第五章12(隔聲原理及應(yīng)用)

1、隔聲 很難從噪聲源上進(jìn)行處理，這時(shí)在噪聲傳播途徑上采取措施來降低噪聲 6.1 隔聲效果的測(cè)量 隔聲效果不僅和材料特性有關(guān)，還和材料的使用場(chǎng)合、安裝方式及測(cè)試方法有關(guān)描述材料隔聲效果的常用量有三個(gè)：隔聲量、噪隔聲量、噪聲衰減量和插入損失聲衰減量和插入損失 隔聲量隔聲量一般用來表示材料本身固有的隔聲能力一般用來表示材料本身固有的隔聲能力,其定義為：噪聲通過其定義為：噪聲通過材料前后的聲能量比，通常用符材料前后的聲能量比，通常用符R ( dB ）表示）表示 Ei表示人射能量，表示人射能量，Et 表示從材料透射過的能量，表示從材料透射過的能量，稱為透射系數(shù)也稱傳聲損失，稱為透射系數(shù)也稱傳聲損失，用符號(hào)

2、用符號(hào)TL 來表示來表示 噪聲衰減量噪聲衰減量一般用來表示材料安裝后，在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得的實(shí)際隔聲效果它不僅括材料本身的隔聲量，而且包括現(xiàn)場(chǎng)的聲吸收、材料的側(cè)向傳聲、系統(tǒng)中的漏聲及其他因素的影響其定義為：系統(tǒng)（隔聲材料）內(nèi)外某兩特定點(diǎn)的聲壓級(jí)差,用符號(hào)NR ( dB ）表示插入損失插入損失是最能反映實(shí)際隔聲效果的量.其定義為：聲波透射側(cè)的某一特定點(diǎn)在隔聲材料安裝前后的聲壓級(jí)差，通常用符號(hào)IL ( dB ）表示： p0和L0分別表示現(xiàn)場(chǎng)在隔聲材料安裝前在聲波透射側(cè)某特定點(diǎn)的聲壓均方值和聲壓級(jí)，p1和L1分別表示現(xiàn)場(chǎng)在隔聲材料安裝后在該特定點(diǎn)的聲壓和聲壓級(jí) 5.2 單層均勻薄型構(gòu)件隔聲單層均勻薄型構(gòu)件隔聲

3、構(gòu)件前面反射因數(shù)和透射因數(shù) :構(gòu)件后面反射因數(shù)和透射因數(shù) :構(gòu)件及后方透射波的法向聲阻抗率 設(shè)在構(gòu)件前、后界面的聲壓分別為pf和pb平面聲波隔聲量為平面聲波隔聲量為: 5.2 單層均勻薄型構(gòu)件隔聲單層均勻薄型構(gòu)件隔聲最簡(jiǎn)單的計(jì)算薄型構(gòu)件的聲阻抗率Zsm的模型是利用牛頓定律 :在頻率為的簡(jiǎn)諧波激勵(lì)下，有Zsm=j m，從而得: (對(duì)聲波頻率較低、1 / 4 聲波波長大于結(jié)構(gòu)厚度) 當(dāng)人射角一定時(shí)（小于900) ，隔聲材料的面密度越大，人射頻率越高，隔聲量就越大 在空氣中，在感興趣的頻率范圍內(nèi)（100 -3150Hz ) ，一般材料的面密度都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于空氣密度，故上式簡(jiǎn)化為 在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下,并假設(shè)垂直

4、人射 : 5.2 單層均勻薄型構(gòu)件隔聲單層均勻薄型構(gòu)件隔聲 構(gòu)件的面密度增加一倍或入射聲波頻率增加一倍，隔聲量增加6 dB ；對(duì)面密度一定的構(gòu)件，隔聲量隨著頻率的升高增大，達(dá)6 dB / oct 在理想的擴(kuò)散聲場(chǎng)的條件下: 實(shí)際在混響室測(cè)得的場(chǎng)人射隔聲量的經(jīng)驗(yàn)公式為 圖按上述公式算得的某2 mm 厚的鋁板的正人射隔聲量、擴(kuò)散聲場(chǎng)隔聲量以及場(chǎng)隔聲量 5.3 彎曲振動(dòng)單層均勻薄型構(gòu)件彎曲振動(dòng)單層均勻薄型構(gòu)件 前面假定聲波入射時(shí),薄型構(gòu)件只作整體振動(dòng),從而利用牛頓定律得到了其聲阻抗率: 薄板在斜入射的聲波激勵(lì)下還可作彎曲振動(dòng)，這時(shí)需要采用更精確的模型來描述薄型構(gòu)件的聲阻抗率m是構(gòu)件的面密度，Sm 是

5、薄板的橫向振動(dòng)位移，x 和y 分別為板上的直角坐標(biāo)系的橫縱坐標(biāo)B是板的彎曲剛度 從而得到彎曲振動(dòng)的單層均勻薄板的聲阻抗率Zs 從而得到彎曲振動(dòng)的單層均勻薄板的聲阻抗率Zs 和整體振動(dòng)的薄板不同，彎曲振動(dòng)的薄板的聲阻抗率多了一項(xiàng)和彎彎曲波傳播速度曲波傳播速度有關(guān)的項(xiàng),該項(xiàng)和聲波的入射角入射角也有關(guān)系 在正入射的情況下，由于聲波在板上的激勵(lì)是均勻的，不能激發(fā)起彎曲波，所以彎曲波的影響幾乎沒有 隨著入射角的增大，彎曲波的影響越來越大當(dāng)入射角達(dá)到90 ”時(shí)，彎曲波的影響最大 吻吻合效應(yīng)合效應(yīng): 存在某一頻率（cpsin= c）使上述聲阻抗率為零隔聲量為零這時(shí)聲波完全透過，就像薄板不存在一樣，這個(gè)現(xiàn)象稱

6、為吻合效應(yīng) 由于此時(shí)以角人射的平面聲波在板上的激勵(lì)力的分布和板中彎曲波的空間分布一致，從而導(dǎo)致空間“共振” 不同的角存在不同的空間共振頻率，當(dāng)為90 。時(shí)，對(duì)該板可求得一最低的空間共振頻率這個(gè)頻率稱為此彎曲振動(dòng)的薄板的吻合頻率fc CL為板材料中的縱波速度,板越厚（在薄板中），其吻合頻率越低對(duì)同厚度的薄板，其縱波速度越大，楊氏模量越大，彎曲剛度越大，密度越小，其吻合頻率越低 彎曲振動(dòng)薄板聲阻抗率的更常用表達(dá)式 由于材料在彎曲振動(dòng)中存在能量損耗，故在空間共振頻率處仍有一定的隔聲量能量損耗用損耗因子 考慮損耗時(shí)空間共振頻率f =fc / sin2 ( =90，才是吻合頻率）處隔聲量為 吻合頻率為1

7、175 Hz 隨著入射角的增大，空間耦合共振頻率逐漸降低 .正入射時(shí)，不發(fā)生空間藕合共振在各入射角空間藕合共振頻率以下的頻段，正人射的隔聲量比其他人射角的隔聲量都大 在空間藕合共振頻率以上的頻段，均勻薄板的聲阻抗率中的板的彎曲剛度項(xiàng)隨著頻率的增大逐漸增大 ，成為板聲阻抗率中的主要貢獻(xiàn)者 這時(shí)的隔聲量隨著頻率的升高快速增大，可達(dá)18 dB / oct ，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于質(zhì)量定律中的6 dB / oct 這時(shí)其他人射角的隔聲量也可能高于正人射時(shí)的隔聲量 5.3 有限大小均勻薄板總體隔聲邊界條件(安裝在框架上)，整體振動(dòng)要加入彈性系數(shù)k和阻尼系數(shù)r. 由于實(shí)際安裝的有限大小板的存在一定彈性系數(shù)k 和阻尼系數(shù)

8、r ，從而引入了板自身的共振頻率 在此頻率以下，板的隔聲量隨著人射波頻率的減小而增大在遠(yuǎn)小于板的共振頻率時(shí)，板的隔聲量隨著頻率的減小而增大的幅度為6 dB/oct 在共振頻率處，板的隔聲量主要由板整體振動(dòng)時(shí)的阻尼決定 當(dāng)人射波的頻率大于板整體共振頻率時(shí)，才有所謂的質(zhì)量作用定律，即隨著頻率或質(zhì)里增加一倍，隔聲量增加6 dB . 有限大小板的共振頻率和板的大小、厚度、面密度、彎曲剛度及邊界條件有關(guān)(一般的建筑構(gòu)件，它一般為幾赫茲到幾十赫茲量級(jí)) 對(duì)有限大小的板存在一系列這樣的頻率（模態(tài)共振頻率）: 對(duì)一3mm厚，50 cmX30 cm 大小的玻璃，其最低的前三個(gè)模態(tài)（1,0）、（0 , 1）和（1

9、 , 1）的共振頻率為分別為28 Hz , 78 Hz 和106 Hz (大型卡車引起的窗戶玻璃的振動(dòng)) 全頻帶有限大小單層均勻薄板的總聲阻抗率的表達(dá)形式: 該曲線按頻率可分為五部分：整體振動(dòng)剛度控制I區(qū)、整體共振II區(qū)、質(zhì)量控制III區(qū)、吻合效應(yīng)IV區(qū)和彎曲剛度控制V區(qū)，其中fc 為吻合頻率在I區(qū)，板的隔聲量主要由板的剛度控制此時(shí)板受人射聲波激發(fā)后，就如同一個(gè)單位面積均勻的等效活塞在此頻段，板剛度越大，頻率越低，則板隔聲量越大（6 dB/oct ) 隨著頻率升高，隔聲特性曲線進(jìn)入II區(qū)這時(shí)板處在整體或模態(tài)共振狀態(tài)，隔聲量主要由板此時(shí)的阻尼決定，在II區(qū)，影響最大的是板的第一階共振頻率，它由板

10、的大小、厚度、其他物理特性和邊條件決定(一般建筑構(gòu)件，該頻率比較低某些面積較小的簡(jiǎn)單構(gòu)件，其共振頻率有可能達(dá)幾百赫茲) 隨著頻率的繼續(xù)升高，隔聲特性曲線進(jìn)人質(zhì)量控制區(qū)：質(zhì)量增加一倍或頻率升高一倍，隔聲量增加6 dB 當(dāng)頻率繼續(xù)升高到某一特定值時(shí)，質(zhì)量效應(yīng)和板的彎曲剛度效應(yīng)互相抵消，結(jié)果板的聲阻抗率變小，出現(xiàn)隔聲低谷，這時(shí)隔聲特性曲線進(jìn)人吻合效應(yīng)區(qū)吻合效應(yīng)區(qū)的隔聲低谷的隔聲量比質(zhì)量定律預(yù)測(cè)的在該頻率的隔聲量要低十幾分貝，取決于板的彎曲振動(dòng)的阻尼吻合效應(yīng)影響的頻段相當(dāng)寬，大約有3 個(gè)倍頻程范圍 當(dāng)入射聲波頻率過了吻合效應(yīng)區(qū)，板的彎曲振動(dòng)的剛度項(xiàng)隨著頻率的增大逐漸增大，成為板聲阻抗率中的主要貢獻(xiàn)者這

11、時(shí)的隔聲量隨著頻率的升高快速增大，可達(dá)18 dB / oct ，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于質(zhì)量定律中的6 dB / oct . 5.4雙層薄板的隔聲計(jì)算隔聲構(gòu)件的隔聲量關(guān)鍵是求該構(gòu)件的透射系數(shù)和反射系數(shù)。5.4.1多層介質(zhì)平面波傳播的阻抗轉(zhuǎn)移定理 5.4.1多層介質(zhì)平面波傳播的阻抗轉(zhuǎn)移定理假設(shè)墻的質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于周圍介質(zhì)質(zhì)量，即ZsmZs ，當(dāng)入射聲波頻率很低時(shí)，Kb1 時(shí)，利用，cos ( Kb ）1 , sin ( Kb ） 0 ，上式簡(jiǎn)化為 符合質(zhì)量定律此時(shí)，雙層板并沒有比單層板更好的隔聲性能其隔聲量就如同相同質(zhì)量（指雙層板的總質(zhì)量）的單層板一樣，和板之間的介質(zhì)層的厚度沒有關(guān)系板之間的介質(zhì)層就好像不存在一樣

12、5.4.1多層介質(zhì)平面波傳播的阻抗轉(zhuǎn)移定理但隨著入射聲波頻率的增大，由于板和板之間介質(zhì)共振的影響，雙層板的隔聲性能比相同質(zhì)量的單層板要差利用cos ( Kb ） 1 , sin ( Kb ） Kb , 式簡(jiǎn)化為 上式中虛部項(xiàng)為零，雙層板的隔聲量降為零，出現(xiàn)全透射該共振頻率為 5.4.1多層介質(zhì)平面波傳播的阻抗轉(zhuǎn)移定理隨著入射聲波頻率的繼續(xù)增大（大于上述共振頻率）, 式簡(jiǎn)化為 此時(shí)，雙層板隔聲量比相同質(zhì)量的單層板的要大在一定頻率范圍內(nèi)，隨著板之間的介質(zhì)層的厚度的增加而增大 當(dāng)頻率繼續(xù)增大，以至于不能假設(shè)KbZs ，則式簡(jiǎn)化為 從上式可以看出，隨著頻率的繼續(xù)增大，雙層板的隔聲量出現(xiàn)周期性變化，每當(dāng)

13、sin ( Kb ) 0，即Kb n，n =0 , 1 , 2 ， 時(shí)，隔聲量會(huì)出現(xiàn)一個(gè)極小該極小值可能遠(yuǎn)小于 極小值頻率點(diǎn)并不完全滿足Kb=n , 這也是上式中仍保留cos ( Kb ）項(xiàng)的原因 5.4.1多層介質(zhì)平面波傳播的阻抗轉(zhuǎn)移定理圖給出了兩塊1 mm 厚的鋁板相距1cm , 2cm 和4cm 時(shí)所構(gòu)成的雙層板的在正入射時(shí)的隔聲量，中間介質(zhì)層為空氣為對(duì)比，將一面2 厚的單層鋁板的在正人射時(shí)的隔聲量也畫在圖中從圖中可以看出，間距分別為1 cm , 2 cm 和4 cm 的1 mm 厚的雙層鋁板在正人射時(shí)的共振頻率分別為258 Hz , 365 Hz 和517Hz 從圖中還可以看出，間距為4cm 的1 mm 厚的雙層鋁板在4303 Hz 又有一個(gè)隔聲低谷（對(duì)應(yīng)于，Kb= ，4287 Hz ) . 5.4.1多層介質(zhì)平面波傳播的阻抗轉(zhuǎn)移定理在理想情況下，