湖大噪声控制工程讲义02噪声控制技术-2隔声.docx

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1、第二章隔声2.1 隔声的基本知识2.1.1 几个基本概念1 .声音在室内和户外传播的途径：声音可以通过空气或固体传播，因此，对于室内任何 接受位置上均包含了两种传声的结果,辩明传声的主要方式对正确采取隔声措施有很大帮助, 对于空气传声，一般都采取重而密实的隔声构件进行声音的隔离；而以固体传声为主，则一 般采取弹性隔离或增加阻尼层等措施进行声音的隔离。2 .隔声：用构件将噪声源和接收者分开，阻断空气声的传播，从而达到降噪目的的措施 称作隔声，具体的形式有隔声墙、隔声罩、隔声间和声屏障等。3 .隔声的原理：声波在通过空气的传播途径中，碰到一匀质屏蔽物时，由于两分界面阻 抗的改变，使部分声能被屏蔽物

2、反射回去，一部分被屏蔽物吸收，只有一部分声能可以 透过屏蔽物传到中一个空间去，显然，透射声能仅是入射声能的一部分，因此，设置适 当的屏蔽物便可以大部分声能反射回去，从而降低噪声的传播。具有隔声能力的屏蔽物 称作隔声构件或隔声结构，如砖砌的隔墙、水泥砌块墙、隔声罩体等等。212隔声的评价L隔声量A）透射系数：将透射声强L与入射声强k之比定义为透射系数，即7二上，一般隔声结构的透射系数通常是指无规入射时各入射角透射系数的平均值。透射系数越小，表示透声性能 越差，隔声性能越好。B）隔声量：隔声量的定义为墙或间壁一面的入射声功率级与另一面的透射声功率级之差。1I.n.隔声量等于透射系数的倒数取以10为

3、底的对数，TL = 101g= 101g=201g，它的 工LPt单位为dB,它又叫传声损失。C）平均隔声量：隔声量是频率的函数，同一隔声结构，不同的频率具有不同的隔声量。在 工程应用中，通常将中心频率为125Hz至4000Hz的6个倍频程或100至3150Hz的16个 1/3倍频程的隔声量作算术平均，叫平均隔声量。2 .隔声指数213插入损失插入损失定义为：离声源一定距离某处测得的隔声结构设置前的声功率级Lwi和设置后 的声功率级Lw2之差值，记作IL, BP： IL=U1-Lw2o插入损失通常在现场用来评价隔声罩、 隔声屏障等隔声结构的隔声效果。3 . 2单层匀质墙的隔声性能隔声技术中，常

4、把板状或墙状的隔声构件称为隔板或隔墙，简称墙。仅有一层隔板的称 单层墙，有两层或多层，层间有空气或其他材料的，称为双层墙或多层墙。2.2.1 隔声的质量定律1 .内容： 它描述了隔声构件的隔声量取决于入射声的频率和隔声构件的面密度，对固定频 率的声音，隔声量随着面密度的增加而增加，面密度增加1倍，隔声量增加6dB；对于固定 面密度板材，隔声量也随着入射声波的频率的增加而增力口，频率增加1倍，隔声量增加6dBo/ 2用公式来表示：TL = 101g 1+ a-,对于一般固体材料，如砖墙、木板、钢板、玻（2pC璃等，叱A1，因此隔声量可以写成：TL = 201g心-，将co = 2itf,空气中的

5、 / zPici2p”p 400代入则上式也可以表示成：TL=201gm+201gf-42.5o以上为声波垂直入射的理论 计算结果，当声波无规入射时，则应对所有入射角求平均，其理论计算相当复杂，通过大量 实验获取经验公式，隔声量为：TL=18.51gmf47.5,实际上，无规入射声波对墙的入射角主 要分布在0。-80范围内，对此范围内的入射声波求平均，称为“场入射”隔声量，经计 算近似为：TL=201gmf-47.5,TL=13.5m+14（m200kg/m2）;TL=161gm+8（m200kg/m2）o 2.公式推导条件：画图说明，因为声波在空气中传播的途径上，当遇到墙状固体障碍物是地，

6、由于空气与固体介质特性阻抗的差异，在两分层界面上将产生两次反射与透射。上述质量定 律是以下列假设下及利用边界条件，即边界处声压连续，质点速度的法向分量连续，得出的。 （1）声波垂直入射到墙上；（2）隔墙为单层匀质墙；（3）墙把空间分成两个半无限空间， 而且墙的两侧均为通常状况下的空气；（4）墙为无限大，即不考虑边界的影响；（5）把墙自 成一个质量系统，即不考虑墙的刚性、阻尼；（6）墙上各点以相同的速度振动。从透声系数 定义及平面声波理论来推导的。2.2.2 单层匀质墙隔声的频率特性实践证明，单层匀质墙的隔声量与入射声波的频率关系很大，其变化规律如图所示，可 分为四个区，劲度控制区、阻尼控制区，

7、又称为共振区、质量控制区、吻合效应区。2.2.3 吻合效应1.弯曲波声波在空气中传播时，只存在压缩波，即纵波，而声音在固体介质中传播时，固体质 元既有纵向的弹性压缩，也有横向的弹性切变，两者结合作用，会在介质中产生一种曲波。 设弯曲波的波长为入b。2,产生的条件（上课时以图来说明）对墙面上某一点，当入射波两个相邻同位相波陈面经过该点的时间，正好和弯曲波在 %墙内沿横向传播的周期相同时，即当入b一时声波对墙体的作用与墙体的弯曲波相吻合。b sinO由于sinOWl,所以只有在入工院的情况下才能发生吻合效应。因一定构件的，是一定的，因此，发生吻合效应的频率就不是一个，而是符合fc/M的多个频率。3

8、定义当入射声波满足声波吻合效应的条件时，则墙体的弯曲扰动达到极大值，此时，墙体振 动向墙的另一侧辐射的声能也达到最大值，从而使隔声量大大降低。这种因声波入射角度造 成的声波作用与隔墙中弯曲波传播速度相吻合而使隔声量降低的现象，叫做吻合效应在。4 .吻合效应的频率与临界频率固体隔墙中弯曲波长由固体本身的弹性性质所决定，因此引起吻合效应的条件由声波的 频率与入射角决定。产生吻合效应的频率fc为fc = c， 12p（l 一0） 由3得知I,当2兀sirr 0 VED入=与时相应的频率fc。是产生吻合效应的最低频率，称为吻合效应的临界频率，用公式表5 .吻合效应的防止隔声构件的吻合效应发生在对人耳不

9、敏感的频率段,可以减少对隔声构件性能的不利影 响。一般砖墙、混凝土墙厚度都很大，吻合频率都 在低频段且不太明显。对于媒顺而轻薄 的隔声构件，如金属板，木板等，吻合频率都出现在高频段且比较明显。在噪声控制工程中， 通过选择轻型构件吻合频率高于人耳敏感频率，或采取增加阻尼提高吻合效应段隔声量的办 法，减轻吻合效应的影响。6 .3多层墙的隔声双层墙的隔声实践与理论证明，单纯依靠增加结构的重量来提高隔声效果既浪费材料，隔声效果也不 理想。若在两层墙间夹以一定厚度的空气层，其隔声效果会优于单层实心结构，从而突破质 量定律的限制。我们把两层匀质墙与中间所夹一定厚度的空气层所组成的结构,称作双层墙。 L隔声

10、的原理（画图来说明）当声波透过第1层墙时，由于墙外及夹层中空气与墙板特性阻抗的差异，造成声波的两 次反射，形成衰减，并且由于空气层的弹性和附加吸收作用，使振动的能量衰减较大，然后 再传给第2层墙，又发生声波的两次反射，使透射声能再次减小，因而总的透射损失更多。 2 .隔声特性A）当入射声波频率（f）低于共振频率时，TL=lOIg 1+ 侬与前面单层墙的隔声量比较得出，上式就是单位质量为2mPoc)的单层墙的质量定律，也就是说，这时候的双层墙的隔声效果，相当于把两个单层隔墙合并 在一起，中间没有空气层一样，说明隔声性能没有改善。B）当ffo到波长接近空气层厚度时TL=lOlg 处 （2kD）2

11、=TL1+TL2+201g（2kD）Poc7相当于两个隔墙单独的隔声量之和再加上一个值。这表明，如果把一个隔层一分为二, 分开一定距离时，总的隔声量将大为增加。C）当f大于与空气层厚度相当波长的频率段时，不能满足kDl,当D是半波长整数倍时，TL = 101g 1 +P（）c/、2当D为1/4波长的奇数倍时，TL = 201g2 段（2p（）c J3 .共振频率为了减轻双层墙吻合效应对隔声性能的影响，一般两层墙不选相同厚度或相同面密度, 这样可以使两层墙具有不同的吻合频率，互相错开，吻合效应的影响明显降低。考虑双层墙 不同的空气层厚度和面密度，法向入射时的共振频率fo，用公式表示为f0= +

12、式中mlm2为双层墙的面密度，kg/n?;D为空气的厚度，m;p（）为2兀1 D （ni m2 J空气在常温下的密度，p0=1.18kg/m3o4 .隔声量的实际估算在工程应有用中，常用以下经验公式来估算双层结构的隔声量：TL = 16 lg（mj + m2） +161g f - 30 + ATL平均隔声量估算的经验公式为：TL= 161g （mi+m2）+8+ATL, （m+m2200kg/m2）TL= 13.51g （mi+m2）+14+ATL, （mi+m2200kg/m2）上两式中ATL为空气层的附加隔声量。5 .声桥对双层墙的隔声性能影响我们在上面的讨论是假设双层墙之间没有固定连接。

13、如果两层墙之间存在某种连接， 部分声能可经声桥自一墙板传至另一墙板，使双层墙的隔声性能会明显降低。连接物在这里 起的作用是在墙板之间传递振动，这种连接物就叫声桥。典型的声桥可以分成两类：刚性声 桥，如双层墙之间的砖头和双层板之间的木龙骨；弹性声桥，如具有相当大弹性的钢龙骨。在实际问题中，人们更关心如何减轻声桥的不利影响，实践表明采取以下措施可以有 交减轻声桥的影响：（1）设计和施工时尽可能减小声桥数量，在保证双墙的机械性能要求 前提下尽可能少用龙骨等构件；（2）尽可能彩弹性构件，（3）在声桥与墙面之间最好插入适 当的弹性材料或阻尼材料。6 .3.2多层复合墙的隔声在噪声控制工程中，常用轻质多层

14、复合板，它是由几层面密度或性质不同的板材组成 的复合隔声结构，通常是用金属或非金属的坚实薄板做护面层，内部覆盖阻尼材料，或填入 多孔吸声材料，或空气层等组成。多层复合板的隔声性能较组成它的同等重量的单层或双层有明显的改善，这主要是由 于：（1）分层材料的阻抗各不相同，使声波在各层界面上产生多次反射，阻抗相差越大，反 射声能越多，透射能量就越小；（2）夹层材料的阻尼和吸声作用，致使声能衰减，并减弱共 振与吻合效应；（3）使用厚度和材质不同的多层结构，可以错开共振与临界的吻合效应，改 善共振区与吻合区的隔声低谷效应，因而总的透射声能大为减小。由理论计算多层复合墙的隔声量不仅复杂也难以准确，故一般通

15、过实测求得。2.4隔声间在吵闹的环境中建造一个具有良好的隔声性能的小房间，供工作人员有一安静的环境, 或者将多个强声源（或单台大型噪声源）置于上述房间中，以保护周围环境的安静，这些由 隔声构件组成的具有良好隔声性能的房间统称为隔声间或隔声室。通常多用于对声源难作处 理的情况。隔声间有封闭与半封闭之分。一般多用封闭式。隔声间除需要有足够隔声量的墙体外， 还需设置具有一定隔声性能的门、窗或观察孔等，如果门、窗设计不好或孔隙漏声严重，都 会大大影响隔声的效果。2.4.1 隔声间的降噪量隔声间通常包括隔声、吸声、消声器、阻尼和减振等几种噪声控制措施的综合治理装 置，它是多种声学构件的组合，因此，衡量一

16、个隔声间的效果，不能只看其中一个声学构件 的降噪效果，而要看它的综合降噪指标。用于评价隔声间综合降噪效果的一个物理量是插入 损失IL,它是被保护者所在处安装隔声间前后的声压级之差，即： AIL = L1 -L2 =TL + 101g STL为隔声间的平均隔声量，即：TL =101g上式中Si为第I个构件的面积，m2; TLi为第I个构件的隔声量，dB,此式也用来求 肯有门、窗的组合墙平均隔声量的计算。2.4.2 隔声门由于门的特殊功能要求，它的隔声性能往往比较弱，是工程师关注的隔声构件之一。1 .影响门隔声性能的主要因素：a）门扇自身的隔声能力；b）门扇和门框接触的严密程度;c）门 的形式，双

17、重门还是单扇门。对于隔声要求非常高的场合，常采用前后双扇门的声闸结构。2 .隔声门的构造：隔声门要求具有足够大的隔声量，但又要保证开启方便，这样就需要从两 个方面去采取措施：要尽力提高门扇自身的隔声能力与解决密封问题。前者主要采用多层结 构以及门扇中填充多孔性吸声材料来实现的。3 .门缝密封：隔声门门缝的密封问题是提高隔声门隔声量的关键，处理不好密封问题，要求 高隔声量是不可能的，密封方法应该根据隔声要求和门的使用条件确定。4 .4.3隔声窗隔声窗隔声效果的影响因素主要有玻璃的厚度、层数、层间空气层厚度以及窗扇与窗 框的密封程度等。玻璃越厚越好，一般选用3和6毫米两种，也可以选用10厚的玻璃。

18、设计隔声窗应该注意以下几方面：1）多层窗应选用硬度不同的玻璃以消除调频吻合效应。2）多层窗的玻璃板之间要有较大的空气层。一般取7J5cm,并应在窗框周边内表面作吸 声处理。3）多层窗玻璃之间要在一定的斜度，朝声源一面的玻璃做成 斜（85度），以消除驻波。4）玻璃窗的密封要严，在边缘用橡胶条或毛毡条压紧，这不仅可以起密封作用，还能起有 效的阻尼作用，以减少玻璃板受声激振透声。5）两层玻璃间不能有刚性连接，以防止“声桥”。2.5 隔声罩隔声罩是将声源封闭在一个小空间内，以减小向周围的声辐射，尺寸比隔声间小得多, 而且往往采用复合轻型结构。2.5.1 隔声罩的插入损失隔声罩的降噪声效果一般用插入损失

19、IL来表示，对于全封闭的隔声罩，可近似用下式 计算：IL = lOlg（l + alOo ,TL） 式中a为内饰吸声材料的吸声系数；TL为隔声罩罩壁的 隔声量，dB。对于局部封闭的隔声罩，插入损失为： ZL = 7L + 101g + 101g l +=，式中So和Si分别为非封闭面1 + 5o1O（）J7L/ S1 1 + 5o1O（）J7L/和封闭面的总面积，m2o252隔声罩的设计要点（见教材p166页面）2.6 声屏障在声源与接收点之间设置障板，阻断声波的直接传播，以降低噪声，这样的结构称声 屏障。当声波在空气中传播遇到障碍物，障碍物本身的隔声量足够大，其尺寸也大于峰值频 率的波长，则

20、大部分声能被反射，障碍物后面一定范围内只有很小的透射声和衍射声，形成 声影区。人员和操作岗位应该设计在声影区内。2.6.1 声屏障的插入损失？以李教材为准2.6.2 声屏障的设计要点1）声屏障本身必须有足够的隔声量，声屏障对声波有三种物理效应：隔声（透射）、反射 和绕射效应，因此声屏障的隔声量应比设计目标值大（10dB以上）。2）使用隔声屏，必须配合吸声处理，尤其是在混响声明显的场合。3）声屏障主要用于阻断直达声，为了有效地防止噪声的发散，其形式有L型、U型、Y 型等，其中以Y型（带遮檐）的效果尤为明显。4）声屏障周边与其他构件的连接处，应注意密封。5）作为交通道路的声屏障，应注意景观，其造型和材质的选用应与周围环境相协调。6）声屏障的结构设计，其力学性能应符合有关的国家标准。7）声屏障的高度和长度应根据现场实际情况由相差公式计算确定。8）为了便于人或设备等的通行，在隔声要求不是太高时,可用人造革等密实的软材料护面, 中间夹以多孔吸声材料制成隔声帘悬挂起来。例题