噪聲污染控制工程隔聲技術(shù)

11、透射系數(shù)2、隔聲量：入射聲功率級(jí)與透射聲功率級(jí)之差，也稱傳聲損失。單位dB，同一隔聲結(jié)構(gòu)，不同的頻率具有不同的隔聲量。常用隔聲評(píng)價(jià)量第1頁/共49頁第一頁，共50頁。23、平均隔聲量：在工程應(yīng)用中，通常把中心頻率為125至4000Hz的6個(gè)倍頻程或100至3150Hz的16個(gè)1/3倍頻程的隔聲量作算術(shù)平均。4、插入損失：吸聲、隔聲結(jié)構(gòu)設(shè)置前后的聲功率級(jí)的差(IL)。第2頁/共49頁第二頁，共50頁。3一、聲波透過單層勻質(zhì)構(gòu)件的傳播入射聲波和質(zhì)點(diǎn)速度方程分別為：空氣反射聲波和質(zhì)點(diǎn)速度方程分別為：第3頁/共49頁第三頁，共50頁。4在固體媒質(zhì)Ⅱ中的透射波及反射波的聲壓和質(zhì)點(diǎn)速度分別為：第4頁/共49頁第四頁，共50頁。5聲波透過隔層后在另一側(cè)的聲壓和質(zhì)點(diǎn)速度為：由x=0處界面上的聲壓連續(xù)和法向質(zhì)點(diǎn)速度連續(xù)條件可得到：第5頁/共49頁第五頁，共50頁。6由x=D處的聲壓連續(xù)和法向質(zhì)點(diǎn)速度連續(xù)條件得：將以上4個(gè)等式聯(lián)立求解，得到：第6頁/共49頁第六頁，共50頁。7如果D《λ，即k2D《1，則sink2D≈k2D，cosk2D≈1，有由于p1c1《p2c2，上式可簡化為：令M＝p2D為固體媒質(zhì)的面密度，公斤/米2，則有：第7頁/共49頁第七頁，共50頁。8所以該固體媒質(zhì)的隔聲量為：

這即是隔聲中常用的“質(zhì)量定律”。公式表明：隔聲量與墻體質(zhì)量和聲音頻率有關(guān)。

實(shí)際工程中，需要估算單層墻對(duì)各頻率的平均隔聲量，在入射頻率100-3200Hz范圍內(nèi)求平均，用平均隔聲量表示，則：M≤200kg/m2M＞200kg/m2第8頁/共49頁第八頁，共50頁。9吻合效應(yīng)：由于構(gòu)件本身具有一定的彈性，當(dāng)聲波以某一角度入射到構(gòu)件上時(shí)，將激起構(gòu)件的彎曲振動(dòng)，當(dāng)一定頻率的聲波以某一角度投射到構(gòu)件上正好與其所激發(fā)的構(gòu)件的彎曲振動(dòng)產(chǎn)生吻合時(shí)，構(gòu)件的彎曲振動(dòng)及向另一面的聲輻射都達(dá)到極大，相應(yīng)隔聲量為極小，這一現(xiàn)象稱為“吻合效應(yīng)”，相應(yīng)的頻率為“吻合頻率”。

如果一聲波以一定角度θ投射到構(gòu)件上時(shí)，若發(fā)生吻合效應(yīng)，則有：1）當(dāng)入射波頻率高于λb對(duì)應(yīng)的頻率時(shí)，均有其相應(yīng)的吻合角度產(chǎn)生吻合效應(yīng)；2）當(dāng)入射波頻率低于λb對(duì)應(yīng)的頻率時(shí)，即相應(yīng)的波長λ大于自由彎曲波長λb時(shí)，由于sinθ值不可能大于1，便不會(huì)產(chǎn)生吻合效應(yīng)。λb為薄板自由彎曲波長第9頁/共49頁第九頁，共50頁。10

固體隔墻中彎曲波的波長由固體本身的彈性性質(zhì)所決定，引起吻合效應(yīng)的條件由聲波的頻率與入射角決定。

產(chǎn)生吻合效應(yīng)的頻率和吻合效應(yīng)的臨界頻率（sinθ＝1時(shí)）的計(jì)算見書中P.152，公式8-17和8-18。

單層墻的隔聲性能與入射波的頻率有關(guān)，其頻率特性取決于隔聲墻本身的單位面積的質(zhì)量、剛度、材料的內(nèi)阻尼以及墻的邊界條件等因素。見書中圖8-5。勁度控制、阻尼控制、質(zhì)量控制、吻合控制第10頁/共49頁第十頁，共50頁。11

質(zhì)量控制區(qū)是隔聲研究的重要區(qū)域。在這一區(qū)域，構(gòu)件面密度越大，其慣性阻力也越大，也就不易振動(dòng)，所以隔聲量也越大。通常把隔聲量隨質(zhì)量增大而遞增的規(guī)律，稱為隔聲的“質(zhì)量定律”。第11頁/共49頁第十一頁，共50頁。12二、雙層隔墻1、隔聲原理

雙層間的空氣層可看作與兩板相連的彈簧，當(dāng)聲波入射到第一層墻透射到空氣層時(shí)，空氣的彈性形變具有減振作用，傳遞到第二層墻的振動(dòng)減弱，從而提高墻體的總隔聲量。其隔聲量等于兩單層墻的隔聲量之和，再加上空氣層的隔聲量。

對(duì)于單層墻的隔聲計(jì)算已很復(fù)雜，雙層墻的隔聲計(jì)算就更麻煩了，要有九個(gè)聲壓方程，由四個(gè)邊界條件得到八個(gè)方程組。為討論問題方便，只討論兩層薄墻的透射，即假定入射聲波的波長比每層墻都大的多，聲波入射時(shí)就象活塞一樣做整體運(yùn)動(dòng)，墻的兩個(gè)面上的振動(dòng)速度一樣。第12頁/共49頁第十二頁，共50頁。13由于忽略了墻本身的厚度，所以墻兩邊邊界處的媒質(zhì)質(zhì)點(diǎn)應(yīng)與墻體具有相同的振動(dòng)速度，即當(dāng)x=0時(shí)，有：由復(fù)變函數(shù)理論，可知：所以聲波運(yùn)動(dòng)方程可寫成：第13頁/共49頁第十三頁，共50頁。14將u1代入上式方程得到：同樣，對(duì)于x=D處的第二墻，其速度及運(yùn)動(dòng)方程分別為：第14頁/共49頁第十四頁，共50頁。15將x=0和x=D分別代入上述方程，經(jīng)過復(fù)雜運(yùn)算，即可解出入射聲壓與透射聲壓幅值之比（公式1）所以雙層墻的傳聲損失為：第15頁/共49頁第十五頁，共50頁。16當(dāng)入射聲波頻率很低時(shí)，即：則：第16頁/共49頁第十六頁，共50頁。17

當(dāng)公式中虛數(shù)項(xiàng)為0時(shí)，即入射聲波與透射聲波同相時(shí)，傳聲損失最小，此時(shí)雙層墻發(fā)生共振，共振頻率近似為：頻率比f0稍高時(shí)，傳聲損失公式可改成：當(dāng)頻率更高時(shí)，公式不能成立。第17頁/共49頁第十七頁，共50頁。18當(dāng)頻率提高使空氣層厚度大于空氣層中聲波半波長時(shí)，即傳聲損失要考慮空氣和壁面的吸聲，高頻的傳聲損失由理論推出近似為：其中：Sw為隔墻面積，S為兩隔墻的總面積。雙層隔墻的實(shí)際估算見P157，公式8-28和8-29。第18頁/共49頁第十八頁，共50頁。19堅(jiān)實(shí)薄板護(hù)面層阻尼材料吸聲材料多層復(fù)合隔聲結(jié)構(gòu)第19頁/共49頁第十九頁，共50頁。20三、門窗和孔隙對(duì)墻體隔聲的影響

隔聲量由聲能透射系數(shù)決定，組合件的隔聲量由組合件的平均聲能透射系數(shù)決定。組合件的平均透射系數(shù)為：例如：在一垛總面積為22米2的磚墻上有一扇2米2的普通木門，對(duì)中心頻率為1000Hz的倍頻帶聲能，其透射系數(shù)分別為10-5和10-2，即隔聲量分別為50dB和20dB。此時(shí)組合墻的平均透射系數(shù)為：第20頁/共49頁第二十頁，共50頁。21因此，組合墻的總平均隔聲量為：

(dB)四、隔聲間的降噪量（墻壁有吸聲性能的情況下）其中，A為隔聲間內(nèi)表面的總吸聲量，

S為隔聲間內(nèi)表面的總面積，為隔聲間的平均隔聲量。第21頁/共49頁第二十一頁，共50頁。22例：某隔聲間對(duì)噪聲源一側(cè)用一堵22m2的隔聲墻相隔，該的傳聲損失為50dB，在墻上開一個(gè)面積為2m2的門，該門的傳聲損失為20dB，又開了一個(gè)面積為4m2的窗戶，該窗戶的傳聲損失為30dB。求開了門窗之后使墻體的隔聲量下降了多少？解：由傳聲損失可知，墻、門和窗的透射系數(shù)分別為10-5、10-2和10-3，所以隔聲墻組合體的平均透射系數(shù)為：則組合體的隔聲量比原墻的隔聲量下降為：第22頁/共49頁第二十二頁，共50頁。23五、隔聲罩的降噪量由于插入損失的表達(dá)式為：第23頁/共49頁第二十三頁，共50頁。24例：用2mm厚的鋼板做一隔聲罩。已知鋼板的傳聲損失為29dB，鋼板的平均吸聲系數(shù)為0.01。由于隔聲效果不理想而進(jìn)行了改進(jìn)，在隔聲罩內(nèi)作了吸聲處理，使平均吸聲系數(shù)提高到0.6。求改進(jìn)后的隔聲罩的實(shí)際隔聲值提高了多少？解：罩內(nèi)未做吸聲處理時(shí)，根據(jù)公式：罩內(nèi)做吸聲處理后，則：所以，改進(jìn)后隔聲罩的實(shí)際隔聲量比改進(jìn)前提高的dB數(shù)為：第24頁/共49頁第二十四頁，共50頁。25本章作業(yè)：P.169，3～8題預(yù)習(xí)作業(yè)：第九章消聲器第25頁/共49頁第二十五頁，共50頁。26第九章消聲器第26頁/共49頁第二十六頁，共50頁。27

消聲器是消減氣流噪聲的裝置，把它接在管道中或進(jìn)、排氣口上，能讓氣流通過，對(duì)噪聲具有一定的消減作用。第一節(jié)消聲器的分類、評(píng)價(jià)和設(shè)計(jì)程序?qū)σ粋€(gè)好的消聲器要有五個(gè)方面的基本要求：1）在消聲性能上的要求。要求具有較高的消聲值和較寬的消聲頻率，也就是說要在所需要的消聲頻率范圍有足夠大的消聲量；2）空氣動(dòng)力性能上的要求。消聲器對(duì)氣流的阻力要小，安裝消聲器后所增加的阻力損失要控制在實(shí)際容許的范圍內(nèi)；第27頁/共49頁第二十七頁，共50頁。283）機(jī)械結(jié)構(gòu)性能上的要求。消聲的體積要小，重量要輕，結(jié)構(gòu)簡單，便于加工，安裝和維修4）外形和裝飾上的要求。符合實(shí)際安裝空間的需要，美觀大方，表面裝飾與設(shè)備相協(xié)調(diào)5）價(jià)格費(fèi)用要求。價(jià)格便宜，使用壽命長。第28頁/共49頁第二十八頁，共50頁。29二、消聲器的聲學(xué)性能評(píng)價(jià)量1）插入損失（LIL）即系統(tǒng)中插入消聲器前后在系統(tǒng)外某點(diǎn)測(cè)得的聲功率之差。2）傳聲損失（TL）即消聲器進(jìn)出口端聲功率級(jí)之差。3）減噪量（LNR）即消聲器進(jìn)出口端測(cè)得的平均聲壓級(jí)之差。4）衰減量（LA）即消聲器內(nèi)部兩點(diǎn)間的聲壓級(jí)的差值，通常用消聲器的單位長度的衰減量（dB/m）來表征消聲器內(nèi)聲傳播特性。第29頁/共49頁第二十九頁，共50頁。30一、消聲器的分類與適用范圍1）阻性消聲器（如P.177圖9-1）：包括的形式：直管式、片式、折板式、聲流式、蜂窩式、彎頭式等。消聲的頻率特性：具有中、高頻消聲性能。適用范圍：消除風(fēng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣噪聲（即氣體流速不大的情況）。消聲原理：利用吸聲材料消聲。把吸聲材料固定在氣流通道內(nèi)壁或按一定的方式在管道中排列起來，就構(gòu)成了阻性消聲器，與電學(xué)類比，吸聲材料就相當(dāng)于電阻，故稱阻性消聲器。第30頁/共49頁第三十頁，共50頁。312）抗性消聲器包括的形式：擴(kuò)張室式（如P.181圖9-3）、共振腔式（如P.184圖9-7）、干涉型（如P.188圖9-10）。消聲的頻率特性：具有低、中頻消聲性能。適用范圍：消除空壓機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、汽車排氣噪聲（較高氣速的情況）。消聲原理：通過控制聲抗的大小來進(jìn)行消聲的。與阻性消聲器不同，它不使用吸聲材料而是在管道上接截面積突變的管段或旁接共振腔，利用聲阻抗的改變，使某些頻率的聲波在聲阻抗突變的界面發(fā)生反射、干涉等現(xiàn)象，從而在消聲器的外測(cè)，達(dá)到了消聲的目的。第31頁/共49頁第三十一頁，共50頁。323）阻抗復(fù)合式消聲器（如：P.190，圖9-12和P.191圖9-13）包括的形式：阻－擴(kuò)型、阻－共型、阻－擴(kuò)－共型等。消聲的頻率特性：具有低、中、高頻消聲性能。適用范圍：消除鼓風(fēng)機(jī)、大型風(fēng)洞、試車臺(tái)噪聲。消聲原理：把阻性與抗性兩種消聲原理通過適當(dāng)結(jié)構(gòu)復(fù)合起來而構(gòu)成的?？啥ㄐ缘卣J(rèn)為阻性和抗性在同一頻帶的消聲值的疊加（并非簡單的疊加關(guān)系）。第32頁/共49頁第三十二頁，共50頁。334）微穿孔板消聲器包括的形式：單層微穿孔板、雙層微穿孔板等。消聲的頻率特性：寬頻帶消聲性能。適用范圍：適于高溫、潮濕有水、有油霧及特別清潔衛(wèi)生的場(chǎng)合。消聲原理：利用微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)制成的消聲器。第33頁/共49頁第三十三頁，共50頁。345）噴注耗散型消聲器（也稱擴(kuò)散式消聲器）包括的形式：小孔噴注型（如P.194圖9-15）、降壓擴(kuò)容型、多孔擴(kuò)散型（如P.195圖9-16）、引射摻冷型（如P.198圖9-19）。消聲的頻率特性：寬頻帶消聲性能。適用范圍：消除壓力氣體排放噪聲，如鍋爐排氣、高爐放氣、化工廠工藝氣體放散。原理：不是在聲音發(fā)出后進(jìn)行消除，而是從發(fā)生機(jī)理上使干擾噪聲減小。噴注噪聲值頻率與噴口直徑成反比，如果噴口直徑變小，噴口輻射的噪聲能量將從低頻移向高頻，于是低頻噪聲被降低，而高頻噪聲反而升高，如果孔徑小到一定值時(shí)，噴注噪聲將移到人耳不敏感的頻率范圍。第34頁/共49頁第三十四頁，共50頁。356）噴霧消聲器（如P.197圖9-17）消聲的頻率特性：低頻消聲性能。適用范圍：消除高溫蒸汽排放噪聲。7）電子消聲器（如P.189圖9-11）消聲的頻率特性：寬頻帶消聲性能。適用范圍：用于低頻消聲的一種輔助。原理：噴淋水霧改變介質(zhì)的密度，即增加聲阻抗。原理：人為地產(chǎn)生一個(gè)幅值相同而相位相反的聲波，使兩列聲波在一定的空間區(qū)域相互干涉而抵消，達(dá)到降噪目的。第35頁/共49頁第三十五頁，共50頁。36三、消聲器的設(shè)計(jì)程序1）噪聲源的調(diào)查和特性分析（聲源解析、周圍自然環(huán)境和聲學(xué)環(huán)境條件等）2）噪聲標(biāo)準(zhǔn)的確定（根據(jù)評(píng)價(jià)區(qū)周圍環(huán)境要求及國家相關(guān)聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)）3）消聲量的計(jì)算（根據(jù)管道截面，確定消聲器通道結(jié)構(gòu)；根據(jù)降噪要求，決定消聲器的長度）4）選擇消聲器的類型（根據(jù)噪聲的頻譜，選定消聲器的種類）5）檢驗(yàn)（驗(yàn)算消聲頻率范圍）第36頁/共49頁第三十六頁，共50頁。37第二節(jié)阻性消聲器一、阻性消聲器的聲衰減量其中：L－消聲器氣流通道斷面周長，mS－消聲器的氣流通道截面積，m2

l－消聲器的有效長度，mφ(a0)－與材料的吸聲系數(shù)有關(guān)的消聲系數(shù)H.J.賽賓經(jīng)驗(yàn)公式：降噪量與材料吸聲性能和周長/截面比有關(guān)。理論計(jì)算公式：第37頁/共49頁第三十七頁，共50頁。38例1、選用同一種吸聲材料（平均吸聲系數(shù)為0.46）襯貼的消聲管道，管道有效長度為2m，管道有效截面積1500cm2。當(dāng)截面形狀分別為圓形、正方形和1：5矩形時(shí)，試問哪種截面形狀的聲音衰減量最大？哪種最??？解：由公式：因?yàn)楣艿赖挠行е睆綖椋簞t管道斷面有效周長為：1）當(dāng)管道為圓形時(shí)第38頁/共49頁第三十八頁，共50頁。392）當(dāng)管道截面為正方形時(shí)則管道斷面周長為：所以，3）當(dāng)管道截面為1：5矩形時(shí)則管道斷面長和寬分別為：第39頁/共49頁第三十九頁，共50頁。40則管道斷面周長為：所以，因此，有：LA3＞LA2

＞LA1即：管道截面為矩形的聲音衰減量最大，截面為圓形管道聲音衰減量最小。第40頁/共49頁第四十頁，共50頁。41二、高頻失效頻率（即消聲性能下降的頻率）基于高頻率聲音的方向性強(qiáng)，與管壁的吸聲材料接觸減少。其中：D－消聲通道截面平均邊長（當(dāng)量直徑），m圓形管道為直徑；矩形管道為邊長平均值，其他管道取面積的開方值。第41頁/共49頁第四十一頁，共50頁。42當(dāng)頻率每增加一個(gè)倍頻帶，其消聲量約下降1/3，其經(jīng)驗(yàn)估算公式為：其中：R’－高于失效頻率的某倍頻帶的消聲量；

R－失效頻率處的消聲量（作為參考值）；

N－高于失效頻率的倍頻程頻帶數(shù)。第42頁/共49頁第四十二頁，共50頁。43三、氣流對(duì)阻性消聲器性能的影響主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：1）氣流的存在改變了消聲器內(nèi)聲衰減規(guī)律（特別是高速氣流）2）氣流在消聲器內(nèi)產(chǎn)生一種附加噪聲，即氣流再生噪聲A：順流時(shí)（氣流與聲傳播方向一致），由于氣體流速在管道內(nèi)不均一，根據(jù)折射原理，聲波向管壁彎曲，促進(jìn)消聲降噪；B：逆流時(shí)（氣流與聲傳播方向相反），聲波向管道中心彎曲，導(dǎo)致聲波與吸聲材料接觸機(jī)會(huì)減少，不利于消聲降噪。

氣流經(jīng)過消聲器通道時(shí)，因局部阻力或摩擦阻力而產(chǎn)生湍流，相應(yīng)輻射一些噪聲；氣流激發(fā)消聲器構(gòu)件振動(dòng)而輻射噪聲。第43頁/共49頁第四十三頁，共50頁。44在直通管道消聲器內(nèi)氣流再生噪聲的估算公式為：其中：LA’－氣流再生噪聲

ν－消聲器內(nèi)氣流速度，m/s

一個(gè)消聲器具體應(yīng)用到現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，氣流究竟對(duì)它的性能影響有多大，需結(jié)合噪聲源強(qiáng)度、氣流速度大小以及消聲器結(jié)構(gòu)等因素進(jìn)行具體分析；

不同的結(jié)構(gòu)，氣流在管道中允許風(fēng)速不同。第44頁/共49頁第四十四頁，共50頁。45第三節(jié)抗性消聲器一、擴(kuò)張室消聲器（