隔聲結構技術測量設計簡介

1、第五章 隔 聲第一節(jié) 隔 聲 結 構第二節(jié) 隔 聲 技 術第三節(jié) 隔 聲 測 量第四節(jié) 隔 聲 設 計第一節(jié) 隔 聲 結 構一、單層結構二、雙層結構三、輕質復合結構一、單層結構 單層均質結構的隔聲量與頻率的關系大致如圖5-2所示。在低于結構共振頻率的范圍內，其隔聲量主要由板的勁度所控制，單層結構的剛性越大，隔聲量就越高。隨著頻率的增高，隔聲曲線進入由板的共振頻率所控制的頻段，這時板的阻尼起作用。共振頻率與板的大小和厚度有關，也與板材料的面密度、彈性模量和泊松比等有關。一般建筑構件的共振頻率在幾赫到幾十赫的范圍內。 共振區(qū)以上的一段頻率范圍是質量控制區(qū)，這時板的隔聲能力主要取決于板的面密度，面密

2、度越大，其慣性阻力也越大，因而就越不易振動，隔聲也就越好，同時頻率越高隔聲效果有越好。 面密度和頻率與隔聲量的這種關系就是建筑聲學中常用的質量定律，它在無規(guī)入射條件下可用下式表示 式中 R單層結構的隔聲量，單位為dB； 入射聲波的頻率，單位為Hz； 單層結構的面密度，單位為kg/m2。 頻率高到一定值以上時，將出現(xiàn)質量效應和彎曲勁度效應相抵消的情況，結果使阻抗極小，隔聲量又出現(xiàn)了低谷。這種效應就是吻合效應。因此，此頻段內的隔聲量在很大程度上是由吻合效應控制的。 波的吻合效應如圖5-3所示。當平面聲波以一定的入射角入射到構件表面時，會激起構件作彎曲振動，這種振動在構件內以彎曲波的形式傳播。當入射

3、聲波達到某一頻率時，構件中彎曲波的波長正好等于空氣中聲波波長在構件上的投影值，這樣就會發(fā)生吻合效應，此時構件與空氣運動之間達到高度的吻合，聲波透過構件十分容易，就好像構件不存在似的，或者說構件的隔聲量很低。 出現(xiàn)吻合效應的最低頻率為臨界頻率fc（單位為Hz），它由下式?jīng)Q定 （5-4） （5-4）式中 c空氣中的聲速，單位為m/s； B構件的彎曲勁度； 構件的面密度，單位為kg/m2。吻合頻率可按下式計算 （5-5）式中的 如圖5-3所示。出現(xiàn)吻合效應時，構件的隔聲量可比質量控制區(qū)的低十幾分貝，而且影響面相當寬，大致可有3個倍頻程的頻率范圍，若要減小吻合效應的影響，只有設法使構件的臨界頻率盡可能

4、不出現(xiàn)在主要頻率范圍內。在工程上，可以選用厚而且剛度大的構件，使 下降；也可以選用重而軟的構件，使 上升；還可以在結構表面涂加阻尼材料，使 上升，從而減弱構件本身的共振和吻合效應引起的隔聲量降低。 經(jīng)過大量的研究和試驗，人們發(fā)現(xiàn)單層結構的構件的實際隔聲量，與由公式5-3計算出來的結果有些差別：低頻的實際隔聲量比理論計算值高；而高頻的又比理論計算值低。因此，人們又總結出兩個經(jīng)驗公式，用來計算單層結構構件的隔聲量，即 （5-7） （5-6）二、雙層結構把兩個單層結構的構件分開，中間留有空氣層或填充礦棉一類的松散材料就組成了雙層結構的構件。它的隔聲量比同樣重量的單層結構構件的要大610dB；若要隔聲

5、量相同，則雙層結構構件的重量要比單層結構構件的減少50%70%。入射聲波激起第一層構件振動后，就向中間層輻射聲波，由于中間層的彈性作用和附加吸聲作用，聲波會產(chǎn)生較大的衰減，然后再傳到第二層構件，第二層構件又向外界空氣輻射聲波，界面媒質聲阻抗率的不連續(xù)性，使聲波除了每層構件本身的因素外，還附加了較大的衰減。因此，雙層結構構件的隔聲性能就有了很大的改善。雙層結構構件的隔聲量一般可用下面經(jīng)驗公式計算 （5-8）式中 、分別為兩層構件的面密度，單位為kg/m2； 附加隔聲量，見式5-11和圖5-4。雙層結構的共振頻率為 （9-5） 大氣壓力，取=105Pa； =1.41； d空氣層厚度，單位為m。 當

6、入射聲波的頻率與構件的共振頻率一致時，大量聲能透過構件，隔聲量大大下降，比與面密度相同的單層結構構件的隔聲量還要低得多。在入射聲波頻率低于的范圍內，雙層結構就像一個整體那樣振動，其隔聲量與同樣重量的單層結構的相同。當頻率大于時，隔聲量開始越過質量定律，頻率越高，雙層結構的隔聲效果比單層結構的就越顯著。在高頻范圍內，空氣層中的駐波可形成高階共振，其共振頻率為 （5-10） 若在雙層結構的空腔中填充多孔材料，則可以有效地消除這種駐波共振，減少構件在高頻區(qū)的隔聲損失。 雙層結構也存在著吻合效應的影響，一般可采用兩種臨界頻率不同的單層構件，并在空腔中填充多孔材料，以此來減弱吻合效應的影響。當入射聲波的

7、頻率高于，雙層結構的隔聲 量將比同樣質量的單層結構的高出一個附加增量。對于寬頻帶，雙層結構由空腔引起的平均隔聲量可由圖5-4查出。對于在空腔中填充多孔材料而引起的附加隔聲量（單位為dB）可由下式算出 =rd 式中 r多孔材料單位長度聲波傳播時的衰減量，單位為dB/cm； d多孔材料的厚度，單位為cm。 三、輕質復合結構在丹曾輕質結構的基礎上，復合某種吸聲材料和阻尼材料，利用它們引起的衰減以減少單層輕質結構的振動和輻射，從而改善其隔聲性能，這類構件稱為清知復合結構構件。單層輕質結構的面密度較小，具有很高的吻合頻率，結構本身的固有頻率也較高，它的隔聲量很小。當這種結構的構件與機器或基礎采用剛性連接

8、，而且它們的表面積又很大時，反而會使噪聲輻射得更厲害。因此，輕質結構的隔聲性能主要取決于復合其上的吸聲材料和阻尼材料。在雙層輕質板中填充多孔吸聲材料，由于層間材料的阻抗足夠大，再分層街面上生能產(chǎn)生較大的反射，因而會獲得十分顯著的隔聲效果。輕質薄板受聲波影響時，很容易發(fā)生彎曲振動并輻射噪聲，若將阻尼材料涂敷在薄板表面上，則當薄板發(fā)生彎曲振動時，振動能量會迅速地傳給阻尼材料，從而引起薄板和緊貼著它的阻尼層之間產(chǎn)生相互摩擦和錯動，使振動能量被消耗而轉化成熱能發(fā)散掉。由于板的振動受到抑制，輻射的聲音也就相應的減小。第二節(jié) 隔 聲 技 術 一、隔聲罩二、聲屏障一、隔聲罩 一般把用來阻隔機器向外輻射噪聲或

9、用來防止外界噪聲透入的罩子稱為隔聲罩。隔聲罩可以是完全封閉的，也可以設置必要的觀察窗和隔聲門。隔聲罩通常具有隔聲、吸聲、隔振、阻尼以及通風、消聲等多種綜合功能。罩的主要結構一般是外層采用0.53mm厚的鋼板或鋁板，為了避免發(fā)生板的吻合效應和低頻共振，在罩內側金屬板上可涂敷阻尼層。阻尼層常用瀝青浸麻袋片、玻璃布、氈類或石棉絨以及特制的阻尼漿等材料，其厚度應為金屬板厚的23倍。阻尼層內側粘附30100mm厚的多孔吸聲材料，用來吸收聲波減弱罩內噪聲。吸聲材料外包纖維布，并在其上覆一層穿孔率為20%的護面穿孔板。在罩和機器、罩和基礎、機器和基礎之間，應該采用隔振元件，以防止振動的傳播。為了滿足散熱通風

10、的需要，可在隔聲罩上開設通風口并安裝消聲器。 隔聲罩的實際隔聲效果可以按下式計算 （5-12）式中 實際隔聲效果，單位為dB； 隔聲罩內表面的平均吸聲系數(shù) 構件的理論隔聲量，單位為dB 公式5-12表示在罩外空間的某點，加罩前后的聲壓級差值，即插入損失。因為 1，故 0，所以 。這說明如果罩內表面不作吸聲處理，則隔聲罩的隔聲量就會大大下降，甚至沒有隔聲作用。例如，有一用2.5mm厚鋼板制成的隔聲罩，鋼板的平均隔聲量約30dB，平均吸聲系數(shù) ，根據(jù)公式5-6，此時該罩子的隔聲量為 如果罩內貼有平均系數(shù)為0.6的巖棉，則其隔聲量為 對于隔聲量要求較高的隔聲罩，宜采用雙層薄金屬板的罩壁結構，內層較外

11、層薄一些，厚度應大于50mm，雙層間填充多孔材料，罩內壁仍應設置吸聲層和護面穿孔板。隔聲罩外殼也可以用木板、石膏板或塑料板等金屬材料制作，此時可以不在內壁涂敷阻尼層，但仍要設置吸聲層及護面板。隔聲罩是接近聲源的隔聲結構，設計時應在罩壁和機械設備之間留有較大的空間（通常應留設備體積的三分之一空間），以防止罩的殼體振動和空間耦合共振。若限于條件，罩的體積和聲源的體積相差不多，則必須加阻尼層和較厚的吸聲材料，此時吸聲材料的厚度應不小于罩和聲源之間空腔厚度的一半。在罩上開口或留有孔隙時，罩的隔聲性能就會顯著下降。當罩上有占罩總表面積1/n的孔隙時，如果罩內的聲壓級為L1，泄漏到外面的聲壓級為L2（單位

12、為dB），則 L2=L1-10lgn （5-13）設計隔聲罩時，如果不綜合考慮泄漏程度和壁面材料的隔聲效果兩方面的問題，而僅去選擇隔聲結構，則煞費苦心的設計也會因漏聲而達不到預期效果。隔聲罩上孔隙的漏聲，不僅與孔隙的大小有關，而且還與它的位置以及噪聲的頻率有關。一般來說，棱角上的孔隙要比罩壁中心處的漏聲大14倍；低頻噪聲比高頻噪聲泄漏得更為嚴重。因此，在隔聲罩上應盡量減少孔隙，特別是用于低頻噪聲源的隔聲罩，更要注意漏聲問題。應在需要開孔洞處采取消聲措施，并對罩體接縫處作密封處理。二、聲屏障在聲源和接收者之間插入一個設施，使聲波傳播有一個顯著的附加衰減，從而減弱接收者所在的一定區(qū)域內的噪聲影響，

13、這樣的設施就稱為“聲屏障”。聲波在傳播過程中遇到聲屏障時，就會發(fā)生反射、透射和繞射三種現(xiàn)象。通常我們認為屏障能夠阻止直達聲的傳播，并使繞射聲有足夠的衰減，而透射聲的影響可以忽略不計。因此，聲屏障的隔聲效果一般可采用減噪量表示，它反映了聲屏障上述兩種屏蔽透聲的本領。如圖5-5所示，在聲源S和接收點R之間插入一個聲屏障，設屏障無限長，聲波只能從屏障上方繞射過去，而在其后形成一個聲影區(qū)，就像光線被物體遮擋形成一個陰影那樣。在這個聲影區(qū)內，人們可以感到噪聲明顯地減弱了，這就是聲屏障的減噪效果。聲屏障的減噪量與噪聲的波長、聲源與接收點之間的距離等因素有關，引入?yún)⒘糠颇鷶?shù)N，來估算屏障的減噪量 （5-1

14、4）式中 聲波的波長； 有屏障與無屏障時聲波從聲源到接收點之間的最短路徑差。室外開闊地（相當于半自由聲場），聲屏障的減噪量RN與N的關系見表5-1 。表5-1 N與RN的關系N -0.1-0.0100.10.5123510122050RN/dB 2 4 5 7 111316172123242630 當N為正值時，用波的繞射理論和邊緣的近場修正，可以得到屏障的減噪量近似公式 （5-15）由公式5-15可知，當N0時，RN5dB，也就是說當屏障的高度接近聲源和接收點的高度時，還有5dB的減噪量。N為負值時，表示屏障沒有遮擋住聲源到接收點的直達聲，這時最大的減噪量低于5dB。如果聲源和接收點都在地平

15、面上，見圖5-6，則當滿足條件drh時，屏障的減噪量RN為 在室內（相當于半混響聲場），屏障的減噪量與聲源的性質以及室內的房間常數(shù)等因素有關。對于混響聲場，并且接收點在聲源的遠場范圍內的情況，聲屏障沒有減噪效果。因此，如果在室內設置聲屏障，應要求室內具有較高的聲吸收，減小室內混響，從而使聲屏障獲得較好的減噪效果。室外的聲屏障一般采用磚或混凝土結構，室內的聲屏障可用鋼板、木板、塑料板或石膏板等結構。板式聲屏障可由0.51mm厚的鋼板附加阻尼層和吸聲層構成；簾幕式聲屏障可用人造革護面中間附加柔軟纖維材料構成。聲屏障的高度，可根據(jù)聲源與接收點之間的距離設計。聲障的高度增加1倍，則其減噪量可增加6dB

16、。聲屏障的減噪效果與噪聲的頻率成分關系很大，對大于2000Hz的高頻聲比對8001000Hz的中頻聲的減噪效果要好，但對于250Hz左右的低頻聲，則由于波長比較長，聲波很容易從屏障上方繞射過去，所以效果就很差。通常，聲屏障對于高頻聲減噪量為1015dB。如果聲源與接收點的距離以及屏障的高度都是固定的，屏障位于聲源與接收點之間正好二分之一的位置上，則其減噪量最小。所以屏障應盡量靠近聲源或接收點。室內使用聲屏障時，在需要減噪的范圍內，任意接收點的位置到聲源的距離都要小于 r=0.14（ 為房間常數(shù)）。目前，聲屏障主要用于鐵路和公路沿線，控制交通噪聲對附近城市區(qū)域的影響 。 測量構件的隔聲量，可以在

17、現(xiàn)場或混響室內進行。1954年，ISO正式推薦混響室法為測試構件隔聲性能的標準方法。 混響室法是在兩間體積大于50m3的混響室的公共墻上安置一個面積為10m2的試件，一間混響室作為聲源室，另一間作為接收室。試件的隔聲量R可由下式確定 （5-17）式中 L1聲源室中的平均聲壓級，單位為dB； L2接收室中的平均聲壓級，單位為dB； A接收室中的吸聲量，單位為m2； S試件的透聲面積，單位為m2。第三節(jié) 隔 聲 測 量 兩個混響室內的平均聲壓級，都可在400Hz以下測6個點平均值，在500Hz以上測3個點平均值來求得。 現(xiàn)場測量方法與混響室法相似，一般要在測量后計算標準聲壓級差Ds（單位為dB），

18、用Ds衡量構件的隔聲效果， （5-18）式中 A0接收室中的標準吸聲量，一般可取A0=10m2。 測量小試件時，可采用混響室消聲箱法。該法聲源室仍是一個混響室，接收室則是一個小的消聲箱。試件面積小于1m2，其隔聲量可用下式計算 （5-19） 式中 r2消聲箱內的房間常數(shù)，單位為m2 S試件面積，單位為m2。第四節(jié) 隔 聲 設 計一、設計原則二、基本公式三、設計方法一、設計原則 隔聲設計一般應從聲源處著手，在不影響操作、維修及通風散熱的前提下，對車間內獨立的強噪聲源，可采用固定密封式隔聲罩、活動密封式隔聲罩等，以便用較少的材料將強噪聲的影響限制在較小的范圍內。一般來說，固定密封式隔聲罩的減噪量（

19、A聲級）約為40dB，活動密封式隔聲罩的約為30dB，局部隔聲罩的約為20dB。 當不宜對噪聲源作隔聲處理，而又允許操作管理人員不經(jīng)常停留在設備附近時，可以根據(jù)不同要求，設計便于控制、觀察、休息使用的隔聲室。隔聲室的減噪量（A聲級）一般約為2050dB。 在車間大、工人多、強噪聲源比較分散，而且難以封閉的情況下，可以設置留有生產(chǎn)工藝開口的隔墻或聲屏障。 在作隔聲設計時，必須對孔洞、縫隙的漏聲給予特別注意。對于構件的拼裝節(jié)點，電纜孔、管道的通過部位以及一切施工上特別容易忽略的隱蔽漏聲通道，應作必要的聲學設計和處理。二、基本公式在隔聲設計中，要確定構件的需要隔聲量R，R可分下列幾種基本情況按1254000Hz的6個倍頻程（必要時可按638000Hz的8個倍頻程或1/3倍頻程）逐個進行計算：（1）對于室外設置的隔聲罩或隔聲室，按照自由空間半球面輻射的聲衰減公式計算 （5-20）式中 LW聲源的聲功率級，單位為dB 接收點的設計聲壓級，單位為dB； S隔聲結構的透聲面積，單位為m2； A隔聲結構的吸聲量，單位為m2； r隔聲結構到接收點的距離，單位為m。（2）在室外聲場