第八章.隔聲技術

第八章隔聲降噪技術教學目的隔聲原理及評價指標(B：理解)單層構件的隔聲性能(B：理解)組合墻、分隔墻、復合墻的隔聲量及設計計算(B：理解C：識記)B、教學重點(1)隔聲原理及評價指標(2)單層構件的隔聲性能(3)組合墻、分隔墻、復合墻的隔聲量及設計計算(4)孔隙漏聲及防治措施(5)聲屏障、隔聲罩、隔聲間(6)管道隔聲包扎教學難點1、隔聲原理2、單層構件的隔聲性能3、組合墻、分隔墻、復合墻的隔聲量及設計計算D、教學用具多媒體——幻燈片E、教學方法講授法、討論法F、課時安排3課時G、教學過程對于固體聲隔離，主要是隔振與阻尼降噪，屬振動控制。對于空氣聲，是噪聲控制技術研究的對象，重點在隔聲構件對空氣（傳）聲的隔絕問題。一、隔聲原理及評價指標1、原理：界面聲阻抗的突變，使聲波部分反射，透射聲能小于入射聲能，則在隔聲構件的另一側噪聲降低。2、評價指標：①透射系數(shù)（聲強的）由教材上對于單層墻的推導有：（注意聲壓反射系數(shù)的求出時的邊界條件（有限厚度墻體的雙面邊界））k2——波數(shù)，，D——隔聲材料的厚度，腳標1——空氣介質的參數(shù)腳標2——隔聲材料中的參數(shù)若D<<λ（低頻）即時K2D<<1且∵一般ρ2c2>>ρ1c1則面密度（kg/m2）τ=0.05即有5%的聲能透過τ=1即無隔聲效果由于τ不能反映以dB表示的隔聲量，且對于大多數(shù)結構，τ<<1，故為使和直觀方便，噪控工程中常采用以下四種隔聲評價指標。②隔聲量（傳聲損失）定義(時)常用來表征隔聲材料本身的固有隔聲量，由實驗測定，與所處環(huán)境無關，是隔聲材料兩側測點的聲功率級之差。故有：各頻率上值不同，有時采用平均隔聲量，③噪聲衰減量NR（聲壓級差）NR=Lp1-Lp2式中Lp1和Lp2分別為隔聲構件兩側的聲壓級，它包含了隔聲吸收，側向傳聲，結構噪聲的影響等，故適用于現(xiàn)場隔聲性能測定。④插入損失ILIL定義為離聲源一定距離某處測得無隔墻時的聲功率級與有隔墻時的聲功率級之差，即。IL不僅包括現(xiàn)場各方面的影響（如側向傳聲、背景噪聲等），還包括放置隔聲構件前后內(nèi)外聲場的變化所產(chǎn)生的影響。插入損失指標經(jīng)常在現(xiàn)場被用來評價隔聲罩、隔聲間等的實際降噪效果。⑤隔聲指數(shù)α考慮隔聲構件頻率特性，用單一指標來表征其隔聲量?？朔似骄袈暳康牟蛔恪３Ｓ糜诮ㄖ袈曉u價。ISO/R140-1978及R717-1968給出標準隔聲評價參考輪廓線（折線）其各值如下：～fF(Hz)R′(dB)1003312536160392004225045315484005150052F(Hz)R′(dB)6305380054100055125056160056200056250056315056即其各段頻率為：100～400Hz每倍頻程遞增9dB。400～1250Hz每倍頻程遞增3dB。1250～4000Hz每倍頻程遞增0dB(平直線)。將構件隔聲頻譜與之比較得隔聲指數(shù)Iα，方法如下：將預制同一座標的ISO輪郭線（用有機玻璃或無色透明型料板做成活動W）套蓋在實測構件隔聲頻率曲線上，上下平移，調(diào)整兩者之間的距離，使其在1/3倍頻程上，符合下列兩個條件：①用負偏差的總數(shù)，除以測量頻率數(shù)，所得平均負偏差絕對值大于1dB，小于或等于2dB。即曲線低于折線的差值之和不得大于32dB.②任何頻率下，最大負偏差≯8（1/3倍頻程時）或5dB（倍頻程時）。即曲線低于參考曲線的最大差值不得大于8dB.注意只計及負方向上的偏差即實際隔聲線上點值小于標準輪郭線上的同頻率點值的分貝數(shù)。滿足上述兩條件后，參考輪廓線上500Hz處對應于實際隔聲頻率如線圈上縱座標的隔聲量讀數(shù)即為該隔聲構件的隔聲指數(shù)值。另有：平均隔聲量（對頻率的算術平均）二、單層墻的隔聲性能1.隔聲質量定律：垂直入射時:參見P17~18頁垂直入射聲波的反射和透射的界面平衡條件：聲壓連續(xù)，質點振動速度連續(xù)?？赏频茫簡螌訅Ω袈暳?P150平面波假設下)（1）式中：；；即上式可簡化為：對于一般的固體材料，如：磚墻、木板、鋼板、玻璃等，，故隔聲量可以寫成，它表明單層隔聲墻的隔聲量和單位面積的質量的常用對數(shù)成正比，可見m加倍，增加6dB，故稱上式為單層墻隔聲的“質量定律”。f加倍也增加6dB，高頻隔聲性能優(yōu)于低頻。若有1%的能量透射則為20dB，若有1‰的聲能量透射則為為30dB，欲有50dB的隔聲量則聲能透射系數(shù)不能超過十萬分之一。將，空氣中的代入，可表示為：無規(guī)入射時：由于聲波實際上常為無規(guī)入射，故仿照質量定律的形式，通過大量實驗數(shù)據(jù)關聯(lián)出無規(guī)入射時的隔聲量，即用平均隔聲量(100-3200Hz范圍內(nèi)求平均)(與實測值吻合較好，見P151表8-1)2、吻合效應：質量定律的推導中忽略了構件的彈性行為，當入射聲波以某角度入射時，將激起構件的彎曲振動，構件中產(chǎn)生自由彎曲波沿板面方向傳播，若入射聲波頻率與構件彎曲振動頻率吻合時，彎曲振動及向另一而后聲輻射都達到極大，相應隔聲量大大減小，此現(xiàn)象稱為“吻合效應”，相應的頻率為“吻合頻率”，從P151圖8-3可知當時為發(fā)生吻合效應的條件∵∴λ≤λb即()均有其相對應的最低頻率，低于這一頻率的聲波不會在該構件中產(chǎn)生吻合效應，故稱為吻合效應臨界頻率。相等時產(chǎn)生共振相等時產(chǎn)生吻合效應值得注意的是：區(qū)分固有頻率相等時產(chǎn)生共振相等時產(chǎn)生吻合效應構件振動頻率fc入射聲波頻率f純屬構件的本身特征值，其與構件的組成，物理特性之關系式如下：D=0.2時ρE而膠合板=1.39x10-7ρED=0.006m時，fc=3994Hz一般，厚度小于5mm的構件其fc>4000Hz吻合谷出現(xiàn)在常用聲頻之上，厚度大于10mm，則吻合谷出現(xiàn)在高頻段且隨厚度增加而移向中頻與低頻段。D↓fc↑但LTL相應降低。3、單層均質構件隔聲頻率特性曲線可分為三個區(qū)域：見p153圖8-5（虛線為阻尼作用使共振和吻合效應得到抑制）對于厚墻，因低（如900Hz），故隔聲設計往往利用質量定律延伸區(qū)，（主聲頻落在該范圍），對吻合效應應加以注意，對于輕質薄墻，其高（如4000Hz以上），故主聲頻常落在質量定律控制區(qū)，但應注意結構共振頻率。一般土建材料等構成的墻體的共振頻率低于聽域，可不予考慮。三、組合墻、分隔墻、復合墻的隔聲1、組合墻指在同一平面上各部分由不同構件組合而成的墻。實際工程中，門、窗等總存在，各部位隔聲性能不同，其隔聲量用平均隔聲量表示：平均透聲系數(shù)由各透聲系數(shù)對相應面積計數(shù)平均而得即注意提高組合墻的隔聲量的關鍵在于門窗等薄弱部位的設計，其部分設計結構見P154～168。2.隔聲門結構與設計①一般門隔聲量10～15dB，大于15dB者都需采取一定的技術措施方能達到。在隔聲要求較高的場所，門窗應盡量少開，或尺寸盡可能開小一些，或設置雙層隔聲門、窗、聲閘。空心門一般隔聲效果不佳，為了提高門的隔聲效果，常取多層結構，中間夾層填充吸聲材料，基本結構形式如下圖：木纖維板白鐵皮超細玻璃棉玻纖棉玻璃絲布木板穿孔板毛氈例：在240mm厚磚墻上做的雙扇雙層輕便門，每扇均為雙層5mm厚五合板，板間距30mm，門間距160mm，貼乳膠條密封，TL雙=34.4dB，TL單=25.4dB。考慮點：門縫密封致關重要：a.門與門框間的縫隙處理b.雙頁門合縫處理c.門檻縫隙處理對于頻繁開啟、隔聲量大的門可設計“聲閘”結構：因設置聲閘而增加的隔聲量TL可用下式估算：α——聲閘內(nèi)表面平均吸聲系數(shù)S——門扇面積φ和d如圖所示A=∑Sidi②隔聲窗結構與設計單層玻璃窗：主要取決于玻璃的隔聲性能在中、低頻時，玻璃的隔聲量由面密度控制，但斜率低于質量定律，高頻時有吻合谷的為10dB。其吻合頻率fc可按下式計算：對于雙層窗，在低頻段易受共振影響，產(chǎn)生隔聲低谷式中，L——兩層玻璃之間空氣層的厚度，cm(應大于50mm)t1、t2——分別為兩層玻璃的厚度，cm雙層窗間加吸聲處理（沿窗框作吸聲處理）能使隔聲量增加3～5dB，且能削弱吻合效應的影響。注意玻璃邊緣與窗框之間的接縫嚴密（襯墊毛氈、海綿、軟橡膠等彈性材料）。兩層之間要有一定的傾斜度，以消除駐波，聲源側傾斜。3、復合墻由多層相同或不同材料復合而成的隔聲墻。在此僅討論一下雙層墻。如：層間留有8～14cm厚的空氣層（太薄則由于空氣層的彈性較大使第一層的振動傳到第二層因而較單層結構隔聲效果提高甚少，太厚則相互獨立，空氣彈簧失效），可使隔聲量增加8～12dB（總重量與單層墻相同時）。機理：空氣層的阻尼作用和附加吸收作用。理論公式(入射聲波頻率高于共振頻率)：面密度為兩墻這和的由空氣層而產(chǎn)生的附加隔聲量單層墻隔聲量條件：①kD<<1②M1=M2=M③(入射聲波頻率高于共振頻率或重墻)工程上還常按下式計算平均隔聲量：kg/m2時kg/m2時△R——空氣層所產(chǎn)生的附加隔聲量（可取△R=8）對于TL大于41dB的雙層墻在100～3.15KHz范圍內(nèi)的TL有經(jīng)驗公式M—kg/m2D—mm雙層墻設計時的注意事項：①空氣層最佳厚度的選擇D取8～12cm②固有振動頻率為只有當入射聲頻率超過雙層墻的固有頻率倍時，其隔聲性能方能優(yōu)于同面密度的單層墻，雙層磚墻、混凝土墻的f0常均小于25Hz，故其共振可不予考慮，但對于輕質雙層隔墻（如膠合板、頂棚），面密度小于30kg/m2，D小于30mm者，f0高達200Hz，在入射聲波的激勵下易發(fā)生共振。③應防止層間的剛性連接形成“聲橋”（固體傳聲），否則TL急劇下降。④提高隔聲量的補償措施在空氣層中懸掛或敷設吸聲材料氈。多層復合板的隔聲性能較組成它的同等重量的單層或雙層有明顯的改善，這主要是由于：①分層材料的阻抗各不相同，使聲波在各層界面上產(chǎn)生多次反射，阻抗相差越大，反射聲能越多，透射能量就越?。虎趭A層材料的阻尼和吸聲作用，致使聲能衰減，并減弱共振與吻合效應；③使用厚度和材質不同的多層結構，可以錯開共振與臨界的吻合頻率，改善共振區(qū)與吻合區(qū)的隔聲低谷效應，因而總的隔聲性能可大大提高。四、縫隙漏聲及防治措施當墻壁上有占總面積1/n的孔時，則泄漏到另側的聲強級LI2近似為LI1——聲涌側聲強級(太大的縫隙則此式不適用，要考慮到繞射等)n→1時即1/n→100%則無隔墻n=10000時即1/n=1/10000,則dB說明只要有了總面積的1/10000的面積的孔，隔聲量就不可能超過40dB，無論其它部位隔聲能力如何。n=1000時LIL≤30dBn=10時LIL≤10dB建筑工程中，門窗的縫隙、各種管道的孔洞、隔聲罩焊縫的不嚴密、磚砌墻的蜂窩孔，皆是適射聲較大的環(huán)節(jié)，直接影響墻的總隔聲量。防治措施：嚴格避免縫隙的出現(xiàn)，有縫隙處采用毛氈、軟橡膠等彈性材料密封。磚墻混凝土墻控制無蜂窩孔洞，有通風口處應裝進排氣消聲器，管線孔洞處應加一套管并在四周用柔性材料包扎嚴密封緊。門窗四周嚴格密封。五、聲屏障、隔聲罩、隔聲間1、隔聲屏障以降低高頻噪聲為主，利用屏障的局部聲影區(qū)域小直達聲的危害。對于低、中、高頻，聲影區(qū)域范圍不同：自由聲場中聲屏障的設計常采用菲涅手法。條件：①聲源可視為點聲源；②屏障視為無限長（高度≥5倍聲源高度，長度≥2～5倍聲源長度）；③屏障表現(xiàn)無吸聲處理；④忽略本身透聲影響。（TL比IL大10dB以上）繞射聲衰減量：式中：N=2δ/λ為菲涅爾數(shù)；δ：聲程差，δ=(a+b)-(c+d)；λ：聲波波長。線聲源的處理：繞射聲衰減量：式中：t=40fδ/3c；f：頻率；δ：程差；c：聲速。2、隔聲罩和隔聲間（1）隔聲罩對聲源集中時控制擴散干擾范圍 ——內(nèi)綿吸聲材料的吸聲系數(shù)TL——罩壁固有隔聲量對于局部封閉隔聲罩S0——非封閉面的總面積,m2S1——封閉面的總面積,m2可見，欲得到一個效果好的隔聲罩，要求罩壁隔聲量要大，且罩內(nèi)壁的吸聲效果要好，開孔要少，漏聲要少。(2)隔聲間用于評價隔聲間綜合降噪效果的一個物理量是插入損失IL,它是被保護者所在處安裝隔聲間前后的聲壓級之差：A:隔聲間內(nèi)表面的總吸聲量面積，m2；S：隔聲間內(nèi)表面的總面積，m2.：隔聲間的平均隔聲量。Si:第i面結構面積，m2TLi：第i面結構固有隔聲量,dB各面結構常按“等隔聲量”原則設計，即TLi趨于相同。六、管道隔聲包扎高速氣流在彎頭、閥門和其它變位處會產(chǎn)生空氣噪聲，且由于直接沖擊薄的管壁而產(chǎn)生固體聲，且會傳送風機、壓縮機等所產(chǎn)生的強大噪聲，使離聲源很遠處仍然成為一個有效的聲能輻射體。為線聲源，在自由場內(nèi)聲壓級隨距離加倍下降3dB，而不是6dB，故它的干擾范圍更大。矩形管道：通風系統(tǒng)常用薄片板材（如1至1.5mm厚的鐵皮）的矩形管道。在風速不高情況下，我們只需考慮它的空氣隔聲性能，質量定律基本適用，但應注意吻合效應。圓管：可近似看作無限長的圓柱體，其在聲波作用下的振動方式與平板不同。通常圓管的隔聲量在“自鳴頻率”(CL為管壁內(nèi)縱波的傳播速度，鋼為5100米/秒)以上幾乎與平板一樣，（d為標稱管徑cm），自鳴頻率是管截面的最低共振頻率。表1在自鳴頻率fr以下，對圓柱形管壁隔聲量的修正值f/fr0.0250.050.10.20.30.40.50.60.70.8修正值