围护结构的墙壁会随之振动，并将声音传递到另一侧。

如果这些构件与大厅地面或相邻结构刚性连接，就会形成声桥，使声音绕过隔墙本身​​。专家称之为侧向传播，这会显著降低高质量隔墙的优势。因此，对于每面隔墙，都必须同时考虑结构声和空气声。

为什么仅仅一个围栏往​​往是不够的

一个典型的实际案例：一台液压动力单元被安装在一个带有厚重密实墙壁和吸音内衬的新外壳中。那么，为什么相邻工作站的噪音水平下降幅度远低于预期呢？外壳与动力单元位于同一地基上，管道穿孔处也用螺栓牢固固定。结构噪声通过地板和管道绕过了墙壁。

因此，人们投入大量资金建造的墙体只能部分发挥其作用。墙体的质量、气密性和吸音内表面仍然是对抗空气传播噪音的关键。隔音材料可以阻挡声音，而吸音材料则可以防止声音在建筑物内放大。我们关于隔音与吸音的文章详细解释了这两种原理之间的具体区别。

为了使设计良好的机器外壳发挥最大效用，必须阻断声音在结构中的传播路径。因此，同一台机器的结构噪声和空气噪声需要不同的解决方案。针对结构噪声，需要采用不同的方法：

• 弹性轴承 减振器位于机器的弹簧或弹性体元件上。它仅在激励频率高于所安装系统固有频率的1,4倍（√2）时才有效。低于此频率时，它甚至会放大振动。
• 外壳解耦 从机器基础开始，使墙壁和屋顶不与振动机器接触。
• 弹性垫片 例如管道、液压管路和通道上的补偿器或软管。
• 阻尼垫 在大面积金属板上，可以减弱整流罩和引擎盖的嗡嗡声。
• 地基伸缩缝当像印刷机这样的高刺激性机器拥有自己的底座时。

如果从一开始就将结构噪声和空气噪声结合起来考虑，许多方面可以直接集成到隔音罩中，例如使用弹性底座和阻尼金属板。因此，我们在规划机器隔音罩时，始终会结合机器的安装、连接方式以及放置机器的地面情况。压缩空气站面临着其特有的挑战，这些挑战在关于压缩机噪声源的文章中有详细描述。

确定现场的主要传输路径

在提出任何措施之前，我们会分别测量结构噪声和空气噪声。麦克风用于采集工作站处的声音，同时加速度计用于记录机器底座、地基、钢结构和管道处的振动。为了明确各个声源的贡献比例，我们会将系统关闭时的测量结果与系统单独运行时的测量结果进行比较。

频率分析是对原始噪声水平值的补充。如果地基和工作场所的频谱中出现相同的峰值，则清楚地表明噪声源自建筑结构。

测量值的比值决定了是否需要增加质量、进行解耦，或者两者都需要。通常，工作场所的结构噪声和空气噪声分布与单个机器的噪声水平所显示的分布截然不同。一台相对安静的钢制平台上的设备，对控制室的干扰可能比一台噪音巨大的独立式压力机更大。

为了做好施工准备，我们使用3D扫描仪对施工环境进行数字化扫描。管道走向、支架和连接件的位置都能在3D CAD模型中精确定位到毫米级，从而确保在设计阶段就能正确布置解耦装置、弹性底座和穿透点。这样一来，我们的安装人员就无需在现场进行临时调整。

关于工业中结构噪声和空气噪声的结论

结构噪声和空气噪声是同一种机器噪声的两个方面，只能采用不同的方法进行控制。空气噪声需要质量、密度和吸声，而结构噪声则需要解耦和阻尼。最有效的解决方案是从一开始就将这两种方法结合起来规划。

我们的工程师为结构噪声和空气噪声项目提供全方位支持，从初始测量到最终验收。我们拥有自己的安装团队，负责系统的设计、制造和安装。想知道您建筑物中哪种噪声传播途径占主导地位吗？请联系我们，我们很乐意进行现场测量。