隔聲結(jié)構(gòu)技術(shù)測量設(shè)計簡介

1、第五章 隔 聲第一節(jié) 隔 聲 結(jié) 構(gòu)第二節(jié) 隔 聲 技 術(shù)第三節(jié) 隔 聲 測 量第四節(jié) 隔 聲 設(shè) 計第一節(jié) 隔 聲 結(jié) 構(gòu)一、單層結(jié)構(gòu)二、雙層結(jié)構(gòu)三、輕質(zhì)復(fù)合結(jié)構(gòu)一、單層結(jié)構(gòu) 單層均質(zhì)結(jié)構(gòu)的隔聲量與頻率的關(guān)系大致如圖5-2所示。在低于結(jié)構(gòu)共振頻率的范圍內(nèi)，其隔聲量主要由板的勁度所控制，單層結(jié)構(gòu)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(guān)，也與板材料的面密度、彈性模量和泊松比等有關(guān)。一般建筑構(gòu)件的共振頻率在幾赫到幾十赫的范圍內(nèi)。 共振區(qū)以上的一段頻率范圍是質(zhì)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(guān)系就是建筑聲學(xué)中常用的質(zhì)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(jié)構(gòu)的隔聲量，單位為dB； 入射聲波的頻率，單位為Hz； 單層結(jié)構(gòu)的面密度，單位為kg/m2。 頻率高到一定值以上時，將出現(xiàn)質(zhì)量效應(yīng)和彎曲勁度效應(yīng)相抵消的情況，結(jié)果使阻抗極小，隔聲量又出現(xiàn)了低谷。這種效應(yīng)就是吻合效應(yīng)。因此，此頻段內(nèi)的隔聲量在很大程度上是由吻合效應(yīng)控制的。 波的吻合效應(yīng)如圖5-3所示。當(dāng)平面聲波以一定的入射角入射到構(gòu)件表面時，會激起構(gòu)件作彎曲振動，這種振動在構(gòu)件內(nèi)以彎曲波的形式傳播。當(dāng)入射

3、聲波達到某一頻率時，構(gòu)件中彎曲波的波長正好等于空氣中聲波波長在構(gòu)件上的投影值，這樣就會發(fā)生吻合效應(yīng)，此時構(gòu)件與空氣運動之間達到高度的吻合，聲波透過構(gòu)件十分容易，就好像構(gòu)件不存在似的，或者說構(gòu)件的隔聲量很低。 出現(xiàn)吻合效應(yīng)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(gòu)件的彎曲勁度； 構(gòu)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(yīng)時，構(gòu)件的隔聲量可比質(zhì)量控制區(qū)的低十幾分貝，而且影響面相當(dāng)寬，大致可有3個倍頻程的頻率范圍，若要減小吻合效應(yīng)的影響，只有設(shè)法使構(gòu)件的臨界頻率盡可能

4、不出現(xiàn)在主要頻率范圍內(nèi)。在工程上，可以選用厚而且剛度大的構(gòu)件，使 下降；也可以選用重而軟的構(gòu)件，使 上升；還可以在結(jié)構(gòu)表面涂加阻尼材料，使 上升，從而減弱構(gòu)件本身的共振和吻合效應(yīng)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(jié)構(gòu)的構(gòu)件的實際隔聲量，與由公式5-3計算出來的結(jié)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(jié)出兩個經(jīng)驗公式，用來計算單層結(jié)構(gòu)構(gòu)件的隔聲量，即 （5-7） （5-6）二、雙層結(jié)構(gòu)把兩個單層結(jié)構(gòu)的構(gòu)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(jié)構(gòu)的構(gòu)件。它的隔聲量比同樣重量的單層結(jié)構(gòu)構(gòu)件的要大610dB；若要隔聲

5、量相同，則雙層結(jié)構(gòu)構(gòu)件的重量要比單層結(jié)構(gòu)構(gòu)件的減少50%70%。入射聲波激起第一層構(gòu)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(gòu)件，第二層構(gòu)件又向外界空氣輻射聲波，界面媒質(zhì)聲阻抗率的不連續(xù)性，使聲波除了每層構(gòu)件本身的因素外，還附加了較大的衰減。因此，雙層結(jié)構(gòu)構(gòu)件的隔聲性能就有了很大的改善。雙層結(jié)構(gòu)構(gòu)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(gòu)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(jié)構(gòu)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(dāng)

6、入射聲波的頻率與構(gòu)件的共振頻率一致時，大量聲能透過構(gòu)件，隔聲量大大下降，比與面密度相同的單層結(jié)構(gòu)構(gòu)件的隔聲量還要低得多。在入射聲波頻率低于的范圍內(nèi)，雙層結(jié)構(gòu)就像一個整體那樣振動，其隔聲量與同樣重量的單層結(jié)構(gòu)的相同。當(dāng)頻率大于時，隔聲量開始越過質(zhì)量定律，頻率越高，雙層結(jié)構(gòu)的隔聲效果比單層結(jié)構(gòu)的就越顯著。在高頻范圍內(nèi)，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(jié)構(gòu)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(gòu)件在高頻區(qū)的隔聲損失。 雙層結(jié)構(gòu)也存在著吻合效應(yīng)的影響，一般可采用兩種臨界頻率不同的單層構(gòu)件，并在空腔中填充多孔材料，以此來減弱吻合效應(yīng)的影響。當(dāng)入射聲波的

7、頻率高于，雙層結(jié)構(gòu)的隔聲 量將比同樣質(zhì)量的單層結(jié)構(gòu)的高出一個附加增量。對于寬頻帶，雙層結(jié)構(gòu)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(zhì)復(fù)合結(jié)構(gòu)在丹曾輕質(zhì)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，復(fù)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(zhì)結(jié)構(gòu)的振動和輻射，從而改善其隔聲性能，這類構(gòu)件稱為清知復(fù)合結(jié)構(gòu)構(gòu)件。單層輕質(zhì)結(jié)構(gòu)的面密度較小，具有很高的吻合頻率，結(jié)構(gòu)本身的固有頻率也較高，它的隔聲量很小。當(dāng)這種結(jié)構(gòu)的構(gòu)件與機器或基礎(chǔ)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(zhì)結(jié)構(gòu)的隔聲性能主要取決于復(fù)合其上的吸聲材料和阻尼材料。在雙層輕質(zhì)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(zhì)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(dāng)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(zhuǎn)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(yīng)的減小。第二節(jié) 隔 聲 技 術(shù) 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(shè)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(fēng)、消聲等多種綜合功能。罩的主要結(jié)構(gòu)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(yīng)和低頻共振，在罩內(nèi)側(cè)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(yīng)為金屬板厚的23倍。阻尼層內(nèi)側(cè)粘附30100mm厚的多孔吸聲材料，用來吸收聲波減弱罩內(nèi)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(chǔ)、機器和基礎(chǔ)之間，應(yīng)該采用隔振元件，以防止振動的傳播。為了滿足散熱通風(fēng)

10、的需要，可在隔聲罩上開設(shè)通風(fēng)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(nèi)表面的平均吸聲系數(shù) 構(gòu)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(nèi)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(nèi)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(jié)構(gòu)，內(nèi)層較外

11、層薄一些，厚度應(yīng)大于50mm，雙層間填充多孔材料，罩內(nèi)壁仍應(yīng)設(shè)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(nèi)壁涂敷阻尼層，但仍要設(shè)置吸聲層及護面板。隔聲罩是接近聲源的隔聲結(jié)構(gòu)，設(shè)計時應(yīng)在罩壁和機械設(shè)備之間留有較大的空間（通常應(yīng)留設(shè)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(yīng)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(dāng)罩上有占罩總表面積1/n的孔隙時，如果罩內(nèi)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(shè)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(jié)構(gòu)，則煞費苦心的設(shè)計也會因漏聲而達不到預(yù)期效果。隔聲罩上孔隙的漏聲，不僅與孔隙的大小有關(guān)，而且還與它的位置以及噪聲的頻率有關(guān)。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(yán)重。因此，在隔聲罩上應(yīng)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(yīng)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(shè)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(nèi)的噪聲影響，

13、這樣的設(shè)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(lǐng)。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(shè)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(nèi)，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(guān)，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(dāng)于半自由聲場），聲屏障的減噪量RN與N的關(guān)系見表5-1 。表5-1 N與RN的關(guān)系N -0.1-0.0100.10.5123510122050RN/dB 2 4 5 7 111316172123242630 當(dāng)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(dāng)N0時，RN5dB，也就是說當(dāng)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(dāng)滿足條件drh時，屏障的減噪量RN為 在室內(nèi)（相當(dāng)于半混響聲場），屏障的減噪量與聲源的性質(zhì)以及室內(nèi)的房間常數(shù)等因素有關(guān)。對于混響聲場，并且接收點在聲源的遠場范圍內(nèi)的情況，聲屏障沒有減噪效果。因此，如果在室內(nèi)設(shè)置聲屏障，應(yīng)要求室內(nèi)具有較高的聲吸收，減小室內(nèi)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(jié)構(gòu)，室內(nèi)的聲屏障可用鋼板、木板、塑料板或石膏板等結(jié)構(gòu)。板式聲屏障可由0.51mm厚的鋼板附加阻尼層和吸聲層構(gòu)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(gòu)成。聲屏障的高度，可根據(jù)聲源與接收點之間的距離設(shè)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(guān)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(yīng)盡量靠近聲源或接收點。室內(nèi)使用聲屏障時，在需要減噪的范圍內(nèi)，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(gòu)件的隔聲量，可以在

17、現(xiàn)場或混響室內(nèi)進行。1954年，ISO正式推薦混響室法為測試構(gòu)件隔聲性能的標(biāo)準(zhǔn)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(nèi)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(biāo)準(zhǔn)聲壓級差Ds（單位為dB），

18、用Ds衡量構(gòu)件的隔聲效果， （5-18）式中 A0接收室中的標(biāo)準(zhǔn)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(nèi)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(shè) 計一、設(shè)計原則二、基本公式三、設(shè)計方法一、設(shè)計原則 隔聲設(shè)計一般應(yīng)從聲源處著手，在不影響操作、維修及通風(fēng)散熱的前提下，對車間內(nèi)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(nèi)。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(dāng)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(shè)備附近時，可以根據(jù)不同要求，設(shè)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(shè)置留有生產(chǎn)工藝開口的隔墻或聲屏障。 在作隔聲設(shè)計時，必須對孔洞、縫隙的漏聲給予特別注意。對于構(gòu)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(yīng)作必要的聲學(xué)設(shè)計和處理。二、基本公式在隔聲設(shè)計中，要確定構(gòu)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(shè)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(shè)計聲壓級，單位為dB； S隔聲結(jié)構(gòu)的透聲面積，單位為m2； A隔聲結(jié)構(gòu)的吸聲量，單位為m2； r隔聲結(jié)構(gòu)到接收點的距離，單位為m。（2）在室外聲場