噪聲污染控制隔聲降噪技術(shù)

第八章 隔聲降噪技術(shù)A、教學(xué)目的1.隔聲原理及評(píng)價(jià)指標(biāo)(B：理解)2.單層構(gòu)件的隔聲性能(B：理解)3.組合墻、分隔墻、復(fù)合墻的隔聲量及設(shè)計(jì)計(jì)算(B：理解C：識(shí)記)B、教學(xué)重點(diǎn)(1)隔聲原理及評(píng)價(jià)指標(biāo)

(2) 單層構(gòu)件的隔聲性能

(3) 組合墻、分隔墻、復(fù)合墻的隔聲量及設(shè)計(jì)計(jì)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B、 教學(xué)難點(diǎn)1、隔聲原理、單層構(gòu)件的隔聲性能、組合墻、分隔墻、復(fù)合墻的隔聲量及設(shè)計(jì)計(jì)算D、教學(xué)用具多媒體——幻燈片E、教學(xué)方法講授法、討論法F、課時(shí)安排課時(shí)G、教學(xué)過程——〉固體聲 ——〉空氣聲 —〉聲源 ——〉人耳————〉空氣聲 ————〉對(duì)于固體聲隔離，主要是隔振與阻尼降噪，屬振動(dòng)控制。對(duì)于空氣聲 ，是噪聲 控制技術(shù)研究 的對(duì)象， 重點(diǎn)在隔聲構(gòu) 件對(duì)空氣 （傳）聲的隔 絕問題。一、隔聲原理及評(píng)價(jià)指標(biāo)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(gòu)件的另一側(cè)噪聲降低。2、評(píng)價(jià)指標(biāo)：①透射系數(shù) t（聲強(qiáng)的）IttIi由教材上對(duì)于單層墻的推導(dǎo)有： （注意聲壓反射系數(shù)的求出時(shí)的邊界條件（有限厚度墻體的雙面邊界） ）|ptA|4I4cos2k2D(1c12c2)2sin2k2D|piA|k2——波數(shù)，/c2，D——隔聲材料的厚度，腳標(biāo)1——空氣介質(zhì)的參數(shù)腳標(biāo)2——隔聲材料中的參數(shù)若D<<λ（低頻）即時(shí)KD<<1且∵一般ρ2c2>>ρ1c1221c12則面密度m2D（kg/m2）21c1=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(duì)于大多數(shù)結(jié)構(gòu)，噪控工程中常采用以下四種隔聲評(píng)價(jià)指標(biāo)。

τ<<1，故為使和直觀方便，②隔聲量（傳聲損失

TL

）定義

TL

10lg

1

(

0.05時(shí)

TL

13)TL常用來表征隔聲材料本身的固有隔聲量，由實(shí)驗(yàn)測(cè)定，與所處環(huán)境無關(guān)，是隔聲材料兩側(cè)測(cè)點(diǎn)的聲功率級(jí)之差。故有：TL10lgIiIt各頻率上TL值不同，有時(shí)采用平均隔聲量，TLiTLn③噪聲衰減量NR（聲壓級(jí)差）NR=Lp1-Lp2式中 Lp1和Lp2分別為隔聲構(gòu)件兩側(cè)的聲壓級(jí)，它包含了隔聲吸收，側(cè)向傳聲，結(jié)構(gòu)噪聲的影響等，故適用于現(xiàn)場(chǎng)隔聲性能測(cè)定。④插入損失 ILIL定義為離聲源一定距離某處測(cè)得無隔墻時(shí)的聲功率級(jí)Lw1與有隔墻時(shí)的聲功率級(jí)Lw2之差，即ILLw1Lw2。IL不僅包括現(xiàn)場(chǎng)各方面的影響（如側(cè)向傳聲、背景噪聲等），還包括放置隔聲構(gòu)件前后內(nèi)外聲場(chǎng)的變化所產(chǎn)生的影響。插入損失指標(biāo)經(jīng)常在現(xiàn)場(chǎng)被用來評(píng)價(jià)隔聲罩、隔聲間等的實(shí)際降噪效果。⑤隔聲指數(shù) Iaα考慮隔聲構(gòu)件頻率特性，用單一指標(biāo)來表征其隔聲量?？朔似骄袈暳康牟蛔恪３Ｓ糜诮ㄖ袈曉u(píng)價(jià)。ISO/R140-1978及R717-1968給出標(biāo)準(zhǔn)隔聲評(píng)價(jià)參考輪廓線（折線）其各值如下：TL～fF(Hz)100125160200250315400500R′(dB)3336394245485152F(Hz)630800100012501600200025003150R′(dB)5354555656565656即其各段頻率為：100～400Hz每倍頻程TL遞增9dB。400～1250Hz每倍頻程TL遞增3dB。1250～4000Hz每倍頻程TL遞增0dB(平直線)。將構(gòu)件隔聲頻譜與之比較得隔聲指數(shù)Iα，方法如下：將預(yù)制同一座標(biāo)的ISO輪郭線（用有機(jī)玻璃或無色透明型料板做成活動(dòng)W）套蓋在實(shí)測(cè)構(gòu)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(gè)條件：①用負(fù)偏差的總數(shù)，除以測(cè)量頻率數(shù)，所得平均負(fù)偏差絕對(duì)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(fù)偏差≯8（1/3倍頻程時(shí)）或5dB（倍頻程時(shí)）。即曲線低于參考曲線的最大差值不得大于8dB.注意只計(jì)及負(fù)方向上的偏差即實(shí)際隔聲線上點(diǎn)值小于標(biāo)準(zhǔn)輪郭線上的同頻率點(diǎn)值的分貝數(shù)。滿足上述兩條件后，參考輪廓線上 500Hz處對(duì)應(yīng)于實(shí)際隔聲頻率如線圈上縱座標(biāo)的隔聲量讀數(shù)即為該隔聲構(gòu)件的隔聲指數(shù) Ia值。另有：平均隔聲量（對(duì)頻率的算術(shù)平均）二、單層墻的隔聲性能隔聲質(zhì)量定律：垂直入射時(shí) :參見 P17~18的界面平衡條件：可推得：單層墻隔聲量

頁垂直入射聲波的反射和透射聲壓連續(xù)， 質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度連續(xù)。(P150平面波假設(shè)下 )TL

10lg

1I

10lg1[

(

12

R1,2k2D)2]

（1）式中：R1,2R22c2；k2c2；R11c1m2即上式可簡化為：TL10lg[1]21c1對(duì)于一般的固體材料，如：磚墻、木板、鋼板、玻璃等，m1，故隔聲量可以寫21c1成TL20lgm單位面積的質(zhì)量的常用對(duì)數(shù)成正比，2，它表明單層隔聲墻的隔聲量和1c1可見m加倍，TL增加6dB，故稱上式為單層墻隔聲的“質(zhì)量定律”。f加倍TL也增加6dB，高頻隔聲性能優(yōu)于低頻。若有 1%的能量透射則 TL為20dB，若有 1‰的聲能量透射則為 TL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2f，空氣中的1c1400代入，可表示為：TL20lgm20lgf42.5無規(guī)入射時(shí)：由于聲波實(shí)際上常為無規(guī)入射，故仿照質(zhì)量定律的形式，通過大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)出無規(guī)入射時(shí)的隔聲量 TL，即TL18.5lgmf47.5用平均隔聲量(100-3200Hz范圍內(nèi)求平均)TL13.5lgm14(m200kg/m2)P151表8-1)TL16lgm8(m(與實(shí)測(cè)值吻合較好，見200kg/m2)、吻合效應(yīng)：質(zhì)量定律的推導(dǎo)中忽略了構(gòu)件的彈性行為，當(dāng)入射聲波以某角度入射時(shí)，將激起構(gòu)件的彎曲振動(dòng)，構(gòu)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(gòu)件彎曲振動(dòng)頻率吻合時(shí)，彎曲振動(dòng)及向另一而后聲輻射都達(dá)到極大，相應(yīng)隔聲量大大減小，此現(xiàn)象稱為“吻合效應(yīng)”，相應(yīng)的頻率為“吻合頻率” ，從 P151圖8-3可知當(dāng)sin時(shí)為發(fā)生吻合效應(yīng)的條件∵sin 1∴λ≤λb即ffc(1)均有其相對(duì)應(yīng)的最低頻率，低于這一頻率的聲波不會(huì)在fc該構(gòu)件中產(chǎn)生吻合效應(yīng)，故稱fc為吻合效應(yīng)臨界頻率。值得注意的是：區(qū)分固有頻率f0相等時(shí)產(chǎn)生共振構(gòu)件振動(dòng)頻率 fc相等時(shí)產(chǎn)生吻合效應(yīng)入射聲波頻率ffc純屬構(gòu)件的本身特征值，其與構(gòu)件的組成，物理特性之關(guān)系式如下：fc0.556c2EDD=0.2時(shí)fc105Hz而膠合板ρ=1.39x10-7(kg/N.m)ED=0.006m時(shí)，fc=3994Hz一般，厚度小于5mm的構(gòu)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(yīng)降低。、單層均質(zhì)構(gòu)件隔聲頻率特性曲線可分為三個(gè)區(qū)域：見p153圖8-5（虛線為阻尼作用使共振和吻合效應(yīng)得到抑制）對(duì)于厚墻，因fc低（如900Hz），故隔聲設(shè)計(jì)往往利用質(zhì)量定律延伸區(qū)，（主聲頻落在該范圍），對(duì)吻合效應(yīng)應(yīng)加以注意，對(duì)于輕質(zhì)薄墻，其fc高（如4000Hz以上），故主聲頻常落在質(zhì)量定律控制區(qū)，但應(yīng)注意結(jié)構(gòu)共振頻率f0。一般土建材料等構(gòu)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(fù)合墻的隔聲、組合墻指在同一平面上各部分由不同構(gòu)件組合而成的墻。實(shí)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：TL 10lg1平均透聲系數(shù)由各透聲系數(shù)對(duì)相應(yīng)面積計(jì)數(shù)平均而得即Sii注意i100.1TLiSi提高組合墻的隔聲量的關(guān)鍵在于門窗等薄弱部位的設(shè)計(jì)，其部分設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)見P154～168。隔聲門結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)①一般門隔聲量 10～15dB，大于 15dB者都需采取一定的技術(shù)措施方能達(dá)到。在隔聲要求較高的場(chǎng)所，門窗應(yīng)盡量少開，或尺寸盡可能開小一些，或設(shè)置雙層隔聲門、窗、聲閘?？招拈T一般隔聲效果不佳，為了提高門的隔聲效果，常取多層結(jié)構(gòu)，中間夾層填充吸聲材料，基本結(jié)構(gòu)形式如下圖：木纖維板

白鐵皮超細(xì)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?？紤]點(diǎn)：門縫密封致關(guān)重要：門與門框間的縫隙處理雙頁門合縫處理門檻縫隙處理對(duì)于頻繁開啟、隔聲量大的門可設(shè)計(jì)“聲閘”結(jié)構(gòu)：因設(shè)置聲閘而增加的隔聲量 TL可用下式估算：TL10lg[1(cos1)1]S2d2Aα——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(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)單層玻璃窗：主要取決于玻璃的隔聲性能在中、低頻時(shí)，玻璃的隔聲量由面密度控制，但斜率低于質(zhì)量定律，高頻時(shí)有吻合谷的為10dB。其吻合頻率 fc 可按下式計(jì)算：fc

1200t/玻璃厚度cm對(duì)于雙層窗，在低頻段易受共振影響，產(chǎn)生隔聲低谷fr 120/ 0.25L(t1 t2)式中， L——兩層玻璃之間空氣層的厚度， cm(應(yīng)大于 50mm)t 1、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(yīng)的影響。注意玻璃邊緣與窗框之間的接縫嚴(yán)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(cè)傾斜。、復(fù)合墻由多層相同或不同材料復(fù)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(dòng)傳到第二層因而較單層結(jié)構(gòu)隔聲效果提高甚少，太厚則相互獨(dú)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(shí)） 。機(jī)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)：TL40lgM20lg2KDc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<<1②M=M=M12③(入射聲波頻率高于共振頻率或重墻M1)c工程上還常按下式計(jì)算平均隔聲量：TL16lg(m1m2)8R(m1m2)200kg/m2時(shí)TL13.5lg(m1m2)14R(m1m2)200kg/m2時(shí)△R——空氣層所產(chǎn)生的附加隔聲量（可取△R=8）對(duì)于TL大于41dB的雙層墻在100～3.15KHz范圍內(nèi)的TL有經(jīng)驗(yàn)公式TL20lg(MD)26M2D—mm—kg/m雙層墻設(shè)計(jì)時(shí)的注意事項(xiàng)：①空氣層最佳厚度的選擇D取8～12cm②固有振動(dòng)頻率為f600110M1只有當(dāng)入射聲頻率超過雙層墻的固有頻率2倍DM2時(shí)，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(duì)于輕質(zhì)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(dá)200Hz，在入射聲波的激勵(lì)下易發(fā)生共振。③應(yīng)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(bǔ)償措施在空氣層中懸掛或敷設(shè)吸聲材料氈。多層復(fù)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(yīng)；③使用厚度和材質(zhì)不同的多層結(jié)構(gòu)，可以錯(cuò)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(yīng)，因而總的隔聲性能可大大提高。四、縫隙漏聲及防治措施當(dāng)墻壁上有占總面積

1/n

的孔時(shí)，則泄漏到另側(cè)的聲強(qiáng)級(jí)

LI2

近似為LI210lgI1/nLI110lgnLI1——聲涌側(cè)聲強(qiáng)級(jí)I0(太大的縫隙則此式不適用，要考慮到繞射等)n→1時(shí)即1/n→100%則LI2LI1無隔墻n=10000時(shí)即1/n=1/10000,則LI2LI140dB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(shí)LIL≤30dBn=10時(shí)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(yán)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(yán)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(fēng)口處應(yīng)裝進(jìn)排氣消聲器，管線孔洞處應(yīng)加一套管并在四周用柔性材料包扎嚴(yán)密封緊。門窗四周嚴(yán)格密封。五、聲屏障、隔聲罩、隔聲間、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(dá)聲的危害。對(duì)于低、中、高頻，聲影區(qū)域范圍不同：自由聲場(chǎng)中聲屏障的設(shè)計(jì)常采用菲涅手法。條件：①聲源可視為點(diǎn)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：20lg2NN05,tanh2N5,N0LN25,0.2N020lg2tanN0,N0.2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：31t2,t110lg1Ld4arctant1t3t21t110lgt2,2ln(t1)式中：t=40fδ/3c；f：頻率；δ：程差；c：聲速。、隔聲罩和隔聲間1）隔聲罩對(duì)聲源集中時(shí)控制擴(kuò)散干擾范圍IL 10lg(1 100.1TL)——內(nèi)綿吸聲材料的吸聲系數(shù)TL——罩壁固有隔聲量對(duì)于局部封閉隔聲罩ILTL10lga10lg1S0/S11S0100.1TL/S1S——非封閉面的總面積2,m0S——封閉面的總面積2,m1可見，欲得到一個(gè)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。隔聲間用于評(píng)價(jià)隔聲間綜合降噪效果的一個(gè)物理量是插入損失IL,它是被保護(hù)者所在處安裝隔聲間前后的聲壓級(jí)之差：ILL1L2TL10lgASA: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.TL：隔聲間的平均隔聲量。TL10lgSiSi100.1TLii第i面結(jié)構(gòu)面積，2S:mTLi：第i面結(jié)構(gòu)固有隔聲量,dB各面結(jié)構(gòu)常按“等隔聲量”原則設(shè)計(jì)，即TLi趨于TL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(huì)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(huì)傳送風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)等所產(chǎn)生的強(qiáng)大噪聲，使離聲源很遠(yuǎn)處仍然成為一個(gè)有效的聲能輻射體。為線聲源，在自由場(chǎng)內(nèi)聲壓級(jí)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(fēng)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(fēng)速不高情況下，我們只需考慮它的空氣隔聲性能，質(zhì)量定律基本適用，但應(yīng)注意吻合效應(yīng)。圓管：可近似看作無限長的圓柱體，其在聲波作用下的振動(dòng)方式與平板不同。通常圓管的隔聲量在“自鳴頻率”frCL5100米/秒)以上幾(CL為管壁內(nèi)縱波的傳播速度，鋼為d乎與平板一樣，（d為標(biāo)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(duì)圓柱形管壁隔聲量的修正值f/fr0.020.050.10.20.30.40.50.60.70.85修正值（分-6-5-4-3-2-2-2-2-2-3貝）隔色包扎：包括隔聲、吸聲以及振動(dòng)阻尼。一般當(dāng)管道直徑超過20cm以上時(shí)管道表面幅射噪聲明顯。結(jié)構(gòu)形式：常采用一層或多層多孔性材料（幾厘米厚玻璃棉或砂渣棉） ，外面再包一層或幾層不透氣的薄層（5～15kg/m2）、金屬薄片、油氈、氯丁橡膠薄片、瀝青紙、薄鋁板等，越重越量彎曲越好。主要應(yīng)用于 500Hz以上的管道隔聲降噪。多孔材料層的作用：①依靠管道表面與纖維層之間的摩擦使管道振動(dòng)受到阻尼；②吸聲；③使管道振動(dòng)不側(cè)向傳給不透氣層。不透氣層的作用：①隔聲，可按質(zhì)量定律計(jì)算；②保護(hù)層。對(duì)于低頻噪聲，管道會(huì)與材料層一起振動(dòng)，且在某些頻率，不透聲層會(huì)與多孔材振，輻射加強(qiáng)。其共振頻率為：

料層共f0 42/ Mdd:多孔層厚度 m2M:不透聲層面密度 kg/m不透聲層的吻合頻率應(yīng)較高，而且阻尼應(yīng)較大。H、板 書一、隔聲原理及評(píng)價(jià)指標(biāo)、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(gòu)件的另一側(cè)噪聲降低。、評(píng)價(jià)指標(biāo)：①透射系數(shù) t（聲強(qiáng)的）②隔聲量（傳聲損失 TL）③噪聲衰減量 NR（聲壓級(jí)差）④插入損失 IL⑤隔聲指數(shù) Ia二、單層墻的隔聲性能隔聲質(zhì)量定律：吻合效應(yīng)：三、組合墻、分隔墻、復(fù)合墻的隔聲1、組合墻隔聲門結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)①一般門隔聲量②隔聲窗結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)、復(fù)合墻四、縫隙漏聲及防治措施五、聲屏障、隔聲罩、隔聲間、隔聲屏障、隔聲罩和隔聲間隔聲罩隔聲間六、管道隔聲包扎I、課堂作業(yè)： 無，課后作業(yè)： 根據(jù)進(jìn)度選第八章練習(xí)題。第九章 消聲器C、教學(xué)目的1.消聲器技術(shù)指標(biāo)和評(píng)價(jià)方法(C：理解)2.阻性消聲器消聲量計(jì)算及設(shè)計(jì)選型(C：理解)3.抗性消聲器、消聲量計(jì)算及設(shè)計(jì)選型(C：理解)復(fù)合消聲器(B：識(shí)記)B、教學(xué)重點(diǎn)(1)消聲器 技術(shù)指標(biāo)和評(píng)價(jià)方法 (2)阻性消聲器消聲量計(jì)算及設(shè)計(jì) 選型 (3)抗性消聲器 、消聲量計(jì)算及設(shè)計(jì)選型 (4)傳遞矩陣法 (5)復(fù)合消聲器及微穿孔板消聲器C、教學(xué)難點(diǎn)1、插入損失 LIL與傳聲損失 TL、阻性消聲器消聲量的計(jì)算、A.N.別洛夫以及H.J.賽賓推導(dǎo)出的經(jīng)驗(yàn)式、抗性消聲器消聲量的計(jì)算；阻抗復(fù)合消聲器D、教學(xué)用具多媒體——幻燈片E、教學(xué)方法講授法、討論法F、課時(shí)安排3課時(shí)G、教學(xué)過程前面講述的室內(nèi)吸聲、隔聲主要是關(guān)于環(huán)境的噪聲控制，也就是屬于被動(dòng)噪聲控制的范疇，今天講的消聲器是屬于噪聲控制工程設(shè)計(jì)中的具體設(shè)備，一般認(rèn)為：消聲器在大聲場(chǎng)中作為聲源的附加設(shè)施，即為主動(dòng)控制；如不被認(rèn)可為附加設(shè)施，則依舊視為被動(dòng)控制。下面就消聲器作簡單介紹，也就是本堂課講述的內(nèi)容，主要是：設(shè)計(jì)消聲器需要了解的設(shè)計(jì)目標(biāo)—— 可衡量的標(biāo)準(zhǔn)、要求 ；設(shè)計(jì)可用的方法 ——消聲器的設(shè)計(jì)原理 ；設(shè)計(jì)完成過程與結(jié)論。一．消聲器的分類、評(píng)價(jià)和設(shè)計(jì)程序 ——設(shè)計(jì)目標(biāo)——可衡量的標(biāo)準(zhǔn)、要求消聲器 ： 一種允許氣流通過而又能有效阻止或降低聲能向外傳播的裝置。減噪對(duì)象 ：空氣動(dòng)力性噪聲（氣流噪聲） 。．對(duì)于一個(gè)好的消聲器的要求：a.聲學(xué)性能：在使用現(xiàn)場(chǎng)的正常工作狀況下，在 較寬的頻率范 圍內(nèi)具有滿足需要的消聲量。b.空氣動(dòng)力性能：其氣流

阻損要小 ，即對(duì)聲源設(shè)備造成的壓力損失或功率損失在實(shí)際允許的范圍內(nèi)。c.機(jī)械結(jié)構(gòu)性能：材料耐用，結(jié)構(gòu)上能應(yīng)具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單便于

滿足如耐高溫、耐腐蝕、耐濕等特殊要求安裝和維修。

，此外，d.外形和裝飾：符合外形和體積的總體限制等要求，與

整體設(shè)備應(yīng)協(xié)調(diào)

。e.材料損耗：質(zhì)優(yōu)價(jià)廉，

壽命長。2、消聲器的四個(gè)常用評(píng)價(jià)量a.插入損失LIL：指聲源與測(cè)點(diǎn)之間插入消聲器的前后，系統(tǒng)外某定點(diǎn)（如：排氣口）輻射聲功率級(jí)之差。在聲場(chǎng)條件近似不便下也可認(rèn)為插入損失為在同一固定測(cè)點(diǎn)所測(cè)得的消聲器安裝前后的聲壓級(jí)差。它不僅決定于消聲器本身的性能，而且與聲源、末端負(fù)載以及系統(tǒng)總體裝置的情況緊密相關(guān)。適于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量及評(píng)價(jià)。b.傳聲損失 TL：消聲器進(jìn)口端聲功率級(jí)與出口端 透射聲 的聲功率級(jí)之差。僅反映消聲器自身的特性，與聲源、末端反射等因素?zé)o關(guān)，適宜于理論分析計(jì)算及在實(shí)驗(yàn)室中檢驗(yàn)消聲器自身的消聲特性。減噪量LNR：（也稱聲壓級(jí)差）消聲器進(jìn)口端與出口端的平均聲壓級(jí)差，是TL的粗略簡化。d.( 軸向聲)衰減量 LA：消聲器內(nèi)部任意兩點(diǎn)間聲功率級(jí)的差值，用于描述聲波沿管道傳播特性，通常以消聲器單位長度的

衰減量（

dB/m）來表征。實(shí)際應(yīng)用中

LIL

和TL

最常用。實(shí)際測(cè)量中往往

LIL<TL

，但對(duì)阻性消聲器，

LIL

與

TL

較接近。、消聲器的應(yīng)用環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)GB16170-1996

《汽車定置噪聲限值》

；GB12348-90

《工業(yè)企業(yè)廠界噪聲標(biāo)準(zhǔn)》

；GB12523-90

《建筑施工廠界噪聲限值》

；GB9660-88

《機(jī)場(chǎng)周圍飛機(jī)噪聲環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)》

；GBJ87-85

《工業(yè)企業(yè)噪聲控制設(shè)計(jì)規(guī)范》

；二. 消聲器的設(shè)計(jì)原理 :在書中，主要是通過原理變化劃分的五種消聲器類型進(jìn)行的闡述，即：阻尼消聲器及其原理、抗性消聲器及其原理、阻抗復(fù)合式消聲器及其原理、微穿孔板消聲器及其原理、擴(kuò)散式消聲器及其原理，對(duì)于根據(jù)不同設(shè)施變化延伸出來的消聲器種類，無非是在考慮了上述消聲器原理基礎(chǔ)上的變化種類，大家可以課后看書了解。下面，我們就來分析下這五種消聲器及其原理：阻性消聲器及其原理阻性消聲器是一種吸收型消聲器，利用聲波在多孔性吸聲材料中傳播時(shí)的摩擦將聲能轉(zhuǎn)化為熱能而散發(fā)掉，從而消聲。2. 一般阻性消聲器具有 良好的中高頻消聲性能，對(duì)低頻消聲性能較差 。通過上面介紹，下面對(duì)阻性消聲器考慮的設(shè)計(jì)因素進(jìn)行分析：通道長度截面周長截面面積當(dāng)量直徑聲速c

lLSD氣流流速v消聲頻率帶及消聲的失 效頻率fn壓力損失 H He局部壓力損失 f沿程摩擦壓力損失阻性結(jié)構(gòu)下面結(jié)合這些設(shè)計(jì)因素來看看在計(jì)算設(shè)計(jì)中的應(yīng)如何具體應(yīng)用：4.(通道長度、截面面積、截面周長)A.N.別洛夫由一維理論推導(dǎo)出：

LA

(a0)

LS

l

，以及

H.J.

賽賓推導(dǎo)出的經(jīng)驗(yàn)式

LA

1.03(a)1.4

L

l，這兩種經(jīng)驗(yàn)式：

前者由一維理論推導(dǎo)而出，S適用于單向或是倍頻聲壓級(jí)等的測(cè)定，后者對(duì)應(yīng)于無規(guī)入射的條件，故而適用于多聲源或是混響聲場(chǎng)等的測(cè)定條件 ?；Q關(guān)系見書中表9-2、9-3中的關(guān)聯(lián)因子。通過這兩種經(jīng)驗(yàn)式，可以推知：對(duì)于阻性消聲原理，消聲量具有與消聲器長度、界面周長同向變化的關(guān)系，而與消聲器截面面積反向變化關(guān)系。(壓力損失)此外，通過上述經(jīng)驗(yàn)式，以及后面的抗性消聲器及其原理，我們還應(yīng)關(guān)注的是消聲器設(shè)計(jì)中的氣流壓力損失變化(194頁：局部壓力損失Hev2與沿程阻力損失2Hflv2D)、氣流流速變化均與消聲截面面積相關(guān)。26.(當(dāng)量直徑、消聲頻率帶及失效的消聲頻率)此外，阻性消聲器實(shí)際消聲量與噪聲頻率相關(guān)，其關(guān)系見176頁公式失效頻率上限：fn1.85c，其中D指當(dāng)量直徑，m——即：對(duì)D于圓截面，為直徑，對(duì)于其他截面，為截面邊長的均值或面積的開方值。C——聲速。7.而高于失效頻率的頻帶消聲量一般低于有效消聲量的2/3。8.(氣流流速、聲速)此外，氣流的影響主要是對(duì)吸聲系數(shù)及再造噪聲，參見公式(178頁)吸聲系數(shù)的影響變化：(aN)1(aN)。M——馬赫數(shù)Mv/c：氣流速度v與聲速M(fèi)21c的比值。氣流再造噪聲的A聲級(jí)（179頁）：LAA60lgv，其中：A為常數(shù)，與管襯結(jié)構(gòu)，特別是表面結(jié)構(gòu)有關(guān)。9.(阻性結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)選型)最后，是阻性結(jié)構(gòu)的考慮，從書上（176、177頁及圖9-1）的阻性消聲器種類：直管式(適用于低風(fēng)速管道)、片式(適用于大流量時(shí))、蜂窩式(比直管式的消聲量大)、折板式(對(duì)中高頻聲波改善性好)、聲流式(低頻消聲性好，造價(jià)高)、迷宮式(消聲性好，但損阻高，低風(fēng)速為佳)、盤式(中高頻聲波改善性好,宜低風(fēng)速)、彎頭式消聲器(氣流變向)，我們可以大概了解下其結(jié)構(gòu)的變化，一句話，以實(shí)際情況為標(biāo)準(zhǔn)，靈活應(yīng)用設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，沒有死板的固定模式。10. 至于書上講述的阻性消聲器的設(shè)計(jì)程序：中間的

2~5

步驟——消聲器的結(jié)構(gòu)形式、吸聲材料、消聲器長度、吸聲材料的護(hù)面長度，都是屬于同時(shí)應(yīng)予以考慮的設(shè)計(jì)因素，視具體情況及設(shè)計(jì)的簡便性，大家應(yīng)該靈活掌握。11. 書后應(yīng)用實(shí)例中，就主要是關(guān)于阻性消聲器的設(shè)計(jì)指標(biāo)考慮，包含 了63~8000Hz 倍頻程的詳細(xì)列表，是設(shè)計(jì)中一個(gè)良好范例，大家翻開書 198頁（就分頻特點(diǎn)、計(jì)算步驟簡要介紹）?？剐韵暺骷捌湓砼c阻性消聲器不同的是，它不使用吸聲材料，僅依靠管道截面的突變或旁接共振腔等在傳播過程中引起阻抗的改變而產(chǎn)生聲能的反射、干涉、從而降低又消聲器向外輻射的能量，達(dá)到消聲目的。一般適用于窄帶噪聲和中低頻噪聲的控制。對(duì)比阻性消聲器的參考因素，抗性消聲器需要考慮如下的變化因素：空氣密度消聲器的頻率f0擴(kuò)張管腔長度l波長聲速c突變截面積之比S1/S2擴(kuò)張室當(dāng)量直徑D擴(kuò)張室體積V壓力損失He Hf連接管長度l1共振吸聲頻率fr壓力損失與阻性 消聲器 一樣計(jì)算，下面 結(jié)合這些設(shè)計(jì)因素 (同上面一樣 )來看看該如何 具體的運(yùn)用于計(jì)算設(shè)計(jì)中：抗性消聲器主要有擴(kuò)張室式、共振腔式，主要先介紹下擴(kuò)張室式消聲器：5.(空氣密度、聲速、突變截面積之比、透射、反射 )如突變截面積之比 S1/S2，又稱為抗性消聲器的擴(kuò)張比，其與聲反射、聲透射之間的關(guān)系：S1(pipr)S2ptccc聲壓反射系數(shù)：rpS1S2；S1S2S1S224S1S2聲強(qiáng)反射系數(shù)：rI；聲強(qiáng)透射系數(shù)：；S1S2I1rI2S1S2聲功率透射系數(shù)：4S22wS22S1I11(S1S2cos2kl)2sin4S2S1（參見182頁圖9-5）通過反射系數(shù)、透射系數(shù)的求解：注意其中程式反映的截面積比與聲能反射與透射的關(guān)系，由此可以對(duì)設(shè)計(jì)中主要設(shè)計(jì)是考慮反射還是透射的降噪方式作選擇。(擴(kuò)張管腔長度、波長、抗性消聲器的固有頻率、突變截面積之比)抗性消聲器消聲量的計(jì)算：TL10lg11(m1)2sin2kl，m=S2/S14m固有頻率：cS1，f0Vl12按照書中所述：對(duì)sinkl進(jìn)行討論，得出：擴(kuò)張比越大，傳遞損失越大，但當(dāng)kl=nπ時(shí)，即ln20，此為單節(jié)擴(kuò)張式消聲器的最大缺點(diǎn)。可通過多擴(kuò)張室、，k，傳遞損失將為2不同管徑插管予以改善，如在擴(kuò)張室兩端各插入l與l的管以分別消除n為奇數(shù)和偶數(shù)對(duì)的24通過頻率低谷。7.(當(dāng)量直徑、擴(kuò)張室體積、聲速、連接管長度 )共振消聲器具有獨(dú)特的上下截止頻率計(jì)算，這主要是由共振腔 的單一主頻率消聲特性所決定的。fuc上限截至頻率：1.22D下限截至頻率：fw2f0cS12Vl18.對(duì)于共振腔式消聲器（參見184頁的圖9-7，右圖），可知：TL10lg1K2，其中：KGV186頁的圖9-8種可知：K值越f/fr2，從fr/f2S小，消聲量的變化隨頻率增加，越為急劇下降。G為傳導(dǎo)率(見“10”)，是一個(gè)具有長度單位的物理量。9.(共振吸收頻率)當(dāng)聲波波長大于共振腔消聲器最大尺寸的3倍時(shí)，其共振吸收頻率為：frcG2V10.空心距為小孔直徑5倍以上時(shí)，無干涉現(xiàn)象。GS0d2nG（n為孔數(shù)）t0.8d4t0.，G總8dS0——孔頸截面積， m3；d——小孔直徑， m；t——小孔頸長， m。傳遞矩陣法是抗性消聲器消聲性能的普遍分析方法概述。由平面波假設(shè)，任一截面上的聲學(xué)狀態(tài)可用聲壓p以及體積振動(dòng)速度V兩個(gè)狀態(tài)參數(shù)來描述，聲學(xué)單元兩端的聲學(xué)狀態(tài)可用一傳遞矩陣來聯(lián)系起來，即p1ABp20TcU1cU2——等價(jià)于CDS0S0AB為該聲學(xué)單元的傳遞矩陣，A、B、C、D為無量綱量，cU1與p有相同的量綱。CDS0、分別反映聲學(xué)單元兩端的聲學(xué)狀態(tài)，叫做狀態(tài)向量T-1為傳遞矩陣 T的遞矩陣。 T1 a bc d若所研究的消聲系統(tǒng)由 N個(gè)串接的聲學(xué)單 元組成，則逐個(gè)考慮各聲學(xué)單元的作用，可得：012NN∏=T﹒TT﹒∏∏N=TN-1﹒TN-1-1T1-1﹒∏0即各單元傳遞矩陣連乘后所得矩陣就是總的傳遞矩陣。12.總之，共振消聲器適用于中低頻消聲，但消聲頻帶較窄?？赏ㄟ^選用K值大的設(shè)計(jì)或增加聲阻，即增加些吸聲材料、再有就是多節(jié)不同的共振腔串聯(lián)。書后例2的應(yīng)用實(shí)例介紹了其設(shè)計(jì)的具體過程，大家看一下，同時(shí)也可以知道，共振腔式的消聲器為什么消聲頻率范圍較窄了。對(duì)于抗性消聲器中后面的干涉消聲器與有源消聲器，分別采用了分支管路與聲源主動(dòng)干涉方法，主要是利用了聲波的疊加原理，一般用得較少。下面還有阻抗復(fù)合式消聲器及其原理、微穿孔板消聲器及其原理、擴(kuò)散式消聲器及其原理，前者是阻性消聲器與抗性消聲器的綜合運(yùn)用，后者則有一定的應(yīng)用條件特點(diǎn)，下面對(duì)它們的應(yīng)用特點(diǎn)予以簡要介紹：阻抗復(fù)合式消聲器及其原理是將阻性和抗性兩種消聲器原理組合起來使用的，故此具有寬頻帶的適用范圍，而且由于組合的多樣性，其可以控制高強(qiáng)度的寬頻帶噪聲。2. 一般阻抗復(fù)合式消聲器具有：阻性 -擴(kuò)張室復(fù)合式、阻性 -共振復(fù)合式、阻性 -擴(kuò)張室 -共振腔復(fù)合式等多種形式。3. 需要說明的是：由于聲波的反射、干涉是簡單的疊加關(guān)系 。其考慮的因素也不僅接部位的變化及組合方式與聲遠(yuǎn)距離的關(guān)系。

、衍射等現(xiàn)象，復(fù)合式消聲器的消聲量并不僅是上述兩者 (阻性、抗性 )中的因素，還包含 了連如汽車尾氣排放的消聲裝置， 就是一個(gè)消聲器，在設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮與聲源接管的連續(xù)性，以確保氣流的傳遞中不會(huì)產(chǎn)生壓力值的突然變化，造成壓力損失。此外，根據(jù)設(shè)計(jì)，一般阻性消聲器設(shè)計(jì)的離聲源遠(yuǎn)一些，抗性消聲器設(shè)計(jì)的離聲源近一些，這樣高頻聲在離聲源較遠(yuǎn)處的消聲效果要好得多(涉及到聲波的干涉、衍射)。le112le11le2mle2coshsin2kleTL10lgcosh2sinh8.7cosklesinh2m8.78.7m8.7m微穿孔板消聲器及其原理是一種高聲阻、低聲質(zhì)量的吸聲元件，理論上，聲阻與穿孔板上的孔徑成反比，即孔徑越小，聲阻越大，但限于加工工藝，現(xiàn)有孔徑一般取 0.5~1.0mm ，穿孔率一般為 1%~3%。為保證寬頻帶有較高的吸聲系數(shù)，可采用雙層微穿孔板結(jié)構(gòu)，從而形成實(shí)質(zhì)上的阻抗復(fù)合式消聲器。勿需吸聲材料，消聲頻帶寬，重量輕，耐高溫，耐蒸汽，摩擦阻損小。TL10lg1a0.25；其