工程噪聲隔聲降噪理論與技術(shù)

1、本章首先介紹單層墻單層墻和雙層墻雙層墻的隔聲理論與特性，然后介紹隔聲屏隔聲屏、隔聲罩隔聲罩等的設(shè)計原則和方法。如果沒有另外說明，假定聲場為完全擴散，構(gòu)件面積足夠大，可以忽略其邊界條件產(chǎn)生的效應(yīng)。影響隔聲結(jié)構(gòu)性能的因素主要包括三個方面。其一是隔聲材料的影響隔聲結(jié)構(gòu)性能的因素主要包括三個方面。其一是隔聲材料的品種、密度、彈性和阻尼等因素；一般來講，材料的面密度越大，品種、密度、彈性和阻尼等因素；一般來講，材料的面密度越大，隔聲量就越大，另外增加材料的阻尼可以有效地抑制結(jié)構(gòu)共振和隔聲量就越大，另外增加材料的阻尼可以有效地抑制結(jié)構(gòu)共振和吻合效應(yīng)引起的隔聲量的降低。其二是構(gòu)件的幾何尺寸以及安裝吻合效應(yīng)引

2、起的隔聲量的降低。其二是構(gòu)件的幾何尺寸以及安裝條件條件(包括密封狀況包括密封狀況)。其三是噪聲源的頻率特性、聲場的分布及。其三是噪聲源的頻率特性、聲場的分布及聲波的入射角度。對于給定隔聲構(gòu)件來講，隔聲量與聲波頻率密聲波的入射角度。對于給定隔聲構(gòu)件來講，隔聲量與聲波頻率密切相關(guān)，一般來講，低頻時隔聲性能較差，高頻時隔聲性能較好。切相關(guān)，一般來講，低頻時隔聲性能較差，高頻時隔聲性能較好。隔聲降噪的目的就是要根據(jù)噪聲源的頻譜特性設(shè)計適合于降低該隔聲降噪的目的就是要根據(jù)噪聲源的頻譜特性設(shè)計適合于降低該噪聲源的隔聲結(jié)構(gòu)。噪聲源的隔聲結(jié)構(gòu)。 用構(gòu)件將噪聲源和接收者分開，使聲能在傳播途徑中受到用構(gòu)件將噪聲源

3、和接收者分開，使聲能在傳播途徑中受到阻擋，從而降低或消除噪聲傳遞的措施，稱為隔聲。阻擋，從而降低或消除噪聲傳遞的措施，稱為隔聲。這些措施包括設(shè)置隔聲墻、隔聲罩、隔聲幕和隔聲屏障等。如果措施得當(dāng)，就能夠降低噪聲級2050分貝。7. 1 單層均質(zhì)的隔聲 7.1.2 聲波無規(guī)入射時的隔聲量7.1.3 單層介質(zhì)的隔聲頻率特性7.1.1 聲波垂直入射時的隔聲量聲透射系數(shù)聲透射系數(shù)：材料透射的聲能與入射到材料上的總聲能的比值。隔聲量隔聲量R (或或TL)：入射聲功率級與透射聲功率級之差，也稱透射損失或傳聲損失，單位dB。同一隔聲結(jié)構(gòu)，不同的頻率具有不同的隔聲量。平均隔聲量平均隔聲量：在工程應(yīng)用中，通常把中

4、心頻率為125至4000Hz的6個倍頻程或100至3150Hz的16個1/3倍頻程的隔聲量作算術(shù)平均。插入損失插入損失(IL) ：吸聲、隔聲結(jié)構(gòu)設(shè)置前后的聲功率級的差。 itWW22ititppII1lg10lg20lg100titiPPIIR21WWLLIL7. 1 單層均質(zhì)的隔聲7.1.1 聲波垂直入射時的隔聲量（1）單層介質(zhì):厚度D，特性阻抗為 ;空氣的特性阻抗為 ; 聲壓為質(zhì)點速度為統(tǒng)一表示如下其中，n=1, 2, 3；并且 , , 。令： ， 。pippppr2i2rtDaobcc00c)cos(),(1)(1xktpeptxpAxktjA)cos(),(100)(00)(11xkt

5、cpecpevtxvAxktjAxktjA)cos(/)(/xktpeppnArinxktjArinrinn)cos(/)(/)(/1xktcpecpevvnnnArinxktjnnArinxktjArinrinn1133cc13kk 03rp001113ccRRccR2227.1.1 聲波垂直入射時的隔聲量（2）由聲壓和質(zhì)點振速連續(xù)的邊界條件可得，x=0處：x=D處：或者：pippppr2i2rtDaobcrAiArAiArAiArAiAppRRpppppp2221112211)/(iADjkrADjkiAiADjkrADjkiApRRepeppepep31222322)/(2222iArA

6、iAiArAiApRRDktpDktppDktpDktp312222232222)/()cos()cos()cos()cos(7.1.1 聲波垂直入射時的隔聲量（3）由上述方程組，可求得透射聲壓與入射聲壓之比tp式中，R12=R2/R1；R21=R1/R2。由此得聲透射系數(shù)為：相應(yīng)的隔聲量為：透聲系數(shù)說明介質(zhì)層的隔聲特性，透聲系數(shù)越低隔聲性能越好。介質(zhì)層的隔聲量的大小與R1/R2、介質(zhì)層的厚度D及聲波的波長有關(guān)。 2122221122213sincos42DkRRDkpptiAiApDkRRDkRpRpiAiA222211222121123sincos44sin411lg101lg102222

7、1120DkRRR7.1.1 聲波垂直入射時的隔聲量（4）由于R2R1， R21=0；而Di， sink2Dk2D和cosk2D1，所以有：式中，m=D為板的面密度，其單位為kgm-2。固體媒質(zhì)的隔聲量公式又稱為質(zhì)量公式，公式表明隔聲量與墻體質(zhì)量和聲音頻率有關(guān)。對實際的隔板，均滿足則有： 120021cm200021lg10cmR1200cm5 .42lg20lg202lg20000fmcmR7.1.2 聲波無規(guī)入射時的隔聲量（1）以角入射，利用邊界條件可得，斜入射透聲系數(shù)為透聲系數(shù)為各向平均，有 即無規(guī)入射隔聲量考慮 ，引入R0 ，得12002132cos1cmppiAiA202020sin

8、cos2sincossincosddd20020021ln2cmmc2000021lnlg102lg20cmcmRr1200cm)23. 0lg(1000RRRr7.1.2 聲波無規(guī)入射時的隔聲量（2）從上式可知無規(guī)入射隔聲量Rr與頻率f的關(guān)系為每倍頻程約增加5dB，而垂直入射則為每倍頻程增加6dB，表明無規(guī)入射時的隔聲量隨頻率增加的速率比正入射時的情況要慢些。經(jīng)驗公式單層隔聲結(jié)構(gòu)平均隔聲量公式為 單層結(jié)構(gòu)的隔聲量與隔聲材料的面密度密切相關(guān)，面密度越大，隔聲量越大。而面密度又等于材料密度乘以隔聲結(jié)構(gòu)的厚度。44)lg(18mfRr22/10013lg5 .13/1008lg18mkgmmRmk

9、gmmR當(dāng)當(dāng)材料名稱材料名稱密度密度/kgm-2材料名稱材料名稱密度密度/kgm-2鋼鋼7700木材木材5801100鋁鋁2700磚磚1800鉛鉛11000密實混凝土密實混凝土2300玻璃玻璃2500煤渣混凝土煤渣混凝土1500有機玻璃有機玻璃1150石膏板石膏板650膠合板膠合板5807.1.3 單層介質(zhì)的隔聲頻率特性（1）單層均質(zhì)板隔聲特性曲線按頻率可分為三個區(qū)域，即勁度和阻尼控制區(qū)()、質(zhì)量控制()、吻合效應(yīng)和質(zhì)量控制延續(xù)區(qū)()。 ()區(qū)： 有則 , 勁度控制區(qū);以(6dB/倍頻程)下降； 有 , 阻尼控制區(qū), R板與幾何尺寸, 面密度, 彎曲勁度, 外界條件有關(guān),一般建筑構(gòu)件在幾赫茲至

10、幾十赫茲的范圍內(nèi)。fKv/板KR板rff minRR板nff nrfff()區(qū)： ,質(zhì)量控制區(qū) 以(6dB/倍頻程)上升，隔聲作用。 ()區(qū)： 吻合效應(yīng)。質(zhì)量效應(yīng)與板的彎曲勁度效應(yīng)相抵消，隔聲量下降。mR板cff 質(zhì)量控制區(qū)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，所以隔聲量也度越大，其慣性阻力也越大，也就不易振動，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)量定律質(zhì)量定律”。7.1.3 單層介質(zhì)的隔聲頻率特性（2）1. 共振頻

11、率共振頻率與板材的物理性質(zhì)和幾何尺寸有關(guān)，周圍固定矩形板材的共振頻率為式中，K為板材勁度；m為半的密度；a、b分別為矩形板兩邊的長度；q1、q2分別為任意正整數(shù)。2. 吻合效應(yīng)與吻合頻率若以某一角度入射，在板上的投影剛好等于板的固有彎曲波波長，即空氣中的聲波在板上的投影與板的彎曲波吻合，亦即 ，這時聲波激發(fā)板材固有振動，由于彎曲勁度效應(yīng)，使板材的隔聲量大大下降，這種現(xiàn)象叫吻合效應(yīng)。發(fā)生吻合效應(yīng)時，聲能將大量透過構(gòu)件，使隔聲出現(xiàn)低谷，隔聲不能再遵循質(zhì)量定律。能產(chǎn)生吻合效應(yīng)的最低入射頻率稱為“臨界吻合頻率”，簡稱臨界頻率，常用符號fc表示。 2222212bqaqmKfrsin/B7.1.3 單層

12、介質(zhì)的隔聲頻率特性（3）臨界頻率fc： 式中，D為隔聲墻板的厚度，m；為隔聲墻板的密度，kgm-3；E為楊氏模量，Nm-2； 為泊松比，約為0.3；c0為空氣中的聲速，344ms-1。厚實構(gòu)件，臨界頻率在低頻段；薄柔構(gòu)件，臨界頻率則出現(xiàn)在高頻段。 EDcfc)1 (122220sinb如果一聲波以一定角度如果一聲波以一定角度投射到構(gòu)件上時，若發(fā)生吻合效投射到構(gòu)件上時，若發(fā)生吻合效應(yīng)，則有：應(yīng)，則有：1）當(dāng)入射波頻率）當(dāng)入射波頻率高于高于b對應(yīng)的頻率時對應(yīng)的頻率時(b時時) ，即相應(yīng)，即相應(yīng)的波長的波長大于自由彎曲波長大于自由彎曲波長b時，由于時，由于sin值不可能值不可能大于大于1，便不會產(chǎn)生

13、吻合效應(yīng)。，便不會產(chǎn)生吻合效應(yīng)。7. 2 雙層均勻介質(zhì)的隔聲7.2.1 雙層均勻介質(zhì)的隔聲理論由質(zhì)量定律得知，若提高單層介質(zhì)的隔聲量，唯一辦法就是增加介質(zhì)的質(zhì)量，即增加密度或厚度。這種方法對隔聲量需要較大時，就需用大量材料，很不經(jīng)濟。實踐中發(fā)現(xiàn)雙層介質(zhì)材料中間夾有一定厚度的空氣層，其隔聲量會提高許多，這是由于聲波經(jīng)過多次反射而使聲強逐級衰減的緣故。7.2.1 雙層均勻介質(zhì)的隔聲理論按單層介質(zhì)的原則，分析四個分界面，建立八個方程，進行求解。通常為化簡求解過程，也可假設(shè)介質(zhì)層厚度足夠地薄，所有質(zhì)點速度均相同，認為墻像活塞一樣做整體振動。其隔聲量如下：221212121121sin212)(1cos

14、2)(1lg10kDRmmRmmjjkDRmmjR低頻時, 有coskD1，sinkD0, 有 空氣層不起作用。21212)(1lg10RmmR中頻時，coskD1，sinkDkD, 有下式共振時，隔聲量最小，第二項為零。 其共振頻率為：高頻時， ，有計算結(jié)果比實際隔聲量偏高，相當(dāng)于2倍雙層介質(zhì)合的隔聲量。 2212121212121212)(2)(1lg10RmmkDRmmRkDmmR2/12121000)/()(Dmmmmc1211,RmRm)2/lg(20)2/lg(20)2/lg(2011211RkDRmRmR7.2.2 雙層介質(zhì)隔聲量近似計算近似計算公式如下：其中，R為空氣層引起的附

15、加隔聲量，見圖。RcmmR2/ )(lg200021)/lg(40rffR 7.2.2 雙層介質(zhì)隔聲量近似計算7.2.2 雙層介質(zhì)隔聲量近似計算雙層介質(zhì)隔聲設(shè)計的注意：由于空氣層厚度不能太厚，附加隔聲量一般在15分貝以下；同樣受共振和吻合效應(yīng)的影響，亦可采用阻尼控制來減小影響。建材共振頻率一般不超過15Hz，薄板類在100300 Hz；雙層同材質(zhì)、等厚度的墻易使隔聲效果下降，兩層墻的臨界頻率應(yīng)錯開，即等厚度但材料不同，或同材料厚度不同；雙層墻填充吸聲材料可提高隔聲量，改善結(jié)構(gòu)的共振頻率和臨界頻率；避免聲橋設(shè)計。雙層結(jié)構(gòu)之間應(yīng)避免剛性連接，即以免由于振動的傳遞而使夾層的空氣或吸聲材料失去作用。7

16、.3 隔聲結(jié)構(gòu)設(shè)計 一、門窗和孔隙對墻體隔聲的影響二、隔聲間的降噪量三、隔聲罩的降噪量五、其他隔聲結(jié)構(gòu)四、隔聲罩的降噪量一、門窗和孔隙對墻體隔聲的影響隔聲量由隔聲量由聲能透射系數(shù)聲能透射系數(shù)決定，決定，組合件的隔聲量由組合件的組合件的隔聲量由組合件的平平均聲能透射系數(shù)均聲能透射系數(shù)決定。組合件決定。組合件的平均透射系數(shù)為：的平均透射系數(shù)為：nnnSSSSSS212211例如例如：在一垛總面積為：在一垛總面積為22米米2的的磚墻磚墻上有一扇上有一扇2米米2的的普通木門普通木門，對中，對中心頻率為心頻率為1000Hz的倍頻帶聲能，其透射系數(shù)分別為的倍頻帶聲能，其透射系數(shù)分別為10-5和和10-2，

17、即隔，即隔聲量分別為聲量分別為50dB和和20dB。此時組合墻的平均透射系數(shù)為：此時組合墻的平均透射系數(shù)為：425101 . 92210210222因此，組合墻的總平均隔聲量為：因此，組合墻的總平均隔聲量為：)(4 .301lg10dBR有孔，則有孔，則孔=1， 設(shè)設(shè)墻=0， 平均=S孔/S總，導(dǎo)致導(dǎo)致R R下降。下降。孔洞、縫隙對墻板隔聲有不利影響?？锥椿蚩p隙面積越大，影孔洞、縫隙對墻板隔聲有不利影響?？锥椿蚩p隙面積越大，影響越大。若其面積占整個墻板面積響越大。若其面積占整個墻板面積1%1%，則該墻板隔聲量不可能，則該墻板隔聲量不可能大于大于20dB20dB；若占；若占10%10%，則隔聲量

18、不可能超過，則隔聲量不可能超過10dB10dB。二、隔聲間的降噪量隔聲間結(jié)構(gòu)，如圖。隔聲間降噪量：(含吸聲材料)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。設(shè)計要點：合適的材料孔洞和縫隙的影響通風(fēng)換氣口的設(shè)計SARLLILWWlg10lg1020R二、隔聲間的降噪量例例：某隔聲間對噪聲源一側(cè)用一堵22m2的隔聲墻相隔，該的傳聲損失為50dB，在墻上開一個面積為2m2的門門，該門的傳聲損失為20dB，又開了一個面積為4m2的窗戶窗戶，該窗戶的傳聲損失為30dB。求開了門窗之后使墻體的隔聲隔聲量下降了多少量下降了多少？則組合體的隔聲量比原墻的隔聲量下降為：則

19、組合體的隔聲量比原墻的隔聲量下降為：解解：由傳聲損失可知，墻、門和窗的透射系數(shù)分別為：由傳聲損失可知，墻、門和窗的透射系數(shù)分別為10-5、10-2和和10-3，所以，所以隔聲墻組合體隔聲墻組合體的的平均透射系數(shù)平均透射系數(shù)為：為：001101. 0224102101610SSS325總窗窗門門墻墻SdBR6 .29001101. 01lg101lg10dBRTL4 .216 .2950墻三、隔聲罩的降噪量選擇適當(dāng)?shù)牟牧虾托螤钫直诓捎幂p薄材料時，壁面上適當(dāng)處理隔聲罩的密封隔聲罩的內(nèi)表面參見p169隔聲罩結(jié)構(gòu)，如圖。隔聲罩降噪量：lg10lg10lg10RSARIL三、隔聲罩的降噪量罩內(nèi)做吸聲處理

20、后，則：罩內(nèi)做吸聲處理后，則：例例：用：用2mm厚的厚的鋼板鋼板做一做一隔聲罩隔聲罩。已知鋼板的傳聲損失。已知鋼板的傳聲損失為為29dB，鋼板的平均吸聲系數(shù)為，鋼板的平均吸聲系數(shù)為0.01。由于隔聲效果不。由于隔聲效果不理想而進行了理想而進行了改進改進，在隔聲罩內(nèi)作了吸聲處理，使平均，在隔聲罩內(nèi)作了吸聲處理，使平均吸聲系數(shù)提高到吸聲系數(shù)提高到0.6。求改進后的隔聲罩的實際隔聲值提。求改進后的隔聲罩的實際隔聲值提高了多少？高了多少？解解：罩內(nèi)未做吸聲處理時，根據(jù)公式：罩內(nèi)未做吸聲處理時，根據(jù)公式：dBIL9202901. 0lg10291dBIL272296 . 0lg10292改進后隔聲罩的實

21、際隔聲量比改進前提高的改進后隔聲罩的實際隔聲量比改進前提高的dB數(shù)為：數(shù)為：dBILIL1892712四、隔聲屏障隔聲屏障，如圖。隔聲屏障降噪量：13lg10NILdba/2N聲屏障的隔聲量應(yīng)比設(shè)聲屏障的隔聲量應(yīng)比設(shè) 計目標值大計目標值大聲屏障應(yīng)有足夠的高度聲屏障應(yīng)有足夠的高度聲屏障應(yīng)盡量靠近噪聲聲屏障應(yīng)盡量靠近噪聲 源源,主要用于阻斷直達聲主要用于阻斷直達聲應(yīng)盡可能采用吸聲型聲應(yīng)盡可能采用吸聲型聲 屏障屏障四、隔聲屏障例例：如有一聲源的頻率為：如有一聲源的頻率為 ，設(shè)隔聲屏障高為，設(shè)隔聲屏障高為 6 米米 ，聲源與接，聲源與接收點離地面的高度均為收點離地面的高度均為 2 米米 ，屏障距離聲源

22、為，屏障距離聲源為 3 米米 ，屏障接，屏障接收點收點 10 米米 ，試求此屏障的降噪量。，試求此屏障的降噪量。 解解 ：降噪量為：降噪量為：從上面可以看出：當(dāng)頻率增加一倍，即波長減小一半時，則從上面可以看出：當(dāng)頻率增加一倍，即波長減小一半時，則 增增加一倍，這時屏障的降噪量就增加加一倍，這時屏障的降噪量就增加 。 )( 1 .22131 . 913lg10dBNIL8 . 2)103()26(10)26(32222dba140. 8344/5008 . 22/2/20cfN五、其他隔聲結(jié)構(gòu)五、其他隔聲結(jié)構(gòu)五、其他隔聲結(jié)構(gòu)五、其他隔聲結(jié)構(gòu)7.4 隔聲設(shè)計指導(dǎo) 一、隔聲設(shè)計原則 二、隔聲設(shè)計程序 三、隔聲設(shè)計計算 一、隔聲設(shè)計原則 隔聲設(shè)計原則隔聲設(shè)計原則按照室內(nèi)室外噪聲允許原則來計算噪聲的隔聲量按照室內(nèi)室外噪聲允許原則來計算噪聲的隔聲量進行隔聲處理時要滿足防火、防潮、防腐、防塵等要