储粮害虫声检测隔声室的设计

    储粮害虫声检测由于其具有轻便、简单、快速、价廉、灵敏度高等特点,20年来一直是昆虫声学领域研究的热点.国外在这方面已做了很多研究工作[1~6].由于储粮害虫微弱的活动声易被相对较强的环境噪声覆盖,所以,有效提取害虫活动声便成为储粮害虫声检测研究的关键.除应不断提高和改善检测设备的灵敏度和信号处理方法外,降低环境噪声以增加储粮害虫活动声的检测能力,已经成为研究者的共识[7].在现代建筑声学中,双层墙的隔声已被广泛研究和采用.但目前隔声室的容积大都在50 m3以上,且低频隔声效果较差.本文作者基于双层墙隔声和多孔吸收原理,根据储粮害虫声的特征,设计一种隔声室,其优点是体积小、隔声效果好.

    储粮害虫活动声是指生长在粮堆中的昆虫吃食或在粮食中爬行时产生的声.人们可根据害虫活动声的强弱、多少、频域范围等,对储粮害虫进行数量判断、定位以及种类鉴别等,从而对粮食受损程度进行估计.储粮害虫吃食或爬行声一般是以脉冲为一个单位的.由于害虫的种类、大小、体能、结构等差异,其声音持续时间一般为2~200 ms,且在0105~1150 kHz之间集中了主要能.害虫活动声属于弱信号,声压级为15~35 dB.由于粮食介质既包含固体结构又存在空隙,所以通过粮食传播的储粮害虫活动声波是多模式波.研究发现,储粮害虫声主要通过粮粒间的空隙传播.

    1  隔声室设计思路

    由于一般实验室的背景噪声都在40 dB左右,不能满足检测储粮害虫活动声的要求,为此,可在实验室内建造一个2 m@2 m@115 m的隔声室.墙壁材料选用3 mm厚的胶合板,采用双层墙隔声结构,两墙间距为0108 m.

    无固体接触点的双层墙的隔声公式为[8] 

    式中,其中p0为空气静态压强,t为墙壁厚度,Qs为墙壁面密度,为正向入射时的隔声量.在混响声场条件下,平均隔声量为

    式中UL为声波入射时的最大入射角.在扩散声场中,不包含大于80b的入射波,则R=R0-28.考虑到固体连接,其隔声量还要下降15~30 dB.代入胶合板的相应的参数值,隔声量R与频率f的理论曲线如图1所示.

    由图1可以看出,在0~2 000 Hz范围内,双层墙隔声低频隔声效果较差,且550 Hz以下基本不隔声.原因是虽然外墙壁在共振频率处将环境噪声吸收,但并未变成热能损失,而是通过内壁传给室内.储粮害虫活动声较多能量集中在低频范围,且背景噪声一般也在低频段,所以有必要提高低频隔音效果.可在外层墙壁穿孔,并在两墙壁间填充吸声材料,从而先对环境噪声预吸收,然后变成热能而损失掉.

    穿孔板吸声性能公式为[9]