2023年5月3日 星期三

發電機百葉及消音箱及噪音與距離的關係

 

 



 





聲音強度會隨著距離平方而變小,這是物理學上典型的「平方反比定律」(inverse square law)。根據這項定律,音源的音量會隨著距離每增加一倍而減少 6 分貝。例如,距離音源 1 公尺的音量為 90 分貝,而 2 公尺處的音量就會下降至 84 分貝;等到距離音源 32 公尺處時,只剩下 60 分貝,大概是正常交談時的音量。以一個身高 160 公分的人來估算,如果步幅是 60 公分,差不多就是 53 步之遙(3200 / 60 ≈ 53.3)。不過,前提是周遭寂靜無聲,外加剛好這麼巧,在這段距離中也沒有任何有形物體的阻擋。所以,這就是為什麼故事中的大魔王總是在伸出魔爪之際,敢囂張地和公主說:「你儘管叫破喉嚨吧……沒有人會來救你的!」確實如此,如果沒有人近在咫尺,就算喊得再大聲,也很難被聽見啊!

公主聽到大魔王說:「你儘管叫破喉嚨吧……沒有人會來救你的!」公主連忙大叫:「破喉嚨!」你覺得「沒有人」聽得到嗎? 圖/作者提供

「獅吼」遇上背景噪音,還是可能沒轍

訊噪比(signal-to-noise ratio, SNR),也就是聲音訊號與噪音之間的落差,通常是用來檢視一個環境是否有利於聆聽的數值之一。當訊噪比越高,代表語音清晰度越佳。值得注意的是,隨著聽力損失程度越重,需要的訊噪比也越高,才能達到相同的聽辨能力。

一般來說,正常聽力者在訊噪比值為 0 分貝時(聲音訊號和噪音音量相同),能達到九成以上的正確聽辨能力,但在訊噪比值為 -3 分貝時(聲音訊號略低於噪音音量 3 分貝),僅有八成聽辨能力,到訊噪比值為 -6 分貝時(聲音訊號低於噪音音量 6 分貝),更是僅剩七成聽辨能力[1]。這也就是為什麼有時候,我們已經覺得自己講話的音量已經頂天,對方還是「蛤?」個不停,原因很可能就是環境太吵,以至於訊噪比值過低所致,所以,換個安靜點的環境再暢所欲言吧!


若是在人聲鼎沸外加音樂強力放送的餐廳,除非你能一直保持和背景噪音一樣大聲的音量,不然,聲音訊息肯定淹沒在沸沸揚揚的音浪中!圖/Pexels

忽略對方的聽力需求,依舊可能聽嘸

在人口已邁入超速老化的臺灣,老年人的聽力損失,是你我不可不正視的議題。事實上,老年失聰(presbycusis)是一種老化的自然生理現象,主要是因為內耳毛細胞與聽神經組織退化所引起。這類聽力損失的發生,通常具有漸進性、進行性和雙側性的特性。一開始主要影響較高頻率的訊息接收,再逐步演變為接收較低頻率的訊息也有困難[2][3]




這也就是什麼當忘記帶鑰匙,狂按門鈴兼打室內電話,家中長輩在家,卻可能依然沒聽見、沒來開門,因為這類尖銳的聲音都屬於較為高頻的聲音,對於有聽力退化的長者而言,察覺不易。因此,若能了解這類長者在接收高頻聲音開始退化的聽力需求,適度提高一點音量(但不是尖叫)、降低音調、講話速度適中,更能幫助對方聆聽訊息。  

比大聲更重要的事──善用溝通修補策略

當空氣的氣流通過聲帶時,會讓聲帶產生黏膜波動,進而將通過的氣流轉換成空氣的疏密波,也就是我們說話的聲波。每個人的聲波特質不同,所以又有人將聲音喻為第二張臉。儘管聲音悅不悅耳,個人主觀感受的成份頗高,但實際上,聲帶黏膜若是柔軟且均勻,相對比較不容易破鑼嗓子,聲音也就較為悅耳。所以,為了避免讓我們的第二張臉因為拉高音量而沙啞、燒聲,在了解以上針對距離、背景噪音和個人聽力需求與聲音之間的關係討論後,面對現實生活中無可避免的溝通中斷時,就能善用溝通修補策略,如:訊息遺漏的地方,及時與對方澄清,請對方重複、換句話說、換個方式等,都能讓彼此溝通更順暢[4]      





發電機有沒有負載之下其排煙噪音值相差約 5-10 分貝,主要噪音發生頻率在:(轉速/60)x(汽缸數/2)Hz,其大小可由圖三判斷出來。另外一般若需要二個排放型消音器串聯以降低更多噪音,其組合方式為一個為降低低頻的反應型消音器,一個為吸收高頻音的吸收型消音器。前者可置於隔音罩之內,後者可置於隔音罩之外以節省空間。



https://www.noise.com.tw/--------------------1.html

2.沒有 RC 機房的防音:


            由於部份發電機並沒有放置於 RC 機房內,或發電機置於大機房內,     此時需要設置隔音罩,發電機可使用完整隔音罩,其內容包含: 


  • 進出隔音門 : 設置與效果同前。


  • 隔(吸)音牆板 : 以鍍鋅鋼板與沖孔鍍鋅鋼板組成隔吸音板來當成隔音罩的牆板。


  • 通風消音箱 : 併下節討論。   ​

​​

    (二) 空氣進、出口的噪音改善: 


        1. 說明: 


​            空氣的開口一般需要做消音處理,否則聲音便從開口逸出,使整體的防音效果大打折扣,所以會設置消音箱 ( 或消音百葉 ) 。空氣的一般開口可分成空氣進氣口與空氣排出口二部分,其中空氣進氣口(intake outlet) 因為聲音與氣流反向 ( 聲音的流向與空氣的流向相反 ) 較之空氣排出口 ( discharge outlet ) 的噪音來的小些 ( 因為其噪音與空氣流向同方向 ) ,約低了 4-7 分貝之間。


        2. 使用消音箱或消音百葉長度:


 ​           一般消音箱的長度從 90-300cm 的長度,所以其隔音量約為 25-50 分 貝(500Hz),消音百葉長度約為30-60cm之間,隔音量約為10-25分貝 (500Hz)。消音箱與消音百葉內含多片消音閘板,其中閘板的選用需考量發電機的頻率特性與其要求距離衰減大小,最好能經過試算來選取合適的消音箱與消音百葉。


        3. 消音箱(消音百葉)的開口面積: 


 ​           消音箱或消音百葉的開口選取係採用流量與流速來決定,亦即發電機的進氣量 Q (cms) 是一開始我們就可以從廠商那邊得到的資料 ( 若廠商無法提供資料,亦可由圖二得知 ) 。一般進氣的面速度為 V=3m/s,所以需要的開口面積即很容易算出 A=Q/V。如此我們可以決定開口的面積與大小。此即為需要的消音百葉 ( 或消音箱 ) 開口面積。並從需要的隔音量來決定採用消音箱或消音百葉與其長度。一般各公司對發電機廠房外的噪音值因為發電機廠房外的用途不同,而有不同的噪音要求,一般工業區外的噪音可要求在廠房周界 70 分貝 ( 依噪音管制標準規定 ) 。


        4.消音箱壓損:


            過大的壓損會讓發電機的風扇負荷過大,或造成進氣量的不足,使發電機跳機,所以壓損的計算需要相當小心,並且需要尋求發電機廠商的協助,並告知設計單位發電機所能承受的壓損大小。根據筆者多年的經驗,與洽詢各發電機廠商的資料發現,一般壓損在 100Pa 以下都是可以接受的範圍內。而壓損的計算方式如下:P=kV2 ,其中 P 為壓損,單位為 pa,V 為進氣或出氣速度,以面速度表示(m/s)。k 為壓損係數,一般皆由實驗室得來,大部分的消音箱製造廠商皆可提供其 k 值或壓損值。表二、表三為相關消音箱、消音百葉的插入損失資料,而表四為消音箱的壓損係數的資料。

表二:消音箱的插入損失





























三、發電機的改善實例


舉例:一台 250kw 的柴油發電機,設計其噪音改善方法:


若需要做到一公尺外的噪音為 65 分貝,設計的方法如表五:



環協工程顧問有限公司
     



電話:04-23584334 傳真:04-23584500 
































3. 從引擎排放口 ( 排煙口 ) 








        








說明:

1. 聲功率 Lw 與聲壓位準 Lp 的差別


  • 聲功率是聲音的能量(Sound Power),不因距離、環境而改變,聲壓位準(Sound Pressure)是壓力,會因距離、環境而有不同的值。所以離發電機1m處的噪音值大於7m處的噪音值。


2. 一般發電機的噪音值


  • 可參考各引擎公司提供的的資料。

​​

3. 發電機的距離衰減


  • Lp=Lw-20logr-8;半自由音場下,聲功率 Lw 與聲壓位準 Lp 的關係,此 需特別注意近音場(near field)的干擾。


4. A 加權的修正意義


  • 目前全世界幾乎都以 A 加權來計算噪音值,它代表在不同頻率下。    (63,125,250… ) 聲音有不同的加權值。( -26,-16,-9… )  一般不加權的狀態下為 Lp (Linear) 或 dBL,當採 A 加權後以 Lp (A) 或 dBA 表示之。  

            2.沒有 RC 機房的防音:


                由於部份發電機並沒有放置於 RC 機房內,或發電機置於大機房內,     此時需要設置隔音罩,發電機可使用完整隔音罩,其內容包含: 


    • 進出隔音門 : 設置與效果同前。


    • 隔(吸)音牆板 : 以鍍鋅鋼板與沖孔鍍鋅鋼板組成隔吸音板來當成隔音罩的牆板。


    • 通風消音箱 : 併下節討論。   ​

    ​​

        (二) 空氣進、出口的噪音改善: 


            1. 說明: 


    ​            空氣的開口一般需要做消音處理,否則聲音便從開口逸出,使整體的防音效果大打折扣,所以會設置消音箱 ( 或消音百葉 ) 。空氣的一般開口可分成空氣進氣口與空氣排出口二部分,其中空氣進氣口(intake outlet) 因為聲音與氣流反向 ( 聲音的流向與空氣的流向相反 ) 較之空氣排出口 ( discharge outlet ) 的噪音來的小些 ( 因為其噪音與空氣流向同方向 ) ,約低了 4-7 分貝之間。


            2. 使用消音箱或消音百葉長度:


     ​           一般消音箱的長度從 90-300cm 的長度,所以其隔音量約為 25-50 分 貝(500Hz),消音百葉長度約為30-60cm之間,隔音量約為10-25分貝 (500Hz)。消音箱與消音百葉內含多片消音閘板,其中閘板的選用需考量發電機的頻率特性與其要求距離衰減大小,最好能經過試算來選取合適的消音箱與消音百葉。


            3. 消音箱(消音百葉)的開口面積: 


     ​           消音箱或消音百葉的開口選取係採用流量與流速來決定,亦即發電機的進氣量 Q (cms) 是一開始我們就可以從廠商那邊得到的資料 ( 若廠商無法提供資料,亦可由圖二得知 ) 。一般進氣的面速度為 V=3m/s,所以需要的開口面積即很容易算出 A=Q/V。如此我們可以決定開口的面積與大小。此即為需要的消音百葉 ( 或消音箱 ) 開口面積。並從需要的隔音量來決定採用消音箱或消音百葉與其長度。一般各公司對發電機廠房外的噪音值因為發電機廠房外的用途不同,而有不同的噪音要求,一般工業區外的噪音可要求在廠房周界 70 分貝 ( 依噪音管制標準規定 ) 。


            4.消音箱壓損:


                過大的壓損會讓發電機的風扇負荷過大,或造成進氣量的不足,使發電機跳機,所以壓損的計算需要相當小心,並且需要尋求發電機廠商的協助,並告知設計單位發電機所能承受的壓損大小。根據筆者多年的經驗,與洽詢各發電機廠商的資料發現,一般壓損在 100Pa 以下都是可以接受的範圍內。而壓損的計算方式如下:P=kV2 ,其中 P 為壓損,單位為 pa,V 為進氣或出氣速度,以面速度表示(m/s)。k 為壓損係數,一般皆由實驗室得來,大部分的消音箱製造廠商皆可提供其 k 值或壓損值。表二、表三為相關消音箱、消音百葉的插入損失資料,而表四為消音箱的壓損係數的資料。




    ​                          表二:消音箱的插入損失​​

    三、發電機的改善實例


    舉例:一台 250kw 的柴油發電機,設計其噪音改善方法:


    若需要做到一公尺外的噪音為 65 分貝,設計的方法如表五:


    3. 從引擎排放口 ( 排煙口 ) 


            發電機有沒有負載之下其排煙噪音值相差約 5-10 分貝,主要噪音發生頻率在:(轉速/60)x(汽缸數/2)Hz,其大小可由圖三判斷出來。另外一般若需要二個排放型消音器串聯以降低更多噪音,其組合方式為一個為降低低頻的反應型消音器,一個為吸收高頻音的吸收型消音器。前者可置於隔音罩之內,後者可置於隔音罩之外以節省空間。






    說明:

    1. 聲功率 Lw 與聲壓位準 Lp 的差別


    • 聲功率是聲音的能量(Sound Power),不因距離、環境而改變,聲壓位準(Sound Pressure)是壓力,會因距離、環境而有不同的值。所以離發電機1m處的噪音值大於7m處的噪音值。


    2. 一般發電機的噪音值


    • 可參考各引擎公司提供的的資料。

    ​​

    3. 發電機的距離衰減


    • Lp=Lw-20logr-8;半自由音場下,聲功率 Lw 與聲壓位準 Lp 的關係,此 需特別注意近音場(near field)的干擾。


    4. A 加權的修正意義


    • 目前全世界幾乎都以 A 加權來計算噪音值,它代表在不同頻率下。    (63,125,250… ) 聲音有不同的加權值。( -26,-16,-9… )  一般不加權的狀態下為 Lp (Linear) 或 dBL,當採 A 加權後以 Lp (A) 或 dBA 表示之。





    • 引擎回壓有芬汽油柴油嗎?

      「引擎回壓」本身不是燃料種類(所以沒有「芬汽油」或「芬柴油」這種東西),而是指引擎排氣系統內的壓力反作用現象

      簡單說明如下:

      一、什麼是「引擎回壓」

      當引擎燃燒後的廢氣經由排氣管排出時,如果排氣管太長、太細、或有太多彎曲、阻尼(例如消音器、觸媒轉換器),氣體排出就會受到阻力,這個阻力反向作用在引擎排氣閥上,稱為回壓(Back Pressure)

      二、汽油與柴油引擎的差異
      • 汽油引擎
        通常希望回壓低一點,排氣順暢,能提升高轉速輸出與燃燒效率。
        不過若完全無回壓,低速扭力會下降,因此設計上會保留適度回壓。
      • 柴油引擎
        柴油引擎壓縮比高、排氣量大,對回壓更敏感。
        若回壓過高,會造成排氣溫度上升、燃燒不完全、黑煙增加、甚至渦輪壽命縮短。
      三、常見造成回壓過高的原因
      • 排氣管內積碳或堵塞
      • 消音器或觸媒轉換器老化、堵塞
      • 渦輪增壓器後段排氣阻力過大
      • 改裝排氣系統設計不當
      四、結論

      「引擎回壓」不是燃料,也不是汽油或柴油的種類,而是一種排氣流動現象
      汽油與柴油引擎都會受到回壓影響,只是設計容忍度與最佳範圍不同。

      汽油引擎需要多大回壓柴油多大

      汽油與柴油引擎的「理想回壓」沒有一個固定數值,因為它取決於排氣量、轉速範圍、渦輪配置、排氣管徑與消音器設計等因素。不過可以用工程經驗值與原理來說明大致範圍與差異。

      一、汽油引擎的回壓需求
      • 自然進氣汽油引擎(NA)
        理想回壓約 0.2~0.35 kg/cm²(約20~35 kPa)
        太低會導致低速扭力下降,太高則會限制高轉速排氣、降低馬力。
        設計上會利用排氣脈衝與共振效應(排氣歧管長度、管徑)來在中低速形成適度回壓,提升扭力。
      • 渦輪增壓汽油引擎
        理想回壓應盡量低,通常 < 0.15 kg/cm²(約15 kPa)
        因為渦輪本身已造成排氣阻力,若後段排氣系統再增加壓力,會讓渦輪效率下降、排氣溫度升高。
      二、柴油引擎的回壓需求
      • 自然進氣柴油引擎
        理想回壓約 0.1~0.25 kg/cm²(約10~25 kPa)
        柴油燃燒壓力高、排氣量大,過高回壓會導致燃燒不完全與黑煙。
      • 渦輪柴油引擎
        最佳回壓應更低,通常 < 0.1 kg/cm²(約10 kPa)
        若超過 0.2 kg/cm²,渦輪效率會明顯下降,排氣溫度上升,甚至影響引擎壽命。
      三、簡化比較表

      總結:
      汽油引擎需要「適度」回壓來平衡扭力與高轉速輸出;柴油引擎則希望「盡量低」回壓以確保燃燒完全與渦輪效率。
      實際設計時會依引擎特性與排氣系統配置微調。

      發電機裸機的噪音經過八音頻的數據,有分高音權值與低音權值,兩者的差異是什麼?

      在發電機噪音測試中,「八音頻」指的是將聲音依照頻率分成八個倍頻帶(Octave Bands),例如 63 Hz、125 Hz、250 Hz、500 Hz、1 kHz、2 kHz、4 kHz、8 kHz。這樣可以分析噪音在不同頻率範圍的能量分布。

      當報告中提到「高音權值」與「低音權值」,其實是指人耳對不同頻率聲音的敏感度加權方式不同,常見的就是 A權值(高音權重)C權值(低音權重)

      一、A權值(高音權值)
      • 模擬人耳在**中低音量(約40 phon)**下的聽覺反應。
      • 對低頻(如 63 Hz、125 Hz)聲音敏感度較低,會大幅扣權。
      • 對中高頻(500 Hz~4 kHz)較敏感,因此權重較高。
      • 常用於環境噪音、職業噪音、法規標準等測量。
      • 單位通常標示為 dB(A)

      用途:
      反映人耳主觀感受到的「吵不吵」,例如住宅區、辦公室、工地噪音評估。

      二、C權值(低音權值)
      • 模擬人耳在**高音量(約100 phon)**下的聽覺反應。
      • 對低頻聲音幾乎不扣權,保留低頻能量。
      • 對高頻與低頻都較平均。
      • 單位標示為 dB(C)

      用途:
      反映實際聲能大小,特別適合機械設備、發電機、重低頻噪音分析

      三、兩者差異簡表
      四、實務應用在發電機噪音
      • 若要評估人耳聽起來的吵雜程度 → 用 A權值
      • 若要評估實際聲能或低頻振動影響(例如牆體共振、結構傳遞) → 用 C權值

      總結:
      「高音權值」=A權值,強調人耳主觀感受;
      「低音權值」=C權值,強調實際聲能與低頻影響。
      兩者的差異在於對低頻聲音的加權不同,A權值會削弱低頻,C權值則保留低頻能量。

      何者較大

      在相同噪音源下,C權值(低音權值)數值通常會比 A權值(高音權值)大

      原因是:

      • A權值會削弱低頻聲音的權重,因為人耳對低頻不敏感。
      • C權值幾乎不削弱低頻能量,因此整體聲壓級會較高。

      舉例說明:
      若發電機裸機測得:

      • A權值噪音:85 dB(A)
      • C權值噪音:95 dB(C)

      這表示該發電機的低頻成分很強,C權值保留了這部分能量,所以數值較大。

      結論:
      在多數情況下:

      引擎的風電及裸機噪音值,C全職噪音103,A全職噪音106,經過消音器削減30dB 在距離排煙管口的位置,剩下73與76dB,建築線距離排煙管口10米,會有多少噪音值衰減?

      聲音在空氣中傳遞時,若不考慮地面反射、建築遮蔽或風向等因素,**自由場(Free Field)**的理論衰減主要依據「距離加倍,聲壓級減少約 6 dB」的規則。

      一、基本公式

      聲音隨距離的理論衰減可用下式估算:

      [ L_2 = L_1 - 20 \log_{10}\left(\frac{r_2}{r_1}\right) ]

      其中:

      • (L_1):原始聲壓級(dB)
      • (L_2):距離 (r_2) 處的聲壓級(dB)
      • (r_1):原始測點距離(m)
      • (r_2):目標距離(m)
      二、代入條件

      假設你目前的噪音值(73 dB(C)、76 dB(A))是在排煙管口附近 1 公尺處量得,
      建築線距離為 10 公尺

      [ \Delta L = 20 \log_{10}\left(\frac{10}{1}\right) = 20 \text{ dB} ]

      三、計算結果
      四、實務補充
      • 若現場有地面反射或牆面反射,實際衰減可能只有 15–18 dB。
      • 若排氣方向朝向建築物或封閉空間,低頻會反射疊加,實際值可能再高 2–5 dB。

      結論:
      理論上從排煙管口 1 m 到建築線 10 m,噪音會衰減約 20 dB
      因此約為 53 dB(C)56 dB(A)

        

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