低频振动噪声源探测技术探讨 曹乐辉

——曹乐辉（中南院·物探测试研究中心）Email：[e-mail]主要内容1前言2基本概念与噪声源探测的基本思路3探测成果及分析4结束语1前言某抽水蓄能电站由上水库、下水库和引水发电系统3大建筑物组成，引水发电系统建筑物由引水洞（2个）、地下厂房、主变洞、尾水洞等组成，于2009年6月首台机组抽水和并网发电。该电站在上、下水库之间山体的山坡上散落有未搬迁的居民，据反映，在电站机组抽水和发电时段，山坡上部分地段和部分民居不断有低音量嗡嗡噪声，尤其是夜间，低音量的嗡嗡噪声已影响到居民的生活秩序和生活环境，给他们带来了不小的烦恼。电厂要求查明噪声的主要来源和可能的影响范围，为下一步的处理方案及具体实施提供依据。概念：声音是由物体机械振动引起的，正在发声的物体叫做声源，振动传播的现象称为波动；声音是一种波动，它在传播过程中具有衰减和吸收特性；人们把不愿听到的声音称为噪声。噪声的主要特点及表示方法：一是具有一定强度，用声压表示；二是具有不同频率成分，用频谱表示。2基本概念与噪声源探测的基本思路»2.1基本概念考虑到人们从听到至听不到的声压变化范围太大（2×10-5Pa～数百上千Pa），表示不便，引入了一种称之为声压级的对数表示方法，而将用A计权网络测量得到的声压级，叫A声级，它能较好地反映人耳对噪声的强度和频率的主观感觉。倍频程是指上限频率f2比下限频率f1高1倍；一般地，f2/f1=2n（n可为整数或分数），称n=1为1倍频程（简称倍频程）、n=1/3为1/3倍频程；中心频率fo=（f1×f2）1/2。国际标准化组织（ISO）对倍频程中心频率（如：31.5Hz、63Hz、125Hz、250Hz和500Hz等）和1/3倍频程中心频率做出了具体的规定（如：16Hz、20Hz、25Hz、31.5Hz、40Hz、50Hz、63Hz、80Hz、100Hz、125Hz、160Hz、200Hz、250Hz、320Hz、400Hz和500Hz等）。»2.1基本概念2基本概念与噪声源探测的基本思路»2.2噪声源探测的基本思路和方法第一步，测出可能噪声源的频谱特性（人耳感觉），再测出实际受影响地段噪声的频谱特性，通过比较，分析两者是否存在一致性？若频谱不存在一致可比性，则可直接否定其为噪声源，反之就可以初步认定。第二步，在频谱可比的基础上，测试待定噪声源及一定范围内测点的振动加速度（振源特性考虑），通过统计回归做相关分析计算，研究其是否遵循某一衰减规律，再在振源特性可类比的情况下，分析实测振动加速度值与哪种可能噪声源的预测值吻合性更好，即比较相关系数的大小。一般地，当相关系数大于0.8时认为相关性较强，否则认为相关性很差或不具实际意义。2基本概念与噪声源探测的基本思路第三步：在分析可能噪声源的基础上，先在地下厂房内测量出机组运行前、后A声级和倍频带声压级的背景值和噪音值，重点分析频谱特性，再在山顶典型民居室内外和野外地面散点测量出机组运行前、后的背景值和噪音值，在充分比较它们的频谱特性后，对噪声1/3倍频程振动加速度级进行测量，分析噪声振动传播的衰减规律以及各可能噪声源的相关程度，最后做出是否为主要噪声声源的判断。»2.2噪声源探测的基本思路和方法2基本概念与噪声源探测的基本思路»2.3观测点位选择和主要观测参数测点位置：在电站地下厂房、水轮机层、交通洞、排水廊道、山顶典型民房室内外和山顶野外地面等位置选择布置适量观测点（各观测点位均做好标记并及时测量三维坐标，以确保观测点位置重合，方便数据对比分析）。观测参数：主要包括A声级、倍频带声压级Lp和1/3倍频程振动加速度级La。观测点数量位置厂房区居民区山顶地面散点合计编号C01～C15J01～J24S01～S32数量（个）152432712基本概念与噪声源探测的基本思路图1测点布置示意»2.3观测点位选择和主要观测参数2基本概念与噪声源探测的基本思路表1地下厂房声环境质量频谱特性表工况位置超标频段（Hz）声环境质量频谱特性峰值频率（Hz）峰值声压级差（dB）1#机组抽水厂房C01125～250低频12518.7C02125～250低频25010.0C03125～250低频2507.5水轮机层C06125～250,2k低频、高频25019.7C07125～250低频25020.0C08125～1k宽带12510.0交通洞C04125～250低频12516.7C05125,1k～8k低频，高频8k3.43探测成果及分析»3.1噪声频谱特性及主要噪声源初步分析表1（续）工况位置超标频段（Hz）声环境质量频谱特性峰值频率（Hz）峰值声压级差（dB）1#机组抽水上层排水廊道C10125～250低频25010.2C11125～250低频2506.5C12125～250低频2509.5中层排水廊道C13125～250低频25027.3C14250低频25032.9C15250低频25022.41#机组发电水轮机层C06125～1k宽带12525.5C07125,500～1k低频，宽带12521.8»3.1噪声频谱特性及主要噪声源初步分析3探测成果及分析表1的结果表明，当机组抽水运行时，影响厂房、水轮机层、上/中层排水廊道各测点以及交通洞内绝大多数测点的声环境质量主要呈低频特性（倍频程中心频率为125Hz～250Hz）且峰值声压级差大于5dB，分析主要噪声源来自机组系统。在机组发电运行时，影响水轮机层内2测点的声环境质量主要呈低频和宽带特性且峰值声压级差大于5dB，分析主要噪声源来自机组系统。»3.1噪声频谱特性及主要噪声源初步分析3探测成果及分析»3.1噪声频谱特性及主要噪声源初步分析表2部分民居室内和野外散点声环境质量频谱特性表测点超标频段（Hz）声环境质量频谱特性峰值频率(Hz)峰值声压级差(dB)房屋结构类型测试地点J01250～8K宽带4K11砖混楼梯间J02125,1K～8K低频,高频4K7.7卧室J05500～8K宽带2K17.4毛石土坯卫生间J061K～8K高频4K15.3卧室J09125,500～8K低频,宽带4K11.2砖混卧室J10125,500,4K低频,中频,高频12538.2卫生间3探测成果及分析»3.1噪声频谱特性及主要噪声源初步分析表2（续）测点超标频段（Hz）声环境质量频谱特性峰值频率(Hz)峰值声压级差(dB)房屋结构类型测试地点J131K～8K高频4K3.6毛石土坯卧室J142K～8K高频4K2.7堂屋J17500～2K宽带2K7.4卧室J181K～8K高频2K7.9堂屋J211K～8K高频4K-6.6砖混卧室J22125,1K～8K低频,高频8K-4.7厨房3探测成果及分析表2的结果说明，影响民居室内J01、J02、J09、J10和J22共5个测点的声环境质量中含有低频特性成分，这种低频特性与厂房测试结果比较一致，因此，初步推断低频噪声源与机组运行有关，但也有部分室内测点声环境质量主要呈高频和宽带特性，分析主要噪声源为外界自然环境噪声，它们与机组系统运行基本无关。分析认为，民居室内声环境质量不仅仅取决于噪声源特性和传播距离，还与民居的房屋结构、空间大小、位置及基础地质条件（如覆盖层厚度）等有关。»3.1噪声频谱特性及主要噪声源初步分析3探测成果及分析»3.1噪声频谱特性及主要噪声源初步分析表3野外散点声环境质量频谱特性表测点超标频段(Hz)室内声环境质量频谱特性峰值频率(Hz)峰值声压级差(dB)S044K～8K高频4K25.4S051K～8K高频4K7.4S061K～8K高频,4K11.6S072K～8K高频8K8.8S084K～8K高频4K15.3S091K～8K高频4K9.5S12125,1K～8K低频,高频4K2.3S131K～8K高频4K1.5S14125,1K～8K低频,高频2K-0.7S15125,1K～8K低频,高频8K0.33探测成果及分析»3.1噪声频谱特性及主要噪声源初步分析表3（续）测点超标频段(Hz)室内声环境质量频谱特性峰值频率(Hz)峰值声压级差(dB)S231K～2K高频1K25.3S244K～8K高频8K29.9S25500～1K宽带1K26.7S261K～8K高频2K9.9S274K～8K高频8K20.6S282K～8K高频8K16.2S291K～8K高频4K14.2S302K～8K高频4K28.1S312K～8k高频8K22S322K～8K高频4K103探测成果及分析表3的结果表明，山顶野外地面散点噪声频谱比较复杂，仅在位于厂房山顶附近的S12、S14和S15等3个散点中含有与厂房测试结果比较一致的低频特性成分，且低频超标频带的声压级差大于5dB，但大多数测点，包括流道（引水隧洞）上方及附近测点的声环境质量主要呈高频特性，可以判断其噪声主要为自然环境噪声。综合分析认为，机组运行应是山顶野外地面散点低频噪声的主要噪声源，而流道对山顶野外地面低频噪声的贡献是有限的。»3.1噪声频谱特性及主要噪声源初步分析3探测成果及分析»3.2低频噪声振动测量与衰减规律图2地下厂房及进厂交通洞内标准测点1/3倍频程振动加速度级测量结果比较图噪声值80~100Hz背景值背景值噪声值02040600501001502002501/3倍频带中心频率（Hz）振动加速度级La(dB)C01/20mC02/50mC03/100mC04/200mC05/400m最大振动分频带0204060801000501001502002501/3倍频带中心频率（Hz）振动加速度级La(dB)C01/20mC02/50mC03/100mC04/200mC05/400m噪声值背景值80~100HZ3探测成果及分析图2的观测成果说明，背景值（机组未运行时观测）的振动频率基本无规律，振动加速度级一般较小，为10dB～60dB；而机组抽水运行时观测的噪声值却增大明显，一般为20dB～90dB，最大分频振动加速度的主频在80Hz～100Hz左右，且振动加速度级增大显著，增大幅度在40dB左右；在40Hz内整体变化较小，为12dB～43dB，且随频程增加和距离增大而减小，在40Hz～100Hz内变化较大，为20dB～93dB，且随频程增加和距离减小而增大，在125Hz～250Hz内变化相对减弱，为39dB～84dB，且随距离和频程增大而减小。分析说明，随着振源距离和频程的增加，振动加速度级会衰减，高频成分也会被吸收，故判断振动信号传播是遵循某一衰减规律的。»3.2低频噪声振动测量与衰减规律3探测成果及分析地下厂房区其它测点地下厂房区其它测点山顶民居室内测点山顶民居室内测点山顶地面野外散点山顶地面野外散点»3.2低频噪声振动测量与衰减规律01020304050600501001502002501/3倍频带中心频率（Hz）振动加速度级La（dB）C06/5mC07/23mC13/45mC14/48mC08/54mC15/60mC10/63mC11/65mC12/75mC09/208m最大振动分频带01020304050607080901001100501001502002501/3倍频带中心频率（Hz）振动加速度级La（dB）C06/5mC07/23mC13/45mC14/48mC08/54mC15/60mC10/63mC11/65mC12/75mC09/208m最大振动分频带010203040506070800501001502002501/3倍频带中心频率（Hz）振动加速度级La(dB)J01/300mJ02/300mJ05/365mJ06/365mJ09/492mJ10/492mJ21/484mJ22/484mJ17/501mJ18/501mJ13/516mJ14/516m010203040500501001502002501/3倍频带中心频率（Hz）振动加速度级La（dB）S12/265mS13/266mS14/267mS15/424mS09/450mS23/454mS04/459mS05/469mS06/474mS07