CN111698598A - 一种无源降噪耳罩的设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种无源降噪耳罩的设计方法，属于无源降噪耳罩技术领域。本发明针对环境噪声频谱和听力保护要求，将现有的无源降噪耳罩定性设计转化为定量设计，对隔声材料、吸声材料的刚度、阻尼系数提出了量化要求，有效地控制无源降噪耳罩隔声指标，避免无源降噪耳罩设计与样品研制的工作循环，减少了工作量，提高设计效率，降低了成本。

Description

一种无源降噪耳罩的设计方法
技术领域
本发明涉及一种无源降噪耳罩的设计方法，属于无源降噪耳罩技术领域。
背景技术
目前无源降噪耳罩设计方案是定性地或主观经验选取一些隔声材料(如丁二烯—丙烯腈—苯乙烯组成的三元共聚物)作为耳罩壳体，定性地或主观经验选取一些软体网孔材料(如海绵)作为耳罩内的吸声材料。针对环境噪声频谱和听力保护要求，不能对隔声材料、吸声材料的刚度、阻尼系数提出量化要求，即无源降噪耳罩无法进行量化设计，出现设计→样品→测试→再设计→再样品→再测试等阶段工作循环，直至隔声指标测试合格，由于设计的无源降噪耳罩隔声指标难于控制，出现无源降噪耳罩设计与样品研制的工作循环，造成人力、财力和物力的浪费。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供一种无源降噪耳罩的设计方法，针对环境噪声频谱和听力保护要求，将现有的无源降噪耳罩定性设计转化为定量设计，有效地控制无源降噪耳罩隔声指标，提高设计效率，避免无源降噪耳罩设计与样品研制的工作循环。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种无源降噪耳罩的设计方法，所述耳罩为单罩杯结构，包括罩杯、吸声材料以及头弓(连接左右耳罩杯的弓形部件)；
所述设计方法的具体步骤如下：
步骤(1)：按照国家标准GBZ/T 189.8测量岗位噪声频谱值y(f)，f为隔声频率值(Hz)；
步骤(2)：确定参考谱值z(f)
若y(f)-a>0，则z(f)＝y(f)-a；若y(f)-85≤0，则z(f)＝0；其中，a为国家规定的岗位噪声限值；
步骤(3)：确定隔声设计谱值
采用公式(1)计算的谱值中比参考谱值大于等于3dB的作为隔声设计谱值；
Figure BDA0002516781710000021
式中，L为无源降噪耳罩隔声值，单位dB；f为隔声频率，单位Hz；ρ为空气密度，单位kg/m3；c为声波在空气中的传播速度，单位m/s；kr为罩杯刚度，单位N/m；mo为罩杯质量，单位kg，cr为罩杯阻尼，单位Ns/m，so为罩杯内表面积，单位m2；si为吸声材料内表面积，单位m2；vi为罩杯口与罩杯内部吸声材料之间的空间容积，单位m3；pt为罩杯与吸声材料之间的声压，单位N/m2；vo为罩杯容积，单位m3；mi为吸声材料质量，单位kg；kt为吸声材料刚度，单位N/m；ct为吸声材料阻尼，单位Ns/m；vt为罩杯内部吸声材料的体积(即vo-vi)，单位m3；po罩杯外部噪声声压，单位N/m2；pi为吸声材料与耳根部之间的空间声压，单位N/m2；
步骤(4)：如果无源降噪耳罩结构和材料属性参数确定，根据公式(1)则可计算隔声频谱；反之，公式(1)中有无数条隔声频谱，每条隔声频谱对应着一组无源降噪耳罩结构和材料属性参数，所以步骤(3)中获得的隔声设计谱值所对应的参数即为声学设计参数，从而选定耳罩材料和结构尺寸。
有益效果：
本发明与现有技术相比优势是：1.减少了工作量，不需多次筛选隔声材料与吸声材料；2.降低了成本，设计时针对环境噪声频谱和听力保护要求，对隔声材料、吸声材料的刚度、阻尼系数提出了量化要求，保证了隔声指标的实现，不会出现多次修改材料的情况；3.将现有的无源降噪耳罩定性设计转化为定量设计，有效地控制无源降噪耳罩隔声指标，提高设计效率，避免无源降噪耳罩设计的盲目性。
附图说明
图1为无源降噪耳罩的结构示意图。
图2为实施例1步骤(1)获得的岗位噪声频谱图。
图3为实施例1步骤(2)获得的岗位噪声对应的参考谱图。
图4为实施例1步骤(3)获得的隔声设计谱图。
图5为实施例1基于步骤(4)选定的耳罩材料和结构尺寸所设计的耳罩隔声谱图。
其中，1-罩杯，2-吸声材料，3-耳根部。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步阐述。
实施例1
一种无源降噪耳罩的设计方法，所述耳罩为单罩杯结构，包括罩杯1、吸声材料2以及头弓(连接左右耳罩杯的弓形部件)，如图1所示；耳罩材料属性参数和结构尺寸参数详见表1；
表1
Figure BDA0002516781710000031
所述设计方法的具体步骤如下：
步骤(1)：按照国家标准GBZ/T 189.8测量岗位噪声频谱值y(f)，获得的岗位噪声频谱图如图2所示；
步骤(2)：确定参考谱值z(f)
若y(f)-a>0，则z(f)＝y(f)-a；若y(f)-85≤0，则z(f)＝0；其中，a为国家规定的岗位噪声限值，a＝85，获得的参考谱图如图3所示；
步骤(3)：确定隔声设计谱值
采用公式(1)计算的谱值中比参考谱值大于等于3dB的作为隔声设计谱值，获得的隔声设计谱图如图4所示；
Figure BDA0002516781710000041
式中，L为无源降噪耳罩隔声值，单位dB；f为隔声频率，单位Hz；ρ为空气密度，单位kg/m3；c为声波在空气中的传播速度，单位m/s；其他参数详见表1；
步骤(4)：步骤(3)中获得的隔声设计谱值所对应的表1中的参数即为声学设计参数，从而选定耳罩材料和结构尺寸，基于此所设计的耳罩隔声频谱如图5所示，满足设计要求。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种无源降噪耳罩的设计方法，所述耳罩为单罩杯结构，包括罩杯、吸声材料以及头弓，其特征在于：所述设计方法的具体步骤如下，
步骤(1)：按照国家标准GBZ/T 189.8测量岗位噪声频谱值y(f)；
步骤(2)：确定参考谱值z(f)
若y(f)-a>0，则z(f)＝y(f)-a；若y(f)-85≤0，则z(f)＝0；其中，a为国家规定的岗位噪声限值；
步骤(3)：确定隔声设计谱值
采用公式(1)计算的谱值中比参考谱值大于等于3dB的作为隔声设计谱值；
Figure FDA0002516781700000011
式中，L为无源降噪耳罩隔声值，单位dB；f为隔声频率，单位Hz；ρ为空气密度，单位kg/m3；c为声波在空气中的传播速度，单位m/s；kr为罩杯刚度，单位N/m；mo为罩杯质量，单位kg，cr为罩杯阻尼，单位Ns/m，so为罩杯内表面积，单位m2；si为吸声材料内表面积，单位m2；vi为罩杯口与罩杯内部吸声材料之间的空间容积，单位m3；pt为罩杯与吸声材料之间的声压，单位N/m2；vo为罩杯容积，单位m3；mi为吸声材料质量，单位kg；kt为吸声材料刚度，单位N/m；ct为吸声材料阻尼，单位Ns/m；vt为罩杯内部吸声材料的体积，单位m3；po罩杯外部噪声声压，单位N/m2；pi为吸声材料与耳根部之间的空间声压，单位N/m2；
步骤(4)：步骤(3)中获得的隔声设计谱值所对应的参数即为声学设计参数，从而选定耳罩材料和结构尺寸。
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